炼化过程设计节能

炼化过程设计节能,2015年8月,中国石化工程建设有限公司,中国石化培训材料,2,目录,背景节能的基本途径与设计节能全局优化技术进展与新方法低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,2018/5/24,3,能源资源竞争日趋激烈。部分发达国家长期形成的能源资源高消耗模式难以改变，发展中国家工业化和现代化进程加快，能源消费需求将不断增加，全球能源资源供给长期偏紧的矛盾将更加突出。能源供应格局深刻调整。一方面：作为全球油气输出重地的西亚、北非地区局势持续动荡。另一方面：页岩气、页岩油、生物质新能源等非常规资源开发与传统化石能源开采存在一定竞争。油价持续低迷，能源生产供应及利益格局正在发生深刻调整和变化。,1.背景_日益复杂的国际能源形势,2018/5/24,4,资源制约日益加剧，能源安全形势严峻。一方面，我国能源资源短缺，常规化石能源可持续供应能力不足。油气人均剩余可采储量仅为世界平均水平的6%，石油年产量仅能维持在2亿吨左右，常规天然气新增产量仅能满足新增需求的30%左右。煤炭超强度开采。另一方面，粗放式发展导致我国能源需求过快增长，石油对外依存度从本世纪初的26%上升至2014年的59.6%。与此同时，我国油气进口来源相对集中，进口通道受制于人，远洋自主运输能力不足，能源储备应急体系不健全，应对国际市场波动和突发性事件能力不足，能源安全保障压力巨大。,1.背景_国内不容乐观的能源安全形势,2018/5/24,5,生态环境约束凸显，绿色发展迫在眉睫。我国能源结构以煤为主，开发利用方式粗放，资源环境压力加大。大量水资源被消耗或污染，煤矸石堆积大量占用和污染土地，酸雨影响面积达120万平方公里，主要污染物和温室气体排放总量居世界前列。国内生态环境难以继续承载粗放式发展，国际上应对气候变化的压力日益增大，迫切需要绿色转型发展。,1.背景_国内不容乐观的能源安全形势,6,1.背景,石油依旧是未来能源的重要组成部分!_世界中国,节能，既是炼化企业应履行的社会责任， 也是降本增效、减少排放、提高市场竞争力的重要途径！,2018/5/24,7,国家对炼油行业节能降耗要求日益严格，近年来，在国务院、相关部委的文件、规定中对炼油能源消耗目标值作出了明确规定，是刚性约束指标。能源发展“十二五”规划国发20132号；循环经济发展战略及近期行动计划国发20135号；工业和信息化部关于石化和化学工业节能减排的指导意见工信部节2013514号；全国工业能效指南（2014年版）工业和信息化部2014。,1.背景_国家对节能减排新要求,2018/5/24,8,能源发展“十二五”规划国发20132号；根据对“十二五”时期经济社会发展趋势的总体判断，按照“十二五”规划纲要总体要求，综合考虑安全、资源、环境、技术、经济等因素，2015年能源发展的主要目标是： 能源消费总量与效率。实施能源消费强度和消费总量双控制，能源消费总量40亿吨标煤，用电量6.15万亿千瓦时，单位国内生产总值能耗比2010年下降16%。能源综合效率提高到38%，火电供电标准煤耗下降到323克/千瓦时，炼油综合加工能耗下降到63千克标准油/吨。,1.背景_国家对节能减排新要求,2018/5/24,9,循环经济发展战略及近期行动计划国发20135号；到2015年，原油加工综合能耗降到86千克标准煤/吨，乙烯综合能耗降到857千克标准煤/吨，石油石化行业单位工业增加值用水量比2010年减少30%。,1.背景_国家对节能减排新要求,工业和信息化部关于石化和化学工业节能减排的指导意见工信部节2013514号；,2018/5/24,10,1.背景_炼化企业节能降耗，意义重大！,炼油企业，既是重要的能源生产工业，也是能源消耗大户，节能减排，可以提高炼油企业的综合竞争力！,节能是减排的重要手段；在设计阶段进行全厂用能优化，可以从源头降低不必要的能量消耗，同时节约投资成本！,2018/5/24,11,1. 背景-中国石化节能取得的成绩,按照统计，2008年至2010年炼油能耗显著降低，但2010年至2013年，炼油能耗下降趋势较为缓和。根据最新掌握的数据，2014年炼油能耗数据与2013年持平，表明炼油企业节能降耗工作出现了一个瓶颈型的约束。,2018/5/24,12,1.