加氢过程用能和能耗

加氢过程用能和能耗一前言/能耗是计算对象在生产过程中所消耗的燃料能量和蒸汽、电力、能耗工质（各种水、压缩空气）追源至燃料的能量的总和。/催化加氢过程的装置包括有不同类型的加氢裂化和加氢精制，虽然其过程有繁简不同，能耗不同，但其用能过程均是不可逆的。/过程中的传热、传质、流体流动、化学反应的能量利用和变化是用能分析的基础。/影响过程能耗大小的因素很多，是管理、技术和经济诸多因素的综合体现。/加氢装置是炼油厂中能耗较大的装置之一。据对我国炼油厂的几大主要装置（常减压、催化裂化、催化重整、焦化、加氢精制、加氢裂化）的能耗统计，加氢装置的总能耗约占其中近30%。/因为加氢反应过程是在高温、高压、临氢操作，对进料和氢气有加热升温和升压的要求，消耗大量的燃料和动力，因此决定着它居于用能大户的地位。/为此，必须通过不断的技术进步，改进加氢过程工艺和提高催化剂的加氢性能，以促使加氢装置大大降低能耗，满足生产发展的需要。/加氢装置的用能与其它炼油装置用能基本相似，一般可以归纳为能量的转换和传输、工艺利用及能量回收三个环节，三者之间是互相联系和互相影响着的。/能量转换和传输环节进入体系的总能量包括燃料化学能和部分电能等，通过加热炉、各类压缩机和泵等设备转换，一部分以热能和机械能有效地供给工艺过程所需要的能量，有时如有汽轮机操作时还可直接输出一部分能量（如背压蒸汽），同时不可避免会有一部分直接损失的能量（如排烟损失、散热损失和无效动力能等）。•能量的工艺利用环节这是用能过程的核心。进入此环节的能量通过泵送、压缩、反应、分馏等各化工单元操作相应的设备完成其工艺过程。在进入此环节的能量除了转换和传输环节有效供入的能量外，还有回收环节回收的能量。在这一环节中，热力学能耗（产品带出与原料带入能量之差）是不能回收的，而剩余部分则有可能回收，称为待回收能。•能量的回收环节此环节由包括换热器、蒸汽发生器、冷却器、余热回收设施等大量的传热过程以及液力透平从高压工艺物流减压回收功带动机泵的能量所组成。此处回收的能量有二部分，一是作为用于体系，内部成为工艺总用能的一部分的回收循环能。另一是用于体系外或用于转换环节的回收输出能量。未回收的能量则为以散热、冷却、物流排弃等方式排入周围环境的能量。加氢过程用能和能耗一加氢过程能耗的特点/总输入能多。进料和氢气升温和升压均需要供入大量能量。此外，为使反应过程保持一定的氢分压，除输入补充新氢外，在反应过程还需有250〜1000左右的氢油比的循环氢量，以及相当部分为控制反应温度的急冷氢（循环氢）量，这些循环氢的升压输送也需要消耗循环氢压缩机的动力，循环氢量越大，能耗越高。/升压用电在能耗中比例大。进料和氢气的升压是通过电动的进料泵和补充氢压缩机进行，像高压加氢裂化装置所耗升压电达全装置总能耗30〜35%。/化学氢耗量随反应苛刻度（或转化率）大小而变化。加氢反应过程一般包括脱硫、脱氮、烯烃饱和、芳烃饱和、加氢裂化等化学反应。所有反应均须耗氢，苛刻度大，氢耗大，相应补充氢压缩机压缩能耗增高。/反应热随耗氢量的增加而增加，可回收利用能数量大。耗氢量大，反应过程释放反应热大，供有效利用的热量多。可加强回收热量，降低加热炉输入能。但反应热量大，为控制反应器内温度，需往反应器送入急冷氢（循环氢）调节床层温度，相应

