加氢装置节能技术应用、总结与推广

摘要：本文将新催化剂工艺、新节能设备、新的节能工艺控制措施等国内加氢装置节能技术进行总结，为新建、扩建的加氢装置在节能方面提供经验介绍。

关键词：节能 节水 加氢

前言

为了满足国家对汽、柴油产品质量升级的要求，降低燃料油对空气污染的影响程度，提高人们周围的环境质量，国内各大炼油企业加快了新建和扩建汽、柴油加氢装置的步伐。同时各炼油企业也正在为节能增效做大量工作，本文将对近几年加氢装置在节能、节水方面的措施和经验进行总结，希望能对已经运行、新建和要扩建的加氢装置在节能、节水方面有借鉴的意义。

一、上下游装置热联合，能量的回收利用

1、直供原料

加氢装置原料油包括：石脑油、直馏煤油、直馏柴油、催化裂化柴油、脱沥青油、焦化瓦斯油和焦化蜡油等.这些原料油一般都是炼油系统上游装置的产品，经过冷却进入储运罐区，再由加氢装置的原料泵从罐区抽出。加氢装置实现原料油的直供，就是取消储运罐区这个中间环节，上游装置的产品不经过冷却，直接由上游装置的产品外送泵送至加氢装置的原料系统。

该种做法的节能优势体现在：

（1）上游装置减少了对其产品的冷却，既可以减少空冷风机的使用，节约用电，又可以关停循环水冷却器的使用，节约循环水。

（2）加氢装置停运原料泵，节约用电。

（3）加氢装置原料油温度提高，直接减少反应加热炉做功，可以大量节约燃料气或燃料油。

（4）直供料可以降低加氢原料与空气接触产生固体物质进入反应系统增加反应器压降的几率。

应用举例：某60万吨/年柴油加氢改质装置投用催化柴油直供后（部分直供），原料泵每小时节电约7kw.h；原料催化柴油温度升高40℃左右，节约燃料气约100吨/月。

加氢装置直供料使用的注意事项：

（1）上游装置应严密监控其产品中水和固体含量，特别是反冲洗系统切除的加氢装置，应避免因原料原因引起的反应器压降升高过快而停工。

（2）原料油温度升高后，必须提高动设备（进料泵）机械密封的耐温性能，杜绝因泵体温度升高而引起的机械密封泄漏。

2、为下游装置提供直供原料

加氢装置的产品有一部分作为成品直接出厂，还有部分产品例如石脑油、油料、蒸汽裂解原料、催化裂化原料等作为其他装置的原料还要进行再加工。加氢装置为下游装置提供的原料实现直供，可以节约本装置空冷使用的电能、冷却器使用的循环水，同时也可以减少下游装置原料加热设备做功。

3、低温余热的利用：

加氢装置低温余热主要指150～200℃的产品余热、空冷入口介质余热、低压蒸汽、乏汽、凝结水和加热炉烟气等。可以利用这些余热进行原料预热、工业水预热、生活供热、上下游装置热联合、预热加热炉烟气、工艺仪表伴热以及轻烃装置重沸器热源。

应用举例：低分油从低压分离器进入分馏系统前必须经过加热，一般来说加氢装置设置分馏加热炉对低分油进行加热。目前有部分加氢装置利用反应生成油进入高压空冷时温度较高的特点，将低分油流程改变，使其与反应生成油进行换热后，再去分馏系统。一方面使反应生成油的温度降低，降低高压空冷做功，节约电能；另一方面低分油温度升高后，减少了分馏加热炉做功，降低了燃料气或燃料油的消耗。

注意事项：低分油与反应生成油换热时，不能将反应生成油温度降的太低，以免反应生成油在与水混合前铵盐低温结晶堵塞管道。

二、采用先进的催化剂工艺技术

催化剂性能决定着加氢过程的反应压力、反应温度、氢耗、目的产品收率、气体产率和加氢反应热等。高活性的催化剂对降低装置能耗（降低反应压力、反应温度）起着举足轻重的作用。加氢过程主要分为两大类：加氢精制和加氢裂化。一般来说加氢精制是放热过程，加氢裂化是吸热过程。加氢原料在进入反应加热炉前换取的热量多少取决于生成油出反应器后热量的高低。不同类型的加氢催化剂因反应机理不同，在不同的工艺条件下（压力、温度、氢油比等），催化剂发挥的功能不尽相同。