背景-中国石化节能取得的成绩,一方面，传统节能技术逐步成熟和被广泛应用，特别是，近年来新建成投产的炼油企业，在设计阶段已经考虑和应用了大量成熟的节能技术，使得原油蒸馏、催化裂化、连续重整、加氢处理、加氢精制等炼油主体装置能耗普遍降低到了一个相对稳定的水平。另一方面，油品质量不断升级，2014年，炼油企业已经全部实现生产国IV油品，到2017年，要全部实现生产国V油品。油品质量升级，需要增加额外的生产装置、处理工艺和额外的能源消耗，这会增加炼油能耗，一定程度上减缓炼油能耗数值的降低趋势。,2018/5/24,13,1.背景-中国石化节能取得巨大成绩,实质上，我国炼油企业能量利用水平已经跃居世界一流水平！按照所罗门测算EII值，国内新建千万吨级炼油企业均处于“世界先进水平”和“亚洲先进水平”！,一方面，源于广大节能工作者，包括在座诸位的不懈、持续努力；另一方面，国内炼化企业对节能目标的追求，已经远远超越了外国炼厂对节能、能量集成的追求。,2018/5/24,14,1.背景 -中国石化启动“能效倍增”计划,2018/5/24,15,1.背景-中国石化启动“能效倍增”计划,能效倍增计划的目标：1. 到2015年，集团公司万元产值综合能耗下降16.8%2. 到2020年，集团公司万元产值综合能耗下降39.4%3. 到2025年，集团公司万元产值综合能耗下降50.0% 能效倍增计划以万元产值综合能耗下降为目标，万元产值综合能耗下降50.0%，即能源产出率翻倍。,能效倍增计划六大措施一、管理节能二、结构节能三、技术节能四、节能工程五、循环经济六、合同能源管理,16,SEI能为各炼化企业的能效倍增计划实施提供技术服务和工程设计支持,1.背景-中国石化启动“能效倍增”计划,技术节能1.推广低温余热资源利用技术2.推广样板加热炉技术3.推广高通量冷换设备、全三维节能风机和螺旋杆膨胀机及永磁调速、无极调速和多级调速等技术4.推广循环水系统节能技术5.推广冷凝水回收技术6.推广乏汽回收技术7.推广烟气余热回收技术,17,1.背景-中国石化启动“能效倍增”计划,二、节能的基本途径与设计节能,炼化企业能量利用特点。,外界供入的燃料、电、蒸汽等能源,能量转换,可被工艺利用的能量形式,能量利用,降质了的能量,环 境,能量回收,产品,原料,19,2.节能的基本途径与设计节能,20,工艺路线优选、工艺参数优化-高效率、低能耗工艺反应过程与设备强化，采用新型催化剂降低催化生焦率、焦化灵活可调循环比工艺；低压降、高效率分离构件在物料和能量同时优化的前提下，通过塔板数回流比分离精度之间的权衡，优化中段取热分配和各塔段内回流比；,工艺用能优化主动节能、关键部分,2.节能的基本途径与设计节能,1. 全装置能量利用系统综合分析技术,在满足生产方案、产品质量和收率的前提下，采用先进的能量回收技术并结合必要的加工流程、公用工程和气象条件，以恰当的投资和能量消耗最小为目标，优化全装置的加工流程、物料平衡、操作条件和能量回收系统，达到从根本上优化全装置用能的目的。工艺过程与最小能量，加热炉负荷与效率；操作条件与物料平衡；动力消耗；减压抽真空系统能耗；装置能量回收系统与公用工程的利用；三废排放与节能。,原油蒸馏节能技术汇总,21,2.节能的基本途径与设计节能,2. 常减压蒸馏装置的灵敏度分析设计技术,面对加工原料多变的局面，常减压蒸馏装置如何能够长周期平稳运转，如何能够达到应有的拔出率、产品收率和质量要求；如何能够在高水平加工能量消耗下运行。装置的灵敏度分析：提高设备的匹配能力和适应能力消除可能存在的制约瓶颈根据原油的变化情况，分析原油的轻重程度、引起操作条件的变化，分析设备和工艺管道的匹配情况和适应能力；根据操作条件的改变，分析设备和工艺管道的匹配情况、工艺管道的匹配和适应性调整；完成对加工流程、设备的适应能力。,22,原油蒸馏节能技术汇总,2.节能的基本途径与设计节能,23,1.油浆过滤技术,油浆过滤系统的技术核心是三点：温度，滤芯和控制，许多开发商的重点放在滤芯选择上，没有同工艺很好地结合起来，即应用环境、工况。油浆如温度低，由于焦质、沥青质含量高，粘度大，不能保持过滤系统的长周期运转；快开、耐磨阀需要引进，过滤控制系统的设置要与工艺计算及设备规格结合起来。目前国内上的很多，没有一家开得好，是一个系统，需要综合起来考虑。,催化裂化节能技术点滴,直接从催化剂槽车吸入催化剂罐，装剂速度快；减少催化剂跑损；减轻工人劳动强度及改善工作环境。对于近年来设计及投产的大型化、超大型化催化裂化装置，催化剂藏量达到400500t，有必要加以应用。,2.催化剂密闭装卸系统,2.