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摘要：催化裂化装置是我国炼油行业的主要二次加工装置，也是炼油厂主要的耗能装置，随着原油价格的不断攀升以及催化裂化原料的日益加重，催化裂化装置的节能降耗问题已经成为提高催化裂化装置经济效益的关键问题，其重要性也尤为突出。降低炼油装置能耗、实现绿色低碳生产已成为当前炼油行业实现可持续发展及提高盈利能力亟待解决的重要课题。
关键词：催化裂化装置;重油;经济效益;能降耗问题
催化裂化是炼油厂重要的二次加工工艺，在重质原油轻质化过程中发挥了积极的作用，但在生产轻质燃料的同时也消耗了大量的能源。国内炼油企业催化裂化装置的能耗平均占炼油企业能耗的35%，通过利用先进的工艺技术和优化操作条件降低装置能耗、缩短国内外企业的差距、提高市场竞争能力，是催化裂化装置亟待解决的问题。
1 装置能耗分析
某石化总厂的重油催化裂化装置是同轴式催化裂化装置，原设计加工能力300kt/a。为调整产品结构，增产液化气和丙烯等高含量满足国家标准要求，后进行多产异构烷烃的催化裂化工艺技术扩能改造，装置设计处理量提高到500kt/a。随着原料日趋变重，产品分布逐步变差，高附加值产品收率下降，装置能耗上升。催化裂化装置综合能耗的主要权重因素为烧焦能耗、电耗和蒸汽外送量。其中，烧焦能耗是催化裂化装置中占比最大的能耗，但该装置焦炭产率比设计值低，使得蒸汽外送量下降很多，只有9.25t/h，比设计值低了16.65t/h。与设计值相比，电耗增加较多，占总能耗的15%，使得装置能耗仍处于较高水平。因此，将降低装置电耗作为节能工作的重点，同时采用多种节能手段和措施，降低其他能耗，全面发力，多方着手，降低装置总能耗。
2 节能措施及应用情况
2.1 节能风机改造
空冷风机普遍采用轴流风机输送空气，风机不但能耗高，而且它的状态好坏直接影响整个生产线的稳定。风机叶轮是唯一对气体做功的部件，叶片的性能好坏直接决定风机的效率和整体性能。现役空冷风机普遍叶型简单，效率低，能耗高，不符合国家节能减排的趋势;设备长时间运行后，叶片因磨损、腐蚀、老化等因素，强度与性能下降，维护成本高。全厂风机年平均耗电约为1.71×106kW·h。为进一步降低风机用电，提高风机稳定性，对车间共计9台电机驱动风机的叶片进行改造，由普通叶片改为全三维高效节能轴流风机叶片。叶片采用玻璃钢材质、环氧树脂加碳纤维的中空结构，叶片的刚度大，传动部件的负载轻，且表面涂有环氧树脂，耐腐蚀、抗紫外线。通过CFD软件计算，沿径向设计成不同的扭曲度，升阻比大、无二次流动，保证二维流动在宽广的工作范围内具有非常低的流动损失。改造后，在现役风机运行电流相同情况下，风机风量比现役风机均有大幅提升;在电机安全负载条件下，新风机在电流较低情况下，比现役风机风量大很多，总能效提升效率约为20%。
2.2 提高空冷利用效率
催化裂化装置吸收稳定单元的稳定塔用于分离汽油和液化气，操作压力稳定是汽油饱和蒸汽压、液化气重组分含量合格的保障。稳定塔压力控制方案通常采用：塔顶空冷热旁路补压至塔顶回流罐，控制稳定塔压力在1.05MPa左右。热旁路补压使得部分液化气不经冷凝直接进入回流罐，液化气回流温度升高，进而使得稳定塔顶温度升高，尤其是夏季，气温高、空冷冷却负荷大、效率差，直接导致液化气中重组分含量超标。为了降低稳定塔顶及液化气冷后的温度，通常采用增开空冷台数、加大空冷喷淋水用量等措施，能耗大大增加。经过讨论，决定将稳定塔顶油气全部进空冷冷却，不再使用旁路补压;回流罐压力不足部分引不凝气充压。改造后，一方面回流罐压力调节灵敏，汽油和液化气产品质量合格;另一方面，在相同空冷运行台数情况下，液化气冷却后温度降低3～5℃。改造前需6台空冷全开才能满足生产，现改不凝气充压后，只需开3～4台即可满足生产需要，与空冷节能风机配合使用，使得空冷喷淋软化水用量较以前有大幅下降，每天可节约30t，一年可节约35万元。
2.3 主风节能系统改造