某柴油加氢改质降凝装置2010年更换催化剂时，采用某研究院新型高活性催化剂，同时第二（降凝）反应器中精制剂和降凝剂的装填方式由传统的催化剂空间装填模式改变为将降凝催化剂和精制催化剂分多层分开装填。

因为精制过程放热，降凝过程吸热，采用合理的催化剂级配技术，使不同催化剂在该配置下发挥最大的功效。新的装填模式使油品在反应器中均匀的升温降温，没有较大的温差，特别是第二反应器出口温度高于入口，生成油温度提高使原料油的换热温度得到了提高。原料油预热后的温度已经满足反应所需的温度条件，从而减少加热炉做功（目前反应加热炉已停用），起到节能的作用。燃料气消耗统计显示，使用新催化剂，每月可节约燃料气250吨左右。

三、新的设备节能技术措施和管理方法的应用

1、加热炉热效率的提高

（1）降低排烟温度

①设置余热回收系统。②设置吹灰器。③对于液态物料，对流管采用翅片或钉头管也可以增加对流管的传热面积，从而使排烟温度降低。④精心操作，确保炉膛温度均匀，防止局部过热和管内结垢。

（2）降低加热炉过剩空气系数

①调节好“三门一板”，在保证完全燃烧的前提下，尽量降低入炉空气量。②炉体不严、漏风量多是造成过剩空气系数大的主要原因。

（3）采用高效的燃烧器

（4）减少炉壁散热损失

①做好炉子的检修工作，保证炉墙没有大的裂纹和孔洞，使烟气不致窜入炉墙和炉壁之间造成炉壁局部过热。②采用耐热和保温新材料，如陶瓷纤维，不但耐高温而且导热系数低，可以降低炉壁温度从而降低炉体的散热损失。③控制炉膛温度，不得超温，以免烧坏炉墙，导致炉壁温度升高。

（5）设置和改进控制系统，可以使炉子在最佳的工况下运行，不但可以保证炉子有高的热效率，而且可减轻操作人员的劳动强度。

2、新氢压缩机节能技术的应用

加氢装置在加工量偏低时，新氢压缩机在运行过程中，压缩机出口回流量较大，造成了大量电能浪费，降低压缩机效率。针对以上问题，国内多个加氢装置已经完成了新氢压缩机Hydro COM无级调负荷系统的改造。其原理如下：在压缩机每个工作循环的压缩过程中，通过该系统所带液压执行器强制进气阀保持有可控的一定时间开启，即延迟关闭入口气阀，在入口气阀延迟关闭的过程中气缸中的一部分气体回流到吸气室中；入口气阀关闭以后，气缸中的剩余气体开始正常压缩，从而实现在全程范围内排气量调节。

Hydro COM无极调符合系统的特点有：

（1）精确控制压缩机各级参数，满足工艺生产需要；

（2）有效降低压缩机实际负荷，增加压缩机的可靠性和使用寿命；

（3）仅压缩工艺实际需要的气体，最大限度地节约电能。（某加氢装置完成改造后，每小时节电约670kw.h）

特例说明：某炼油企业，利用新氢压缩机各级出口压力不同，通过改造实现仅使用一台新氢压缩机同时为三套不同加氢装置提供氢气，充分利用一台压缩机功能，使装置综合能耗有了大幅度下降，同时起到了节电、节约除盐水、节约循环水、节约油、节约维护费用的作用，进而提高了企业整体的经济效益。

3、能量回收-液力透平技术

进料泵液力透平技术的原理：使用高分油和低分油之间的压力差驱动泵做功，从而减少电机负荷。泵正常运行时，由电机通过增速箱带动泵叶轮转动，同时液力透平由高分油至低分油之间的压力差驱动泵做功，由此减小电机的负荷。液力透平装置可以回收60%的能量。