节能的基本途径与设计节能,24,3.新型BSX型大单管第三级旋风分离器技术,具有布气均匀、不磨损、不堵塞、单管与系统效率统一、检修方便、投资省、适应于大规模装置的特点。获发明专利，获总公司科技进步一等奖。已应用于海南、延安、青岛、惠州、安庆、上海石化、靖边DCC、石家庄等催化装置，并出口至伊朗。,4、BWJ-IV型进料喷嘴,提高单台进料喷嘴的处理量，达到3550t/h，提高雾化效果，减少生焦和结焦。 相对于BWJ-II、BWJ-III型喷嘴，技术改进主要体现在：原料油正向，雾化蒸汽侧向进，侧向3次进汽，蒸汽与原料油接触过程中采用三组合旋流以达到充分混合，顶部喷头采用双槽型喷孔喷头。目前，已成功应用于宁夏、安庆、上海金山、靖边DCC等大型、超大型催化裂化装置上。,催化裂化节能技术点滴,2.节能的基本途径与设计节能,25,1.铸铁双向翅片空气预热器,烟气侧（仰视）,空气侧（水平位置）,空气侧烟气侧均有与气体流动方向一致的不连续翅片采用添加微量元素的抗露点腐蚀的铸铁材质间壁式换热，比表面积大；既强化换热效果，又有效减少流动阻力；可有效避免积灰和便于水清洗；换热元件间的密封结构的设置，有效减少泄露，利用热膨胀现象，强化热态下的密封性；由于流动空间较大对燃料的灰分含量要求不高；适应温度高。抗腐蚀性能好；,延迟焦化节能技术点滴,2.节能的基本途径与设计节能,2. 分馏塔换热板的设计 适应大直径分馏塔换热效果较好流体分布比较均匀，避免干板和减少结焦具有适当的传质作用适应焦化装置波动性操作特点,换热板结构示意图,26,延迟焦化节能技术点滴,2.节能的基本途径与设计节能,反应产物,H2+蜡油,大型反应器技术；先进内构件提高催化剂利用率，减少反应器投资；双面辐射均匀加热技术、加热炉管内和管外CFX流场分析技术、燃烧器技术，高强低导耐火浇注料和专用高温耐火砖技术。,加氢处理/加氢精制节能技术,27,2.节能的基本途径与设计节能,节能显著的串级注水技术；优化的高压空冷器设计技术；灵活的塔底尾油循环换热流程技术；新颖的稠环芳烃汽提技术；分馏塔进料闪蒸技术； 氢气优化技术。,28,加氢裂化节能技术,2.节能的基本途径与设计节能,29,加热炉节能技术汇总,提高加热炉的热效率从点滴做起，其热效率应达93%以上。1、优化燃烧，减少污染物Nox的排放：使用燃料分级（空气分级）的高效燃烧器，降低Nox的生成量，减少对环境的污染。2、减少热损失：采用保温隔热效果优良衬里材料。降低炉体表面温度，减少炉体的散热损失。SEI已经开发并推广了相关技术，例如高强低导热率的耐火材料；以及减少炉壁热点（热损失）的金属+陶瓷的绝热保温钉等综合技术。优化操作，减少过剩空气量的进入：减少炉体泄漏点，从而减少冷空气进入加热炉内部。另外优化操作，使加热炉在理想的状态运行。3、优化余热回收方案，降低终端排烟温度：最大的热损失来自最终的排烟。一般的：排烟温度每降20，加热炉的热效率就可以提高1。,2.节能的基本途径与设计节能,30,4、采用变频技术，降低全厂加热炉用通、引风机的电耗。5、燃料气脱硫降低烟气露点温度，减少酸性气体冷凝液减少对换热设备的腐蚀。延长烟气-空气预热器的使用周期，减少设备的维护费用。6、烟气-空气预热器的升级改造：采用耐腐蚀的高效预热器，使烧气的加热炉排烟温度降到120左右，加热炉的综合热效率达93%以上。,2.节能的基本途径与设计节能,加热炉节能技术汇总,结构特点：板厚5-6mm，耐蚀能力高于国内的ND钢。,进一步回收烟气余热，提高加热炉效率。,31,加热炉耐腐蚀空气预热器,2.节能的基本途径与设计节能,32,2018/5/24,综合应用上述技术，近年来设计的千万吨级大型原油蒸馏装置能耗控制在8.0 kgEO/t原油左右；200-500万吨大、中型催化裂化装置能耗控制在40.0-45.0 kgEO/t原油左右；200-400万吨大、中型渣油加氢装置能耗控制在16-18 kgEO/t原油左右；大、中型连续装置能耗控制在80-90 kgEO/t原油之间；芳烃装置吨PX能耗在330 kgEO/t原油左右！,2.节能的基本途径与设计节能,33,热供料通过上游装置提高出料温度，将输出的物料直接供给下游装置加工处理，以避免物料的冷却和再加热，节约上游装置的冷却以及下游装置的加热用能消耗。热联合是指将一个装置的热量输送至另外一个装置作为加热工艺介质的热源，以充分利用高温位热量达到降低能耗的目的，热联合包括直接热联合和间接热联合，如催化气分热联合、催化常减压热联合等。