典型延迟焦化工艺流程分析与能量系统优化研究

摘要

“十一五”规划《纲要》要求电力、石油石化、化工等重点耗能行业在“十一五”时期单位GDP能耗降低20％左右,这对于国内炼油工业既是机遇也是挑战。严峻的能源形势迫切需要炼油企业实施节能降耗,因此,推进炼油企业中高耗能重油加工装置,如催化裂化、延迟焦化的节能降耗具有十分重要的现实意义。 本文首先从延迟焦化工艺选取、焦化装置操作条件、装置间联合、过程系统综合优化和焦化新技术等方面介绍了延迟焦化工艺最新研究进展。针对三种典型延迟焦化工艺流程,即传统流程、改进流程及灵活可调循环比流程,分析了每种工艺及流程特点,研究了循环比及升气管温度的控制方法、循环比调节难易、塔底温度影响因素等。探讨了升气管温度、循环比与塔底温度之间的关系,通过升气管温度调节装置循环比和塔底温度,升气管温度越低,循环比越大,反之循环比越小,塔底温度越低。改进的焦化工艺和灵活可调循环比工艺通过增加重蜡油下回流调节升气管温度,保证了装置稳定长周期操作。 随着短生焦周期、低循环比、高处理量等操作要求的提高,延迟焦化装置普遍存在装置安全操作周期短、能耗高等突出问题,是延迟焦化技术发展亟待解决的重要课题。 针对三种典型延迟焦化工艺流程的用能分析,提出了焦化工艺流程模拟策略,如反应油气组成预测、气液平衡热力学方法选定、塔板效率选取、分馏塔脱过热段模拟简化模型的建立等。针对改进延迟焦化工艺流程和灵活可调循环比焦化流程原料渣油进主分馏塔方式、分馏塔塔底脱过热段取热的不同特点,采用不同的优化模型以反映实际焦化工艺流程运行工况。 应用“三环节”能量系统优化方法从能量利用、能量回收和能量转换三个环节对三种典型延迟焦化工艺的用能情况进行能量平衡与(火用)平衡分析,指出典型延迟焦化工艺用能的薄弱环节,分析原因,并提出相应的改进措施。传统流程能量转换环节是制约装置用能的瓶颈,加热炉分段加热限制了炉效率的提高,其优化改造是解除装置用能瓶颈的关键；改进流程和灵活可调工艺流程能量回收环节是制约装置用能的瓶颈,充分利用两种可调循环比流程装置低温热,是提高装置能量利用率,节能降耗关键。改进的焦化工艺流程能量回收环节,通过装置操作费用和换热器设备投资费用权衡,优化渣油进塔温度,建立了渣油进塔温度优化模型,估算渣油最佳进塔温度；对灵活可调循环比工艺进行分析,表明一定条件下提高原料渣油进加热炉温度可减少加热炉燃料消耗,降低装置能耗。此外,将焦化低温热纳入全厂综合考虑,增加热媒水循环系统充分回收塔顶油气、顶循、柴油及循环等低温热,可提高企业总体能源利用效率、降低全厂燃料、蒸汽、电以及其它公用工程的消耗,取得显著节能经济效益。对焦化工艺存在的共性问题,提出的改进措施包括装置热进/出料、主分馏塔优化、循环比及炉管注汽优化、换热网络优化等。以国内石化企业三套典型的延迟焦化装置作为研究对象,应用所研究提出的焦化过程模拟及能量系统优化策略方法进行过程用能分析与改进,取得了显著节能经济效益,三种焦化流程节能改造投资回收期均不到一年,表明所提出的能量系统优化方法对延迟焦化装置降低能耗、提高效益有着十分重要的理论与现实意义,相关策略方法对同类炼油装置的节能改造也有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2过程能量系统分析和优化方法

1.2.1（火用）分析法

1.2.2过程系统"三环节"能量分析法

1.2.3换热网络综合优化法

1.2.4稳态模拟技术

1.3论文主要研究内容

第二章延迟焦化工艺研究进展

2.1延迟焦化工艺介绍

2.2延迟焦化热裂解原理

2.3延迟焦化工艺的发展

2.4延迟焦化最新研究进展

2.4.1工艺流程选择

2.4.2操作条件优化

2.4.3新技术进展

2.4.4热联合与联合工艺

2.4.5过程系统综合

本章小结

第三章典型延迟焦化工艺流程分析

3.1延迟焦化过程系统变量分析

3.2传统延迟焦化工艺流程及工艺特点

3.2.1传统延迟焦化工艺流程

3.2.2传统的延迟焦化流程工艺特点

3.3改进的延迟焦化工艺流程及工艺特点

3.3.1改进的延迟焦化工艺流程

3.3.2改进的延迟焦化流程工艺特点

3.4灵活可调循环比工艺流程及工艺特点

3.4.1灵活可调循环比的延迟焦化工艺流程

3.4.2灵活可调循环比流程工艺特点

3.5三种延迟焦化工艺特点及对比分析

本章小结

第四章典型延迟焦化工艺用能分析改进

4.1传统的延迟焦化工艺用能分析

4.2改进流程和灵活可调流程用能分析

4.3三种延迟焦化工艺用能评价与改进

4.3.1能量利用环节

4.3.2能量回收环节

4.3.3能量转换环节

4.3.4三种延迟焦化工艺用能评价与改进

4.3.5传统的延迟焦化工艺优化

4.3.6改进流程和灵活可调延迟焦化工艺优化

本章小结

第五章延迟焦化工艺装置系统优化

5.1实例工艺流程简介

5.1.1传统的延迟焦化工艺

5.1.2改进的延迟焦化工艺

5.1.3灵活可调循环比的延迟焦化工艺

5.1.4实例分析数据

5.2延迟焦化工艺流程模拟

5.3传统的延迟焦化工艺优化改造

5.3.1工艺用能优化改造

5.3.2优化改造投资核算

5.4改进的延迟焦化工艺流程优化

5.4.1改进延迟焦化工艺渣油进塔温度优化

5.4.2能量利用环节

5.4.3能量回收环节

5.4.4能量转换环节

5.4.5优化改造投资核算

5.5灵活可调循环比延迟焦化工艺优化

5.5.1灵活可调循环比焦化工艺原料渣油换热终温优化

5.5.2能量利用环节

5.5.3能量回收环节

5.5.4能量转换环节

5.5.5优化改造投资核算

5.6工程问题讨论

本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