新一輪煉油節(jié)能從裝置走向全局能量系統(tǒng)優(yōu)化

新一輪煉油節(jié)能從裝置走向全局能量系統(tǒng)優(yōu)化

1石油公司的節(jié)能：從設(shè)備的節(jié)能到整個(gè)能源系統(tǒng)的優(yōu)化1.1地區(qū)發(fā)展平衡要求不斷提高,石油、化工行業(yè)能耗持續(xù)快速增長中國石油公司的蒸汽壓機(jī)能力從1978年的100kg/t降至2006年的78.4kg/t。與國際先進(jìn)水平的差距逐漸縮小。一些設(shè)備的能耗水平在國際先進(jìn)水平中。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長,中國煉油企業(yè)也進(jìn)入了新一輪大發(fā)展時(shí)期。目前,產(chǎn)品的需求總量(3.4×108～4.0×108t/a)不斷擴(kuò)大;對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也在不斷提高,從2008年的“國Ⅲ”到以后的“國Ⅳ”、“國Ⅴ”;地區(qū)發(fā)展平衡要求布局重新調(diào)整。除了年產(chǎn)千萬噸級新煉油廠在建之外,幾乎所有原有的煉油企業(yè)也均面臨擴(kuò)建和質(zhì)量升級的改造,這給全局能量綜合優(yōu)化提供了極好的機(jī)遇。2006年我國石油、化工全行業(yè)能耗占全國總能耗的16%,高居工業(yè)能耗首位。煉油企業(yè)自用石油加工產(chǎn)品約20Mt/a。在當(dāng)前我國能源、環(huán)境形勢十分嚴(yán)峻,石油對外依存度直逼50%的局面下,煉油企業(yè)承擔(dān)著深入節(jié)能降耗的歷史性任務(wù)。1.2主要裝置能耗高、節(jié)能潛力大分析中國煉油企業(yè)能耗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),一些企業(yè)裝置能耗不高,而總能耗卻較高。反映出儲(chǔ)運(yùn)和其他輔助系統(tǒng)能耗較高,主要裝置如蒸餾、催化等的裝置能耗不是很高,但是加氫、重整氣分等裝置的能耗偏高;普遍存在大量低溫余熱沒有得到很好地利用;蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)能效普遍較低,功熱聯(lián)產(chǎn)不夠。這些問題,也就是進(jìn)一步節(jié)能的潛力。這與多年來中國的煉油節(jié)能工作重點(diǎn)一直放在抓裝置節(jié)能,較少重視研究、促進(jìn)和解決全局用能優(yōu)化問題有很大關(guān)系。1.3能源與設(shè)備的議價(jià)情況目前中國的煉油技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。主要體現(xiàn)在:裝置開工周期從1年延長到3～5年,而且裝置群同步檢修;裝置大型化,平均規(guī)模幾乎增加了3～4倍;裝置的平面布置更加緊湊;設(shè)備技術(shù)水平提高,可靠性增加;過程控制技術(shù)大大提升。以上這些進(jìn)展,使得能量系統(tǒng)優(yōu)化,即在全廠大系統(tǒng)內(nèi)各裝置、單元間更緊密的能量集成,在工程上有了實(shí)現(xiàn)的可能,在安全上有了可靠的保障。能源與設(shè)備的比價(jià)逐步升高是資源有限性與科技進(jìn)步所決定的歷史趨勢。近年來國際原油價(jià)格加速走高,2008年均價(jià)已近100$/bbl,比20世紀(jì)70年代上漲了幾十倍。然而設(shè)備,例如換熱器的價(jià)格不過增加了3～5倍。這就使得節(jié)能改造項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和投資回報(bào)率大大增加。表1列出了加熱爐排煙溫度(Tf)和換熱器傳熱溫差(ΔTopt)隨經(jīng)濟(jì)條件的變化。這些變化既對現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)匹配提出了挑戰(zhàn),又對實(shí)現(xiàn)“溫度對口,梯級利用”的科學(xué)用能提供了新機(jī)會(huì),也促使熱能匹配跳出裝置的圈子,在企業(yè)全局更大的系統(tǒng)內(nèi)開展。