降低连续重整装置能耗的优化

降低连续重整装置能耗的优化

韦增铝

中国石化北海炼化有限责任公司 广西北海 536000

摘要：本文分析了中国石化北海炼化有责任限公司连续重整装置于2022年和2023年主要的能耗技改节能项目和投用效果。经过技改节能措施的优化落实，有效地降低了加热炉的燃料气消耗量与排烟温度，提高了加热炉热效率，使得装置能耗明显下降且趋于稳定，其中2023年的能耗有11个月完成了确保值，每月能耗平均稳定于66.40kgEO/t，相比2022年的进一步降低了1.0kgEO/t，极大提高了装置的能源利用率。

关键词：连续重整；能耗；加热炉；燃料气

前言

随着国家的可持续发展，对汽油的标准越来越严，生产高辛烷值汽油的连续重整装置是炼化工业最重要的加工工艺之一[1]。但由于重整装置设备多，进行的主要反应为强吸热反应，运行能源消耗量大，因此其在节能降耗工作中被炼化厂作为重点研究对象[2]。连续重整装置的工艺、设备、操作等因素均会对其综合能耗产生影响[3]。在结合重整装置设计规模与运行现状的基础上，中国石化北海炼化通过装置用能状况的能源数据分析，识别能源使用中的风险和机遇，开展了换热器和加热炉的优化节能技改项目，实现了装置能耗的进一步降低。

1装置与技改节能项目

1.1 重整反应工艺流程

重整进料与重整循环氢压缩机C201的出口氢气混合，流入重整进料换热器E201的管程，与壳程中的重整反应产物换热后进入“四合一”炉F201/F202/F203/F204与重整反应器。反应产物流入E201壳程与重整进料换热后，经反应产物空冷器A201流入反应产物分离器V201， V201分离出的氢气经过C201压缩后循环至E201管程[4]。反应系统中“四合一”炉燃烧所需空气经鼓风机加压，在四合一炉空气预热器中与引风机引出的“四合一”炉排出的空气换热后再进入炉内(图1)。

图1 重整反应工艺流程图

1.2 主要用能设备

此装置燃料气消耗设备有“四合一”炉，汽提塔重沸炉F102、石脑油分馏塔重沸炉F103、预加氢进料加热炉和脱戊烷塔重沸炉四台圆筒炉。燃料气耗能在装置总耗能中占比最多，主要提供反应所需温度及部分塔底热源。此外，装置主要消耗3.5MPa蒸汽设备是重整循环氢压缩机C201，3.5MPa蒸汽推动C201做功，使重整氢气循环耗能。通过确定装置主要用能过程和设备，提出降低能耗的具体技改节能措施。

1.3 技改节能项目

此装置在2022年和2023开展的主要技改节能项目如下：

（1）因原重整进料换热器E201管束堵，换热效果差，能耗增加，2022年3月，E201由原缠绕管式更换为板式换热器。

（2）由于重沸炉F102和F103的原空气预热器换热效果差，造成排烟温度高，燃料气利用效率低，同年3月分别更换F102和F103预热器。

（3）“四合一”炉空气预热器换热效果差，炉子效率低，能耗增加，2023年2月，预热器由铸铁板式更换为玻璃板式。

（4）为降低“四合一”炉外壁温度，减少炉壁散热损失和燃料气用量，2023年6月采用了水性保温型隔热漆对其外壁进行在线喷涂节能改造。

2技改节能投用效果与分析

2.1 技改投用效果

（1）如表1所示，更换全新E201后，C201的3.5MPa蒸汽用量降低了6.0t/h，“四合一”炉中的F201炉燃料气用量降低了150Nm3/h，由此计算出能耗共下降了3.12kgEO/t。说明了更换E201之后，极大降低了3.5MPa蒸汽与燃料气消耗，并且未影响装置生产的安全平稳和质量控制。

表1 E201更换前后蒸汽和燃料气对比

（2）从表2可以看出，F102更换新空气预热器后，F102排烟温度下降了6℃，燃料气消耗量下降了20Nm3/h，计算出能耗减少了0.2kgEO/t。同时，对F103的空气预热器改造后，F103排烟温度下降了8℃，燃料气消耗量下降了50Nm3/h，能耗减少了0.5kgEO/t。表明了F102和F103空气预热器改造后进一步降低了装置能耗。

表2 F102和F103更换空气预热器前后数据对比

（3）按照节能降耗设备更新计划项目要求，2023年2月更换新“四合一”炉空气预热器，“四合一”炉排烟温度由130 ℃降至89 ℃，排烟温度下降了41 ℃，热效率由92.3%提升至94.3%，提高了2%。同时燃料气节约了192.7Nm3/h（表3），由此计算出能耗降低了1.93kgEO/t。表明了预热器更换后装置燃料气消耗量降低，单耗下降。

