石油化工過程的能量利用及節(jié)能措施

1、石油化工過程的能量利用及節(jié)能措施新進(jìn)展的研究學(xué)生姓名： 謝海賓 鄭仲 汪槐斌 學(xué)號： 09031922 0903182x 09031919 專業(yè)班級： 卓越二班 化工八班 卓越二班指導(dǎo)老師：宋春敏2012年3月25日 摘要： ABSTRACT:1.研究背景 近年來，在京都議定書的推動下，世界許多大型石油石化公司為提高綜合競爭力，提出了降低能耗9% 20 % 的計(jì)劃目標(biāo)，已把節(jié)能作為公司發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。通過加強(qiáng)節(jié)能工作，我國基本實(shí)現(xiàn)了“十一五”單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比“十五”末降低20 % 的目標(biāo)。目前我國工業(yè)能耗約占全國能耗的70 % 以上，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家約占1/ 3 的水平；同時，我國單位

2、國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗約為世界平均水平的2.8 倍；重化工行業(yè)單位產(chǎn)品能耗也遠(yuǎn)高于世界先進(jìn)水平。其中，我國原油加工、乙烯、合成氨等產(chǎn)品的平均能耗與國際先進(jìn)水平存在5% 15 % 的差距。為此，國家工信部提出到2015 年我國單位工業(yè)增加值能耗要比2010 年降低18 % 1，節(jié)能工作依然任重道遠(yuǎn)。煉油化工是高耗能高污染排放產(chǎn)業(yè)，在降低能耗、實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能減排目標(biāo)過程中擔(dān)當(dāng)著重要角色。煉油化工節(jié)能涉及生產(chǎn)、工藝、技術(shù)、設(shè)備、管理等各個方面，是一項(xiàng)全局性的系統(tǒng)工程，其關(guān)鍵是優(yōu)先采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝、先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，加強(qiáng)節(jié)能管理，降低能耗物耗，提高能源及原料利用率。2.煉油化工過程中的能量利用2.1 高

3、溫水源熱泵技術(shù) 是以消耗一部分高質(zhì)能（機(jī)械能、電能等）或高溫位能為代價，通過熱力循環(huán)，把熱能由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用系統(tǒng)。是高溫?zé)岜玫囊活?，它利用各種工業(yè)廢水中的余熱來制取7090熱水，可以直接用于供暖和普通工業(yè)加熱。 在石化行業(yè)中，原油集輸系統(tǒng)是油田的基本產(chǎn)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)的能耗較高。典型的原油技術(shù)系統(tǒng)在將原油從地層取出到處理成合格原油的生產(chǎn)過程中，既需要消耗熱能，又要消耗動力，其中熱能主要來源于油田自產(chǎn)的天然氣。以往降低熱損失和提高加熱爐效率一直是節(jié)約油田熱能消耗的主要方法，而余熱回收技術(shù)的應(yīng)用則是一個薄弱環(huán)節(jié)。目前我國很多油田已屬于中后期開采，采出原油中的含水量巨大。產(chǎn)出液中70

4、%的水與30%的原油一樣，要通過泵加壓、加熱爐加熱從井口輸送到聯(lián)合站進(jìn)行油水分離，分離出的污水溫度在4060之間。以勝利油田為例，目前其采油污水站52個，外排污水量72萬立方米/天，污水水溫在5070。其中水溫在60以上的水站有14個，外排水量約26萬立方米/天，是一筆很可觀的可利用的熱能財(cái)富。如果利用高溫?zé)岜脧闹刑崛?的熱量進(jìn)行回收，則可回收的能量為73000千瓦?？紤]到熱泵輸出端的熱量，可達(dá)10萬千瓦左右，相當(dāng)于10t/h原油全部燃燒的熱值，即每年87600噸原油的產(chǎn)能。如果利用熱泵將含油污水溫度下降20，達(dá)到30排放，則每年可以節(jié)約原油35萬噸，相當(dāng)于勝利油田1%的原油產(chǎn)量。可見，高溫水