2設(shè)備間熱量優(yōu)化預(yù)備孔新系統(tǒng)能量優(yōu)化2.1fcc的進(jìn)料“出料冷卻-中間罐-進(jìn)料”模式是保持裝置的獨(dú)立操作所要求的安排。銜接上、下游裝置的中間物流必須先降溫再升溫,經(jīng)歷2次換熱、兩級火用損耗、2組換熱器。以蒸餾裝置渣油作為FCC裝置進(jìn)料為例,經(jīng)過3次換熱的220℃渣油,還要經(jīng)過2次換熱,降溫到120℃(或進(jìn)一步冷到80℃)再出裝置;進(jìn)入FCC后,還要用柴油、一中、油漿加熱到220℃,再進(jìn)入提升管反應(yīng)器(見圖1和圖2)。這相當(dāng)于把200～130℃催化柴油和330～287℃油漿的熱量,傳遞給120～160℃的脫前、脫后原油,造成火用(有效能)的巨大損失(圖2中的陰影部分面積)。熱出料則可以避免上述問題。2.2提高焦化熱出料溫度從節(jié)能原理來看,熱出料溫度越高效益越大。但在工程上,受到安全、工藝、操作、控制等的限制。研究表明,最優(yōu)的熱出料溫度,基本上是受下游裝置工藝參數(shù)限制的門檻問題。例如FCC/RCC類裝置,溫度高限是原料進(jìn)提升管溫度。各類加氫裝置的進(jìn)料溫度,受充分利用反應(yīng)器出口反應(yīng)產(chǎn)物熱量和進(jìn)料加熱爐在反應(yīng)初、末期調(diào)節(jié)裕量的限制。延遲焦化熱進(jìn)料溫度受余熱利用方案和長距離輸送高溫油品的熱損失的約束等。對于要求操作柔性較大的情況,還須預(yù)留少部分供隨時(shí)調(diào)節(jié)的冷進(jìn)料。以下為幾個(gè)“十一五”節(jié)能改造規(guī)劃中提出的典型熱出料改進(jìn)目標(biāo):(1)減壓渣油、脫瀝青油熱出料供焦化溫度由150～180℃提高到200～230℃;(2)減壓、焦化蠟油熱出料供催化溫度由150～165℃提高到180～195℃;(3)直餾、催化、焦化的汽、柴油熱出料供加氫溫度由40～50℃升高到100～120℃;(4)加氫裂化、加氫改質(zhì)熱進(jìn)料溫度,由60～120℃提高到130～170℃。3全局優(yōu)化的切入點(diǎn)熱出料不僅避免了中間產(chǎn)品的重復(fù)冷卻-加熱,更重要的是改變了上、下游裝置物流的熱匹配關(guān)系,給上、下游裝置優(yōu)化用能,以及各裝置與系統(tǒng)全局之間的能量集成,帶來了新的改進(jìn)機(jī)遇,是新一輪全局優(yōu)化的切入點(diǎn)。3.1回收環(huán)節(jié)進(jìn)一步優(yōu)化以提高熱聯(lián)合性上游裝置以蒸餾裝置為例,蠟油、常壓渣油、減壓渣油等出料溫度提高后,使原來換熱網(wǎng)絡(luò)(Heatexchangernetwork,HEN)中產(chǎn)品熱源低溫端的熱量減少,給HEN優(yōu)化匹配提供了新的機(jī)遇:(1)按照新的能源/設(shè)備比價(jià)下的最優(yōu)傳熱溫差ΔTopt重新匹配HEN,使HEN接近溫差縮小,原來沒有利用的,需要冷公用工程(Coolingwater,CW)的低溫?zé)嵩?如初、常頂油氣潛熱)加以利用。(2)減少或停止發(fā)生低壓蒸汽(1MPa或0.3MPa),改為換熱。發(fā)生低壓蒸汽,相當(dāng)省1臺低壓鍋爐;增加換熱、優(yōu)化HEN,最后導(dǎo)致節(jié)省加熱爐燃料。(3)熱源實(shí)在不夠,可引入下游裝置因熱進(jìn)料而多余出來的適當(dāng)溫位的熱量,這就是裝置間的熱聯(lián)合。如FCC的油漿預(yù)熱蒸餾裝置的初底油、節(jié)省常壓爐燃料,焦化、加氫等裝置的產(chǎn)品也可向蒸餾HEN補(bǔ)充熱源。(4)按照“三環(huán)節(jié)”方法指出的能量工藝?yán)铆h(huán)節(jié)制約回收環(huán)節(jié)的規(guī)律,既然回收環(huán)節(jié)的HEN必須重新匹配,就提供了一個(gè)重要的機(jī)會(huì),促使反應(yīng)、分餾等核心工藝用能環(huán)節(jié)的設(shè)備和流程在新的能源/設(shè)備比價(jià)下進(jìn)行優(yōu)化;進(jìn)一步降低工藝總用能和提高熱源中各塔中段回流取熱的溫位,即能級系數(shù)ε。