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山东大学 硕士学位论文 炼油厂用能优化和低温热的应用 姓名：王松贤 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：杨延钊 20080603 山东大学工程硕士学位论文 摘要 “十一五”规划纲要明确指出，在“十一五”时期要努力实现单位国内生 产总值能源消耗降低2 0 左右的经济社会发展目标。在石油炼制领域中，石油 和天然气既是能源，又是宝贵的原料，因此炼油行业大力推进节能既节省宝贵的 原料，又显著降低成本和增加利润、减少环境污染，是非常重要的工作。 本文针对中国石化股份公司济南分公司这样一个设计能力3 5 0 万吨年燃料 润滑油型的炼油企业，为进一步提高其经济效益，降低成本，提高产品的竞争力， 对济南分公司进行一次较为全面的用能优化工作。在全面的用能优化工作的基础 上，对济南分公司全厂各装置如何节能提出了自己的见解，并给出了具体如何改 造的措施和方法，对中国石化股份公司济南分公司全厂低温热的综合利用在数据 分析、计算的基础上提出了切实可行的方案。 l 济南分公司能量系统优化改造工程共提出2 2 项对全厂能耗影响较大的节 能措施，其中南常减压蒸馏装置3 项，i 催化裂化装置6 项，l i 催化裂化装置3 项：气体分馏装置l 项，储运系统2 项，给排水系统4 项，热工动力系统3 项。 2 提出、优化了常减压节能措施及技术改造方案 3 提出、优化了一、二套重催节能措施及技术改造方案 4 提出、优化了气体分馏车间节能措施及技术改造方案 5 提出了油品储运系统节能措施及效果 6 对全厂低温热利用项目具体实施进行了详细探讨 ( 1 ) 全厂低温热利用项目实施后，按分公司3 5 0 万吨年加工量，两套催化 装置满负荷运行时可取热约1 3 9 2 g j h ，除可满足两套气分装置乙烷塔和丙烯塔底 重沸器使用外，剩余部分在采暖季节可用于采暖，非采暖季节可用于油品罐区伴 热。同时两套催化装置的循环水及空冷电耗均有所下降； ( 2 ) 工艺动改主要是装置换热 山东大学工程硕士学位论文 流程的调整，完全不影响现有生产装置的正常生产操作。 ( 3 ) 项目实施后，两套气分装置满负荷运行可节约蒸汽3 4 t h ，油品罐区伴 热节约蒸汽约8 t h ，分公司加工吨原油单耗明显下降。 ( 4 ) 本项目总投资估算为1 9 8 9 8 7 万元( 不包括罐区改造投资) ，项目实施 后年可增加经济效益为2 3 0 5 万元，投资回收期短，经济效益可观。 综上所述，本项目建设是必要的，合理的，也是切实可行的。 关键词：用能优化，低温热，能耗，重油催化裂化，气体分馏，分析评价 n 山东大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ee l e v e n t hf i v e y e a rp r o g r a m m i n gi tw a sp o i n t e do u td e f i n i t e l yt h a tt h e e c o n o m i cs o c i a ld e v e l o p i n ga i mo fe n e r g yc o n s u m p t i o nr e d u c t i o no ft w e n t yp e r c e n to f n a t i o nt o t a lp r o d u c t i o nv a l u es h o u l db ea c h i e v e ds t r i v e l y i no i lr e f i n e r yf i e l d ，o i la n d g a sa r eb o t he n e r g ya n dp r e c i o u sm a t e r i a l ，s o b o o s t i n ge n e r g ye c o n o m i z i n gi n r e f i n e r i e sc a nn o to n l ys a v ep r e c i o u sm a t e r i a la n dr e d u c ec o s ti n c r e a s ep r o f i tb u ta l s o d e c r e a s ee n v i r o n m e n tp o l l m i o n ，w h i c hi sav e r yi m p o r t a n tw o r k i nt h i sa r t i c l e ，s i n o p e cj i n a nr e f i n e r ya saf u e la n dl u b r i c a n tt y p ee n t e r p r i s e w h o s ep r o c e s s i n gs i z ei s3 5 0 10 a t aw a sd e a l e dw i t h af u l ls c a l eo p t i m i z i n go fe n e r g y