具有化学转化的炼油过程用能优化策略

能量密集型石化炼油工业在生产能源和基本有机化工原料的同时消耗大量的能源,其能耗在国内整个工业能耗中占有相当的比重。炼油过程的能量利用与国际先进水平相比仍存在相当大的差距,用能效率普遍较低,其中具有化学转化的炼油装置的能耗明显高于其它炼油装置,其能量的有效利用是实现炼油企业全局节能降耗目标的关键之一。目前,由于炼油过程的复杂性和相对独立性,尚未针对具有化学转化的炼油过程提出普遍适用、简便易行的模拟策略和用能优化方法。本文基于具有化学转化的炼油过程的共性研究,借助流程模拟软件PRO/II和三环节过程系统火用分析策略,对该类装置进行模拟策略和用能分析与优化研究。根据具有化学转化的炼油装置普遍存在高温反应油气能量的综合利用,且能量利用环节用能温位高的特点,总结归纳了流程模拟中热力学模型选择的范围和方法以及换热网络的模拟和分析方法;提出了采用产品反推微调的方式模拟反应产物的策略,以及复杂塔的塔段划分和分段选取塔板效率的原则方法,并提出相应的换热网络优化措施。论文根据装置工艺流程中是否存在反应原料物流循环将具有化学转化过程的装置分为两类,并分别对其进行用能分析优化策略研究,主要包括:①对于不存在反应原料物流循环的装置,如催化裂化、延迟焦化等装置,其过程热火用的回收是装置节能降耗的关键。由于该类装置产物馏程分布一般较广,故存在具有多侧线和多中段的主分馏塔,一般认为增加主分馏塔高温位取热,同时减少低温位取热,能有效降低装置过程火用损。然而,装置过程三环节火用分析表明,若要实现提高装置过程火用效率的目标,必须对主分馏塔中段回流取热和装置内外可变热阱同时进行优化,否则可能由于无法找到与相应热源匹配的热阱而增加换热流程复杂度,从而增加投资费用。以此,本文以装置换热过程火用损最小为最优化目标,提出相应的优化策略。②对于存在反应原料物流循环的装置,如加氢精制、加氢裂化等装置。由于反应产物压力偏高,故装置节能的关键是同时进行热火用和压火用的回收。通常认为采用热高分流程可以完全消除装置中物流的重复冷却和加热现象,有效提高过程热火用效率。但研究发现,采用理想的无需加热低分油的热高分流程时,易导致混合进料换热终温下降,增加加热炉内过程火用损和燃料费用。以此采用热高分流程时,应在保证产品质量以及装置内热源、热阱匹配满足要求的前提下,适当选择高压分离温度,避免将全部物流冷至较低温度,造成热量的无谓浪费。对于工业液体压力能回收,正位移原理回收技术由于简化了能量转换过程,较之液力透平能更有效的回收高压液体的压力能。利用正位移技术回收装置中高压物流的压力能,可有效提高过程火用效率。应用所提出的具有化学转化的炼油装置的模拟和用能优化策略,以某催化裂化装置和柴油加氢装置为例,对其进行了全流程模拟和用能分析优化。模拟计算结果与装置实际操作参数吻合较好,表明所提出的模拟策略可行;同时依据所提出的用能优化策略对装置进行用能优化改进,装置火用效率分别提高了14.5%和29.8%。