,装置间热联合被动节能、重要组成,2.节能的基本途径与设计节能,上游装置夹点之下的热量热集成至下游装置的夹点之上，节能显著！,上游装置,下游装置,装置间热集成规则,34,2.节能的基本途径与设计节能,过程热联合、热集成，要定量，不要定性！,热集成时热输出热量与温度的确定规则,35,2.节能的基本途径与设计节能,催化裂化,渣油加氢,初底油与催化油浆热联合,加氢渣油直接热出料温度及加氢渣油产汽流程优化调整,减渣、蜡油热联合,常减压 渣油加氢 催化裂化热联合,常减压,36,2. 节能的基本途径与设计节能,储运系统优化,37,油品储运系统优化思路：, 罐容最小化，结合热进出料直供，砍中间储罐； 储运参数最优化； 加热、维温方式改进，蒸汽改热水； 储存温度、储存时间、保温设计等优化。,2.节能的基本途径与设计节能,38,氢气网络（氢源与氢阱）的优化匹配氢气压缩机性能、功耗优化,夹点之上的氢源只能与氢阱匹配；夹点之上的氢源不能送至燃气系统；夹点之下的氢阱不能消耗公用工程，只能与夹点之下的氢源匹配。,氢气系统优化,2.节能的基本途径与设计节能,39,优化思路：温度对口，梯级利用，考虑并联用水！,循环水系统优化,2.节能的基本途径与设计节能,全厂低温热系统的设置,缓冲罐（密闭）,补水,蒸汽加热器(备用),装置(热源),热阱,回水冷却器(备用),40,2.节能的基本途径与设计节能,41,蒸汽平衡：较高品位蒸汽取代动设备驱动源较低低品位凝汽发电,燃料平衡：锅炉产汽采用燃气轮机,如何利用：结合炼油厂近期、中远期能量用户需求规划，具体情况，具体分析。中远期经济利润评价是关键，短期投资费用额度是主要约束！,蒸汽、热力系统优化,2.节能的基本途径与设计节能,过剩的蒸汽与关键设备动力源优化降低外购天然气量,节能,节省瓦斯减少工艺蒸汽发生量,工艺装置用能优化装置间热集成,蒸汽动力系统的协调优化,42,2.节能的基本途径与设计节能,基于物料传递过程压力等级优化匹配工艺装置间物料重复降压、升压操作的设计优化；公用工程与工艺装置间的压力衔接优化。,全厂压力系统能量优化匹配、调整,43,2.节能的基本途径与设计节能,44,设计过程的能量系统全局优化策略,2.节能的基本途径与设计节能,三、全局优化技术进展与新方法,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,46,面对全新的节能形势和严峻的炼油企业能源消耗现状，创新和全面推进炼油企业能量系统全局优化，是当前推进炼油企业节能降耗工作的重要方法。SEI为此进行了几年的攻关。,能量系统全局优化思路：单元子系统全局，全局再对子系统、单元进行反馈调节。,2018/5/24,47,炼油企业原油性质、总加工工艺流程确定后，产品结构、产品质量等可以确定，炼油企业的能源消耗结构和能源消耗水平也随之确定。对于给定炼油企业，其全局优化工作应包含三个层次：能源规划、能量集成、过程强化。,3.全局优化技术进展与新方法,48,2018/5/24,“能源规划”的本质是依据原油性质、总加工流程、产品结构、产品质量等信息测算企业能耗数据与能源消耗工程极限值，并开展能源与耗能工质供需系统（公用工程系统）配置的顶层设计。“能源规划”需借助炼油能耗建模系统（中国石化工程建设有限公司自主开发，试用阶段），测算既定炼油企业的燃料、电、蒸汽、水、氢气等数据，并分解能源消耗指标。,3.全局优化技术进展与新方法,49,2018/5/24,能量集成优选本质节能工艺，优化炼油生产装置与公用工程及辅助系统的用能优化，是落实炼油企业能源规划的关键组成部分。,3.全局优化技术进展与新方法,50,2018/5/24,过程强化主要是对单个过程、单元或设备开展节能专项技术改造或应用。以提升性能、提高效率，降低能耗。,反应器、分馏塔余热锅炉功率10 MW的加热炉；轴功率1000 kW的容积式压缩机；轴功率2000 kW的透平式压缩机；轴功率200 kW的机泵。,4.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,51,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,52,设计数据：,新方法测算分析数据：,工程极限能耗数值是当前经济技术条件下，工程可实现的值。