炼油生产过程能量优化方法探究

摘要：中国是能源生产大国，也是能源消费大国，能源生产量位居世界第三，消费位居第二，每年还在以不断增高的趋势攀升。然而目前能源形势也较为严峻，炼油行业该如何在市场多变的情况下或在现有设备及工艺的条件下实现节能降耗，已经成为最为紧迫的问题。能量优化需要在炼油生产的基础上构建，其转换、利用、回收及排出都和炼油生产息息相关。本文则主要分析在炼油生产过程中能量优化的具体措施，以供参考。

关键词：炼油；生产；能量优化；低温余热

中图分类号：TE624 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2014）06-0-02

在原油处理及石油产品生产过程中炼油生产消耗大量的能源，虽然我国针对此现象也制定相关的节能措施，但始终达不到理想的效果。其实，炼油生产中的设备和工艺装置及各系统的用热等方面存着很大的节能潜力，所以，综合利用其中的节能潜力，可以说是炼油生产节能降耗的有效方式。

一、能量优化相关概述

我国炼油企业的节能工作在近20年来都不在局限于表面，开始逐渐往深度和广度扩展，大大降低了工艺装置的能耗。如国内一些先进装置如焦化、常减压等能耗指标越来越倾向于世界先进水平。尽管如此，我国炼油企业的原有加工能耗（蒸汽动力系统、产品储运系统、原料及其他系统）还是高于发达国家，主要原因在于没有从大系统的高度来深刻思考炼油企业的能源总体优化利用，或全场各工艺装置之间和生产过程的不同环节缺乏热联合。一般常规炼油厂中包括水、电、气、风、储运等多个工艺系统装置，且整个炼油厂热源分布较广，常温～500℃都有。然而系统各装置的热源的温位分布缺乏均衡性，如果要进行换热回收工作，只能装置内部进行，不能做到合理的优化分配气分、污水处理及MTBE等装置需要较低的操作温度，炼油厂中的热源根本无法满足上述装置所需。但这种装置中都带有大量的低温余热，可以在大系统范围内进行热匹配，不仅节省了大量的冷却水，还节约了大量高温热源，达到双重效果。能量利用包括有效、充分和综合三个原则，有效利用能源特指减少能量不可逆损失，涉及以下几个方面：能量多次利用、按质供能、按需供能及适当减小过程的推动力。充分利用能量则是减少排放损失，其中涉及充分回收利用余热和堵塞漏洞等方面。而能量的综合利用包括热点合供的总能系统和能量的综合利用，其优化原则为：简化流程和优化组合、单元操作过程与设备强化、单元过程火用损最小化、排弃火用最小化及保持优化的运行工况。其中工艺节能指简化流程和优化组合和单元过程火用损最小化，对其反应条件和分馏塔的操作进行有效优化，以此来减少工艺用能。

华贲教授所创立“三环节”理论即能量的利用、回收和转换，也是节能工作的理论依据。运用系统化方法先优化利用环节，之后优化回收环节和转换环节，最后协同优化这三个环节。根据现场调查企业现有的装置和系统及结合当前工艺所处的瓶颈期，所提出的优化思路可从以几个方面展开：

1.装置间热出料和热联合

目前炼油企业关注的热点和极力追求的目标在于降低炼油综合能耗和寻找节能的切入点。热出料和热联合在诸多节能措施中不仅是一个有效的方式，也是降低新建装置投资的重要途径。可将炼油厂视为一个庞大的系统，之后在此系统中匹配装置之间能量的热量，让两者进行交换来弥补自身的不足，并不是独立对装置进行操作来利用其中的内部热量，这种方式提高了能量与热量使用的效率。之所以在装置之间运用深度热联合，一方面是为了减少低温热的生成，使减少能量浪费措施从源头做起。另一方面则是避免物料的重复加热和冷去，有效控制了能的损失。装置间热出料和热联合具体的做法是把具有决定性环节定为热出料，优化上下游装置的换热网络，以此来提高换热终温，达到降低燃料消耗的目的。

2.低温热大系统优化利用

构建大系统低温热回收利用系统要在热出料和热联合的基础上，并以“温度对口，梯级利用”能量利用原理为指导，从热源回收热量再用于热阱，以除氧水为中间介质来减少热阱的热量用量。对低温热系大系统进行优化还可从热量回收和利用的各个方面，为提高利用效率可多次利用能量，达到节约燃料和蒸汽的目的。

3.蒸汽动力系统优化

结合目前蒸汽动力系统所存在的问题和有效结合热出料、储运优化后炼油厂蒸汽的新格局来优化全厂的动力、产汽和蒸汽管网。具体措施为优化汽轮机匹配来消除减温减压、优化燃料构成降低产汽成本，改造管线来减少压损和散热损失，使蒸汽动力系统的能量利用效率得到全面提升。

4.储运系统用能优化

一般优化储运系统主要集中在优化储运参数、降低储量和改变加热介质等方面，从而对回收大量低温热、降低工艺总用能、节省泵功耗及减少蒸汽消耗都起着重要的促进作用。主要措施有加强保温、降低维温蒸汽用量、缩短混合时间和提高调和效率、优化扬程和流量、提高进罐温度，节约机泵用电可利用低温热的方式。