加大了循环氢压缩机能耗。/低温热多。高能级的能量输入装置后，通过加氢装置的一系列化学和物理的过程大量地转化为低温热。此处所谓低温热是指150〜200°C以下油品通过冷却的热量以及400r以下烟气排入大气的热量等。如何利用好这部分热量，也是影响装置能耗构成的一个主要因素。/运转初期和运转末期操作条件不同，用能也有所不同。随着反应器的操作不断往前进行至一定时间后，催化剂会逐步结焦脏污，活性下降，必须提高催化剂温度，以补偿所失去活性。此时相应裂化反应增加，反应热增大，供有效回收的热量增加，降低能耗；但同时化学氢耗量增大，控制床层温度的急冷氢量增大，相应补充氢压缩机和循环氢压缩机流量增大，能耗增加。此外，分馏部分能耗也由于运转初期和末期反应操作条件不同造成产品收率变化会有所出入。因此，工程设计时要综合考虑运转初期和运转末期的用能。加氢过程用能和能耗一影响能耗的主要因素不同的催化加氢工艺对能耗的影响不同加氢精制工艺对能耗的影响不同加氢裂化工艺流程对能耗的影响渣油加氢工艺对能耗的影响•••••

•由反应压力决定的补充氢压缩机和反应进料泵的升压电耗；操作苛刻度及耗氢量是否为循环流程，是否设高压循环油泵和加热炉；两段流程较一段流程增加了一个反应系统（包括加热炉、循环氢压缩机、反应产物空冷器等）不同加氢精制工艺对能耗的影响4-与直馏煤、柴油加氢处理工艺相比较，二次加工油品焦化柴油、催化柴油加氢处理工艺的加工流程基本相同，但反应条件不同。二次加工油品中硫、氮和芳烃含量高，质量差，为了达到一定的脱氮率和芳烃饱和开环，一般采用较高的加氢反应压力（7.0〜8.0MPa）和较高的反应温度。以脱硫为主的直馏煤、柴油加氢处理，反应压力为3.0〜4.0MPa即能满足产品质量要求。4-二次加工油品加氢过程释放大量的反应热（一般反应温升50C以上），能供换热的热量多，基本能补偿较高反应温度所需的热负荷，不致过多影响反应进料加热炉热负荷，因此直馏油品加氢处理与二次加工油品加氢处理能耗的差别主要在于原料和氢气升压的电耗。4-对于二次加工焦化汽、柴油加氢处理，由于要对加氢生成油分馏切割汽、柴油，因此增加了分馏加热炉和分馏塔顶冷却等能耗。4-焦化汽、柴油加氢处理的能耗高于催化柴油加氢处理，也大于直馏煤油加氢处理的能耗。爵不同加氢裂化工艺对能耗的影响4-由反应压力决定的补充氢压缩机和反应进料泵的升压电耗。操作苛刻度及耗氢量。4-是否为循环流程，是否设高压循环油泵和加热炉L两段流程较一段流程增加了一个反应系统（包括加热炉、循环氢压缩机、反应产物空冷器等）一般来讲，单段一次通过流程能耗最低，双剂串联一次通过或全循环流程次之，两段、双剂全循环流程能耗最高。庭工艺条件对能耗的影响当处理某种原料时，在催化剂确定后，影响加氢效果的主要工艺条件是反应压力、反应温度、氢油比和氢耗等。通过调节以上的工艺条件来提高加氢过程的反应速度和对化学平衡的影响。这些工艺条件与能耗大小有着直接关系。成工艺条件对能耗的影响一反应压力＞反应压力是加氢过程最重要的工艺操作参数之一，直接影响催化剂的反应活性和稳定性以及产品的质量。＞反应压力实质上是指氢分压，它是取决于操作总压力，循环氢中氢纯度、氢油比及原料油的汽化率。＞操作压力大小将确定补充氢压缩机和反应进料泵的出口压力。＞原料重，杂质多，产品质量要求高时，则必然增加加氢的苛刻度，需要高的反应压力（高的氢分压），为此就要升高补充氢压缩机和反应进料泵的出口压力。＞反应系统压力升高了，注水泵的出口压力也相应需提高。这些都要增加各自的升压电耗。成工艺条件对能耗的影响一反应温度＞加氢过程的原料油和反应压力确定后，反应温度就是反应过程最敏感的操作参数，是加氢过程最灵活方便的调控手段。