5、源熱泵的應(yīng)用將使油田和石化行業(yè)的余熱資源得到最大限度的利用，創(chuàng)造出幾十億元甚至上百億元的經(jīng)濟(jì)價值，開創(chuàng)出一條節(jié)能降耗的新途徑。2.2 煉油過程低溫余熱利用 煉油過程低溫余熱的特征是熱源、熱阱點(diǎn)多面廣分布散；熱源多為工藝余熱，負(fù)荷相對穩(wěn)定；但熱阱負(fù)荷明顯隨季節(jié)變化，且有生產(chǎn)、生活和輔助三類不同熱阱；同時源阱負(fù)荷高度不平衡，夏季熱阱負(fù)荷小，余熱過剩，冬季熱阱負(fù)荷大，余熱相對不足。因此必須從全廠大系統(tǒng)入手，充分平衡和綜合各種因素，以期實(shí)現(xiàn)整體平衡回收和利用。2.2.1 充分挖掘低溫?zé)嶷鍧摿?全面調(diào)研低溫?zé)嵊脩?，進(jìn)行全廠低溫?zé)嶷遒Y源普查和分析，確定它們的溫位、負(fù)荷、類別以及負(fù)荷隨季節(jié)變化的規(guī)律。2.2

6、.2 優(yōu)化熱水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 依據(jù)總圖布置、熱水流程現(xiàn)狀和熱源熱阱的相對平衡關(guān)系，確定全廠熱水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可能包含幾個相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)內(nèi)部熱源和熱阱的總圖位置比較接近、負(fù)荷能總體平衡、溫位大體相配、源阱單元同步運(yùn)行率較高、熱阱特征基本相同并具備一定的輔助補(bǔ)熱和后冷條件。2.2.3 建立各熱水子系統(tǒng) 利用線性規(guī)劃確定熱水進(jìn)出裝置溫度、熱水流量，利用“夾點(diǎn)”技術(shù)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用換熱器優(yōu)化選型技術(shù)選擇熱水換熱器，利用換熱網(wǎng)絡(luò)彈性分析技術(shù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的冬夏兩季運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)熱水熱量梯級利用，最大限度降低后冷負(fù)荷，合理安置補(bǔ)熱、后冷監(jiān)控等。2.2.4 熱水網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)分析 重點(diǎn)是熱水子系統(tǒng)之間的

7、關(guān)聯(lián)和調(diào)劑以及事故條件或重大生產(chǎn)改變工況條件下的相互協(xié)調(diào)及長周期安全運(yùn)行策略等。3. 石油化工節(jié)能技術(shù)3.1改進(jìn)工藝條件，降低工藝總用能工藝總用能是衡量裝置用能水平的重要指標(biāo)，它是把原料變化到過程要求的條件下（溫度、壓力）所需要能量的數(shù)量。一般地，工藝總用能可分為熱、蒸汽和流動功三種形式，即用熱工藝總用能、用汽工藝總用能和動力工藝總用能。3.1.1降低用熱工藝總用能 改進(jìn)流程采用新的節(jié)能型工藝流程是降低用熱工藝總用能的一個重要方面。如煉油行業(yè)的常減壓蒸餾裝置，把初餾塔、常壓塔的過氣化油直接抽出，繞過加熱提溫設(shè)備。避免了過氣化油的反復(fù)加熱汽化和冷凝，減少加熱爐的熱負(fù)荷和初餾塔底油的換熱負(fù)荷，從而