例如分餾塔降低過氣化率、中段回流取熱比率優(yōu)化調(diào)整和回流量與出、返塔溫差優(yōu)化等。這將使HEN中各段熱阱需求減小、熱源品位提高,從而增加能量回收率(ηR)。(5)能量回收率(ηR)提高和熱聯(lián)合使初底油換熱終溫(tZ)提高,加熱爐負(fù)荷降低;回流量調(diào)整也涉及回流泵的適應(yīng);因而又給了能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)在適應(yīng)性調(diào)整中進(jìn)一步提高效率(ηU)的機(jī)會(huì)。這樣,包括分餾塔、HEN、爐子和機(jī)泵等3個(gè)環(huán)節(jié)都將在新的經(jīng)濟(jì)條件下進(jìn)一步優(yōu)化。顯然,沒有熱出料這個(gè)機(jī)遇,蒸餾、催化等裝置是不會(huì)單純因能源/設(shè)備比價(jià)改變而進(jìn)行“進(jìn)一步優(yōu)化”的。3.2能源/設(shè)備造價(jià)優(yōu)化提高進(jìn)料溫度,原來預(yù)熱進(jìn)料的一些高溫?zé)崃慷嘤喑鰜?不僅促使進(jìn)料換熱網(wǎng)絡(luò)重新匹配,也給裝置的利用環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)進(jìn)一步優(yōu)化提供了機(jī)遇。以最典型的加氫裝置為例:(1)原料-反應(yīng)產(chǎn)物換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改進(jìn)如果沿用原有的進(jìn)料-反應(yīng)產(chǎn)物換熱器不做任何改變,提高進(jìn)料溫度將使換熱器的傳熱溫差減小,從而回收反應(yīng)產(chǎn)物熱量減少。這樣,熱進(jìn)料攜入的例如60～120℃的顯熱,將只有很小一部分傳遞到高溫端,使加熱爐進(jìn)口溫度略有提高;其余大部分轉(zhuǎn)為高分前的空冷負(fù)荷。采用當(dāng)前能源/設(shè)備比價(jià)下的最優(yōu)傳熱溫差(ΔTopt)重新進(jìn)行HEN的優(yōu)化匹配,將導(dǎo)致?lián)Q熱面積適當(dāng)增加,換熱加深,熱進(jìn)料攜入的低溫顯熱大部分傳遞到高溫端,較大幅度降低加熱爐負(fù)荷。換熱后的反應(yīng)器出口產(chǎn)物熱量也在新的(ΔTopt)下傳給去產(chǎn)品分餾系統(tǒng)的低分油更多的熱量。節(jié)能程度取決于增加換熱器的投資與燃料節(jié)省之間的經(jīng)濟(jì)權(quán)衡。通過換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、選型和采用強(qiáng)化傳熱技術(shù),努力提高總傳熱系數(shù)K,是比單純增加面積更好的節(jié)能措施。(2)反應(yīng)、分餾塔子系統(tǒng)與換熱網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化同樣,HEN的優(yōu)化也給利用環(huán)節(jié)改進(jìn)提供了機(jī)會(huì)。借助模擬軟件,可以通過在當(dāng)前大幅度提高的能源/設(shè)備比價(jià)下,進(jìn)行分餾塔NT-R的優(yōu)化權(quán)衡,適當(dāng)增加塔板數(shù)或提高板效率,降低回流比,減少進(jìn)料加熱爐或再沸爐的負(fù)荷。在此基礎(chǔ)上再優(yōu)化HEN,則可進(jìn)一步提高分餾塔的進(jìn)料溫度,降低加熱爐負(fù)荷。反應(yīng)加熱爐熱負(fù)荷大幅度降低,也要求采取相應(yīng)的進(jìn)一步提高爐效率的措施;在開工初期,甚至可能停開加熱爐。(3)塔頂冷凝熱、塔底產(chǎn)品余熱可在大系統(tǒng)范圍內(nèi)獲得利用?；蛘呦蛏嫌窝b置提供較高溫?zé)?或者納入低溫?zé)崦剿h(huán)系統(tǒng),均為熱輸出。結(jié)果表明,加氫裝置進(jìn)料溫度從40～60℃提高到100～160℃帶來的是低品位的熱量,而通過內(nèi)部優(yōu)化以后,頂替出來的是2個(gè)加熱爐的燃料、接近200℃的產(chǎn)品輸出熱和借助熱媒水外輸?shù)牡蜏責(zé)?