表3 预热器更换前后燃料气对比

（4）此外，为进一步提高“四合一”炉热效率，6月对“四合一”炉的外壁开展喷涂水性陶瓷微粒保温型隔热漆，减少其散热损失。在喷涂前后分别测量了“四合一”炉的外壁温度，计算得出炉壁面的热流密度，再根据式（1）计算出单位时间炉壁的散热损失量。如表4所示，节能改造后，散热损失量减少了412.47kWh，参照燃料气的低发热值为42.83MJ/Nm3，计算出理论减少了燃料气量34.67Nm3/h，相应的理论降低能耗为0.37kgEO/t，节能效果较好。

式中：Q-散热损失量-kWh；q-热流密度-kW/m2；F-炉壁面积-m2

表4 改造前后的炉壁计算

2.2 能耗管理完成情况

此装置2022年能耗如图2所示，其中确保值为67.5kgEO/t和奋斗值为59kgEO/t。能耗分别于1月、4月、7月、9月、10月、11月、12月达到确保值。能耗最高为2月的72.81kgEO/t，是因为换热器E201堵塞情况愈加严重，换热效果变差，为达到重整反应所需温度，“四合一”炉就需要消耗更多的燃料气；并且E201差压上升导致C201出口压力上升，消耗更多的3.5 MPa蒸汽做功，所以能耗增加。在3月份更换新E201后，提高了换热效率、降低了C201负荷，节省了不少的燃料气和蒸汽资源。与此同时，F102和F103空气预热器的分别更换，提高了炉余热回收效率，进一步减少了0.7kgEO/t能耗。6月份起，装置能耗降低且趋于稳定，保持在约67.40kgEO/t，表明了装置处于平稳运行状态。

图2 2022年连续重整装置能耗对比图

同理，2023年的能耗如图3所示，确保值和奋斗值分别为66.7kgEO/t和59kgEO/t。通过图中数据发现，2023全年能耗有11个月完成了确保值，2月份未完成确保值，2月份能耗最高为70.36kgEO/t，主要原因一是更换“四合一”炉空气预热器，鼓风机、引风机停用，空气预热器切出，“四合一”炉空气由强制通风改为自然通风，炉子热效率降低；二是本月重整降量运行，反应氢油比高控为1.9，比正常值1.4高出0.5，C201的3.5MPa蒸汽用量增多，导致能耗增加。“四合一”炉新空气预热器更换后，提高了炉热效率，使燃料气消耗量降低，3月份能耗明显下降。除此之外，为了进一步提高“四合一”炉的能源利用率，6月份对炉外壁开展了喷涂保温隔热漆，减少了燃料气消耗，能耗均能完成确保值，稳定在约66.40kgEO/t，相比2022年进一步降低了1.0kgEO/t。

图3 2023年连续重整装置能耗

2.3 能源影响因素和改进方向

燃料气占此重整装置用能比例的70%以上，未来装置的用能结构基本不变，因此，降低装置能耗的主要做法之一是减少加热炉的燃料气量和提高炉热效率。一是确保E201保温情况良好，提高其换热效率，对换热前后温度加强监测，做好工艺技术模拟分析，防止结焦等异常事件出现，导致换热效率下降[5]。二是在保证产品质量的基础上，对各分馏塔的回流和塔压做好优化调整操作，通过降低塔压、回流比和塔底温度，减少塔底重沸炉燃料气量。通过产品质量卡片操作，降低燃料气用量，防止产品质量过剩。与此同时，“四合一”炉已使用保温隔热材料喷涂炉外壁，增加了炉壁隔热能力和炉子热效率，降低了燃料气用量。往后可对散热量大的圆筒炉也喷涂专用隔热保温材料，提高其热效率，减少燃料气消耗。

3 结论

此重整装置在2022和2023年期间，经过更换全新E201，更换重沸炉F102、F103和“四合一”炉空气预热器，并对“四合一”炉进行在线喷涂保温材料等技改节能措施的逐一落实与应用，有效降低了装置能耗。2023年每月能耗平均稳定于66.40kgEO/t，相比2022年的67.40kgEO/t进一步降低了1.0kgEO/t，表明了装置处于平稳运行状态。但同时与能耗奋斗值还相差较远，需通过综合运用新工艺、新设备，持续深入优化装置用能过程。

参考文献

[1]高超.降低连续重整装置能耗的探讨[J].化工管理，2022，(27): 43-45.

[2]郭建波,张英哲,任研研.连续重整装置能耗分析和优化[J].河南化工, 2020, 37(6):4.

[3]张忠旭.连续重整联合装置用能优化改进研究[J].化工管理, 2023(5):56-59.

[4]王刚,程德治.连续重整进料换热器压降高原因及对策[J].广东化工, 2023, 50(1):122-124.

[5]谭耀国.连续重整装置节能措施浅析[J].广东化工, 2020, 47(13):3.