8、減少帶入用能設(shè)備(分餾塔)的能量，使用熱工藝總用能減少。 改進(jìn)催化劑，使反應(yīng)溫度和壓力降低。 減小回?zé)挶?、回流比?.1.2減少用汽工藝總用能改進(jìn)操作加強(qiáng)管理汽提蒸汽，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，結(jié)合工藝操作條件和設(shè)備的流體力學(xué)狀況，減少吹汽量。吹掃、事故、消防用汽，其用量沒有固定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際中往往是吹汽時間和用汽量都大于實(shí)際需要，只有靠加強(qiáng)管理來減少。伴熱和采暖用汽也屬管理內(nèi)容，排汽的相態(tài)和溫度、室內(nèi)取暖溫度以及可否停用伴熱都可通過加強(qiáng)管理得到改進(jìn)。許多汽提用汽可用重沸器代替，如把常減壓蒸餾裝置常壓塔一線汽提為重沸器汽提可利用267kw熱能代替0.5t/h蒸汽，減少了塔頂?shù)睦鋮s負(fù)荷，還使側(cè)線物流溫度

9、提高15；加熱、伴熱用汽，可用適宜的低溫?zé)岽?；用惰性氣體代替塔底吹汽、用松動風(fēng)代替催化裂化U型管松動汽等。輕質(zhì)油管線輸送過程中不需伴熱，完全可以停用伴熱，以減少用汽工藝總用能。3.1.3減少動力工藝總用能 選擇機(jī)泵時注意不要留過大裕量，否則泵出口大于需要部分的揚(yáng)程多在出口調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失。流量變化頻繁的機(jī)泵，可采用調(diào)速裝置節(jié)約揚(yáng)程，避免大量節(jié)流損失； 系統(tǒng)管線各處的節(jié)流閥，在保證調(diào)節(jié)質(zhì)量下盡量減少調(diào)節(jié)閥壓降； 對管線系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取經(jīng)濟(jì)管徑，降低流動阻力； 改進(jìn)工藝流程，避免物流反復(fù)加壓、節(jié)流，縮短工藝路線均可降低動力工藝總用能； 減少反應(yīng)系統(tǒng)未轉(zhuǎn)化原料的循環(huán)量，可減少動力工藝總用能。3

10、.2提高能量回收率，減少排棄能量及火用損3.2.1 減少散熱量目前管線設(shè)備的保溫多是以散熱量為基礎(chǔ)制定的，考慮流體溫度的因素不夠。減少散熱的途徑是改進(jìn)保溫，按照確定經(jīng)濟(jì)保溫層厚度方法對設(shè)備管線、閥門進(jìn)行優(yōu)化保溫。并注意區(qū)分不同物流溫度的散熱熱能價格，最好采用火用經(jīng)濟(jì)保溫層厚度的方法。裝置散熱能耗約占總能耗的1020%，減少散熱量是重要的節(jié)能措施之一，其投資不多，收效卻很顯著。3.2.2優(yōu)化換熱系統(tǒng)減少傳熱火用損換熱系統(tǒng)的優(yōu)化，一是設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使設(shè)備處于最佳工況下傳熱；二是合理安排換熱流程，使冷熱物流匹配合理，避免過度的不可逆?zhèn)鳠幔创笥诮?jīng)濟(jì)傳熱溫差部分。3.2.3降低冷卻排棄能降低冷卻排棄

11、能可以從兩方面考慮： 對于存在的70以上的物流顯熱及潛熱，應(yīng)尋找合適的熱阱加以利用，作鍋爐預(yù)熱水的熱源，也可作其它用途； 與系統(tǒng)結(jié)合，提高產(chǎn)品輸出裝置溫度，不僅降低本裝置冷卻負(fù)荷，減少冷卻介質(zhì)的使用，而且增加了裝置輸出熱能，對于儲運(yùn)系統(tǒng)，相應(yīng)節(jié)省了罐區(qū)加熱、伴熱能耗。3.3提高能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)效率，減少裝置供入能耗3.3.1 提高加熱爐效率 采用空氣預(yù)熱器，其次，應(yīng)注意降低過剩空氣系數(shù)，尤應(yīng)避免冷風(fēng)滲漏，加強(qiáng)看火孔及對流管箱的堵漏及管理。 利用燃?xì)廨啓C(jī)加熱爐聯(lián)合供電供熱，提高加熱爐火用效率。利用燃?xì)廨啓C(jī)將燃?xì)馐紫仍诟邷叵屡蛎涀龉Γ艧嵊米鞴に嚐嵩?，可提高火用效?0左右，既滿足了供熱又發(fā)電。3.3