并且總量更大。這其實(shí)是借熱出料的契機(jī),挖掘出加氫裝置原有的和新的經(jīng)濟(jì)條件下深入節(jié)能的潛力。幾個(gè)工程實(shí)例表明裝置能耗可降低20%～40%或更多,并對重整、輕烴分離加工等裝置具有普遍意義。3.3當(dāng)前工程因素的考慮和反應(yīng)熱出料、加深換熱、裝置間熱聯(lián)合對現(xiàn)有的操作、控制、安全保障等都會(huì)帶來一定的沖擊。必須配置充分的軟、硬件措施加以應(yīng)對。(1)設(shè)備和管線均使用當(dāng)發(fā)生上、下游裝置非同步停工時(shí)。須有相應(yīng)的輔助設(shè)備和管線,能將未停工的一方熱流冷卻下來進(jìn)罐、冷流適當(dāng)升溫保持正常運(yùn)行。在特殊事故狀態(tài)下,要求有最快切斷聯(lián)合,處理事故部分的輔助流程和應(yīng)急預(yù)案。(2)熱聯(lián)合距離的制約現(xiàn)有的煉油企業(yè)并不都是如新設(shè)計(jì)的千萬噸級煉油廠那樣緊湊布置的。熱出料、熱聯(lián)合都會(huì)付出較遠(yuǎn)的管線輸送所相應(yīng)的投資、熱損、壓力降等代價(jià)。須仔細(xì)權(quán)衡,預(yù)估效果。通常認(rèn)為合理熱聯(lián)合距離大致在300～500m。但隨著能源/設(shè)備比價(jià)的升高,實(shí)際可行的優(yōu)化距離要遠(yuǎn)得多。另一個(gè)約束是,隨著ΔTopt減小將增加換熱器的臺數(shù),造成現(xiàn)場空間布置問題。這些問題可以通過采用強(qiáng)化換熱技術(shù)和適當(dāng)改造框架來解決。(3)保障絕對可靠性所有這些輔助措施,都需要適當(dāng)增加投資以保障操作、控制、安全等方面的絕對可靠性。已完成的幾個(gè)項(xiàng)目的核算表明,在當(dāng)前能源/設(shè)備的比價(jià)下,投資回報(bào)率依然很高。4物流系統(tǒng)的方向和潛力4.1熱罐和熱罐儲(chǔ)存技術(shù)多年來煉油節(jié)能努力中,對儲(chǔ)運(yùn)用能沒有深入分析,重視不夠。儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)與裝置之間只有物流關(guān)系,沒有能流集成。儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施多年來已經(jīng)習(xí)慣老的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件設(shè)置和操作,儲(chǔ)存時(shí)間過長,冷罐、盤管蒸汽維溫伴熱等,節(jié)能潛力甚大。迄今,煉油廠油品儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件發(fā)生了很大的變化:絕大部分原油實(shí)現(xiàn)了管線運(yùn)輸,能夠按計(jì)劃到廠,含水量合格;以熱出料為切入點(diǎn)的節(jié)能改造將停用大部分中間罐,只留少數(shù)作為運(yùn)營儲(chǔ)備,正常緩沖;在線調(diào)和技術(shù)的推廣應(yīng)用將節(jié)省成品油調(diào)和倒罐操作,罐數(shù)減少;隨著石油價(jià)格走高,減少罐存,節(jié)約調(diào)度儲(chǔ)存所積壓的流動(dòng)資金利息的運(yùn)營壓力增大;>100℃熱罐儲(chǔ)存技術(shù)成熟;廠區(qū)地塊面積越來越珍貴,節(jié)省大量儲(chǔ)罐占地,可給新、擴(kuò)建裝置緊湊、優(yōu)化布置創(chuàng)造條件。這些變化對儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化用能提供了重要的基礎(chǔ)。4.2循環(huán)節(jié)能的基本原則4.2.1度儲(chǔ)量維持最小在上述新的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和不考慮戰(zhàn)略及商業(yè)儲(chǔ)備的前提下,努力將為保證正常生產(chǎn)所必需的調(diào)度儲(chǔ)量維持在最小,以減少維溫、伴熱、泵送能耗、設(shè)備折舊和流動(dòng)資金利息支出。