5.降低装置生焦量

采用大剂油比操作条件，保证催化剂与原料油的均匀接触，使得大分子原料油迅速汽化，减少结焦数量，提升管末段采用油气快速分离导出系统及密相环流预汽提式旋风分离器快分，解决了油气和催化剂的快速分离和催化剂携带油气的快速预汽提问题，可减少热裂化反应，降低干气及焦炭产率。

6.循环水系统优化

目前炼油厂在水系统方面经常出现回水温度小、循环水泵扬程富余及冷却能力不足等现象，针对上述问题优化方案可设为建立全厂循环水系统的模式来找出薄弱环节，于此同时再结合优化方案给予完善的控制方式，以此来优化运行循环水系统。此阶段优化的目的在于降低电耗、减少新鲜水补充量、优化循环水流量和降低系统压力等。

二、炼油过程低温余热利用

热源是炼油过程低温余热的明显特征，因排出余热的场所分布十分广泛，负荷也相对稳定。此场所有三种作用，分别生产、生活和辅助。源阱负荷会随着季节的变化而变化，如冬季热阱负荷大，余热相对缺乏，夏季热阱负荷小，则余热过剩，所以必须从整个炼油系统出发，对各种因素充分平衡和综合，从而实现整体利用和回收。一般对低温余热的利用会采取以下几种措施：优化热水网络结构；首先确定炼油热水网络结构要了解热水流程现状、总图布置和热源热阱之间的平衡关系，热水网络结构会涵盖几个相对独立的子系统，负荷能总体平衡、温位大体也较为相配，离热阱的总图位置也比较接近，具备后冷条件和辅助补热。其次充分挖掘低温热阱潜力，采用长期有效的设备及管道隔热和保温措施，对所有高温设备及管道选用优质保温材料，减少散热，提高装置及系统的热回收率，尽量回收反应流出物热量，降低入空冷器温度。回收装置的低温余热生产热水，供现有或后续的气分装置使用；对能使用低品位蒸汽的情况尽量使用低品位蒸汽，以节约能源。外取热器、油浆蒸发器、分馏二中段蒸发器余热锅炉发生3.5MPa中压蒸汽并逐级利用，提高能量利用率。设置烟气轮机，回收再生烟气压力能。与不设置烟机只设余热锅炉的装置相比，可降低能耗986MJ/t。

三、炼油过程能量优化方法

炼油过程基本上有蒸汽、动力、储运等工艺装置组成，每个工艺之间的装置都通过能热传递来起相互作用，实现炼油过程的对立统一。其优化的方法和思路主要围绕装置间直接热进料/供料等联合操作、总能规划及优化装置内部能量和低温余热大系统的利用等。

1.热供料和热联合优化方案

某公司主要加工的原油为进口油和胜利油，此公司在“十一五”期间又增添了设备工艺，因此生产流程也发生了改变，以致需要调整热供料和热联合方案，此公司热联合和热供料现状如表1所示：

表1 热联合和热供料现状

自使用后新进工艺设备后，原油生产过程需要焦化常减压渣，不再进行催化，改造常减压装置功能，使加工量达到350X104t/a，两种主要生产油的配合比为4：1，二次加工装置的加工量又会有新的变化等。为适应新的生产流程，需要优化个别装置的工艺和装备内部的热换网络，优化热供料的温度，根据装置变化来调整热供料流程。经现场调研、优化核算之后，在常减压、催化、焦化、重整等装置之间可实施以下热供料方案，具体供料表见表2所示：

表2 优化后的热供料和直供料

表2中的热供料温度是装置间热量优化的结果。依据科学用能的原理和充分考虑到热出料与改造装置后的全新局面，特将装置内富余热量用于其他装置，实现节省燃料油的目的。

2.装置内部能量优化

首先采用先进工艺和设备，本文所研究的炼油厂所运用的是120万吨催化裂化装置，为了有效优化能量，可采用国内最新开发的FDFCCP-Ⅲ重油催化裂化生产工艺，提高装置液体收率，降低干气和烧焦产率，从而降低装置单位耗能。气压机组采用背压蒸汽轮机驱动的二机组配置方式。气压机的负荷可以方便地利用转速调节。与恒转速运转的气压机组相比，可较大幅度地节省运行费用，降低装置能耗。尽量采用能耗低的设备，如采用新型进料雾化喷嘴降低蒸汽消耗，分馏塔采用高效低压降塔板。选用高效变压器和电器设备，合理选择机泵驱动电机的容量及适当选用变频调节流量，大容量低转速电机选用同步电机实现无功调节。

3.优化工艺过程和操作条件

随着我国经济的迅猛发展，炼油厂也应全面优化现有工艺设备，采取新工艺、新技术来提升节能效果。而节能的主要作用在于减少各种能源的供入、转换与回收环节之间的效率损失，减少工艺过程对能量的总需求。

四、结语

综上所述，通过对炼油生产过程中能量优化利用，大幅度提高了能源和水资源的利用效率，也有效降低了各生产装置的平均能耗，此外，优化炼油过程的热供料、低温热、储运和蒸汽动力系统等方面完全能达到能耗指标降低的目的，保证新装置的顺利开工和平稳生产，符合国家节能减排要求的同时也相应提高了企业经济效益。

参考文献：

[1]蒋敏.炼油装置能量优化综合利用的节能效果及应用分析[J].江西化工，2009（2）：144-147.

[2]林子平.炼油过程能量优化和低温余热回收利用[J].中国新技术新产品，2011（14）：3.

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