神华煤直接液化加氢改质装置能耗分析及优化

第３２卷第４期　化学工业与工程技术　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．４　２０１１年８月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｕｇ．，２０１１　神华煤直接液化加氢改质装置能耗分析及优化　苟荣恒，胡　聪　（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯０１７２０９）　摘要：介绍了神华煤直接液化加氢改质装置的基本情况、能耗情况和装置设计中的节能优化措施，　例如装置在检修中取消高压反应进料泵一级叶轮、循环氢压缩机３．５　ＭＰａ蒸汽管线扩径、分馏塔顶空冷　增加变频等，通过改造降低了装置能耗，并根据装置实际运转情况对装置接下来进行的节能改造提出了　建议。　关键词：加氢改质　能耗分析节能措施　优化　中图分类号：ＴＥ６２４．５　文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７９０６（２０１１）０４—００５５—０３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｅｎｈｕａ　ｃｏａｌ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｈｙｄｒｏ—ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ｕｎｉｔ　ＧＯＵ　Ｒｏｎｇｈｅｎｇ，ＨＵ　Ｃｏｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ｓｈｅｎｈｕａ　Ｃｏａｌ　ｔｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｏｒｄｏｓ　Ｃｏａｌ　Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｏｒｄｏｓ　０１７２０９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏ—ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ｕｎｉｔ　ｉｎ　Ｓｈｅｎｈｕａ　ｄｉｒｅｃｔ　ｃｏａｌ　ｔｏ　ｌｉｑｕｉｄ　ｐｒｏ—　ｊｅｃｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｂｏｌｉｓｈｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｆｅｅｄ　ｐｕｍｐ，ｅｎｌａｒｇｉｎｇ　ｔｈｅ　３．５　ＭＰａ　ｓｔｅａｍ　ｐｉｐｅ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｃｏｏｌｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｇａｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｎｇ　ｃｏｌｕｍｎ，ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒｅｄ．Ｔｈｅ　ａｄｖｉｃｅｓ　ｆｏｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｔ　ａｒｅ　ｏｆｆｅｒｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈｙｄｒｏ—ｕｐｇｒａｄｉｎｇ；Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ；Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ；Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　神华煤直接液化百万吨示范项目是世界首套煤　１装置能耗　直接液化工业示范项目，对保障我国的能源战略安　１．