以某中等規(guī)模煉油廠原油罐區(qū)為例,在原油價(jià)格3000Yuan/t時(shí),儲(chǔ)存量減少6×104t,減少流動(dòng)資金占用1.8×108Yuan/a,節(jié)約利息1.26×107Yuan/a。4.2.2油罐內(nèi)熱壓t合理提高進(jìn)罐油品溫度(ti),降低允許儲(chǔ)存溫度(tS),同時(shí)優(yōu)化儲(chǔ)罐的保溫設(shè)施(材料和厚度δ),使得在最小儲(chǔ)量對應(yīng)的最短必要儲(chǔ)存時(shí)間(τ)內(nèi),油品由進(jìn)罐ti降溫到tS所釋放出的顯熱QS=CP(ti-tS),能夠平衡油罐在此期間散熱損失QE中的大部分,使必須由外部補(bǔ)充的維溫?zé)嶝?fù)荷QH減到最少。在罐內(nèi)油品溫度維持為tS的情況下,三者之間的關(guān)系是:QS+QH=QE不同油品、不同地域、不同氣候條件,ti、tS、δ、τ等參數(shù)的優(yōu)化取值是不同的。研究表明,它們之中,影響最大的是tS。在我國北方的蠟油儲(chǔ)罐,tS合理降低到約65℃,進(jìn)罐溫度ti稍提高到95℃,現(xiàn)有常規(guī)保溫不動(dòng),只需在冬季90d內(nèi),采用90℃熱媒水利用現(xiàn)有盤管替代原來的蒸汽維溫即可。能耗可降到原來的1/5。修訂和監(jiān)控儲(chǔ)運(yùn)工藝操作卡片的執(zhí)行,調(diào)動(dòng)操作人員的節(jié)能積極性,完全能夠?qū)?chǔ)運(yùn)能耗降到最小4.2.3實(shí)現(xiàn)能量梯級利用罐底盤管蒸汽維溫的自然對流傳熱系數(shù)只有40～60W/(m2·K),依靠蒸汽與油品之間的大傳熱溫差(ΔT≈115℃)來維持熱強(qiáng)度,是高能低用。90℃熱媒水用于油品維溫是“溫度對口”的;但傳熱溫差只有ΔT≈25℃,減小數(shù)倍。顯然,只有在上述tS、ti參數(shù)優(yōu)化、維溫?zé)嶝?fù)荷減少數(shù)倍的基礎(chǔ)上,才有可能利用原有盤管以熱媒水替代蒸汽維溫。也可以采用提高傳熱系數(shù)的其它加熱方式來實(shí)現(xiàn)能量梯級利用。例如在進(jìn)(出)罐油品管線上,采用傳熱系數(shù)K=300W/(m2·K)以上的管殼式換熱器,便可以用80～90℃的熱媒水,在ΔTopt≈20℃下,加熱油品。還可以在出罐的泵入口設(shè)置抽吸式加熱器,只加熱抽出部分的油品,保證泵送油黏度要求。5新的網(wǎng)格策略和新熱的系統(tǒng)優(yōu)化策略5.1與現(xiàn)有熱對匹配的熱床中國煉油企業(yè)較普遍存在大量工藝低溫余熱未獲得合理利用的現(xiàn)象。主要原因是在擴(kuò)大規(guī)?；蚋纳飘a(chǎn)品質(zhì)量而陸續(xù)增建的新裝置均為孤立設(shè)計(jì),沒有考慮與原有裝置和系統(tǒng)的能量集成優(yōu)化。這就使每上1個(gè)新裝置,就增加一批公用工程和一批低溫?zé)?。在試圖利用這些已經(jīng)產(chǎn)生的低溫?zé)岬呐χ?比較普遍地局限于現(xiàn)狀考慮,只把現(xiàn)有冷卻負(fù)荷看做是“低溫?zé)豳Y源”,與現(xiàn)有的熱阱去匹配。例如某企業(yè)2股最大的“低溫?zé)嵩础睘?40～63℃減壓蠟油流量122t/h(能量4327kW)和158～109℃減壓渣油流量124t/h(能量3376kW),擬用60～95℃的循環(huán)熱媒水,用于采暖、預(yù)熱除鹽水等40～70℃的熱阱。其問題一是:這些“熱源”都將隨著蠟油、渣油的熱出料而不再存在。二是:熱阱隨機(jī)、分散選配,傳熱溫差很大,“高熱低用”。5.2冷沖系統(tǒng)的供熱在全局優(yōu)化中,熱出料、裝置深入節(jié)能和熱聯(lián)合將極大地改變“低溫?zé)豳Y源”的分布和參數(shù)的基礎(chǔ)上,充分利用大系統(tǒng)范圍內(nèi)的(1)輕烴分離、溶劑再生、污水汽提等低溫裝置的再沸器供熱;(2)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的給水預(yù)熱;(3)參數(shù)優(yōu)化后的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的油品維溫伴熱;(4)季節(jié)性采暖空調(diào)。