常林杉，王園園

（盤錦浩業(yè)化工有限公司，遼寧盤錦124123）

在碳達峰、碳中和目標的影響下，能源消費正逐步向清潔能源過渡，預計到2030年，化石能源占總能源消費的比重將由2020年的84%降低到75%［1，2］。在此大環(huán)境下，石油煉制行業(yè)的競爭也將愈加激烈，尤其對于中小型煉油企業(yè)，隨著成品油產(chǎn)能過剩的危機逐漸加重，行業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展是必然趨勢。降本增效、節(jié)能減排已成為煉油企業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要主題。

文中以中小型煉油廠為對象，分別從能量優(yōu)化、加熱爐提效、余熱回收、資源回收利用4個方面進行節(jié)能降耗措施研究，為煉油廠的降本增效、節(jié)能減排提供參考。

1 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

2019年，國內(nèi)石化行業(yè)能源消費量占全國能源消費總量的16.9%，煉油過程能源費用占總加工成本的40%～60%，因此能量的回收及再利用極為重要。熱能的回收主要是通過原油及中間產(chǎn)品及成品油之間的熱交換獲得的。

在各個油品加工裝置中，通常是原料油需要加熱，而成品油需要冷卻。合理匹配冷熱物流，提高系統(tǒng)的熱回收能力，減少輔助加熱和冷卻負荷，可以提高整個工藝裝置或過程中的能量利用的有效性和經(jīng)濟性［3，4］。

換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合方法包括數(shù)學規(guī)劃法、經(jīng)驗規(guī)則法和夾點技術(shù)法。其中以夾點技術(shù)法在工程實踐中得到了應(yīng)用，夾點技術(shù)的換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合的首要目標是運用熱力學方法追求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能耗最小，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)堅持降低公用工程消耗和設(shè)備費用越低越好的原則。典型換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)溫—焓（T-H）圖見圖1。

圖1 夾點技術(shù)T-H圖

某煉油廠加氫裂化裝置由于裝置建設(shè)年代較早，工藝落后，能耗偏高，通過流程模擬軟件分析裝置內(nèi)用能情況，采用換熱網(wǎng)絡(luò)夾點分析，提出2條優(yōu)化路線，分別可節(jié)約裝置綜合能耗189.4 MJ/t原料和106.2 MJ/t原料，可根據(jù)實際實施難易程度進行選擇［5］。以加工能力為650×104t/a的某煉油廠為例，采用夾點技術(shù)對各裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，根據(jù)冷熱物流的物性參數(shù)繪制T-H圖，確定最小傳熱溫差和夾點位置，按照夾點之上不設(shè)冷公用工程、夾點之下不設(shè)熱公用工程和不跨夾點傳熱的原則，根據(jù)裝置實際進行改造。方案可節(jié)約冷公用工程22 300 kW，熱公用工程15 950 kW，提高經(jīng)濟效益3 910萬元/a。

2 加熱爐提效

煉油生產(chǎn)用能最多的設(shè)備就是加熱爐，大部分加熱爐需要連續(xù)運行，由此消耗大量的燃料，因此加熱爐效率高低直接決定煉油過程的用能量大?。?］。對大多數(shù)中小型煉油廠來說，加熱爐效率低主要原因包括3點［7］。

（1）排煙溫度高，造成熱量損失嚴重，燃料消耗量較大；

（2）爐膛內(nèi)氧濃度過低，燃燒不充分；

（3）部分加熱爐設(shè)備陳舊，效率下降。

加熱爐提效可從4個途徑考慮。

（1）配套煙氣余熱回收系統(tǒng)，通過高溫煙氣與空氣或低溫熱水等換熱來降低排煙溫度，將煙氣余熱轉(zhuǎn)移到其他介質(zhì)中去。但排煙溫度不可過低，以免造成煙囪發(fā)生露點腐蝕；

（2）通過保溫材料可以減少熱量散失，通過涂漆等手段可以降低露點腐蝕對設(shè)備的損害；

（3）將加熱爐中空氣系數(shù)控制在一定精度內(nèi)，避免發(fā)生爐膛內(nèi)氧氣濃度過高或過低的狀況，氧濃度過高會導致排煙量增大，損失的熱量也隨之增多；

（4）配套高效節(jié)能型燃燒器，新型換熱器配置全套的風機、燃料控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、燃燒風量控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，智能化程度較高，可基本杜絕燃燒過?；虿怀浞值那闆r，提高熱效率，可節(jié)省5%～10%的燃料用量。

某燃氣鍋爐房利用節(jié)能器，通過冷凝器+熱泵+循環(huán)水泵+空氣預熱器，充分利用鍋爐煙氣余熱，將煙氣總低溫余熱轉(zhuǎn)移至一網(wǎng)回水中，改造前后能量消耗情況見表1，該項目節(jié)約燃料氣145.72×104m3，鍋爐熱效率提高11.7%［8］。