12、.2 采用自動調(diào)速設(shè)施目前，機(jī)泵總效率在50左右，選用新型高效節(jié)能泵是節(jié)能的重要措施。在流量變化大且頻率、系統(tǒng)流動阻力（調(diào)節(jié)閥、出口閥等）在總揚(yáng)程中占的比例較大的情況下，使用自動調(diào)速機(jī)泵，克服負(fù)荷率變化的不利因素，在低負(fù)荷運(yùn)行時，使泵的揚(yáng)程與管路系統(tǒng)要求相適應(yīng)，保持效率基本不變，單位能耗保持不變且略有降低。3.3.3 利用背壓式蒸汽輪機(jī)背壓式蒸汽輪機(jī)利用蒸汽先作功，排出蒸汽仍可作工藝用汽。引進(jìn)的大型合成氨裝置用能水平高，很大程度上是蒸汽產(chǎn)用比較合理，做到逐級用能。因此，在選擇蒸汽動力驅(qū)動方式時，要重視背壓式蒸汽輪機(jī)的選用，進(jìn)行蒸汽動力系統(tǒng)的優(yōu)化。3.3.4 催化裂化再生器排煙能量的回收利用 回

13、收煙氣顯熱充分利用煙氣顯熱及CO燃燒熱發(fā)生較高參數(shù)的蒸汽，然后由設(shè)置的余熱鍋爐回收顯熱能，或作其它物流的加熱熱源。3.4 低溫?zé)峄厥绽蒙a(chǎn)使用的能量是由轉(zhuǎn)換設(shè)備供入和能量回收循環(huán)兩部分構(gòu)成的。一般地循環(huán)回收能量在生產(chǎn)中不斷循環(huán)：進(jìn)入利用環(huán)節(jié)進(jìn)入待回收系統(tǒng)回收循環(huán)進(jìn)入利用環(huán)節(jié)。對于穩(wěn)定的連續(xù)生產(chǎn)過程，循環(huán)回收能量幾乎不變。當(dāng)然，這是由于轉(zhuǎn)換設(shè)備不斷地供入能量，使待回收能量參數(shù)保持恒定。從出和入兩方面來說，供入系統(tǒng)的有效能量部分進(jìn)入產(chǎn)品和回收輸出用于其它系統(tǒng)或裝置以外，其它全部排棄于環(huán)境。通常能量排棄方式為冷卻、散熱、物流帶出和其它排棄四種方式。而冷卻排棄能所占的比例最大（約70%），而且隨著不

14、同裝置不同用能水平而異。仔細(xì)分析就會發(fā)現(xiàn)，這些需要冷卻的工藝物流溫位在70150，甚至更高。特別是在節(jié)能工作不斷深入的今天，欲降低裝置及全廠的能耗，低溫?zé)峄厥绽檬潜夭豢缮俚囊粋€方面。但由于低溫?zé)釡囟鹊汀⒖陀^上存在著回收技術(shù)難度大、經(jīng)濟(jì)效益不高的問題。因此，在制定低溫?zé)峄厥辗桨笗r，應(yīng)全面分析論證確定。低溫?zé)峄厥绽茫枰谌珡S建立配套的回收系統(tǒng)，通過一種載能工質(zhì)把熱從裝置取出。為保證裝置操作的安全可靠，可恒定取熱量，通過回收系統(tǒng)設(shè)置、冷卻器等手段調(diào)節(jié)用熱負(fù)荷波動。低溫?zé)峄厥绽每煞譃閮深悾?.4.1低溫?zé)嵬壚茫ㄖ苯永茫└鶕?jù)低溫?zé)峄厥盏臏匚?，選擇適宜的用戶，不僅改變了用戶原使用高、中溫?zé)嵩?/p>