以上4類熱阱,有可能實(shí)現(xiàn)低溫?zé)嵩诖笙到y(tǒng)中的“溫度對口、梯級利用”。因?yàn)闊嵩础嶷宥驾^分散,所以采用除氧軟水為循環(huán)熱媒的系統(tǒng),比一對一的匹配能更好地做到梯級利用。設(shè)置輔助加熱器和輔助冷卻器控制水溫恒定,可保證作為熱源的中段回流和作為熱阱的塔釜再沸器都得以良好控制。5.3系統(tǒng)負(fù)荷曲線匹配以水為熱媒的低溫?zé)岽笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,是在一定的熱源/熱阱復(fù)合曲線條件下,以熱源與熱媒水、熱媒水與熱阱之間的最優(yōu)ΔTopt為尺度,求解熱源和熱阱2條復(fù)合曲線在T-H圖上的最優(yōu)相對位置,以及在它們之間代表熱媒水循環(huán)線的直線的斜率。給出2個(gè)HEN中各個(gè)換熱器的ΔTopt和傳熱面積、最優(yōu)的熱媒水循環(huán)量和溫升。圖3和圖4分別為某千萬噸級煉油企業(yè)低溫?zé)崂孟到y(tǒng)規(guī)劃方案的流程和負(fù)荷曲線匹配關(guān)系。實(shí)例比較表明,由于能夠在大系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱源和熱阱的“溫度對口”,使熱媒水流量減小、溫升加大;并且在新的能源/設(shè)備比價(jià)下做到換熱器投資與節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益之間的優(yōu)化權(quán)衡。所以盡管熱媒水管網(wǎng)投資較多,總的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益仍很顯著。6油行業(yè)面臨著重新選擇6.1燃機(jī)-鍋爐/加熱爐熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)20世紀(jì)80年代以前,中國煉油企業(yè)一直以副產(chǎn)渣油和外部供電為主要一次能源,2.5Mt/a煉油廠的典型配置是3×120t/h中壓鍋爐,2×12MW抽凝機(jī)組,加熱爐燃用渣油和煉廠氣。20年來,隨著二次加工裝置快速發(fā)展,煉廠氣和焦碳在能耗構(gòu)成中的比例大大增加。但迄今還有不少中壓鍋爐燒煉廠氣和部分渣油發(fā)電、產(chǎn)汽,總的能源轉(zhuǎn)換效率提高不大。國外自20世紀(jì)80年代起逐漸改以天然氣為一次能源,采用燃機(jī)-鍋爐/加熱爐熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù),能源利用效率可達(dá)80%～90%。聯(lián)產(chǎn)的電基本上能夠自給,煉油副產(chǎn)的渣油等得以進(jìn)一步加工,大大改善了能源構(gòu)成,提高了能效和經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)因缺乏天然氣而一直沒有采用此項(xiàng)技術(shù)。21世紀(jì)以來,隨著國際石油價(jià)格攀升,燃料油價(jià)已高達(dá)3000～4000Yuan/t,中壓燃油機(jī)組自產(chǎn)電成本已高達(dá)1.2Yuan/(kW·h),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電網(wǎng)電價(jià),燃用自產(chǎn)渣油和煉廠氣的習(xí)慣思維必須打破,根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況優(yōu)化煉油廠一次能源構(gòu)成已勢在必行。6.2經(jīng)濟(jì)效益顯著(1)充分利用FCC再生器燒焦-煙機(jī)-余鍋系統(tǒng)工藝和循環(huán)流化床(Circulatingfluidizebed,CFB)鍋爐脫硫工藝的優(yōu)勢,最高效、潔凈地利用氫轉(zhuǎn)移加工過程中形成的焦炭,使其有與天然氣和煤相同的轉(zhuǎn)換效率和使用價(jià)值。