u t i l i z a t i o nw a sd o n ei no r d e rt oi m p r o v ee c o n o m i cp m f r ，r e d u c ec o s ta n de n h a n c e p r o d u c tc o m p e t i t i o n b a s e do nt h i s ，t h ev i e wa n dm e t h o do fe n e r g ye c o n o m i z i n ga r e p r e s e n t e db ya u t h o r af e a s i b l es c h e m e i s g i v e no u tb a s e do nd a t aa n a l y s i sa n d c a l c u l a t i o n i nt h i se n e r g yo p t i m i z i n gp r o j e c t ，2 2i t e m so fe n e r g ye c o n o m i z i n gm e t h o da r e p r e s e n t e d ，i n c l u d i n g3i t e m si na d u v d uu n i t ，6i t e m si n if c cu n i t ，3i t e m si ni i f c cu n i t ，1i t e mi ng a sf r a c t i o n a t i o nu n i t ，2i t e m si ns t o r a g ea n dc a r r ys y s t e m ，4i t e m s i nw a t e rs u p p l ya n dd r a i ns y s t e m ，3i t e m si nh e a ta n dp o w e rs y s t e m t h ee n e r g ye c o n o m i z i n gr e t r o f i ts c h e m eo fa d u n d uu n i ti sp r e s e n t e da n d o p t i m i z e d t h ee n e r g ye c o n o m i z i n gr e t r o f i ts c h e m eo fi & i if c cu n i ti sp r e s e n t e da n d o p t i m i z e d t h ee n e r g ye c o n o m i z i n gr e t r o f i ts c h e m eo fg a sf r a c t i o n a t i o nu n i ti sp r e s e n t e da n d o p t i m i z e d t h ee n e r g ye c o n o m i z i n gr e t r o f i ts c h e m eo fs t o r a g ea n dc a r r ys y s t e mi sp r e s e n t e d t h ei m p l e m e n to fl o wt e m p e r a t u r eh e a tu t i l i z a t i o np r o j e c ti nt h er e f i n e r yi s l l i 山东大学工程硕士学位论文 d i s c u s s e dp a r t i c u l a r l y t h r o u g ht h ei m p l e m e n to fl o wt e m p e r a t u r eh e a tu t i l i z a t i o np r o j e c t ，13 9 2 g j hh e a t w a sw i t h d r a w nf r o mf c cu n i tw h i c hm o s to fi tc a nb eu s e di ng a sf r a c t i o n a t i o nu n i t a n do t h e r sc a nb eu s e di nh e a t i n gd u r i n gh e a t i n gs e a s o n so ri nt a n kz o n ed u r i n g n o n - h e a t i n gs e a s o n s a tt h es a m et i m e ，t h ec o n s u m p t i o no fr e c y c l ew a t e ra n d e l e c t r i c i t yi nf c c u n i td e c l i n e d t h em a i nt e c h n i cr e t r o f i ti st h ea d j u s t i n go fh e a te x c h a n g ef l o wi nt h eu n i tw h i c h d o e s