催化裂化装置反应-再生系统的运行工况与主风机供风能力密切相关。尤其是夏季，受环境温度的影響，主风机供风能力会大幅下降，严重限制装置处理量的提高。为缓解主风机供能不足的情况，降低装置能耗，在小改动、小投资的前提下提高主风量，解决了装置处理量的提高与加工量不匹配的问题。将真空变压吸附制氧法与炼化工艺相结合，在不影响装置生产且改动最小的前提下，实现催化裂化装置富氧再生工艺生产，从而消除夏季生产时主风机供风能力不足的“瓶颈”，达到提高装置处理能力、降低装置能耗的目的。
2.4 优化烟机检修方法
烟气轮机是炼化企业催化装置的能量回收设备，将催化再生器烧焦所产生的烟气中的压力能和热能回收，转变为转子回转运动的机械能，与电机一起驱动主风机做功，达到节能的目的。烟机的平稳运行，不但是保证催化裂化装置生产效益的重点，也是降低装置能耗的关键。通过借鉴其他炼厂的除垢经验，立足自身装置的特点，将烟机在线除垢方案与烟机运行情况相结合，在烟机带负荷、不停机的情况下进行在线除垢。利用轮盘冷却蒸汽控制轮盘温度，反复调整轮盘冷却蒸汽流量，使轮盘温度在一定范围内波动，利用温降剥离动、静叶片上的催化剂垢，高速破碎、甩出，反复多次后，除垢完毕，烟机升温，并入系统。该方法维修周期短，约8h左右，成本低，效果好，在线除垢后，烟机的日耗电量降低。
3 节能措施的实施效果
通过实施技术改造和设备节能改造、优化操作条件等措施，催化裂化装置的能耗显著降低。2017年的能耗（以标油计）比2016年下降了 15.19kg/t。其中，电能降低4.28kg/t;由于蒸汽消耗量下降，蒸汽外输增加3.80kg/t，其余耗能物流变化不大。通过提高余热锅炉取热效率、强化传热，可进一步回收热量并多产蒸汽，降低蒸汽能耗。若将三旋至烟机入口保温更换为热盾毯材料可进一步减少散热损失，降低装置能耗。
4 结论：
1）通过实施节能风机改造、提高空冷利用效率、主风节能系统改造及优化烟机检修方法等措施，催化裂化装置的各项能耗指标与设计值相比，均有不同程度的降低，节能效果明显，经济效益显著。2）通过精细化管理手段降低装置加工损失以及做好水、电、汽、风的节约使用，可进一步降低装置能耗。
参考文献：
[1]王伟华.催化裂化装置换热网络的节能优化[J].石油石化节能与减排，2018（1）.
关键词：催化裂化装置;重油;经济效益;能降耗问题
催化裂化是炼油厂重要的二次加工工艺，在重质原油轻质化过程中发挥了积极的作用，但在生产轻质燃料的同时也消耗了大量的能源。国内炼油企业催化裂化装置的能耗平均占炼油企业能耗的35%，通过利用先进的工艺技术和优化操作条件降低装置能耗、缩短国内外企业的差距、提高市场竞争能力，是催化裂化装置亟待解决的问题。
1 装置能耗分析
某石化总厂的重油催化裂化装置是同轴式催化裂化装置，原设计加工能力300kt/a。为调整产品结构，增产液化气和丙烯等高含量满足国家标准要求，后进行多产异构烷烃的催化裂化工艺技术扩能改造，装置设计处理量提高到500kt/a。随着原料日趋变重，产品分布逐步变差，高附加值产品收率下降，装置能耗上升。催化裂化装置综合能耗的主要权重因素为烧焦能耗、电耗和蒸汽外送量。其中，烧焦能耗是催化裂化装置中占比最大的能耗，但该装置焦炭产率比设计值低，使得蒸汽外送量下降很多，只有9.25t/h，比设计值低了16.65t/h。与设计值相比，电耗增加较多，占总能耗的15%，使得装置能耗仍处于较高水平。因此，将降低装置电耗作为节能工作的重点，同时采用多种节能手段和措施，降低其他能耗，全面发力，多方着手，降低装置总能耗。
2 节能措施及应用情况
2.1 节能风机改造