＞调节反应温度来改变过程的反应苛刻度。成工艺条件对能耗的影响一氢油比＞在加氢系统操作中需要保持较高的氢分压，是靠通过进入反应器的氢油比（体积比）来维持。＞提高循环氢气流量可降低催化剂表面油膜厚度，有利于氢的扩散，加快加氢转化反应速度，同时还可抑制缩合反应，减慢生焦反应速度，延长催化剂的运转周期。所以加氢过程的氢油比均大大超过化学反应所需耗氢的数量。成工艺条件对能耗的影响一耗氢量＞在加氢反应过程中必须根据化学反应消耗的氢气量以及溶解于反应生成油和机械漏损等的氢气量而不断将新鲜氢气升压加热补充入反应器，否则系统中的氢分压就会保持不住而下降，不能保证进料在反应器内反应产生合格产品。＞在这些消耗的氢气中，主要是化学反应耗氢，占耗氢量中的绝大部分，视原料性质好坏和目的产品要求而确定之。成原料对能耗的影响＞加氢工艺技术的特点是所处理的原料油范围宽，产品灵活性大，液体收率高和产品质量好。但原料的好坏，目的产品的质量要求对需要的加氢反应操作条件会有相当大的差异。＞加氢反应苛刻度是受原料性质、目的产品的质量要求而决定的。不同的原料性质，不同的目的产品要求，就有不同的加氢反应苛刻度。＞苛刻度的增加意味着增加加氢反应的压力和温度，增加耗氢量以及提高氢油比等。庭装置组成对能耗的影响＞加氢装置组成不同，其能耗也不同。装置组成越复杂，其能耗越大。例如某炼化企业80万吨/年全循环流程加氢裂化装置，增加气体和液化气脱硫部分后，能耗增加2kgfoe/t；增加液化石油气分馏部分，能耗增加0.23kgfoe/t。因此，评价加氢装置的能耗，应与装置组成联系起来。成装置负荷率对能耗的影响4-加氢装置的负荷率越高，能耗越低。如某套加氢裂化装置负荷率与能耗的关系见下表。负荷率100767066能耗基准基准+1.32基准+2.03基准+4.41加氢过程用能和能耗一能耗构成成加氢处理（精制）装置和加氢裂化装置都主要是由加氢反应、产品分馏和氢气压缩三个部分组成。某些装置从合理利用能量和便于操作管理出发，将脱硫系统（包括脱硫剂再生）和含硫污水汽提也并入加氢装置中，因此加氢装置能耗的大小、构成与所采用的工艺流程、反应条件以及装置的构成有关。催化加氢工艺过程反应压力MPa单位能耗Kgfoe/t高压加氢裂化（单段一次通过）12.0-17.038.22-59.71高压加氢裂化（未转化油循环）16.0-18.066.40-75.95高压加氢裂化（单段中油循环）16.0-18.075.95渣油加氢处理15.0-17.026.27-40.96润滑油加氢处理13.0-15.055.89润滑油加氢处理、异构脱蜡、后精制14.0-16.088.85中压加氢改质8.0-10.042.28中压加氢裂化8.0-14.036.07-54.93焦化汽柴油加氢8.020.54-28.42催化柴油加氢6.0-8.020.42-26.27直馏柴油加氢3.0-5.015.52-17.91煤油加氢4.013.61-16.72总的来说，加氢装置的节能思路与各种炼油装置基本是一样的。＞改进工艺流程和操作条件，降低工艺总能耗；＞提高能量回收率，减少排弃能量；＞提高能量转换效率，减少装置供入总能；＞实现装置的热联合；＞减少能量损失，加强设备和管线保温，减少热损失。爵优选工艺是节能的前提＞采用炉前混氢技术，提高换热的传热效率，减少换热设备，降低系统压降；＞在反应系统采用热高压分离器流程，降低反应产物的冷却负荷及反应生成油分馏加热炉负荷；＞加氢裂化装置双剂串联流程中，在精制反应器与裂化反应器之间设立反应进料加热炉的进料换热器，可回收部分热量，降低加热炉负荷，减少燃料耗量；＞分馏塔设置中段回流，回流取热做其它冷物流的热源或发生蒸汽，回收热量，降低能耗。