催化裂化装置基准能耗修订.doc

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1、一、 前言基准能耗作为评价装置用能水平的一种方法，对于挖掘装置节能潜力，提高能量管理水平，具有一定的实用价值。二十世纪八十年代中期，中国石油化工节能技术中心组织有关专家编制了催化裂化装置基准能耗的计算方法，随着人们能量利用认识的逐渐深入，技术水平及管理水平的不断提高，有必要对其进行适当的修订，以期适应当今技术发展的要求。本文即是在原催化裂化装置基准能耗的基础上，结合催化裂化装置的技术进步修订而成的。影响催化裂化装置能耗的因素很多，而且它们之间的关系错综复杂，很难提出一个普遍适用的具体的基准能耗。因此，本文提出的基准能耗不提供具体的数值，而是提供一个普遍适用的基准能耗的计算方法。该计算方法不是采

2、用传统的输入与输出能量之差加上消耗的方法计算，而是基于能量平衡原理，以装置用能中不能回收的排弃能量和原料与产品之间的化学焓差之和来确定，其中也包括所用能量在转化过程中的损失在内。各个装置可以根据自己的生产方案、原料构成、动力机械配置、操作条件及其它有关的基本参数计算本装置的基准能耗。将计算的基准能耗与实际能耗相比较，可以找出该装置的节能潜力。同时，通过计算各装置的能耗因数（EF）作为各装置能耗水平比较的基准，评价其能量利用水平相对比较合理。本基准能耗适用于国内各种类型、处理各种原料、任何生产方案的大中型（50104t/a）催化裂化装置（包括ARGG，MGD，MIP，FDFCC等）。计算方法所用

3、能耗折算指标按照中华人民共和国行业标准石油化工设计能量消耗计算方法（SH/T 3110-2001），计算基准以每吨新鲜进料计。本方法计算的基准能耗包括反应、再生、分馏、吸收稳定、主风机和烟气透平、余热锅炉、气压机、余热回收站等部分，但不包括水处理和产品精制部分。二、 基准能耗主要修订内容1鉴于目前催化裂化装置正常几乎都不使用加热炉，因此取消原基准能耗中的加热炉能耗项。2根据目前在催化裂化装置中重油催化裂化占绝大多数，仅用掺渣比来衡量催化裂化原料的轻与重并不确切。因此，在新的基准能耗中计算化学焓差能耗（即反应热）不采用以掺渣比来作为对原料轻重的区别，而采用原料的主要性质（比重、残炭、平均沸点、分

4、子量）来评判原料的轻重，反应热采用分子膨胀法来计算。3原基准能耗中余热锅炉的排烟温度是按250考虑的。鉴于目前有些装置的余热锅炉排烟已降至180，故新的基准能耗再生烟气排烟能耗按180考虑。4原基准能耗中散热能耗是用装置焦炭产率和回炼比来关联的。考虑到散热能耗仅与原设计的设备尺寸有关，而与实际操作条件变化和处理量变化关系不大，故新的基准能耗、散热能耗以装置原设计时的处理量和焦炭产率来关联，而与其它无关。 5统计多套数据表明，增压机能耗很难找出与之关联的参数，也是装置能耗计算中最不确定的能耗项。鉴于此，新的基准能耗对增压机能耗采用以实耗的办法来解决。（应该是主风以外的供风能耗：氧、工业风） 6新

5、的基准能耗再生烟气排烟能耗以排烟温度和大气温度差来计算能耗，而在主风机能耗项中，主风的温升作为主风机的有效功来考虑。 7考虑到目前许多装置采用注终止剂或回炼汽油，故新的基准能耗新增终止剂或回炼汽油能耗项。（水作终止剂如何考虑？） 8针对ARGG、MGD、MIP、FDFCC等各种方案的不同对能耗的影响，重新修订工艺排弃能耗和冷却介质能耗。 9蒸汽能耗项中，除考虑雾化蒸汽比例对耗汽的影响外，也考虑回炼比不同对雾化蒸汽量的影响。预提升蒸汽怎样考虑？三、基准能耗的基础条件在基准能耗计算中，主要的基础条件作如下设定：1再生烟气中CO2/CO=，过剩氧含量为2%（干基，分子比）。2焦炭中H/C为7/93。

