催化裂化装置优化技术分析-收率与能耗.ppt

,题目：催化裂化装置优化技术分析 收率与能耗,王文清,目录,催化裂化装置能耗分析 催化裂化装置节能措施 优化工艺提高催化装置产品收率 其他提高产品收率及降低能耗的措施 炼油厂能耗计算与评价方法,一、催化裂化装置能耗分析,催化裂化装置是我国炼油行业的主要二次加工装置，也是占炼油厂能耗比例最大的装置之一，催化装置能耗一般占炼油厂全厂能耗的30%50%。随着原油价格的不断攀升以及催化裂化原料的日益重质化，催化裂化节能降耗问题成为了提高催化裂化装置经济效益的关键问题，装置节能降耗的重要性尤为突出。表-1为某催化裂化装置近四年来的能耗分析数据。,一、催化裂化装置能耗分析,一、催化裂化装置能耗分析,从表1可以知道催化裂化装置能耗主要分为烧焦、电消耗、水消耗、蒸汽消耗和低温输出热等几个主要方面，表-1是某装置四年内能耗组成表。从表-1可知，烧焦能耗是影响装置能耗的主要方面，占装置能耗的130%以上，因此如何降低生焦是降低装置能耗的主要途径。,一、催化裂化装置能耗分析,影响的催化裂化装置能耗的第二大因素是装置蒸汽输出量。由于重油催化裂化装置原料较重，生焦率高，焦炭在再生器中燃烧释放出的热量除提供裂化反应热外，还有大量的剩余，如何合理利用装置的高温位余热发生蒸汽，以蒸汽为介质回收热量、提高装置利用热能的能力是降低装置能耗的有效手段。,一、催化裂化装置能耗分析,催化裂化装置设有外取热器、油浆发生器、余热锅炉、烟气轮机等，可以产生3.6MPa蒸汽或发电等措施回收催化剂的热能和烟气的热能及压力能、CO的化学能和油浆的热能，因此提高蒸汽发生装置、余热锅炉及烟气轮机的效率对降低能耗具有重要的意义。,一、催化裂化装置能耗分析,装置蒸汽消耗也在装置能耗中占有较大比例。其中，装置蒸汽消耗包括汽轮机透平动力蒸汽、烟机轮盘冷却蒸汽、原料油雾化蒸汽、汽提蒸汽、预汽提蒸汽、预提升蒸汽、防焦蒸汽和分馏塔汽提蒸汽以及伴热蒸汽等。因此，控制合理的再生温度，在生焦量不变的情况下多产生蒸汽；提高汽轮机效率；优化操作条件降低装置蒸汽使用量也是降低装置能耗的重要途径。,一、催化裂化装置能耗分析,装置电耗、水耗在装置能耗中占有量相对较小，但也不能忽视。电耗主要包括主风机电耗和各机泵电耗，而影响电耗的主要因素为烟机回收效率的高低。水耗主要有循环水、除盐水和新鲜水组成，其中除盐水（除氧水）用于发生蒸汽，节能余地不大；循环水用于作冷却介质，新鲜水用于水洗水和生活用水，二者存在一定的节约空间。,二、催化裂化装置节能措施,2.1优化原料油性质,二、催化裂化装置节能措施,2.1优化原料油性质,表2为原料油性质对催化裂化反应生焦及能耗的影响数据。可以看出，催化裂化装置原料油性质较重时生焦率高、能耗较高。当原料油由全部渣油改为直馏蜡油、焦化蜡油和减压渣油混合进料且渣油掺炼比逐渐降低时，原料油性质变轻，装置生焦率变低，相应装置烧焦折合能耗降低。,二、催化裂化装置节能措施,2.2选用高效原料油喷嘴,二、催化裂化装置节能措施,2.2选用高效原料油喷嘴,高效原料油喷嘴能够有效改善原料油雾化效果，有利于改善剂油接触，使原料油雾滴与催化剂均匀接触，原料油汽化速度快死区少，可以改善产品分布降低生焦率。表3为使用BWJ喷嘴前后生焦及能耗对比数据，由表可知BWJ喷嘴的雾化性能更佳。,二、催化裂化装置节能措施,2.3几种高效原料油喷嘴介绍,BWJ喷嘴是一种新型的催化裂化进料喷嘴。它节能、高效，采用较低的油压和使用较少的雾化蒸汽就能使原料油得到理想的雾化效果，是双流体的液体离心式喷嘴，其核心部位是气液两项旋流器。,KH型喷嘴是一种又称内混合式双喉道进料喷嘴。原料油以较低的流速从侧面进入混合腔，雾化蒸汽进入第一喉道加速到超音速，冲击液体，利用气液速度差，使原料油得到第一次破裂。