15、所造成的過大能量傳遞損失，而且把高、中溫?zé)嵩错斕嫦聛恚堑蜏責(zé)崂弥凶罹呶Φ姆桨?，?jié)能效益尤為顯著。 生產(chǎn)用低溫?zé)崂玫蜏責(zé)嵩慈〈a(chǎn)中使用高、中溫?zé)嵩吹膱龊希粌H可直接減少生產(chǎn)能耗，而且生產(chǎn)用熱大多屬連續(xù)、負(fù)荷穩(wěn)定的情況，節(jié)能幅度大，效益高。在安排低溫?zé)岱桨笗r，應(yīng)優(yōu)先考慮。 生活科研用熱目前，隨著生活水平的提高和勞保福利設(shè)施的不斷完善，生活用能也相應(yīng)增加。此外，隨著企業(yè)的發(fā)展，辦公樓、教育培訓(xùn)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)研究院所用能也相應(yīng)增加，這部分能耗影響到全廠綜合能耗。如果以低溫?zé)崛〈淠茉聪?，不僅可降低全廠綜合能耗，而且使直接生產(chǎn)能耗也得以下降。這類用熱一般分為兩類：a. 廠區(qū)辦公和生活區(qū)采暖。用

16、低溫?zé)崴嬲羝m為季節(jié)性使用，但由于用汽采暖往往超過國家采暖標(biāo)準(zhǔn)，且使用中存在許多浪費(fèi)現(xiàn)象，因此效益還是相當(dāng)可觀的；b. 生活用熱水。這類用熱一方面提高了職工生活福利，另一方面節(jié)省了已經(jīng)存在的液化石油氣熱水器洗澡、洗菜用熱水，減少液化氣使用。其特點(diǎn)是一年四季均有，但負(fù)荷隨晝夜而變化，其變化規(guī)律類似生活用水系統(tǒng)，在制定方案時，應(yīng)考慮在用熱減少時，如何保持系統(tǒng)平衡，取出熱量。3.4.2低溫?zé)嵘壚玫蜏責(zé)嵩趦?yōu)先考慮連續(xù)、穩(wěn)定的熱負(fù)荷用戶之后，就應(yīng)考慮過剩低溫?zé)岬纳壚谩＿@類用熱有三種形式。 熱泵熱泵是將低溫?zé)嵬ㄟ^施加外部高質(zhì)能量把低溫?zé)崽岣叩焦に囘^程能夠使用的參數(shù)。利用熱泵提高其溫度，再用于

17、生產(chǎn)過程，是一種有效利用低溫?zé)崮艿募夹g(shù)手段。熱泵分為壓縮式熱泵和吸收式熱泵兩類。 制冷制冷是低溫?zé)崂玫囊环N重要內(nèi)容。低溫余熱制冷主要是吸收式制冷。蒸汽溴化鋰吸收式制冷已得到普遍應(yīng)用。用低溫余熱代替蒸汽熱源的吸收制冷也投入了工業(yè)使用。低溫余熱制冷用途有兩個：一個是生產(chǎn)制冷，在炎熱的南方夏季，氣溫和循環(huán)水溫度較高，產(chǎn)品的冷卻溫度難以滿足要求，致使產(chǎn)品收率下降，損失增大。解決催化裂化吸收穩(wěn)定干氣不干的狀況，除從工藝上改進(jìn)外，利用低溫余熱制取8-10冷水進(jìn)一步冷卻、也可使問題得到改善。另一個是集中空調(diào)制冷，采用回收余熱吸收式制冷，作為集中空調(diào)的冷源，既回收了能量，又改善了工作和生活條件。 發(fā)電低溫余