6、有的装置在7以下，是否可以考虑再严一些？3不设加热炉，原料加热全部按换热考虑。4主风机出口至烟机入口压降按0.09MPa考虑，沉降器顶至气压机入口压降按0.08MPa考虑。（是旋分入口还是出口压力？）5产品进出装置条件见表1。表1 产品进出装置条件名称相态温度名称相态温度干气气态40重柴油液态90液化气液态40油浆液态90汽油液态40轻柴油液态60新的柴油闪点55，出装置温度应低于闪点。油浆如果热供料出装置是否全部利用了能量？6余热锅炉的排烟温度以180计。7主风机组按主风机烟机电机三机组配置，主风机为轴流风机。若烟机回收动力不足以驱动主风机时以电力补足；若回收率大于1时，也以电力计入基准能耗

7、。8工艺用汽等级为1.0MPa，扫线、伴热、抽空、采暖及其它间断用汽不计入基准能耗。9分馏塔采用塔顶循环回流，不采用冷回流。另外设一中、二中及循环油浆四个循环回流取热。10分馏塔顶油气中90部分按低温热回收考虑，90部分按冷却考虑。其余物流中100部分按低温热回收考虑，100部分按冷却考虑。11分馏塔顶油气、压缩富气、补充吸收剂及稳定塔顶油气均按冷却至40考虑。12气压机为带中间冷却器的两段离心式压缩机，动力为3.5MPa蒸汽背压透平，排汽压力为1.0MPa。13干气中C3+按1v%考虑，液化气中C5组分按1v%考虑，C2组分按0.5v%考虑。稳定塔按深度稳定考虑，汽油中C4组分按1wt%考虑

8、。14泵均以电力驱动考虑。15冷却方式均以水冷考虑，水的温升为10。16余热锅炉按不补燃考虑。17回炼汽油为装置自产的粗汽油。如果回炼汽油为来自装置外的粗汽油，要求在粗汽油泵出口分出同样流量的粗汽油返至装置外。18预提升介质为蒸汽蒸汽量按多少考虑？，不考虑干气作为预提升介质。四、基础条件的说明作为各类催化裂化装置通用的基准能耗的基础条件，不是针对某个具体装置确定的。该条件是一个接近目前最经济的理想条件，也是通过努力有可能达到的指标。主要基础条件说明如下：1能耗计算主要涉及油品的焓差，不同原料的焓值差别较大，但焓差则差别不大，无需校正。2CO化学能已计入基准能耗，其燃烧方式和能量利用方式不影响基

9、准能耗。3基准能耗计算方法与原料进装置的温度无关，原料进装置温度仅影响余热回收利用，对总的基准能耗没有影响。4装置向外供出能量不论何种形式，均以热量直接利用计算，不考虑转化。5由于催化裂化装置可利用热量的平均温度较高，气象条件对散热损失的影响较小，所以气象条件对基准能耗的影响不予校正。五、基准能耗的计算方法每个装置根据自己的原料、产品收率、动力机械配置等情况计算自己的基准能耗，具体方法如下：（一） 原始数据1混合原料性质（包括原料比重d420，残炭w%，分子量或恩氏蒸馏50%点温度）2产品收率（包括干气、液化石油气、汽油、轻柴油、重柴油、油浆、焦炭产率）3回炼比4原料雾化蒸汽比例5主风机出口压

10、力6气压机出口压力7反应压力8装置设计时焦炭产率的设计值9装置设计时的公称处理量10装置实际处理量11终止剂或回炼汽油量（二）基准能耗计算方法及步骤基准能耗计算公式如下：公式中各种常量的来历一定要问清楚，很重要。EB=Ei式中：E1E11分别见下述。1化学焓差能耗E1（MJ/t）E1=CRCR与原料性质有关的系数。CR =58066D + 957C - 6539 kJ/kmolMC原料平均分子量，若有该数据按实际数据输入，若无该数据按下式估算。MC=42.97exp（2.1010 -4T-7.79D+2.0910 -3TD）T1.26D4.98Mp产品平均分子量。Mp=（yH + yLO +

11、yG + yL + yF）/（2.8610 -3yH +510 -3yLO +0.01yG +0.02yL+5.8810 -2yF）式中：yH油浆及重柴油产率wt%，yLO轻柴油产率wt%，yG汽油产率wt%，yL液化气产率wt%，yF干气产率wt%。T= T50， T50新鲜混合原料油恩氏蒸馏50%点温度，KC新鲜混合原料残炭，wt%D新鲜混合原料油比重，d15.615.6。2再生烟气排烟能耗E2（MJ/t）E2=24.8yC式中：yC焦炭产率wt%3工艺排弃能耗E3（MJ/t）E3=42.97yF+17.66yL+6.42yG+1.46yLO+0.19yH91.81式中：yH油浆产率wt%