,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,53,在加工流程、装置工艺确定的情况下：燃料气与热集成：适当强化热集成，合理提升进入加热炉、分馏塔工艺物流的换热终温，适当降低燃料气、分馏塔热源蒸汽消耗量。蒸汽：企业3.5 MPa蒸汽与1.0 MPa蒸汽富余，0.4 MPa蒸汽不足。根据蒸汽系统类型，建议3.5 MPa、1.0 MPa、0.4 MPa蒸汽满足工艺需求后，工艺过程发生的3.5 MPa、1.0 MPa、0.4 MPa蒸汽的热量可适当调整为直接热集成。电：合理利用工艺余压（烟气发电、液力透平）发电，并适当以蒸汽为动力源驱动动设备，降低电消耗量。,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,54,原油蒸馏-渣油加氢-催化裂化工艺集成节能技术_热集成部分,原油初底油换热终温为290，将290的原油与335左右的油浆换热，原油可换至约310返回进常压炉，节约燃料约1.5 tEO/h。,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,55,合理利用低温余热资源成套节能技术,在设计工况的基础上，全厂设置低温余热回收系统，回收80-120热媒水，并设置两个系统：（1）罐区维温与管线伴热低温热利用系统：回收低温余热供罐区维温与管线伴热，预计每小时回收低温热1.2 MW。（2）低温热发电系统：回收80-120热媒水1000 t/h，集中发电，热电效率以6.0%计，每小时发电约2.5 MW。,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,56,合理利用低温余热资源成套节能技术_发电部分,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,57,合理利用低温余热资源成套节能技术_发电部分_芳烃装置,SEI在对低温余热发电技术集成研究的基础上，开拓性的在国内某芳烃装置上设计了低温热回收系统，包括低压蒸汽发电部分+热媒水发电；热媒水发电两部分。,低温热(蒸汽+热水)发电系统的技术经济指标(0.45MPa低压蒸汽),3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,58,低温热水量及发电量数据,热水发电系统的技术经济指标,合理利用低温余热资源成套节能技术_发电部分_芳烃装置,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,59,合理利用低温余热资源成套节能技术_发电部分_芳烃装置,蒸汽发电机组于2013年12月投产运行，稳定发电17-18MW，整套芳烃装置由原来耗电15-16MW变为外送电约2-3MW。装置能耗降低约60 kg标油/吨PX，吨PX产品生产成本降低约1000元；节能效益和经济效益巨大。,3.全局优化技术进展与新方法,2018/5/24,60,工业炉增效节能成套技术_烟气余热回收部分,燃气深度脱硫，满足环保要求，并可使加热炉排烟温度降到100-120之间，加热炉的综合热效率达93%-95%。,3.全局优化技术进展与新方法,四、低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,62,石化行业能源耗量占工业总能耗的16%左右。中石化每年仅燃料消耗约为4000万吨标油，其中很大一部分是以余热的形式损失掉了炼化企业的低温余热量巨大，温位大多集中在50 150 区间，回收利用好这部分余热对实现节能减排目标、降本增效和增强企业竞争力具有重大战略意义炼化企业低温余热可细为以下三类： 1. 较高温位：150-200热源 2. 中等温位：80-150热源 3. 较低温位：50-80热源,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,63,温位在150-200的余热已基本利用，重点需要解决的是大量50-150 中低温位余热资源的综合有效利用根据集团公司能源环保部2013年5月调研数据，14家炼化企业80以上可利用工艺物流余热约2332MW集团范围全部炼化企业80-150 具有利用潜力的中低温位余热资源量为约4000-5000MW ，具有极大的利用潜力。