n ta f f e c tt h en o r m a lp r o d u c t i o no p e r a t i o n t h r o u g ht h ei m p l e m e n to ft h i sp r o j e c t ，3 4 t hs t e a mw a ss a v e da tg a sf r a c t i o n a t i o n u n i t , 8 t hs t e a mw a ss a v e da tt a n kz o n es t e a mt r a c e ds y s t e m ，t h eu n i tc o n s u m p t i o no f t h er e f i n e r yd e c l i n e di ne v i d e n c e t h et o t a li n v e s t m e n to ft h i sp r o j e c ti s19 8m i l l i o nr m b t h ee c o n o m i cp r o f i tc a n b ei n c r e a s e d2 3 0 5m i l l i o nr m b i n v e s tr e c l a i m i n gp e r i o di ss h o r ta n de c o n o m i c b e n e f i ti ss i g n i f i c a n t i ng e n e r a l ，t h ec o n s t r u c t i o no f t h i sp r o j e c ti sn e c e s s a r y , r e a s o n a b l e ，a n df e a s i b l e k e y w o r d s ：o p t i m i z a t i o no fh e a tu t i l i z a t i o n , l o wt e m p e r a t u r eh e a t ，e n e r g y c o n s u m p t i o n ，f l u i dc a t a l y t i cc r a c k i n g ，g a sf r a c t i o n a t i o n , a n a l y s i sa n de v a l u a t e i v 山东大学硕十学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：立j 垦垦 e l期：鲨p ! 生：! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：1 垫坠导师签名： 山东大学工程硕士学位论文 第一章炼油厂用能优化综述 1 1 我国经济发展对节能的要求1 1 。2 l 中国国民经济和社会发展“十一五“ 规划纲要明确指出，在“十一五” 时期要努力实现单位国内生产总值能源消耗降低2 0 左右的经济社会发展目 标，国务院印发的发展改革委员会会同有关部i “ - j 带s j 定的节能减排综合性工作 方案明确，到2 0 1 0 年中国万元国内生产总值能耗将由2 0 0 5 年的1 2 2 吨标准煤 下降到1 吨标准煤以下，降低2 0 左右；单位工业增加值用水量降低3 0 。这是 贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措：是建设资源节约型、 环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路； 是维护中华民族长远利益的必然要求。 我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境 代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这 种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变 增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。 只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。同时， 温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排 工作，也是应对全球气候变化的迫切需要，是我们应该承担的责任。我国工业特 别是高耗能、高污染行业占全国工业能耗和二氧化硫排放近7 0 的电力、钢铁、 有色、建材、石油加工、化工等六大行业是节能重点。石油加工行业的炼油企业 如何贯彻国家对节能的要求，是每个炼油企业发展优先考虑的问题。炼油企业的 节能不但符合国家发展的总体要求，同时企业节约了生产成本，提升了企业的竞 争力，是企业生存发展的必由之路。 1 2 炼油行业节能现状1 3 捌 炼油行业是国民经济支柱产业之一，也是主要耗能行业之一。