12、，yLO轻柴油产率wt%，yG汽油产率wt%，yL液化气产率wt%，yF干气产率wt%。4主风机能耗E4（MJ/t）E4=(207.86P10.32) yC(2.4316.09P12-13.03P1) 0.133yC(432P111.7)+Ne式中：P1主风机出口压力MPa（绝），yC焦炭产率wt%，Ne增压机能耗：无增压机Ne=0，有增压机时按增压机实际耗功计，Ne=3.6N/WN=增压机实际耗功，kwhW=装置实际处理量，t/h。5气压机能耗E5（MJ/t）E5=(2.16P23)2.464.55(P30.08)（yFyL）式中：P2气压机出口压力MPa（绝），P3反应压力MPa（绝），y

13、F干气产率wt% ，yL液化气产率wt%。6工艺用蒸汽能耗E6（MJ/t）E6=279+31.82a（1+R）式中：a雾化蒸汽比例，R回炼比7泵及其它用电能耗E7（MJ/t）E7=50机泵为何取一个值？8散热能耗E8（MJ/t）E8=5.76yC 0.58q +396.9式中：yC装置原设计焦炭产率wt%，q装置原设计的处理量（新鲜原料进料量）t/h与表面温度无关？9冷却介质能耗E9（MJ/t）E9= 10.9yF +1.54yL+0.55yG+0.12yLO+0.018yH16.3式中：yH油浆及重柴油产率wt%，yLO轻柴油产率wt%，yG汽油产率wt%，yL液化气产率wt%，yF干气产率

14、wt%。10终止剂或回炼汽油能耗E10（MJ/t）E10=1549R2R2 终止剂或回炼汽油回炼比（对新鲜进料量）。11其他能耗E11（MJ/t）E11=45 六、基准能耗的校正 在装置负荷率与设计能力相差较多时，需对计算所得到的基准能耗用下式进行近似校正。EC=E2+ E4+E6+E8+E9+E11+L(E1+ E3+ E5+E7+E10)/L式中：EC近似的校正后的能耗，MJ/t L装置负荷率，分率七、建议的能耗评价指标由于各个装置的具体条件差别较大，用能耗的绝对值对各装置进行比较是不合适的。因此，用能耗因数EF来评价各装置的能量利用水平，可比性相对要强一些。EF=E/EC式中：EC计算的

15、基准能耗E装置的实际能耗，MJ/tEF值越大，表示装置实际能耗与基准能耗的差距越大，能量利用水平越低，节能潜力越大。EF值越接近1，表示能量利用水平越高。在设计完善的装置，EF值小于1也是可能的。八、基准能耗计算举例下面用实例说明基准能耗计算方法的使用。例：以上海高桥分公司140104t/a催化裂化装置1998年8月26日标定数据为例。表2 上海高桥分公司140104t/a催化裂化装置标定数据项 目单 位1原料进料量t/h178残炭%4.11T504552产品收率干气%3.63液化气%16.44汽油%40.6轻柴油%26.62油浆%3.93焦炭%8.323回炼比0.02577(终止剂+回炼粗汽

16、油)/ 新鲜原料0.00384原料雾化蒸汽比例%4.94反应压力MPa（绝）0.3主风机出口压力MPa（绝）0.393气压机出口压力MPa（绝）1.285装置标定能耗MJ/t2563.65表3 上海高桥分公司140104t/a催化裂化装置标定数据计算结果序号计 算 结 果1E1=423.842E2=206.343E3=654.774E4=-330.975E5=168.816E6=440.247E7=508E8=341.589E9=74.1810E10=5.8211E11=45.00EB=2079.60EC=EBEF=1.233 计算结果表明：虽然上海高桥分公司140104t/a催化裂化装置的能

17、耗在国内处于领先地位，但EF仍高达1.233。九、生产装置标定数据校核及节能潜力分析同样以上海高桥分公司140104t/a催化裂化装置1998年8月26日标定数据为例，分析其耗与基准能耗的差距并分析其节能潜力。表4 计算基准能耗与标定核算能耗对比序号项目计算基准能耗标定核算能耗差值1E1423.84418.68-5.162E2206.34251.0544.713E3654.77695.3140.614E4-330.97-119.40211.575E5168.81262.5793.766E6440.24538.9998.757E7505118E8341.583508.429E974.1864.6