破裂后的气液,二、催化裂化装置节能措施,2.3几种高效原料油喷嘴介绍,混合相在通向第二喉道，在第二喉道气液两相进一步得到加速，利用气液两相新的速度差产生的气动压力作用产生第二次破碎，使进料雾化。,LPC-1型喷嘴采用弹孔鸭嘴型结构，雾化蒸汽经喉管加速后沿轴向进入混合室，原料油经喉嘴按一定角度从混合室侧面进入，出口为扁开孔并带有锋利的锐边，雾化油流呈扇状薄层喷出。,二、催化裂化装置节能措施,2.4改善提升管反应器底部起始区催化剂分布,提升管底部区对整个装置操作效果具有极其重要的意义。原来馏分油提升管催化裂化装置进料是在提升管的最底部，原料与流化分布不均匀、返混较严重的催化剂接触，影响反应选择性，焦炭产率大。现将进料位置提高56米，设计出预提升段，催化剂在预提升段急剧加速，返混减至最小，密度分布均匀，使催化剂与原料充分混合，产品分布得到改善，焦炭产率降低。,二、催化裂化装置节能措施,2.5调整油浆收率，降低装置生焦率,常规催化裂化采用油浆全回炼的方式，以增加轻质油收率，在热量不足的情况下，油浆回炼还会增加生焦量，维持系统热平衡；重油催化裂化的油浆，大的部分是二环至四环的芳烃，油浆回炼会增加焦炭产率。因此，重油催化裂化装置根据原料油性质、对产品的方案的要求及装置处理能力，通过外甩一定油浆量，来调整合适的产品收率及合适的生焦量，最大限度降低装置能耗。,二、催化裂化装置节能措施,2.6改造余热锅炉，提高中压蒸汽总量及品质,催化裂化装置配套的余热锅炉，主要利用再生烟气的余热给外取热器和油浆发生器产生的中压饱和蒸汽过热，有些余热锅炉利用余热加上部分助燃瓦斯还可以产生中压蒸汽。但是，实际运行过程中存在炉膛压力偏高、再生烟气处理能力不足以及受热面积灰严重、排烟温度偏高、余热锅炉效率等问题产生。,二、催化裂化装置节能措施,2.6改造余热锅炉，提高中压蒸汽总量及蒸汽品质,大庆石化公司1.0Mt/a重油催化裂化装置于2007年对余热锅炉系统进行改造，改造措施为（1）更换过热器，采用模块化箱体结构过热器，增强锅炉的过热能力； （2）增设喷水减温器，调节过热蒸汽温度； （3）合理设置吹灰器，达到有效清除受热面积灰，提高过热器过热能力。,二、催化裂化装置节能措施,2.6改造余热锅炉，提高中压蒸汽总量及品质,改造后的余热锅炉节能效果明显，可以回收全部的再生烟气物理显热，使全部饱和蒸汽进行过热，充分进行再生烟气的热量回收利用。原来，余热锅炉的实际过热蒸汽量为3040t/h，催化装置改造后全部饱和蒸汽量为6366t/h，因此改造后可多过热回收中压蒸汽30t/h。另外，还彻底根除了省煤器腐蚀问题，避免了余热锅炉停炉抢修等隐患问题。,二、催化裂化装置节能措施,2.6改造余热锅炉，提高中压蒸汽总量及品质,改造后的余热锅炉节能效果明显，可以回收全部的再生烟气物理显热，使全部饱和蒸汽进行过热，充分进行再生烟气的热量回收利用。原来，余热锅炉的实际过热蒸汽量为3040t/h，催化装置改造后全部饱和蒸汽量为6366t/h，因此改造后可多过热回收中压蒸汽30t/h。另外，还彻底根除了省煤器腐蚀问题，避免了余热锅炉停炉抢修等隐患问题。,二、催化裂化装置节能措施,2.7催化与气分装置进行热联合,催化裂化装置温度较高，且有大量的低温热可以输出，低温热的合理利用是降低催化能耗的关键，气体分馏装置温度较低，需要外部供人热量，是很好的低温热阱。而在大系统范围内进行热匹配，也就是通常所说的热联合或热集成，便可使这些热阱充分利用低温热源，实现优化匹配，既节约大量高温热源，又减少大量冷却水耗。,二、催化裂化装置节能措施,2.7催化与气分装置进行热联合,因此，催化装置低温热能的综合利用，对装置能耗有很大的影响。