表1 某鍋爐改造前后節(jié)能情況

3 余熱回收

重油加工裝置，如常減壓、催化裂化、延遲焦化等由于反應(yīng)溫度較高，存在大量溫位介于120～200℃之間低溫熱源，根據(jù)工藝要求需要通過空冷或水冷設(shè)備進行冷卻，既浪費了低溫熱源的熱量，又增加了冷公用工程消耗［9～11］。

熱源利用主要包括3方面。

（1）上下游裝置聯(lián)合，將上游裝置高溫余熱直接供給下游裝置，例如柴油加氫裝置精制柴油空冷出裝置前溫度為190℃左右，可與硫酸汽提塔底凈化水換熱，降低塔底重沸器熱負荷，同時降低柴油空冷、水冷的負荷。此外，裝置間的熱直供料也屬于余熱回收技術(shù)，是指上游裝置產(chǎn)品不經(jīng)過冷卻系統(tǒng)和罐區(qū)，直接輸送到下游裝置，降低了上游裝置的冷卻負荷和下游裝置的加熱部分負荷；

（2）余熱發(fā)電技術(shù)，該技術(shù)通過低沸點有機物吸熱膨脹和蒸汽做功冷凝實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為電能；

（3）建立熱媒水站，以低溫熱水為熱媒介回收裝置內(nèi)的低溫余熱能量，升溫后的熱水可供給裝置、罐區(qū)、重油管線伴熱以及生活區(qū)取暖等。

某獨立焦化企業(yè)為解決內(nèi)部能耗高的問題，采用了優(yōu)化工藝路徑、引進先進技術(shù)裝備、實施焦爐煙氣余熱回收利用、甲醇副產(chǎn)蒸汽發(fā)電、管式爐節(jié)能改造等手段，各技術(shù)效益情況總結(jié)見表2。

表2 某獨立焦化企業(yè)改造方案效益情況

4 資源回收利用

4.1 氫氣的回收利用

隨著成品油指標的嚴格無害化，以及煉油向化工甚至精細化工的發(fā)展趨勢，氫氣作為原料資源的作用越來越重要[12]。目前比較成熟的氫氣回收技術(shù)包括變壓吸附（PSA）技術(shù)、膜分離技術(shù)和深冷分離技術(shù)。膜分離技術(shù)原理是在膜2側(cè)壓力差的推動下，利用氣體組分在分離膜中擴散系數(shù)的差異實現(xiàn)分離，相比較之下，膜分離技術(shù)可回收低濃度氫氣，且占地面積小、易操作、投資少，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[13～15]。

4.2 水資源的回收利用

石油煉制過程用水量大，包括冷卻器用的循環(huán)水、加氫裝置注入的除鹽水、塔汽提用蒸汽、加熱蒸汽、焦化除焦水及裝置日常用水等。

水資源的回收利用可從3個方面入手。

（1）各裝置蒸汽出口凝結(jié)水、伴熱用蒸汽凝結(jié)水的回收利用；

（2）裝置間高效聯(lián)合，如硫酸裝置凈化水通常都直接送到水處理車間，經(jīng)過處理后排放，處理費用較高且水資源流失嚴重，可將凈化水直接供給延遲焦化車間做除焦水、或者送到常減壓車間做電脫鹽用水。也可將酸性水汽提裝置凈化水回用至加氫高壓注水系統(tǒng)中［16］；

（3）塔的工藝操作采用干式操作，可以降低蒸汽用量。

例如，某煉油廠對單塔加壓側(cè)線抽出的酸性水汽提工藝進行節(jié)能優(yōu)化，可節(jié)省循環(huán)水35 t/h，并降低裝置能耗的124.695 MJ/t［17］。共節(jié)約新鮮水150 t/h，節(jié)省費用252萬元/a；同時減少使用除鹽水15 t/h，節(jié)約除鹽水費用88.2萬元/a［18］。

5 結(jié)束語

煉油行業(yè)是高耗能行業(yè)，節(jié)能降耗是行業(yè)發(fā)展過程中降本增效的重要主題，與此同時，結(jié)合成品油市場需要的變化趨勢和碳達峰、碳中和目標的日益嚴格情況來看，煉油行業(yè)轉(zhuǎn)型升級也迫在眉睫，為了應(yīng)對行業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展趨勢和碳減排要求的雙重壓力，各煉油廠采取各種手段來減少能源的消耗，降低生產(chǎn)成本。具體節(jié)能降耗及碳減排措施可從換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、加熱爐提效、余熱回收、氫氣回收和水資源回收利用幾個方面進行，有效降低煉油廠能耗的同時提高經(jīng)濟和環(huán)境效益。