在石油炼制领 域中，石油和天然气既是能源，又是宝贵的原料，因此节能可节省宝贵的原料， 山东大学工程硕士学位论文 节能可显著降低成本和增加利润，节能可减少环境污染，节能技术的创新和节能 技术改造是企业整体技术进步的重要组成部分，因此大力推进炼油行业的节能工 作是非常重要的。 近十几年来，石化工业的龙头炼油工业，通过推进技术进步、深入开展节能 技术改造、加强节能综合治理、进行优化用能和强化节能管理活动、推动能源使 用合理化等措施，节能工作取得了显著的成效( 见表1 2 1 ) 。由于目前油源紧缺、 原油劣质化、环保苛刻化、油品质量国际化、石化产品高附加值化和市场竞争激 烈，研究并做好企业的节能降耗有重要的现实意义。 表1 - 2 11 9 9 6 2 0 0 4 年中国石化和中国石油两大集团炼油能耗变化情况 综合能耗千克标准油吨单因能耗千克标准油吨因数 年份 中国石化中国石油中国石化中国石油 1 9 9 68 4 _ 3 9 1 4 4 9 1 9 9 78 0 2 79 0 4 6 1 4 4 21 6 5 8 1 9 9 88 7 1 49 4 3 6 1 4 。4 61 5 0 0 1 9 9 98 5 4 09 2 5 4 1 4 4 21 4 9 9 2 0 0 07 9 3 49 1 0 7 1 4 1 01 3 9 9 2 0 0 17 8 2 58 6 4 41 3 1 01 2 2 5 2 0 0 27 8 3 2 8 8 0 31 2 9 71 3 2 0 2 0 0 37 6 0 68 3 2 5 1 2 6 41 2 5 4 2 0 0 47 3 6 87 8 7 0 1 2 2 01 1 9 5 由表l 。2 1 可见，1 9 9 6 2 0 0 4 年炼油行业单因耗能总的趋势是逐年下降的，其 中1 9 9 8 年中国石化、中国石油炼厂平均单因耗能分别为1 4 4 6 和1 5 0 0 千克标油 吨因数，2 0 0 4 年分别降至1 2 2 0 和1 1 9 5 千克标油吨因数，降幅分别达1 5 6 和2 0 3 3 。表明近年来我国炼油行业的节能总水平是不断提高的。 从各炼油装置在总能耗中所占比例看，作为炼油装置能耗主要组成部分的常 减压和催化裂化装置，其能耗之和约占炼油装置能耗的4 5 “ - - 5 0 ，因此抓好这 两套装置节能措施的落实对整个炼厂节能降耗将起到主要作用。近1 0 多年来， 通过采用节能降耗措施，主要炼油装置的能耗指标均显著下降。以中国石化集团 主要炼油装置能耗变化为例：自2 0 0 0 年以来，集团公司炼厂常减压装置的原料 综合能耗从2 0 0 0 年的1 2 1 3 千克标油吨下降到2 0 0 4 年的1 1 5 8 千克标油吨，降 低了4 5 3 ：催化重整装置能耗的降幅也很大，从2 0 0 0 年的113 0 0 千克标油吨 2 山东大学工程硕士学位论文 降至2 0 0 4 年的9 6 0 5 千克标油吨，降幅为1 5 左右；其他一些装置的平均能耗 指标也都有显著下降。 炼油企业总能耗实物构成包括新鲜水、电、汽、催化烧焦、工艺炉燃料以及 热输出等六项。其中催化烧焦和工艺炉燃料所占比例最大，均占炼厂总能耗的1 3 左右，因此必须注意提高炉子的热效率，加强催化装置的能量回收和利用。 1 3 炼油企业先进节能措施 近年来，中国炼油行业在降低成本、挖潜增效以及提高市场竞争力等方面做 了大量工作，取得了较显著的成效。就我国的炼油企业来讲，工艺过程主要是换 热、分离、催化反应，因此节能工作也主要通过这些环节的实现达到。目前，采 取的主要节能技术与措施可概括为以下几个方面。 1 3 1 采用先进的分离技术 1 3 1 1 微波分离和磁性分离技术 埃克森美孚公司开发了原油乳化液微波分离设备。该技术采用微波范围的电 磁辐射使分离困难的乳化液脱稳，分离成油、水和固体。转换器将电能转化为微 波范围的电磁辐射，设备额定功率为7 5 k w 。通过波导进入微波发生器，与乳化 液进料接触。该m s t ( 微波分离技术) 设施典型的进料速率为0 0 5 7 - - 0 1 4 4 m 3 m i n 。 乳化液吸收能量使温度上升约2 8 ，出口温度小于9 3 ，操作压力为1 3 8 3 4 5 k p a 。 出口物流用离心机或沉降罐分离，大大提高了原油处理量，减少了化学药剂消耗 和油品损失，减小了废水处理负荷。 美国和日本均先后开发和投用了催化裂化催化剂磁性分离器。日本极东石油 工业公n ( c k p i ) 在日本千叶炼油厂投用渣油催化裂化( r f c c ) m a g n a c a t 催化剂磁 分离装置。其操作效益在于：在恒定的催化剂补充速率下，提高了产率；改进了焦 炭选择性，从而增加了进料中减压渣油掺入量：在恒定的平衡活性下，减少了催 化剂补充速率。m a g n a c a t 磁分离器可分离和选择性地清除老化程度最高、受金属 污染最大的催化剂颗粒，因其聚集了最大量的金属，磁性也最高。这可减少藏量 中平衡催化剂的平均寿命和提高其活性及选择性，而不增加新鲜催化剂补充量。 山东大学工程硕士学位论文 滚动的磁力组合件可将平衡催化剂分离为最高磁性和最低磁性成分。该r f c c 装 置改造后的处理量为1 5 0 万讹，使用m a g n a e a t 后，进料量增加2 3 万忱，进料中 减压渣油量也提高约1 0 ，从而使残炭量增加o 6 。