锦西石化公司1.0Mt/a重油催化裂化装置分馏系统与气分装置进行热联合，其中，催化顶循环油引至气分脱丙烷塔底作源；两外把高温热水由P311A/B抽出后去催化，分别和分馏塔顶油气、轻柴油、一中循环油、产品油浆换热，把油品冷却到合适温度，把高温热水加热到105左右送到了气分装置，作为气分装置的热源。,二、催化裂化装置节能措施,2.7催化与气分装置进行热联合,气分与催化装置进行热联合后，气分装置蒸汽单耗由 1.26 t，降低到0.68 t/t，节约蒸汽： 0.68 t/t×35 t/h=23.8 t/h。 蒸汽按150元/t计算，年节约蒸汽效益为：150×23.8×8 800=3 141.6万元/a；催化装置节约循环水4.5万t，按每吨水13.2元计算。可节约软化水59.4万元 从催化-气分装置热联合结果分析，热联合后可以节约大量的能源，大幅度提高企业的经济效益。,二、催化裂化装置节能措施,2.8采用变频技术,随着变频技术的普遍应用，催化裂化装置的机泵及大型机组都可以根据各自的特点进行相应的采用。大庆石化公司1.0Mt/a重油催化裂化装置对部分机泵进行变频控制，经测算得知平均每天节电2906.4kw，每年节电106.084万千瓦，可使装置能耗降低0.3个单位。,三、优化工艺提高催化装置收率,控制汽油收率的方法,汽油是催化裂化的主要目的产品之一，一般希望汽油收率高一些。控制汽油收率的通常手段为：反应温度高、催化剂活性高、回炼比低，可使汽油收率增加。另外，适当提高稳定汽油的蒸汽压，也可以增加汽油收率。,三、优化工艺提高催化装置收率,控制柴油收率的方法,柴油也是催化裂化的目的产品之一，控制柴油收率的通常手段为：降低单程转化率，增加回炼比。这样，一方面反应深度较浅，柴油不易二次裂化，另一方面，降低了生成的柴油的分压，从而进一步降低了柴油的二次裂化程度。在油浆固体物含量不高，生焦量不大的前提下，适当降低油浆外甩量，也可以增加柴油收率。,三、优化工艺提高催化装置收率,反应温度对产品收率的影响,提高反应温度，反应速度加快。 其中，汽油转化为气体的反应速度最快，原料转化为汽油的速度次之，而原料转化为焦炭的反应速度加快的最小。因此，当反应温度提高时，如果转化率不变，则汽油产率降低，气体收率增加，焦炭产率下降。当反应温度提高时，分解反应和芳构化反应比氢转移反应快，汽油中的烯烃含量增加，因此，应该根据装置实际情况，调整反应温度。,三、优化工艺提高催化装置收率,剂油比对产品收率的影响,由于催化剂活性中心的存在，大大提高了反应速度。提高剂油比就是相对增加了活性中心，相应提高了反应速度，使原料油与催化剂接触更充分。同时，由于催化剂循环量的增加，使待生剂和再生剂的碳差减少，相应提高催化剂的有效活性中心，使反应转化深度提高。当剂油比提高时，转化率增加，气体、汽油、焦炭都增加，特别是焦炭与转化率的比例显著增加，因此，剂油比的控制对装置收率而言有一个合适的范围。,四、其他提高产品收率及降低能耗的措施,1）采用干气取代蒸汽作为预提升介质或原料油喷嘴的雾化介质，一方面可以提高油气分压，抑制干气及焦炭产率，增加轻油收率，另一方面降低蒸汽消耗量，从而降低装置能耗。 2）增设四旋：由于临界流速喷嘴排出的烟气中含有较多的催化剂细粉，影响锅炉吹灰效果。通过增设的四旋分离出催化剂后的烟气，并入余热锅炉，回收余热。,四、其他提高产品收率及降低能耗的措施,3）油浆热出料：将300的催化裂化装置油浆作为焦化原料直接出装置，既可以减少装置冷却负荷，又可以作为催化裂化装置的外输热。 2）热水伴热：采用低温回收系统的热水取代保温伴热蒸汽，可以节约低压蒸汽用量。,五、炼油厂能耗计算与评价方法,5.1 能耗计算 （1） 综合能耗量 综合能耗量是统计对象(炼油装置、辅助系统或全厂)在统计期内，消耗的各种能源的总和。