爵开发和采用新型催化剂＞催化剂性能决定着加氢过程的反应压力，反应温度，也影响氢耗、目的产品的收率、气体产率和加氢反应热等。采用高活性、高稳定性的催化剂对降低装置能耗有着举足轻重的影响。爵充分合理利用反应热在加氢过程产生大量反应热，采用窄点技术进行换热网络计算，使换热流程优化匹配，充分回收反应热各温位热量，以之加热进料、氢气以及去下游分馏的加氢生成油或甚至产生蒸汽，最大限度地减少）令、热公用工程用量，是加氢装置节能的一大关键。成采用高效设备采用双壳程换热器，以达到合理地高效换热，更适用于温差小的传热过程。除可多回收热量外，还避免了多台单壳程换热器的串联使用，降低了反应系统压力降，减少循环氢压缩机的压缩能耗；采用节能型电机，特别是对大型电机；尽量采用高效油泵。采用卧管双面辐射炉型的反应进料加热炉。爵回收利用低温热生产过程中有很大一部分高品位能量变成低品位能量，以各种形式排至环境损失掉。150—200C以下油品的热量通过令却排至环境；压力在0.3MPa以下乏汽和凝结水排入环境；400C以下的加热炉烟气排入大气。以上这些热量是相当大的数目，其利用程度对装置内的能耗影响相当大。如对加氢裂化装置＞100C以上的热量能够回收，则装置能耗可降低10—20%。预热原料，减少加热炉热负荷，节约燃料；预热各种工业用水（包括软化水、锅炉给水等），节约蒸汽；用于采暖生活供热，节约蒸汽；用于轻烃装置作重沸器热源；预热加热炉用空气；加热热水作工艺及仪表管线伴热。低温热的利用程度.将决定于其经济合理性。龄从工艺操作角度采取的节能措施上合理控制反应器温升：在一般的加氢装置设计中，原料先与反应器出口物流换热，再进入反应加热炉被加热到所需的反应器入口温度。在高的反应器出口温度下，换热后进炉前的原料温度提高，加热炉出入口温升降低，这样减少了炉子的加热负荷。另外，按高反应器温升方式操作，也减少了催化剂床层间冷氢的注入量，循环氢压缩机负荷可以降低，也能节省部分能耗。维持适宜的氢油比：对某80万吨/年加氢裂化装置进行能量平衡测试，在反应器的能量平衡中，循环氢带入的热量占反应器总热量的70%左右，比例非常大。因此控制合适的氢油比对反应器的用能影响较大。应根据装置负荷调整维持适宜的氢油比，避免氢油比过高，增加能耗。氢油比的降低可以使系统压降降低，循环氢压缩机能耗降低，蒸汽用量减少，同时降低加热炉的热负荷和燃料消耗以及风冷器的电耗。此外，新氢的纯度影响到装置的能耗，对于高压加氢裂化装置，新氢纯度每下降1.0%,反应部分能耗约增加7%。4-避免系统压降过大：反应系统压降大是固定床加氢过程中常见的一个问题。如果压降过大，会带来一系列的问题，循环气压缩机的负荷加大、能耗上升，反应器或管道的物流会变得混乱、影响加氢效果或换热效果，如压降上升过快，还会严重影响到装置的长周期运行。上压差变大的因素主要有以下几点：氢气纯度下降；4-循环气流量增加；4-原料油处理量增大或带水等；4-催化剂局部粉碎或结焦；反应器入口分配器堵塞；4-注水量减少，冷却器铵盐堵塞；换热器结垢或压缩机入口堵；4-循环压缩机及新氢压缩机启动不正常，或经常开停紧急泄压引起床层压降超过催化剂强度值，使催化剂粉碎。