但m a g n a c a t 使焦炭减少5 - - 1 1 ，干气减少1 0 , - - 1 6 ，装置处理量提高约1 0 。在催化剂冷却器受限制的 情况下，装置可按最大量生产汽油模式操作，采用m a g n a e a t 的经济效益高达0 4 7 美元桶进料。 大庆石化公司研究院开发的f c c 废催化剂磁分离回收技术在大港石化催化 裂化装置应用中国石油天然气股份公司验收鉴定认为，f c c 废催化剂磁分离回收 技术达到国内领先水平，具有良好的推广应用前景。 1 3 1 2 抽提蒸馏技术 抽提蒸馏( e d ) 利用溶剂抽提和蒸馏达到两种沸点相近的组分或共沸物的有 效分离。抽提蒸馏时，蒸馏塔顶加入非挥发性的极性溶剂以溶解活性较高的组分， 增大沸点相近组分的相对挥发度，溶剂从产品中回收并循环。抽提蒸馏( e d ) 历来 被限制于分离沸点相近或窄沸程范围的共沸组分。而采用专有的溶剂混合物，可 从各种进料回收宽沸程范围的芳烃产品。这就拓展了该技术的应用范围。 从催化重整或热解汽油中抽提芳烃的常规方法是液一液抽提( l l e ) 。而采用 g t c 技术公司的e d 方法，与l l e 相比，使用能量减少2 0 ，根据原料的不同， 投资费用低3 0 - 4 0 。在g t c 工艺中，b t x 从e d 塔器进料中抽出，然后芳 烃在产品回收系统内从溶剂中汽提出来。溶剂循环返回e d 塔，b t x 用分馏回收。 该技术第一次重大的工业应用于2 0 0 0 年，用于韩国l g 加德士石油公司。 1 3 1 3 分壁式塔器技术 新型塔器塔盘和填料得到应用，新型分壁式蒸馏节能技术也得到推广。使用 分壁式( d w ) 塔器可分离3 组分混合物，无需使用第二座塔。巴斯夫公司是该领域 技术的世界领先者。d w 塔器顾名思义是用直立壁将塔器中间部分分开，在典型 的操作中，3 组分混合物进入塔器中间部分分壁的一侧，轻质和重质组分分别从 塔顶和塔底被回收( 像常规蒸馏那样) ，中间组分通过位于进料i ：3 塔器背面一侧， 4 山东大学工程硕士学位论文 以侧线抽出除去。采用d w 塔器可节能2 0 - - 4 5 ，投资可节约约3 0 。另一收 效是：当2 座塔组合成l 座塔时，因为重沸器表面的热强度减小，故在热敏产品的 蒸馏中，可获得较高的产率和较好的产品质量。 1 3 1 4 超临界反应技术 超临界法生产石化产品技术得到较快开发。英国诺y 汉f n o t t i n g h a m ) 大学与杜 邦聚酷技术公司合作，开发了在超临界水( s c h 2 0 ) 中由对二甲苯生产对苯二甲酸的 连续法绿色工艺。日本先进工业科学技术国家研究院开发了一种高效、低费用工 艺，可在缓和条件下使用超临界c 0 2 作溶剂，由苯酚生产环己烷和环己醇。与使 用有机溶剂的常规技术相比，该工艺过程对环境更为友好；开发了从苯酚制取 k a 油( 环己醇和环己酮混合物) 的新工艺。住友化学公司开发植物油与超临界甲醇 反应生产脂肪酸甲酷技术，该工艺可避免常规技术产生的不需要的副产物。 1 3 1 5 膜法分离技术 随着能源费用的上涨，用于分离的膜法技术在减小环境影响和减少工业过程 费用方面，起到越来越大的作用。膜分离技术是近代分离科学的前沿，由于具有 高效、节能、操作简便等特点，近2 0 年来得到飞速发展。膜法分离技术得到较 多地开发和应用。 气体分离膜可给气体分离技术带来大量效益。常规技术如空气制冷蒸馏；冷 凝法从气体混合物中去除冷凝的有机蒸气；胺吸收法去除酸性气体，如从天然气 中去除二氧化碳，都需要使被分离的气体混合物产生气液相变化。相变化分离增 大了能量费用。而气体膜法分离无需相变。此外，气体分离膜设施比各种类型装 置如胺汽提装置要小得多，因此占地也相对较小。小型化有利于浅海气体加工平 台应用。膜系统的另一优点是无复杂的机械设备。 继2 0 世纪9 0 年代膜分离技术用于润滑油脱蜡装置溶剂回收以后，埃克森美 孚公司与格雷斯一戴维逊公司又共同开发了应用于润滑油蜡脱油装置的膜法溶剂 回收设施，并推向工业化应用。格雷斯公司开发了聚酞亚胺膜。装置含蜡物流典 型的含油约5 0 ，采用工业规模的螺旋缠绕式膜组件可回收2 0 溶剂，其余8 0 山东大学工程硕士学位论文 由蒸馏回收，从而消除了装置能力的瓶颈制约并提高了处理能力。该设施费用为 6 0 0 万美元，为溶剂制冷和蒸馏操作扩建所需费用的协。 许厂将清扫塔的排气送往火炬，其中的烃类和氮气都损失了。采用膜分离工 艺可先将清扫塔顶的排气( 含2 5 异丁烷的氮气及少量乙烯和己烯i ) 经压缩和 冷却后在气液分离器内回收异丁烷，排出的气体( 仍含有大量异丁烷) 送至第一 薄膜分离段，分出的烃类物流送回至压缩机入口，剩下的气体送至第二薄膜分离 段，可使氮气纯度提高到9 9 9 以上，异丁烷回收率可达9 9 5 以上，氮气回收 率6 5 。同时还可减少c 0 2 和n o x 排放大大改善环境。 膜法回收技术正在逐渐应用于石化行业中乙烯、丙烯及其他烷烯烃的回收等 领域。膜法回收丙烯是有机蒸气膜法回收技术之一。该技术是上世纪9 0 年代兴 起的新型膜分离技术，现已在石化行业得到推广，主要用来进行乙烯、丙烯、氯 乙烯及其他烯烃的回收。