１装置设计能耗与实际能耗比较　全具有十分重要的战略意义，该项目主要由煤液化　神华煤制油加氢改质装置设计单位能耗８６０．２　装置、加氢稳定装置、加氢改质装置、煤制氢装置构　ＭＪ／ｔ，实际运行单位能耗８０５．０４　ＭＪ／ｔ。根据中石　成。其中１．０　Ｍｔ／ａ加氢改质装置于２００８年底正式　化行业标准《炼油厂能耗计算与评价方法》（２００３　开工，采用国内成熟的加氢改质工艺，以来自煤液化　版），加氢处理装置的能耗定额为９２１．１０　ＭＪ／ｔ，可　并经加氢稳定的大于１４５℃的生成油和轻烃回收装　见装置实际单位能耗低于额定能耗。装置的具体能　置来的加氢石脑油为原料，在较高的氢分压条件下，　耗设计值与实际值对比见表１。　经过加氢深度精制和改质，提高柴油十六烷值，尽可　能改善柴油质量，从而可以生产大量的优质低凝轻　收稿日期：２０１ｌ—Ｏ７一Ｏ７。　柴油及航煤产品；同时生产部分芳潜含量高的重石　脑油，其硫、氮质量分数均低于０．５　ｍｇ／ｋｇ，是非常　作者简介：苟荣恒（１９８３一），男，本科，助理工程师，现从事加氢改　好的重整原料。　质装置工艺技术工作。　・　５６　・　化学工业与工程技术　２０１１年第３２卷第４期　表１设计能耗与标定能耗对比　项目　专　循环水　２７２　１　１３８．８　２９９　１　２５１．９　除盐水　７．５　７２２．２　７．１　６８３．７　电　２　１４４．３　ｋＷ・ｈ　２５　３８８．５　１　９７４．９　ｋＷ・ｈ　２３　３８２．８　３．５　ＭＰａ蒸汽　２９．１　１０　７２１５．６　３５．５　１１２　００５．３　１．１　ＭＰａ蒸汽　一２９．１　９２　５９５．３　—２８　－８９　０９５．１　净化风　３００ｉＴＩ　／ｈ　４７７．０　１３．２ｍ。／ｈ　２１．０　氮气　２４０ｍ。／ｈ　１　５０７．２　１８．５ｉｎ　／ｈ　１１６．２　燃料气　１　７０２　ｋｇ／ｈ　７１　７６１．４　１　５４１．２５　ｋｇ／ｈ　６４　９８３．７　合计　１ｌ５　６１１．５　１１３　３４９．４　进料量　１３４．４　１４０．８　单位能耗８６０．２ＯＭＪ／ｔ　８０５．０４ＭＪ／ｔ　注：装置能耗根据《石油化工设计能量消耗计算方法》的编制说明　（ＳＨ／Ｔ　３１　１０　２００１）计算得到。　１．２装置设计节能措施　ａ）反应系统的换热器均采用双壳程高效换热　器，一是可以降低反应系统的压降，节省循环氢压缩　机的功率；二是大大提高了换热效率，节省换热　面积。　ｂ）由于ｌＴ厂所在地缺水，装置各部分需冷却的　物料及产品尽量选用空气冷却器，以节省用水。　ｃ）选择节能电气设备，如节能变压器、节能电　机、节能光源等。　ｄ）加热炉设置烟气余热回收系统，总热效率达　９０　左右。　ｅ）采用新型保温材料，减少散热损失。　２　节能改造　２．１　高压反应进料泵取消一级叶轮　２．１．１　改造原因　高压反应进料泵由于提供的基础设计数据有偏　差，导致进料泵的扬程超过了设计值，长此以往会使　下游的设备长期超压运行，带来严重的安全隐患，同　时泵电机电流偏大，电机温度偏高。　２．１．２　改造方法　反应进料泵共有９级叶轮，泵返回厂家后拆除　了中间的第５级叶轮。之所以选择拆除一级叶轮，　一是因为若工况变化需要增加扬程时，可将拆除的　叶轮进行回装；二是若选择切割叶轮，需要切割多个　或全部叶轮，工期及费用都会增加；三是拆除一级叶　轮后，泵扬程下降但流量保持不变。为了确保稳定，　首先对Ａ泵进行了改造。　２．１．３改造评价　对改造的Ａ泵和未改造的Ｂ泵在相同的条件　下进行运行标定来检验改造效果，数据比较见表２。　表２　反应进料泵改造前后数据对比　在相同的流量条件下，泵出口压力下降了２．０２　ＭＰａ，同时泵电机温度也明显下降，电机电流减少　１９　Ａ，按设计的年开工３１０　ｄ（７　４４０　ｈ）计算，全年节　约电能８４８　１６０　ｋＷ・ｈ，按照１　ｋＷ・ｈ电０．６元计　算，每年可节约电费５０８　８９６元。改造后既有效解　决了泵出口压力过高的安全隐患，节能效果及经济　效益也非常可观。　２．２循环氢压缩机汽轮机３．