(2)其它的“一、二次”加工產(chǎn)物(包括煉廠氣中的H2和輕烴、油漿、渣油)都盡可能通過經(jīng)濟(jì)的途徑轉(zhuǎn)化為車用燃料和化學(xué)品,而不燒掉。從占原油5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)左右的煉廠氣中分離出約30%～50%的H2和C2+輕烴用作加氫和化工原料,技術(shù)已成熟,經(jīng)濟(jì)效益顯著。(3)不足部分,發(fā)揮煉油廠熱/電比的優(yōu)勢,高效利用更廉價(jià)的外部煤和天然氣等一次能源。(4)發(fā)展區(qū)域能源循環(huán)經(jīng)濟(jì),以總體優(yōu)化為目標(biāo),規(guī)劃所在地區(qū)包括其他企業(yè)在內(nèi)的一次能源集成轉(zhuǎn)換利用大系統(tǒng)。各壓力等級蒸汽、電、熱與鄰近企業(yè)聯(lián)合(包括買入和售出),這是中國煉油企業(yè)一次能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的大趨勢。6.3煤氣化聯(lián)合循環(huán)提高FCC煙機(jī)作功效率:(1)優(yōu)化反應(yīng)-再生工藝參數(shù),減少再生煙氣的壓降、散熱和旁路損失,盡可能增加煙機(jī)功率。(2)采用不完全再生工藝,將CO燃燒室置于煙機(jī)入口,通過采用空心內(nèi)冷煙機(jī)葉片,將進(jìn)煙機(jī)的溫度T3提高到1000℃,可大大提高作功能力。煉油企業(yè)與鄰近區(qū)域的能量集成舉例:(1)由鄰近燃煤(焦)/天然氣發(fā)電廠購入蒸汽(出售延遲焦化焦炭給CFB爐)。(2)由鄰近的IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(Integratedgasificationcombinedcycle,IGCC)發(fā)電系統(tǒng))設(shè)施購入電、蒸汽、合成氣轉(zhuǎn)化制氫。(3)向附近工廠供應(yīng)低壓蒸汽。(4)向附近區(qū)域建筑物供暖、供應(yīng)生活熱水。(5)向附近農(nóng)村蔬菜大棚和熱帶魚池塘供低溫?zé)帷?6)與鄰近企業(yè)共建熱電冷集成聯(lián)供的能源循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)。用好即將到來的天然氣。世界天然氣比石油多,2030～2050年其產(chǎn)量將超過石油成為最多的一次能源。天然氣的利用效率可達(dá)到80%,CO2、SO2、NOx等排放最小。在節(jié)能減排的大趨勢下,國家已經(jīng)實(shí)行大力發(fā)展天然氣的戰(zhàn)略,天然氣在一次能源所占比率,2007年僅為3.36%,2010年將達(dá)到6%,2020年將達(dá)到12%,相當(dāng)于3×108t/a油當(dāng)量。屆時(shí),煉油廠將根據(jù)當(dāng)?shù)孛号c天然氣的價(jià)格狀況,考慮用作煉油企業(yè)的制氫原料和加熱爐燃料,將目前耗用的煉廠干氣中質(zhì)量比占30%～50%的C2+輕烴替代出來用作化工原料,有巨大的資源節(jié)約和綜合利用的效益。煤炭的潔凈利用已成為石油化工企業(yè)一次能源構(gòu)成的主要選擇之一。除已普遍采用的CFB鍋爐外,最具潛力的途徑是煤富氧氣化制合成氣(CO+H2)——進(jìn)一步變換制氫——同時(shí)聯(lián)產(chǎn)蒸汽和動(dòng)力。副產(chǎn)的純CO2可以回注油氣田,提高采收率,并封存在地層中;是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。