18、4-9.5410E105.825.82011E1145450EB2079.602563.65484.05EF1.233对表4所列数据逐相分析，可以看出装置节能的潜力所在之处，有助于节能工作的深入进行。逐项分析如下：1再生烟气排烟能耗E2排烟温度为218.8，较基准温度高。2工艺排弃能耗E3装置的低温热回收比较充分，分馏塔顶换热至70，顶循换热至95，稳定汽油换热至62，排弃能都较基准能耗少，轻柴油换热至99，和基准能耗相当，一中段油采用循环水后冷，而基准能耗为全回收。综合以上几项，总的工艺排弃能较基准能耗少，但是实际能耗计算中回收的低温热按60%可利用计，另有40%计入排弃能，因此总和较排弃能

19、稍高。3主风机能耗E4基准能耗计算中主风机出口至烟机入口压降按0.09MPa考虑，实际主风机出口至烟机入口压降为0.117MPa。烟机回收功率减少。4气压机能耗装置气压机组配置为汽轮机-电动/发电机-气压机，标定期间，装置产中压蒸汽压力为2.1MPa（A），气压机耗电2700kW，因此气压机能耗较基准能耗高。5蒸汽能耗E6解吸塔底采用低压蒸汽作为热源，总的蒸汽消耗量加大。6冷却介质能耗E9低温热回收比较充分，循环水耗量降低，冷却介质能耗有所下降。从上述分析可以看出：烟气排烟能耗、工艺排弃能耗、主风机和蒸汽能耗是该装置能耗较高的主要原因。此外装置发生了大量的中压蒸汽，除了部分供气压机外，其余在装

20、置内通过减温降压器成为低压蒸汽，蒸汽没有逐级利用也是能耗高的主要原因之一。十、实现基准能耗的可能性基准能耗是个高水平的指标，但也不是高不可及的，只要经过认真持续地努力是完全可以实现的。特别是新设计的装置，更具有实现的可能性。下面以镇海分公司300104t/a催化裂化装置的能耗（标定值）为例，说明实现基准能耗的可能性。表5 镇海分公司300104t/a催化裂化装置的能耗（标定值）项 目单 位1原料进料量t/h346残炭%2.5T504602产品收率干气%2.31液化气%14.78汽油%42.66轻柴油%29.32油浆%5.41焦炭%5.123回炼比0.088(终止剂+回炼粗汽油)/ 新鲜原料04

21、原料雾化蒸汽比例%4.5反应压力MPa（绝）3.44主风机出口压力MPa（绝）0.373气压机出口压力MPa（绝）1.315装置标定能耗MJ/t1850.57表6 镇海分公司300104t/a催化裂化装置的能耗计算结果序号计 算 结 果1E1=381.562E2=126.983E3=586.184E4=-193.445E5=125.416E6=434.797E7=50.008E8=225.719E9=58.7210E10=0.0011E11=45.00EB=184.91EC=EBEF=1.005上例说明计算的基准能耗是可以达到的。该例的能耗因素达到1.005的水平是由于采取了以下有效措施：1采

22、用了高效的烟气透平和主风机；2采用了高效的气压机及背压透平；3装置发生中压蒸汽，逐级利用，提高了能量利用水平。4利用了大量低温热，其中包括部分温度低于100的热量。十一、对ARGG工艺技术方案的验证以岳化80104t/a催化裂化装置设计数据为例，分析基准能耗计算方法对不同工艺方案的准确性。表7 岳化80104t/a催化裂化装置设计数据项 目单 位1原料进料量t/h92残炭%4.5T505212产品收率干气%4.72液化气%31.84汽油%41.24轻柴油%12.60油浆%0焦炭%9.13回炼比0.35(终止剂+回炼粗汽油)/ 新鲜原料04原料雾化蒸汽比例%6.25反应压力MPa（绝）0.23主

23、风机出口压力MPa（绝）0.32气压机出口压力MPa（绝）1.65装置设计能耗MJ/t3608.38表8 岳化80104t/a催化裂化装置设计数据计算结果序号计 算 结 果1E1=583.152E2=225.683E3=956.464E4=-222.795E5=419.556E6=547.487E7=50.008E8=395.969E9=108.3710E10=0.0011E11=45.00EB=3108.85EC=EBEF=1.161计算结果表明：该计算方法对于ARGG工艺比较符合。采用能量平衡方法计算基准能耗在国内已经有了比较长时期的应用，但随着催化裂化技术的不断发展，催化裂化装置包括操作条件、原料、产品分布、产品标准等都有了比较大的变化。因此，结合当前催化裂化装置的实际情况，对该方法进行适当的调整是势在必行的。由于催化裂化技术发展到现在，已经发展了多种的形式，而本方法只是建立在其中一种形式的基础上，因此可能对于具体某一装置的应用上，偏差在所难免，尚有待于进一步的完善。