神华煤直接液化加氢改质装置能耗分析及优化

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３．５ＭＰａ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。
神华煤直接液化百万吨示范项目是世界首套煤 直接液化工业示范 项 目，对 保 障 我 国 的 能 源 战 略 安 全具有十分重要的 战 略 意 义，该 项 目 主 要 由 煤 液 化 装置、加氢稳定装 置、加 氢 改 质 装 置、煤 制 氢 装 置 构 成 。 其 中 １．０ Ｍｔ／ａ加 氢 改 质 装 置 于 ２００８ 年 底 正 式 开 工 ，采 用 国 内 成 熟 的 加 氢 改 质 工 艺 ，以 来 自 煤 液 化 并 经 加 氢 稳 定 的 大 于 １４５ ℃ 的 生 成 油 和 轻 烃 回 收 装 置 来 的 加 氢 石 脑 油 为 原 料 ，在 较 高 的 氢 分 压 条 件 下 ， 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 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 ０．５ｍｇ／ｋｇ，是 非 常 好的重整原料。
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
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 ３．５ＭＰａ蒸 汽 管 线 扩 径 前 后 数 据 对 比
项 目
扩径前
扩径后
汽 轮 机 转 速／（ｒ·ｍｉｎ－１）
９ ０００
９ ０００
循 环 氢 流 量／（ｍ３·ｈ－１）
２５６ ６２７ ２５３ ８６１
３．５ＭＰａ蒸汽耗量／（ｔ·ｈ－１） ３０．３９
１．１ＭＰａ蒸汽 －２９．１ －９２ ５９５．３ －２８ －８９ ０９５．１
净化风 氮气 燃料气
３００ｍ３／ｈ ４７７．０ １３．２ｍ３／ｈ ２１．０ ２４０ｍ３／ｈ １ ５０７．２ １８．５ｍ３／ｈ １１６．２ １ ７０２ｋｇ／ｈ ７１ ７６１．４ １ ５４１．２５ｋｇ／ｈ ６４ ９８３．７
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
项目 介 质 温 度／℃ 介 质 密 度／（ｋｇ·Ｌ－１） 泵 流 量／（ｔ·ｈ－１） 泵 出 口 压 力／ＭＰａ 电 机 绕 组 温 度／℃ 电 机 电 流／Ａ
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４３．１Ａ，额 定 功 率 ２２ｋＷ，其 中 ４ 台空冷 电 机 增 加 了 变 频 措 施，电 机 电 流 平 均 降 低 ２０％ ～５０％ 。 ３ 建 议 ３．１ 增 加 产 品 石 脑 油 与 原 料 石 脑 油 换 热 器
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）由于工厂所在 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 。
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
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 １５０ｍ，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
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
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 入 口 ３．５ＭＰａ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 ３．５ＭＰａ蒸 汽 的 消 耗 量，数 据 见 表 ３。
设计能 耗／ＭＪ
实际耗量／ （ｔ·ｈ－１）
实际能 耗／ＭＪ
循环水
２７２ １ １３８．８
２９９
１ ２５１．９
除盐水
７．５
７２２．２
７．１
６８３．７
电
２ １４４．３ｋＷ·ｈ ２５ ３８８．５ １ ９７４．９ｋＷ·ｈ ２３ ３８２．８
３．５ＭＰａ蒸汽 ２９．１ １０ ７２１５．６ ３５．５ １１２ ００５．３
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
第 ３２ 卷 第 ４ 期 ２０１１ 年８月
工厂实践
化学工业与工程技术 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．４ 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）
２７．６３
３．５ ＭＰａ蒸 汽 压 力／ＭＰａ
３．０８
３．２６
３．５ ＭＰａ蒸 汽 温 度／℃
３５２．７
３８９．５
汽 轮 机 排 气 压 力／ＭＰａ
１．１２
１．１２
３．５ＭＰａ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 ３ｔ／ｈ 左 右，按 设 计 的 年 开 工３１０ｄ（７ ４４０ｈ）计算，全年可节约３．５ＭＰａ蒸汽 ２２ ３２０ｔ。 ２．３ 分 馏 塔 顶 空 冷 器 增 加 变 频
收 稿 日 期 ：２０１１－０７－０７。 作 者 简 介 ：苟荣 恒 （１９８３—），男，本 科，助 理 工 程 师，现 从 事 加 氢 改 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
设计耗量／ （ｔ·ｈ－１）
未改造的Ｂ泵 改造的 Ａ泵
１９０
１９１．５
０．８３４ ２
０．８３４ ２
１３０．２
１３０．６
１７．０７
１５．０５
１３３
１０５
１４９
１３０
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 １９Ａ，按设计的年开工３１０ｄ（７ ４４０ｈ）计 算，全 年 节 约电能８４８ １６０ｋＷ·ｈ，按照 １ｋＷ·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
合计
１１５ ６１１．５
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１１３ ３４９．４
进料量 单位能耗
１３４．４
１４０．８
８６０．２０ＭＪ／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 ３１１０—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
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
１ 装 置 能 耗 １．１ 装 置 设 计 能 耗 与 实 际 能 耗 比 较
神华煤制油加氢改质装 置 设 计 单 位 能 耗 ８６０．２ ＭＪ／ｔ，实际运 行 单 位 能 耗 ８０５．０４ ＭＪ／ｔ。 根 据 中 石 化行 业 标 准 《炼 油 厂 能 耗 计 算 与 评 价 方 法 》（２００３ 版），加 氢 处 理 装 置 的 能 耗 定 额 为 ９２１．１０ ＭＪ／ｔ，可 见装置实际单位能耗低于额定能耗。装置的具体能 耗 设 计 值 与 实 际 值 对 比 见 表 １。