7油壓機(jī)行業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的適應(yīng)性和優(yōu)化7.1油壓機(jī)行業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)、問題和挑戰(zhàn)7.1.1蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建設(shè)相對滯后歷史的原因造成中國煉油企業(yè)普遍存在下列問題:(1)鍋爐、汽輪機(jī)容量小、參數(shù)低且陳舊;(2)配合全廠擴(kuò)產(chǎn)而陸續(xù)增建,缺乏全面規(guī)劃;(3)缺乏柔性,在變化工況下不能保持高的功熱聯(lián)產(chǎn)效率,夏季低壓蒸汽放空,冬季中壓蒸汽減溫減壓;(4)相當(dāng)大一部分仍在燒渣油或煉廠氣;(5)煉油化工大工業(yè)園區(qū)內(nèi)各企業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)分散建設(shè)和管理,缺乏集成。節(jié)能潛力可占煉油廠節(jié)能潛力的1/3左右。7.1.2減少汽化水以熱出料為切入點(diǎn)的系統(tǒng)全局能量優(yōu)化對蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的沖擊是:(1)低溫?zé)崂脤⒋罅繙p少1.0MPa、0.5MPa蒸汽用量,減少凝結(jié)水的產(chǎn)生,并且大大縮小冬、夏季蒸汽耗量之差;(2)熱出料和熱聯(lián)合會(huì)使裝置產(chǎn)低壓汽、FCC裝置油漿產(chǎn)中壓汽減少;(3)低溫?zé)嵊糜诮o水預(yù)熱,節(jié)省自用汽。這些將使各級蒸汽供需格局發(fā)生較大變化,再加上新建裝置,區(qū)域能量集成優(yōu)化,均給蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)提供了一次全面優(yōu)化改造、提高能效的重大機(jī)遇,同時(shí)也出了一道復(fù)雜的難題。7.1.3減溫負(fù)壓汽放空目前系統(tǒng)都是按照給定的工況設(shè)計(jì)的,缺乏柔性。在加工量、生產(chǎn)方案、季節(jié)等變化,對蒸汽和動(dòng)力的需求改變時(shí)能夠滿足量的需求,卻往往不得不藉減溫減壓或過剩低壓汽放空來實(shí)現(xiàn),不能保持熱電聯(lián)產(chǎn)的高效率。柔性設(shè)計(jì)的系統(tǒng),可以通過多種應(yīng)變手段使得在滿足汽、電量的變化需求的同時(shí),仍最大限度地保持高的熱電聯(lián)產(chǎn)火用效率。7.2蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的適應(yīng)性改造7.2.1改進(jìn)方案權(quán)利性質(zhì)分析在煉油過程能量系統(tǒng)價(jià)值鏈中,蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)處于能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的前端,即一次能源必須先經(jīng)過轉(zhuǎn)換為熱、蒸汽和動(dòng)力,才能為工藝所利用。然而,過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的三環(huán)節(jié)客觀規(guī)律決定,在全局能量綜合優(yōu)化中,蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)是處于改進(jìn)方案制訂過程的最末端。這是因?yàn)?只有熱出料促成上、下游裝置深入改進(jìn)和熱聯(lián)合,儲(chǔ)運(yùn)用能優(yōu)化,低溫?zé)岽笙到y(tǒng)優(yōu)化利用等工作開展之后,才能知道蒸汽動(dòng)力需求的新格局,從而開始制訂優(yōu)化的改進(jìn)方案。7.2.2企業(yè)一次能源配置方案(1)在低溫?zé)崂梅桨赋醪匠尚?蒸汽供、需變化格局初見端倪后,畫出新、老蒸汽逐級利用平衡圖;(2)以背壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的泵、壓縮機(jī)動(dòng)力需求為主線,規(guī)劃新的動(dòng)力能源配置方案;(3)在鄰近循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)