其原理是采用“反向”，选择性高分子复合膜，根据不同 气体分子在膜中的溶解扩散性能的差异，在一定的压差推动下，可凝性有机蒸汽 与惰性气体相比，被优先吸附渗透，从而达到分离目的。天津石化乙烯厂将膜法 回收系统成功应用于环氧乙烷乙二醇的生产过程中，并应用国外最新技术，实现 了系统的国产化。中石油吉林石化分公司实现了半渗透膜法技术的国产化，采用 该技术的乙烯单体回收率高达9 0 以上，年回收乙烯和甲烷总价值达1 6 5 万元。 1 3 1 6 膜法蒸馏技术 俄罗斯l i n a s t e k h n o 公司开发了采用改进的膜蒸馏技术的工业蒸馏新方案。 膜蒸馏的魅力在于建造简单，流体阻力很低，分离良好。但至今膜蒸馏最低理论 塔盘高度约5 m m ，应用很少。在高的蒸气速率下，膜失去均匀性，传热和传质不 稳定，往往分离不甚理想。改进的新技术克服了这些限制，新技术在塔中气相物 流速度1 5 “ 2 m s 下能建立稳定的蒸馏膜，该方法还组合了回流的新布局，蒸馏 塔内建立了l i n a s 回流过程，同时，精馏塔高度可减小到1 3 , 一1 1 0 ，从而可节减 建造费用。这种改进的膜法蒸馏方法首次工业化应用于俄罗斯安加尔斯克化工厂 的氟有机化合物蒸馏塔，该塔已连续稳定运转3 年。最近，l i n a s - t e k h n o 公司为 6 山东大学工程硕士学位论文 俄罗斯1 0 0 0 万讹密亚斯炼油厂设计建造了改进型膜法蒸馏塔器，该装置己运转 1 年以上，生产汽油和柴油等产品。精馏塔总能耗节约约1 0 ，操作费用节减5 0 。 其他的膜法蒸馏项目应用也在开发中。 1 3 1 7 高效塔技术1 8 - u i 板式塔和填料塔是广泛应用的两种气液传质设备，两者均有百余年的发展历 史。在我国，2 0 世纪7 0 年代以前，板式塔的应用占主导地位，进入8 0 年代以后， 填料塔开始大量应用。目前，板式塔和填料塔的应用并驾齐驱，在不同的应用场 合，发挥其各自的优势，满足工业生产的要求。长期以来，人们围绕板式塔高效 率、大通量、宽弹性、低压降的宗旨，开发了不少于8 0 种的各种类型塔板，主 要集中在对气液接触元件和降液管的结构改进以及对塔内空间的利用等方面。如 浮阀塔板、喷射型塔板、旋流塔板、多降液管塔板和复合塔板等。填料塔的发展 主要包括塔填料和塔内的液体分布器。塔填料简称填料，归纳起来主要有4 种类 型：环型、鞍型、球型、规整填料，如图1 1 1 所示。 填树 精监= = 1 瓦填擗 敞装填柑 氍硷坍竹 碴 囊璧 豳国 图1 1 1 各种类型的填料举例 1 3 2 采用先进的反应技术1 1 2 1 卅 作为炼油厂的核心加工装置，催化裂化也面临着越来越多的挑战。不断严格 的环保要求，主要是汽油规格的升级对烯烃和硫含量的要求以及烟气排放量的限 7 山东大学工程硕士学位论文 制；对产品需求比例的变化，如市场对柴油需求比例和数量的增加，即所谓的柴 油化趋势。这些都对现有的催化裂化装置与催化裂化的进一步发展形成很大的冲 击。而且除了采用新型有效的降低催化裂化汽油和柴油的硫含量外，还要考虑各 种技术的费用问题。 目前，渣油催化裂化r f c c 工艺技术、多产柴油和液化气的m g d 技术、多 产柴油的催化裂化m d p 技术、多产烯烃和高辛烷值汽油的d c c 工艺技术、多产 异构烷烃的m i p 技术、两段提升管催化裂化新工艺技术都结合炼油工业面临的实 际情况，努力提高催化裂化技术水平，形成的具有特色的催化裂化工艺技术。这 些新催化技术的运用，一方面解决了原料多样化、市场产品需求变化的要求，同 时也为节能提供了保证。 1 3 3 加热炉、锅炉节能技术f 1 蝴l 炼油企业加热炉、锅炉节能主要是优化操作使烟气全部进烟气轮机，降低再 生回路压力降，提高烟气轮机效率，对余热锅炉进行改造，通过能量回收设备回 收再生烟气c o 的化学能及烟气的显热。 加热炉、工业锅炉、焚烧炉、干燥炉等烟气余热回收采用节能的玻璃管空气 预热器在国内外得到应用。法国某炼油厂常压蒸馏加热炉采用铸铁管一玻璃管型 预热器，高温段铸铁管2 1 6 根、低温段玻璃管9 0 0 根，烟气7 9 8 5 0 k g h ，入口4 1 0 “ ( 2 ， 出口1 7 3 。c ；空气侧6 3 1 4 0 k g h ，入1 31 5 “ ( 2 ，出口3 3 1 。我国茂名石化公司、南 京金陵石化炼油厂、镇海炼化公司均有采用钢管一玻璃管型空气预热器的实践经 验。 为了回收低温热能，同时解决防腐问题，欧美还开发了涂塑管换热器。例如 美国l a t h a n 冷凝换热器公司为锅炉提供涂有四氟材料的管式烟气换热器，对燃用 6 号燃料油的锅炉，烟气温度可降至4 6 。c ，锅炉给水可由4 4 。c 升高至8 2 * ( 2 。据 美国a r g o n n e 国家实验室评价，聚苯硫醚塑料抗硫酸腐蚀性最好，可解决锅炉、 加热炉、转化炉等炉体排烟余热回收时，因烟温太低而导致的预热管低温露点腐 蚀问题。 8 山东大学工程硕士学位论文 一项国家重点技术创新项目一北京力通高科技发展有限公司的e s w 激波吹 灰技术引起人们的关注，该技术是目前较先进的在线除尘技术，可使耗能企业实 现节能降耗和清洁生产的目的。