这些低温热资源具有连续稳定、相对于地热项目改造投资少的优点（加换热器，不用打地热井）,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,64,炼化企业低温余热综合利用原则遵循热力学的基本原理，通过系统的优化设计实现热量的梯级利用，提高热量回收利用效率，遵循以下基本原则：温位匹配，高温位余热用于高温位的热用户，低温位的余热用于低温位的热用户顺序利用，优先考虑长期利用、稳定利用、就近利用，先联合后回收，先工业后生活，先厂内后厂外不影响工艺，保证装置操作安全平稳，在热阱变化及生产方案切换时不受影响 可实施，装置平面布置允许等SEI在海南炼化、青岛炼化、天津石化等全厂性项目中都设置有低温热综合利用系统，通过运行实践证明，节能效果显著，取得了非常大的经济效益和社会效益,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,65,考虑炼化企业低温余热具有能质低、位置较分散等特点，回收利用的有效方法是针对热源、热阱的能级、数量分布建立相应的低温热系统设计适宜的热媒水流量和温差，按照“温度对口，梯级利用”的原则，把分散在各个工艺装置的热源集中起来，再供给分散在不同地方、不同温位的热阱，在全局范围内实现低温热的充分及合理利用,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,66,80-150的中低温位的低温余热利用措施首先，采用优化换热网络直接换热加以同级利用；其次，还可以用于采暖和伴热；在北方地区由于冬季需要采暖和伴热，冬季的低温余热利用较充分，夏季则会出现过剩的情况；南方地区无论是冬季还是夏季低温热均会过剩，可考虑采用低温热制冷技术加以利用，制出的冷量既可用于办公楼等建筑物供冷，还可用于装置替换循环水、优化操作和提高产品收率；在以上低温余热利用措施的基础上，如还有大量过剩低温余热，可以考虑采用低温热发电技术加以升级利用。近些年随着技术进步以及能源成本和设备投资的变化，部分炼化企业采用低温余热发电技术，取得了很好的经济效益和节能效果。,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,67,SEI在低温余热综合利用技术上的探索和尝试针对炼化企业存在大量低温余热有待利用的现状，近些年SEI进行了大量实地调研和技术比选，对余热利用的途径进行了积极探索和尝试在低温热利用的各种途径中，低温热发电是一种重要的能量回收形式，可以将低温热能直接转化成高品质的电能。在大量低温热过剩，难以找到合适的回收利用渠道时，采用低温热发电是一种有效途径。SEI在海南炼化等项目中采用低温热发电技术回收利用装置内的低温余热，取得了较好的节能效果，显著降低了企业运行成本，同时具有非常好的经济效益，增加了企业的竞争力和综合效益。海南PX装置低温热利用的节能和经济效益：能耗：比国内外同类装置低150kg标油/吨PX（ 2014年3月标定数据） 成本降低：100美元/吨PX（海南炼化报告1000元/吨PX）,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,68,炼化企业所采用低温热发电技术主要有以下4种： 1. 扩容闪蒸蒸汽发电技术 2. 低压饱和蒸汽发电技术 3. 卡琳娜动力循环发电技术 4. 有机朗肯循环发电技术（大量用于国外地热发电和余热发电，国内有多个工业化示范装置建成投产）,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,69,扩容闪蒸蒸汽发电技术（低温余热发电应用） 扩容闪蒸蒸汽发电已经应用在锦西、锦州、长岭、洛炼等一些项目上。据了解，洛炼等企业的机组已经拆除，锦西石化的机组仍在运行锦西石化总厂闪蒸湿蒸汽汽轮发电机组的基本情况如下：低温余热热源:催化装置热水（补充热源：蒸汽管网过剩的低压蒸汽）热水温度：供水：120/回水：75，热水流量：750t/h进汽参数：一次进汽：0.14MPa(A)/114 ,二次进汽0.049MPa(A)/80.8, 排汽参数：P=0.0088(A)T=42.5循环水温度：操作温度20-25，设计温度：27机组设计额定功率：3000kW；自用电率：为机组装机规模的3035%运行情况：机组效率低且自用电率高，机组整体运行 效益较差,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,70,扩容闪蒸蒸汽发电技术（低温余热发电应用） 从锦西的湿蒸汽发电机组运行情况看，扩容闪蒸湿蒸汽汽轮发电机组的热电转换效率较低，整体系统自用电率高，经济效益受热源温位、上网电价、循环水温度等影响较大。