空冷风机普遍采用轴流风机输送空气，风机不但能耗高，而且它的状态好坏直接影响整个生产线的稳定。风机叶轮是唯一对气体做功的部件，叶片的性能好坏直接决定风机的效率和整体性能。现役空冷风机普遍叶型简单，效率低，能耗高，不符合国家节能减排的趋势;设备长时间运行后，叶片因磨损、腐蚀、老化等因素，强度与性能下降，维护成本高。全厂风机年平均耗电约为1.71×106kW·h。为进一步降低风机用电，提高风机稳定性，对车间共计9台电机驱动风机的叶片进行改造，由普通叶片改为全三维高效节能轴流风机叶片。叶片采用玻璃钢材质、环氧树脂加碳纤维的中空结构，叶片的刚度大，传动部件的负载轻，且表面涂有环氧树脂，耐腐蚀、抗紫外线。通过CFD软件计算，沿径向设计成不同的扭曲度，升阻比大、无二次流动，保证二维流动在宽广的工作范围内具有非常低的流动损失。改造后，在现役风机运行电流相同情况下，风机风量比现役风机均有大幅提升;在电机安全负载条件下，新风机在电流较低情况下，比现役风机风量大很多，总能效提升效率约为20%。
2.2 提高空冷利用效率
催化裂化装置吸收稳定单元的稳定塔用于分离汽油和液化气，操作压力稳定是汽油饱和蒸汽压、液化气重组分含量合格的保障。稳定塔压力控制方案通常采用：塔顶空冷热旁路补压至塔顶回流罐，控制稳定塔压力在1.05MPa左右。热旁路补压使得部分液化气不经冷凝直接进入回流罐，液化气回流温度升高，进而使得稳定塔顶温度升高，尤其是夏季，气温高、空冷冷却负荷大、效率差，直接导致液化气中重组分含量超标。为了降低稳定塔顶及液化气冷后的温度，通常采用增开空冷台数、加大空冷喷淋水用量等措施，能耗大大增加。经过讨论，决定将稳定塔顶油气全部进空冷冷却，不再使用旁路补压;回流罐压力不足部分引不凝气充压。改造后，一方面回流罐压力调节灵敏，汽油和液化气产品质量合格;另一方面，在相同空冷运行台数情况下，液化气冷却后温度降低3～5℃。改造前需6台空冷全开才能满足生产，现改不凝气充压后，只需开3～4台即可满足生产需要，与空冷节能风机配合使用，使得空冷喷淋软化水用量较以前有大幅下降，每天可节约30t，一年可节约35万元。
2.3 主风节能系统改造
催化裂化装置反应-再生系统的运行工况与主风机供风能力密切相关。尤其是夏季，受环境温度的影響，主风机供风能力会大幅下降，严重限制装置处理量的提高。为缓解主风机供能不足的情况，降低装置能耗，在小改动、小投资的前提下提高主风量，解决了装置处理量的提高与加工量不匹配的问题。将真空变压吸附制氧法与炼化工艺相结合，在不影响装置生产且改动最小的前提下，实现催化裂化装置富氧再生工艺生产，从而消除夏季生产时主风机供风能力不足的“瓶颈”，达到提高装置处理能力、降低装置能耗的目的。
2.4 优化烟机检修方法
烟气轮机是炼化企业催化装置的能量回收设备，将催化再生器烧焦所产生的烟气中的压力能和热能回收，转变为转子回转运动的机械能，与电机一起驱动主风机做功，达到节能的目的。烟机的平稳运行，不但是保证催化裂化装置生产效益的重点，也是降低装置能耗的关键。通过借鉴其他炼厂的除垢经验，立足自身装置的特点，将烟机在线除垢方案与烟机运行情况相结合，在烟机带负荷、不停机的情况下进行在线除垢。利用轮盘冷却蒸汽控制轮盘温度，反复调整轮盘冷却蒸汽流量，使轮盘温度在一定范围内波动，利用温降剥离动、静叶片上的催化剂垢，高速破碎、甩出，反复多次后，除垢完毕，烟机升温，并入系统。该方法维修周期短，约8h左右，成本低，效果好，在线除垢后，烟机的日耗电量降低。
3 节能措施的实施效果
通过实施技术改造和设备节能改造、优化操作条件等措施，催化裂化装置的能耗显著降低。2017年的能耗（以标油计）比2016年下降了 15.19kg/t。其中，电能降低4.28kg/t;由于蒸汽消耗量下降，蒸汽外输增加3.80kg/t，其余耗能物流变化不大。通过提高余热锅炉取热效率、强化传热，可进一步回收热量并多产蒸汽，降低蒸汽能耗。若将三旋至烟机入口保温更换为热盾毯材料可进一步减少散热损失，降低装置能耗。
4 结论：
1）通过实施节能风机改造、提高空冷利用效率、主风节能系统改造及优化烟机检修方法等措施，催化裂化装置的各项能耗指标与设计值相比，均有不同程度的降低，节能效果明显，经济效益显著。2）通过精细化管理手段降低装置加工损失以及做好水、电、汽、风的节约使用，可进一步降低装置能耗。
参考文献：
[1]王伟华.催化裂化装置换热网络的节能优化[J].石油石化节能与减排，2018（1）.