企业中有不少工业锅炉、管式炉在全天候运行着， 各受热面不断积灰，减弱了工质与炉膛的热交换，降低了锅炉的热效率，且锅炉 尾部受热面上积灰使烟气阻力增加，排烟温度上升，直接影响锅炉正常运行。激 波吹灰属国际上较先进的除灰技术。其基本原理是通过可燃气体( 如氢气、乙炔气、 煤气、液化气和天然气等) 与空气或氧气以适当的比例混合，由具有产生爆轰所需 能量的高能火花塞瞬间引燃产生爆炸，利用可控制强度和形状的激波对受热面除 灰。2 0 世纪9 0 年代初期我国开始使用激波吹灰技术，而激波吹灰器是前苏联进 口锅炉产品中的自带设备。目前，国内开发和研制激波吹灰技术的单位有中科院 力学所和北京力通公司。中科院力学所的产品针对的是回转式预热器，利用可燃 气体爆炸后产生的脉冲作为除灰手段。力通公司的产品主要覆盖管式炉、大中小 型锅炉的对流室、尾部受热面及回转式预热器，其除灰去垢利用可燃气体爆轰所 产生的爆炸激波作为除灰手段。气体的爆燃和爆轰所形成的能量级和压力峰值不 同，因而除灰效果有明显差异。应用该技术不仅对燃油管式加热炉、燃油和燃煤 炉吹灰效果明显，而且对其他设备和容器除垢效果也相当不错。经过几年的应用， 该技术已更加完善，经济效益更加显著。 1 3 4 高效节能换热器技术 为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求 的高效能换热设备【2 4 1 。而强化传热元件的研究是新型高效换热设备设计制造的基 础。因此，强化传热技术和换热器的开发与研究始终是人们关注的课题【2 5 l 。当今 换热器的发展以计算流体力学、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发形 成了一个高技术体系【2 6 1 。 1 3 4 1 强化传热技术 换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热 量达到最多。应用强化传热技术的目的是：提高现有换热器的换热能力；减小设 9 山东大学工程硕士学位论文 计传热面积，以减小换热器的体积和质量；减小换热器的阻力，以减小换热器的 动力消耗；使换热器能在较低温差下工作。 强化传热主要有3 种途径：提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差。 1 3 4 2 管壳式换热器 目前，管壳式换热器仍是石油、化工、冶金和制冷等工业部门中应用最普遍 ( 约占7 0 呦，理论研究和设计技术最完善，运用可靠性良好的一类换热器。其研 究包括了管程和壳程两侧的传热强化研究。 ( 1 ) 管程强化传热研究 人们想尽各种办法实施强化传热，归结起来不外乎两条途径：改变传热面的形 状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面的形状有多 种，其中用于强化管程传热的有：螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋流管 和螺旋扁管等( 图1 3 1 ) 。目前，管内插入物的种类很多，如螺旋线、螺旋片、纽 带、错开纽带、静态混合器、交叉锯齿带、球体内插件和丝网内插件等【2 2 1 。 c 横致f 图l - 3 1强化管程传热管示意图 螺旋槽纹管1 2 7 - 3 0 i 换热器 螺旋槽纹管管壁是由光管挤压而成，有单头和多头之分，其管内传热强化主 要有两种流动方式起决定作用：一是螺旋槽近壁处流动的限制作用，使管内流体做 1 0 山东大学工程硕士学位论文 整体螺旋运动来产生局部二次流动；二是螺旋槽所导致的形体阻力，产生逆向压 力梯度使边界层分离二螺旋槽纹管具有双面强化传热的作用，适用于对流、沸腾 和冷凝等工况，抗污垢性能高于光管，传热性能较光管提高2 “ 4 倍。华南理工 大学和重庆大学经试验研究及理论推导，得出了单头螺旋横纹管比多头螺旋横纹 管的性能好。德国h d e 公司的螺旋横纹管，管内传热效率明显优于光管，当 2 0 0 5 0 02 5 7 8 9 7 1 l0 9 9 6 1 表3 - 2 5 胜利原油实沸点数据 序 沸点范围收率 m 密度( 2 0 “ c ) 号 k g m 3 每馏分累计 1h 1 0 1 4 0 2 5 62 5 60 7 3 0 7 21 4 0 1 9 02 7 65 3 2 0 7 7 3 4 31 9 0 2 4 03 5 38 8 50 8 1 1 4 4 2 4 0 3 0 08 0 91 6 9 4 0 8 3 2 4 53 0 0 3 5 07 0 52 3 9 9 0 8 4 8 7 63 5 0 4 0 03 2 82 7 2 7 74 0 0 4 5 0 1 4 1 0 4 1 3 7 84 5 0 5 0 01 1 3 75 2 7 4 9 5 0 0 5 2 03 4 25 6 1 6 1 0 5 2 04 3 0 19 9 1 70 9 7 4 2 3 9 山东大学工程硕士学位论文 表3 _ 2 石临商原油实沸点数据 序沸点范围 收率 瑚 密度( 2 0 1 2 ) 号 k g m 3 每馏分累计 1 h k 一】4 03 