机组整体热效率和经济效益不高，投资回收期较长扩容闪蒸蒸汽发电技术作为较为落后的余热发电技术，从上世纪90年代开始的炼化企业新建和改造项目中，基本不再采用扩容闪蒸蒸汽发电技术回收低温热,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,71,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,低压饱和蒸汽发电技术（地热：直接干蒸汽发电 ）海南炼化PX项目利用工艺物流低温余热产生0.4MPa饱和蒸汽160-170t/h，发电17-18MW ，于2013年12月建成投产，整套PX装置由原来耗电15-16MW变为外送电约2-3MW，产生的巨大节能效益和经济效益。投产运行后标定数据显示海南PX装置能耗比国内外先进装置低150kg标油/吨PX，能耗处于全球芳烃行业领先水平。海南PX装置成本比国内同类装置低100美元以上/吨PX，在2014年全行业不景气的大背景下，海南炼化PX装置是全行业唯一盈利运行的装置；,72,卡琳娜动力循环发电技术,在海南PX项目中，设置了我国首套卡琳娜动力循环热水发电机组,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,卡琳娜动力循环技术 基本原理,由工艺装置余热加热后的热水进入卡琳娜动力系统的换热器（蒸发器），将热量传递给系统的循环工质（85%氨水混合物），从蒸发器出来的约70的水循环回到工艺装置换热器4出来的氨蒸汽进入汽轮机膨胀作功，驱动发电机发电汽轮机做功后的乏汽进入换热器2（低温回热器）加热由氨泵送来的氨水，最后进入换热器1（凝汽器）由冷却水冷却凝结凝结的氨水经氨泵送到换热器2和换热器3进行回热加热，再进入换热器1（蒸发器）吸收装置内送出的热水热量；如此形成该种方式的卡琳娜动力循环,74,卡琳娜循环地热发电-冰岛HUSAVIK电厂的厂房外景图,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,Hsavkur 卡琳娜循环电厂性能测试结果,75,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,德国慕尼黑Unterhaching地热电站,76,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,77,德国慕尼黑Unterhaching地热电站,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,78,德国慕尼黑Unterhaching地热电站该机组装机容量3.5MW，该电站为西门子获得该项技术许可证后自建的首座卡琳娜循环地热电站地热电厂2009年投运，以地下温泉水为热源，地热水源深度约4000米，热源温度122。通过泵将地热水抽出后分为两路，一路作为市政采暖，另一路采用卡琳娜动力循环技术进行发电，两路温泉热量被分别利用后合并成一股重新注入地下水系统,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,79,有机朗肯循环(ORC)发电技术有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉(或换热器)、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成。有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械。从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,有机朗肯循环(ORC)系统示范应用始于1950s，在欧洲、美国、日本、以色列等是较为广泛应用的工业技术，多用于工业余热回收利用以及地热发电项目以色列ORMAT公司、美国UTC/普惠公司、瑞典OPCON AB公司和意大利Turboden公司和Exergy公司等为国际上ORC发电技术主要技术和设备供应商。