成从工艺操作角度采取的节能措施提高加热炉热效率：（1）选用新型节能燃烧器；（2）加强氧表的维护和管理；（3）搞好余热回收，降低排烟温度；（4）应用新型隔热衬里材料，减少热损失；（5）重视“三门一板”的优化操作；（6）加强对积灰、积垢、结盐的清除工作。成采用新技术和助剂节能4-在氢气压缩机应用HydroCOM气量调节系统4-设置液力透平，回收压力能损失应用阻垢剂节能成公用工程系统节能节电4-高压注水由除盐水改为净化水加强循环水管理，减少循环水用量4-节汽龄其它节能4-装置热联合L加强保温、伴热管理4-避免产品质量过剩，降低氢耗加氢过程能耗的特点■总输入能量多■升压用电在能耗中所占比例大■化学耗氢量与反应苛刻度（或转化率）有关■可回收利用能量多■低温热多影响能耗的因素工艺条件对能耗的影响■反应压力（氢分压）■反应温度■氢油比■耗氢量不同的催化加氢工艺对能耗的影响■不同加氢处理（精制）工艺对能耗的影响■不同加氢裂化工艺流程对能耗的影响

■原料、目的产品对能耗的影响■装置组成对能耗的影响■装置负荷率对能耗的影响加氢装置能耗的构成加氢装置典型能耗催化加氢工艺过程反应压力，Mpa单位能耗，kgfoe/t高压加氢裂化（单段一次通过）12.0~17.038.22~59.71高压加氢裂化（未转化油循环）16.0~18.066.40~75.95高压加氢裂化（单段中油循环）16.0~18.075.95渣油加氢处理15.0~17.026.27~40.96润滑油加氢处理13.0~15.055.89润滑油加氢处理、异构脱蜡、后精制14.0~16.088.85中压加氢改质8.0~10.042.28中压加氢裂化8.0~14.036.07~54.93焦化汽、柴油加氢8.020.54~28.42催化柴油加氢6.0~8.020.42~26.27直馏柴油加氢3.0~5.015.52~17.91煤油加氢4.013.61~16.72加氢裂化装置的能耗各企业加氢裂化装置能耗占炼油综合能耗的比例一般在6%~10%。加氢裂化装置的能耗

金陵1#燕山1#股份平均加氢裂化装置能耗构成电耗和燃料消耗在能耗中所占比例最高，分别高达30%〜40%、30%〜60%，蒸汽的消耗根据各装置的不同差异较大，所占比例从5%到20%金陵1#燕山1#股份平均加氢裂化装置能耗构成基准能耗与节能潜力典型的国产140万吨/年一段双剂串联一次通过加氢裂化装置的基准能耗燃料能耗：E1==18.888kgfoe/t电耗：E2=18.76kgfoe/t蒸汽能耗：E3=1.949kgfoe/t循环水：E4=1.369kgfoe/t除氧水：E5=3.34kgfoe/t其它水：E6=0.05kgfoe/t其它能耗：E7=0.407kgfoe/t总能耗E=E1+E2+E3+E4+E5+E6+E7=44.763kgfoe/t基准能耗的校正：反应部分为热高分流程，取热高分比冷高分节能3.5kgfoe/to装置的基准能耗：44.763—3.5=41.263kgfoe/t与基准能耗相比，中石化加氢裂化装置的实际能耗平均有9kgfoe/t的节能潜力。加氢裂化能耗国际先进水平为38kgfoe/t（全循环流程），而我国平均一般水平为46kgfoe/t，因此节能潜力较大。加氢装置节能措施■从装置设计角度采取的节能措施■从工艺操作角度采取的节能措施■采用新技术、助剂节能■公用工程系统节能■装置热联合及回收利用低温热■加强保温、伴热管理■其他节能措施■优化制（产）氢、加氢网络，合理产氢、用氢，降低产氢、用氢成本，降低能耗从装置设计角度采取的节能措施优化工艺流程■采用炉前混氢技术■采用热高压分离器流程■精制反应器与