9 73 9 70 7 2 6 6 2 1 4 0 1 9 03 4 37 4 00 7 7 6 2 31 9 0 2 4 04 1 9 1 1 5 9o 8 1 6 l 42 4 0 3 0 08 1 2 1 9 7 l0 8 3 7 6 53 0 0 3 5 07 9 52 7 6 60 8 5 3 9 6 3 5 0 4 0 03 5 73 1 2 30 8 7 4 8 74 0 0 4 5 01 4 6 94 5 9 20 8 9 3 6 8 4 5 0 5 0 01 1 6 85 7 6 0o 9 1 7 3 9 5 0 0 5 2 03 1 06 0 7 00 9 2 5 1 1 0 5 2 03 8 5 19 9 2 10 9 8 7 8 2 产品方案：装置生产方案见表3 2 7 。 表3 2 7 产品方案表 侧线名称产品名称馏程控制指标 常顶油重整料a s t m d 8 6 e p 不大于1 4 0 常一线油柴油 a s t md 8 65 0 牛3 0 0 常二线柴油 a s t md 8 69 0 牛3 5 5 常三线油 柴油 a s t md 8 69 5 丰3 6 5 常四线油基础油 减顶油 基础油 减一线基础油 减二线 基础油 减三线基础油 减四线基础油 减五线 减压渣油延迟焦化、丙烷脱沥青原料 3 2 2 装置物料平衡( 现状) 装置加工量为3 1 0 吨d , 时的物料平衡见表3 2 8 ，3 - 2 9 。( 阿曼：胜利：临 山东大学工程硕士学位论文 商= 5 0 ：1 2 0 ：1 8 0 ) 表3 - 2 8 常压部分 收率数量备注 名称 w t k g h t d| 0 4 t a 原 原油 1 0 03 1 0 0 0 0 7 4 4 02 4 8 料 合计 1 0 03 1 0 0 0 07 4 4 02 4 8 气体+ 损失 o 2 06 2 01 4 8 8 00 4 9 6 0 常顶油+ 初顶油 4 4 61 3 8 2 63 3 1 8 2 41 1 0 6 0 8 重整料 产 常一线油 7 0 02 1 7 0 05 2 0 8 0 01 7 3 6 0 0 柴油 常二线油 8 0 02 4 8 0 05 9 5 2 0 01 9 8 4 0 0 柴油 品 常三线油 6 3 51 9 6 8 54 7 2 4 4 01 5 7 4 8 0 柴油 常四线油 5 8 21 8 0 4 24 3 3 0 0 81 4 4 3 3 6 基础油 常压渣油 6 8 1 72 1 1 3 2 75 0 7 1 8 4 81 6 9 0 6 1 6 合计 l o o3 1 0 0 0 07 4 4 02 4 8 注：年开工按8 0 0 0 小时计。 表3 - 2 9 减压部分 收率 数量备注 名称 w t k 跏 t d1 0 4 t a 原料常压渣油 1 0 01 5 0 0 0 03 6 0 0 1 2 0 气体+ 损失 o 1 9 02 8 56 8 4 00 2 2 8 0 减顶油 0 0 9 61 4 43 4 5 60 1 1 5 2 基础油 减一线油 3 6 4 65 4 6 91 3 1 2 5 64 3 7 5 2基础油 产 减二线油 1 4 4 6 02 1 6 9 05 2 0 5 6 01 7 3 5 2 0 基础油 减三线油 1 5 2 6 8 2 2 9 0 25 4 9 6 4 81 8 3 2 1 6 基础油 减四线油 6 4 0 09 6 0 02 3 0 4 0 07 6 8 0 0 基础油 品 减五线油 5 5 9 0 8 3 8 52 0 1 2 4 06 7 0 8 0 延迟焦化料 减压渣油 5 4 3 5 08 1 5 2 519 5 6 6 0 06 5 2 2 0 0 丙烷脱沥青料 合计 1 0 01 5 0 0 0 03 6 0 01 2 0 注：年开工按8 0 0 0 小时计。 4 i 山 东大学工程硕士学位论文 3 2 3 装置用能现状 1 换热流程 装置设计初底油换热终温为2 9 5 ，由于目前装置加工负荷低，换热终温为 2 8 8 ，比设计值低7 。 2 加热炉 由于装置常减压炉对流室炉管换热效果不好，造成排烟温度高达2 3 5 “ c ，炉 效率为8 6 左右。 3 机泵类 由于目前装置加工负荷低，机泵均偏大，造成电耗偏高。 3 2 4 节能措施现状 1 部分泵用电机采用变频调速器，降低装置电耗。装置变频调速使用情况 见表3 - 2 1 0 。 表3 - 2 1 0 装置变频调速器使用情况 序号使用地点数量( 台)功率( k w )备注 l 常一线泵 11 8 5 2 常二线泵 13 7 3 常项循泵 27 5 4 常一中泵 l1 3 2 5 常二中泵 14 5 6 新鲜水泵 l3 0 7 f 1 1 通风机 15 5 8 f 1 1 引风机 14 5 9 f - 2 通风机 11 8 5 1 0 f 2 引风机 11 8 5 1 1 f - 1 2 通风机 l1 8 5 1 2 f - 1 2 引风机 l 1 8 5 1 3 小计 1 35 1 1 5 2 能耗现状 装置处理量为3 1 0 吨川、时的能耗见表3 - 2 1 1 。从表3 2 1 1