ORC发电技术在几十个国家上百个低温余热和地热发电项目中有工业化应用业绩上世纪80年代，燕山石化建成国内首套有机朗肯循环工业试验项目，以低沸点的烷烃作为工质，SEI（BDI）负责该系统的工程设计，这是国内利用有机朗肯循环(ORC)余热发电技术最早工业化应用探索最近2-3年，在浙江开山、江西华电、华航盛世等企业的努力下，国产化的ORC发电技术研发、设计和制造取得了突破性进展，并逐渐有工业化试验机组投入运行。SEI同时在关注清华大学/杭汽、西安博尔能源、福建欧普康公司、711所等国内企业的ORC技术和设备的研发进展。,81,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,82,有机朗肯循环(ORC)发电技术流程示意图：,海南PX项目中的有机朗肯循环(ORC) 热水发电机组是国内首套大规模工业化应用的ORC热水发电机组,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,83,1）饱和蒸汽发电和卡琳娜热水发电技术在海南1#PX项目上的应用 海南1#PX是首套利用国内开发的成套国产化技术的PX生产装置，SEI开拓性的在芳烃装置上设计了低温热回收系统，包括低压蒸汽发电部分和热水发电两部分，使装置的能耗大幅度的降低，为世界领先水平低压饱和蒸汽发电部分：通过创新设计，利用装置内较高温位的塔顶冷凝热发生0.4MPa饱和蒸汽160-170t/h，送至低压凝气透平发电，机组于2013年12月投产运行，稳定发电17-18MW。整套PX装置由原来耗电15-16MW变为外送电约2-3MW卡琳娜动力循环的热水发电部分：采用热媒水系统回收装置内更低温位的低温热，通过卡琳娜循环热水机组进行发电，装机规模4MW，设计工况下净发电量3151 kW。该机组尚在建设、安装阶段，预计将于2015年调试运行投产运行后标定数据显示海南PX装置能耗比国内外先进装置低150kg标油/吨PX，能耗处于全球芳烃行业领先水平。,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,84,2） 有机朗肯循环(ORC)发电技术在海南1#PX项目上的应用因卡琳娜技术拥有方（上海盛合）的工程经验不足等原因，海南1#PX装置卡琳娜机组的建设严重滞后。为使低温余热发电技术的国产化取得突破，并为后续炼化低温余热利用积累工业化验证经验，在卡琳娜热水发电机组附近的场地上设置了ORC热水发电机组，利用200t/h 120的热水发电。ORC发电机组设计和运行参数参数如下：总装机功率：710KW+630KW=1340kW设计净发电功率：927kW （环境温度24.9C）系统热电转换净效率：7.1%（2014年7月业主实测数据）该项目实现了国产化的ORC发电机组在炼化企业低温余热发电技术的工业化应用，取得的成果和暴露出的问题为中国石化后续的低温余热（地热）发电技术的发展积累了宝贵的经验,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,85,3）饱和蒸汽发电和ORC热水发电技术在海南炼化2#PX项目上的应用 在总结1#PX装置所采用的三种低温热发电技术（饱和蒸汽、卡琳娜、ORC）的基础上，本项目设置了低压饱和蒸汽发电和热水发电两部分，总装机容量44MW（包括拖动压缩机透平功率），基本情况如下：1）低压饱和蒸汽发电部分 利用抽余液塔、抽出液塔等塔顶低温余热，发生0.4-0.5 MPa饱和蒸汽约259t/h，送至低压凝气透平驱动循环氢、新氢等大功率压缩机，驱动和发电功率共计35MW （包括拖动压缩机透平功率）。2）ORC有机朗肯循环的热水发电部分采用热媒水系统回收装置内更低温位的低温热，通过ORC有机朗肯循环热水机组进行发电，装机规模9MW，设计工况下净发电量6.5MW。3）已经完成了2#PX装置可研和基础设计，,4.低温余热利用途径与低温余热发电技术应用,86,4） 某炼化企业PX装置节能改造项目 在总结海南炼化低温余热发电经验的基础上，遵照集团公司戴总等领导统一规划和部署要求， SEI完成了集团某企业PX装置节能改造的方案设计和可研设计，可研已经上报集团公司发展计划部，计划今年实施。ORC热水发电：PX装置增加热水换热器和热水发电机组。热水ORC发电机组装机规模为16400kW。机组总发电功率为14112kW，扣除系统自用电系统净发电量为11668kW，ORC系统热力循环效率12%。年发电（包括空冷停用节电）：10029.6万度/年，单位综合发电成本