其计算通式为： E=MiRi+Q 式中： E统计对象综合能耗量，kg/年（月、季） ； Mi某种能源或耗能工质的实物消耗或输出量，t(kWh)/年（月、季） ； Ri对应某种能源或耗能工质的能量换算系数，kg/t（kWh） （月、季） ； Q与外界交换的有效能量折为一次能源的代数和，kg/年。,五、炼油厂能耗计算与评价 方法,向统计对象输入的实物消耗量和有效热量计为正值，输出时为负值。 实际上，此式数据单位还有其它形式，如kg/h。 有效热量主要指不同统计对象之间的热进出料热量、烟气热量和低温余热的回收利用。 燃料消耗指生产过程消耗的各种燃料之和。如果原料或产品的一部分（如PSA尾气、分馏塔顶油气等）作为燃料提供能量，则必须计入能耗。,五、炼油厂能耗计算与评价方法,（2）单位综合能耗,单位综合能耗是统计对象在统计期内，以单位原油、原料油加工量或产品产量所表示的能耗量。工艺装置的单位综合能耗的简单叫法就是装置能耗。 单位综合能耗的计算通式为： e=E/G 式中： e统计对象的单位综合能耗，kg/t； E统计对象综合能耗量，kg/年（月、季）； G统计对象的原油加工量（或原料加工量、 产品产量），t/年（月、季）。,从能耗计算公式可以看出，能耗计算结果取决于计入能耗的能耗工质种类与能量换算系数。不同的国家有不同的标准和方法，因此，不同国家之间的同类装置、单元或全厂的实物消耗相同（国外，甚至一个公司有2种方法），但能耗可能差别较大，不能直接对比。 国内能耗对比时，将有三类不同的标准的能耗结果： （1）炼油厂能量消耗计算方法修订前； （2）炼油厂能量消耗计算方法修订后 （3）石油化工设计能量消耗计算方法,五、炼油厂能耗计算与评价 方法,（3）能耗大小对比需要注意的问题,能耗评价指标 催化装置： （1）单位进料或产品的综合能耗； （2）单位能量因数能耗（对联合装置）; （3）基准能耗。 炼油厂全厂： （1）加工每吨原油的综合能耗； （2）单位能量因数能耗； （3）能源密度指数。,五、炼油厂能耗计算与评价方法,5.2能耗评价,单位能量因数能耗及能源密度指数 设炼油厂共有n套工艺装置，同一时期的加工量分别为A1，A2.An;实际能耗(对各自装置的进料或产品)分别为E1,E2.En, 评价体系中确定的每套装置应可达到的先进标准能耗(国内称为能耗定额，下称标准能耗)分别为C1,C2.Cn，其中只有编号为1的装置为常减压蒸馏装置，相应的加工量就是该炼油厂的原油加工量。 则此炼油厂工艺装置作为一个整体来讲，单位能量因数能耗U的定义为：,五、炼油厂能耗计算与评价方法,上式中分母称为能量因数， 可以看出的是：其中的是该炼油厂应达到的能源消耗总量，A1，C1是催化裂化装置应达到的标准能源消耗量，二者的比值即能量因数，直接意义则是炼油厂应达到的标准能源消耗总量折算成具有标准能耗的催化裂化装置的套数。由于在一定的评价体系中，标准能耗C1,C2Cn是不变的，因此，能量因数就是标准能耗常减压装置的套数。显然，高能耗的装置琥多或加工流程越长，折成的常减压装置套数越多，所以是炼油厂加工复杂程度的体现。,五、炼油厂能耗计算与评价方法,式(1)中的分子项是该炼油厂的单位综合能耗，即加工每吨原油的综合能源消耗量，除以能量因数后，就是单位能量因数能耗，意义就是标准能耗催化裂化装置的实际能耗。,五、炼油厂能耗计算与评价方法,五、炼油厂能耗计算与评价方法,将式(1)分子分母的A1约去，并整理成下式：,从式(3)看出，单位能量因数能耗是在能源密度指数的基础上乘以常减压装置的标准能耗C1，因C1一般是不变的，所以比较U的高低实际是在比较EII的大小。如果U等于C1，说明炼油厂总体上达到了先进能耗指标；如果U大于C1，它们的差值就是每套标准催化裂化装置的节能潜力。,五、炼油厂能耗计算与评价方法,谢谢！ 奉献能源 创造和谐！,