注意事项：液力透平运行时，要保持副线高压角阀有一定的开度，目的是当出现事故停液力透平时，副线高压角阀可以及时开启。并且液力透平满负荷时效率最高，设计时已考虑正常运行时保证满负荷状况，过低的负荷液力透平最好不要运行。

4、变频设备的使用、大泵叶轮切削节能

昼夜温差较大的地区较适合采用变频空冷风机，既能在夜间节约装置用电，又能控制温度稳定性，降低员工的劳动强度。

对于生产负荷变化较大的装置，原料泵、产品泵易采用变频技术，在装置低负荷时，降低装置用电量。对于部分运转泵设计流量过大，可以采用“叶轮切削”技术，降低泵的用电量。

5、高效的内构件也起到降低装置能耗的目的：采用先进的反应器内构件减少其占用空间，提高催化剂的装填量，提高反应器空间的利用率，空速降低，在产品质量要求不变的情况下，可以降低反应压力和温度。

四、优化工艺过程控制

1、控制氢油比，降低循环氢压缩机转速，节约蒸汽

高的氢油比可以降低催化剂结焦速率，保持较高的催化剂活性，但是过高的氢油比会增加装置能耗。装置根据不同的生产情况控制合适的氢油比，降低循环氢压缩机的转速，从而降低蒸汽消耗。

2、在线监测：卡边控制产品质量

高的压力和温度对加氢过程是有利的，能提高产品性能指标，但是过高的温度和压力会增加装置能耗，装置可以通过在线监控产品质量，采用较低的反应温度和压力，降低产品质量过剩的程度，从而达到降低装置能耗的目的。

五、除盐水的循环使用

加氢装置为了降低装置水耗，将用于溶解铵盐而注入高压空冷后形成的含硫污水，送入酸性水汽提装置处理后形成中性水再送入加氢装置，重新注入高压空冷。中性水的使用量一般不允许超过50%，有些装置根据实际情况，全部使用中性水作为高压空冷注水。值得注意的是，有些装置将分馏塔汽提出来的污水也注入高压空冷，因为该污水中氨和硫化氢含量是比较高的，这种方案是不提倡的。

加氢装置高压空冷注水水质要求值见表2，经酸性水汽提装置处理后的中性水水质一般符合其要求，但是如果中性水中再掺入少量分馏塔汽提出来的污水，混合水中多项物质含量严重超标，长期使用，可能造成设备的严重腐蚀或结垢，影响设备的安全、平稳运行。

六、新工艺-液相加氢技术

国内首个采用液相加氢技术的装置于2011年年底在石家庄260万吨/年柴油加氢装置投产。液相加氢技术原理如下：

1、氢气在柴油中的溶解度随温度和压力的升高而增大。

2、液相加氢充分利用了氢气的这一性质，通过工艺过程实现氢气预先溶解在被加氢介质中，使加氢反应在均相体系中完成以提高反应速度。液相加氢技术工艺流程图如下：

液相加氢与传统滴流床加氢的区别：

1、采用上流式反应器，反应器内液相是连续相。

2、向反应器补入适度过量氢气，在反应器内以气泡的形式自下而上通过反应器。

3、液相循环代替循环氢循环系统，降低过程能耗。

4、催化剂被充分润湿，床层传热均匀，总液收提高。

5、床层均匀的温度分布，消除局部热点，延长催化剂寿命。

6、液相循环反应热利用率高，减少进料加热炉的负荷，降低系统能耗。

液相加氢装置由于取消了高压循环氢系统，而新增的反应产物循环泵扬程低，能耗少；另外，反应部分氢油比低，气相系统的冷却负荷小，加氢反应热利用充分，故全装置能耗与常规滴流床相比降低约25%～30%。

结论

随着新催化剂工艺、新节能设备、新的节能工艺控制措施等在加氢装置的应用，国内加氢装置的能耗将逐步降低，但在采用新的节能措施时，要充分考虑到其负面因素，要杜绝因其负面因素引起的安全事故。

参考文献：

[1] 方向晨主编.加氢精制.中国石化出版社，2006

[2] 全国炼油加氢技术交流会论文集，2011

[3] 全国炼油加氢技术交流会论文集，2012