５　ＭＰａ蒸汽管线扩径　２．２．１　改造原因　装置循环氢压缩机是采用３．５　ＭＰａ蒸汽驱动　的背压式汽轮机，设计蒸汽压力３．５　ＭＰａ，操作温度　４１０℃。因该装置位于全厂３．５　ＭＰａ蒸汽管网的末　端，蒸汽压力、温度均未达到设计值。由于从系统管　网至汽轮机入口３．５　ＭＰａ蒸汽管线长达１５０　ｍ，管　径为ＤＮ１５０，受管径影响，蒸汽压力降较大，汽轮机　做同样功所消耗的蒸汽量较大。　２．２．２改造方法　将自系统管网至汽轮机入口的３．５　ＭＰａ蒸汽　管线由原来的ＤＮ１５０扩径至ＤＮ２５０，以减少蒸汽　的阻力降，尽可能提高汽轮机人口３．５　ＭＰａ蒸汽的　压力和温度。　２．２．３　改造评价　在系统压力、循环氢气体组成相同的条件下，比　较汽轮机在相同转速下３．５　ＭＰａ蒸汽的消耗量，数　据见表３。　苟荣恒等　神华煤直接液化加氢改质装置能耗分析及优化　・　５７　・　表３　３．５　ＭＰａ蒸汽管线扩径前后数据对比　３．５　ＭＰａ蒸汽管线扩径后，汽轮机在相同的转　速条件下平均少消耗蒸汽３　ｔ／ｈ左右，按设计的年　开工３１０　ｄ（７　４４０　ｈ）计算，全年可节约３．５　ＭＰａ蒸汽　２２　３２０　ｔ。　２．３　分馏塔顶空冷器增加变频　加氢改质装置分馏塔设计塔顶出石脑油、侧线　出航煤、塔底出柴油产品，由于原料中轻重组成的变　化导致分馏塔顶气相组分波动，加上当地昼夜温差　较大，分馏塔顶回流罐温度波动较大，塔顶气空冷、　水冷需经常调节。经过改造给空冷电机安装了变频　调节器，这样既可以有效地保证空冷出口温度控制　的精确性，又减轻了操作人员频繁启停空冷的工作　量，还节约了电能。分馏塔顶空冷器设计有８台电　机，电机额定电流４３．１　Ａ，额定功率２２　ｋｗ，其中４　台空冷电机增加了变频措施，电机电流平均降低　２０　～５Ｏ％。　３建　议　３．１　增加产品石脑油与原料石脑油换热器　装置设计为重原料热进料及少量的石脑油冷进　料，但在实际生产中由于石脑油原料量远大于设计　值，加上重原料温度也比设计值低２Ｏ℃，导致混合　原料油温度比设计值低５Ｏ℃。为保证反应入口原　料油的温度，需提高反应加热炉负荷，导致装置能耗　增加。装置设计与实际原料组成及温度对比见　表４。　另一方面，石脑油经石脑油稳定塔拔出液化气　组分后作为合格产品外送罐区，石脑油产品出塔温　度为１７９℃，经过空冷、水冷降至３５℃，此部分热量　未有效利用，建议增加产品石脑油与原料石脑油换　热器，利用这部分热量加热石脑油原料，进而提高混　合原料温度，减少反应加热炉负荷，降低装置能耗。　表４原料组成及温度对比　３．２　水伴热系统改造　装置经过改造目前共有１．１　ＭＰａ蒸汽伴热线８　条，０．４５　ＭＰａ蒸汽伴热ｌｌ０条，每年自１０月投用伴　热，第二年４月停伴热。冬季投用伴热蒸汽期间，平　均消耗１．１　ＭＰａ蒸汽１．５　ｔ／ｈ，消耗０．４５　ＭＰａ蒸汽　４．２　ｔ／ｈ。若改造为水伴热将大大降低蒸汽的消耗，　改造的同时应保留蒸汽伴热，增加装置冬季生产的　安全性。　３．３低温热回收　对于装置部分低温热可进行回收利用，一是分　馏塔顶空冷，入空冷前温度在１３０～１４５℃左右，二　是柴油出装置空冷，入空冷前温度在８Ｏ～１０５℃左　右，可增加２台换热器串联与伴热的采暖水进行换　热，以降低加热伴热水蒸气耗量。　３．４安装变频调节器　由于实际生产与设计值的差异，装置反应加料　泵、原料油升压泵、塔顶回流泵大部分时间均未达到　额定流量，效率不高，从而浪费电能，建议此６台泵　增加变频措施以节约电能的消耗。　４　结　语　神华煤直接液化加氢改质装置经过改造，装置　的能耗有一定程度的降低。但根据实际生产情况，　装置仍有进行节能优化的空间，通过逐步实施，必将　进一步降低装置能耗，提高经济效益。　参考文献：　［１ｌｉｅ武海，吕浩，穆海涛，等．３．２　Ｍｔ／ａ加氢处理装置节能　途径可行性分析与探讨［Ｊ］．石油炼制与化工，２０１０，４１　（１）：７２—７６．　［２１孙建怀．１．５　Ｍｔ／ａ加氢裂化装置节能改造ＥＪ３．炼油技术　与工程，２０１０，４０（３）：５６—５９．　Ｅ３］李大东．加氢处理工艺与工程ＥＭＪ．北京：中国石化出版　社，２００４：１１７９—１１８２．