18、熱發(fā)電是升級利用另一類重要形式。在大量過剩低溫余熱難以找到適宜的同級利用方案時，采用發(fā)電是一種途徑。3.5 搞好蒸汽逐級利用由于企業(yè)操作條件不同，全廠各單元及系統(tǒng)的用汽壓力等級也各不相同，而在安排產(chǎn)汽時，不可能產(chǎn)生各種壓力等級的蒸汽以適應(yīng)不同的單元和系統(tǒng)。根據(jù)按質(zhì)用能的原則，燃料產(chǎn)汽的動力鍋爐盡可能產(chǎn)生較高參數(shù)的蒸汽，一般為高壓蒸汽，產(chǎn)汽和用汽的壓差是蒸汽逐級利用的重要內(nèi)容。過去的做法是供汽參數(shù)大于用戶需要的參數(shù)，造成無謂的火用損失，或是采用節(jié)流減溫減壓，造成用汽的浪費(fèi)。開展蒸汽逐級利用的步驟為：（1）動力鍋爐根據(jù)廠區(qū)蒸汽系統(tǒng)情況發(fā)生中壓或高壓蒸汽避免發(fā)生低壓蒸汽。（2）裝置（單元）的過剩熱量

19、，應(yīng)在裝置換熱流程優(yōu)化的基礎(chǔ)上，發(fā)生相應(yīng)參數(shù)的蒸汽，并受全廠蒸汽平衡的制約，避免產(chǎn)用不平衡造成排空浪費(fèi)現(xiàn)象。（3）核準(zhǔn)全廠總的蒸汽用量及參數(shù)，從而根據(jù)用汽量及余熱發(fā)汽量安排動力鍋爐的產(chǎn)汽量。（4）調(diào)查可以利用蒸汽背壓式透平的動力機(jī)械的功率參數(shù)、耗汽量等。（5）制定蒸汽逐級利用方案。（6）對方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價和優(yōu)化。雖然各用戶等級不同，但受工程和經(jīng)濟(jì)因素影響不可能設(shè)置更多的系統(tǒng)管網(wǎng)，一般是設(shè)置10.0MPa，3.5MPa，1.0MPa和0.3MPa四個系統(tǒng)管網(wǎng)；對于無高壓蒸汽的企業(yè)，則只有三級管網(wǎng)；有一些則為區(qū)域性的局部管網(wǎng)?？傊?，管網(wǎng)設(shè)置不僅要考慮多級利用，更要考慮現(xiàn)實(shí)和工程因素。核實(shí)各種壓

20、力等級的用汽量是很重要的內(nèi)容，這往往應(yīng)結(jié)合全廠節(jié)能規(guī)劃一起進(jìn)行。切忌按目前用汽量安排逐級利用方案，而當(dāng)裝置及單元節(jié)能改進(jìn)后，用汽量減少影響到方案，甚至前功盡棄。對于可以使用背壓代替燃料加熱爐或減少加熱爐熱負(fù)荷的場合，應(yīng)使用蒸汽以節(jié)省燃料的使用。蒸汽逐級利用，主要是回收產(chǎn)汽與用汽之間的壓差做功或發(fā)電。直接帶動設(shè)備做功，利用效率較高，轉(zhuǎn)換損失小。背壓透平驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電并入電網(wǎng)，也是常用的方法。目前蒸汽逐級利用應(yīng)重視1.0 MPa和0.3 MPa汽壓差的利用，此用汽特點(diǎn)較分散，但對相對集中的0.3 MPa用戶，可建立區(qū)域性的管網(wǎng)背壓發(fā)電。另外，企業(yè)產(chǎn)汽向高壓力等級方向發(fā)展，有利于開展蒸汽逐級利用。4總結(jié)近年來，我國煉油化工企業(yè)節(jié)能工作取得了顯著成績，但與國外先進(jìn)水平相比還存在一定的差距，節(jié)能工作仍然面臨艱巨的任