中国炼油企业节能减排.ppt

1、中国炼油企业节能减排- 从装置和局部到系统全局,主要内容,一、中国能源形势和炼油企业节能的任务 二、装置间热出料-新一轮全局能量优化的切入点 三、热出料推动装置深入优化用能和热联合 四、炼油企业储运系统深入节能的方向和潜力 五、低温热利用的新格局和系统优化策略 六、炼油企业一次能源构成面临新的选择 七、蒸汽动力系统的适应性改造和优化运营 八、挖掘炼油企业运行管理优化节能减排的潜力,一、中国能源形势和炼油企业节能的任务,1、中国的能源形势 （1）、资源紧缺，不敷需要,我国能源资源人均拥有量只有世界平均水平的一半,7 %,50 %,1、中国能源形势严峻： （2）、能源利用效率低下,能源利用效率33

2、.4%（世均43%，发达国52-55%） 占工业能耗73的8个行业33种产品单位能耗平均比世界先进水平高47（比先进水平多耗用能2.3亿吨标煤/年） 建筑物单位面积能耗比发达国家高2-3倍。 交通能耗比发达国家高20%以上。,1、中国能源形势严峻： （3）、能源环境问题突出,以煤为主的一次能源结构造成了严重的环境污染。酸雨率全国40%、广东70%， 343个城市中仅1/3达二级空气质量标准；世界污染严重的20城市中国占16个 SO2排放量的90%，NOx排放量的60%都来自于燃煤。 全国SO2排放总量超过环境承载能力的70%左右。 生态破坏造成的经济损失已占GDP的8%。已严重威胁经济和社会的

3、可持续发展 ！,中国与世界一次能源消费结构比较（2007年）,能源环境问题严峻,世界燃煤的40%,1、中国能源形势严峻： （4）、资源对外依存度增长过快,2006：47%,2007：50%,中国能源形势 2006/2007,GDP为世界5%，能源消费24.6亿吨标煤，占世界15%。 2007年能耗26.5亿吨标煤，年增7.8% 钢铁、煤炭、水泥年消费占世界的25%、30%和50% 1980-2004，能源消耗年增长4.6，是世界增长率3倍。 2006年万元GDP 能耗1.21tec,未完成降4% 的任务。 事关国家战略安全，经济社会可持续发展！,2、中国炼油企业资源和能源的严峻形势,中国炼油企

4、业能源和资源形势 2007年原油加工3.4亿吨, 对外依存度50% 2010年加工4-4.2亿吨/年，净增加1亿吨/年（王基铭） 加工能力扩充8000万吨/年 自产1.8亿吨/年，缺口2.2-2.4亿吨/年（56%）！ 2004年，石化工业耗能2.5亿吨，占全国总能耗16%。包括加工能耗和资源消耗的节油节能任重道远！,3、炼油企业深入节能的多维优化思维拓展 空间维：1、从一个个装置到炼油厂全局系统 2、从单纯考虑能量利用到资源与能源的协同优化（油气化一体化，再加上煤） 3、从炼油企业自身到周边地区、企业（循环经济园区） 时间维: 1、从给定工况改造到变化条件下的运行优化 2、从现状到35年内原

5、料、产品、规模、类型的发展,在不断扩展和变化的进程中完善能源优化 本世纪中国炼油企业发展的模式： 1、产品需求总量不断扩大（3.4亿t/a-4.5亿t/a) 2、产品质量要求不断提高（国III-国V 、国VI) 3、地区发展平衡要求布局重新调整 没有一个炼油企业能够“保持不变” 新建装置与原有能量系统的集成优化是节能降耗最经济有效的机会和途径（大型化、联合装置、低温热利用、蒸汽动力及公用工程系统优化）！,4、当前中国炼油企业的节能潜力 在多年重视装置节能、取得一定成果的基础上： 1、上、下游装置间热出料、热联合 2、储运及辅助系统用能优化 3、低温热在大系统范围内优化、综合利用 4、蒸汽动力系

6、统的节能改进 5、运行与管理的节能改进 6、资源与能源的协同优化 普遍性及其原因分析 节能潜力估计：能耗降低15-20%,二、装置间热出料-新一轮全局能量优化的切入点,1、传统的冷出料导致重复冷却加热/有效能损失,3个出料温度选择：164 C，220 C，252 C,渣油,-渣油与原油换热网络,常减压减二减三-加氢处理进料,此二换热器用于脱前换热120左右，可用其他140 左右热源取代,减二,减三,A,加氢处理,缓冲罐,（某原设计62）,传统的冷出料与热出料的区别,加氢处理装置换热流程,362 C自分馏塔来,减二减三进 料预热,进缓冲罐,分馏塔进料预热,进缓冲罐,A,用140 左右热流置换出2

7、79-170热流， 可用于内部加深换热，或对蒸馏装置热输出,上、下游装置间热出料的节能原理 中间物流重复的冷却加热是有效能（佣）的损耗 两个传热过程、两个HEN、两套设备 高温物流的热能两次传递变成低温 增加了一次能源消耗、和冷却负荷 热出料：用较低温的热流置换出较高温度的热流，用于更有价值的地方（顶替加热炉燃料等）,新的热出料和热联合易于实现的条件 开工周期大大延长、同步检修； 装置群平面布置更加紧凑，间距减小； 单套装置大型化； 控制技术更加先进、可靠， 设备技术水平提高，腐蚀、泄露危险降低,装置间热出料和热联合提出更高要求（约束条件） 保证平稳操作，所有参数的可控制性； 保证安全为前提，

8、有事故应急预案处理的辅助手段； 平面布置约束-热物流输送的经济距离； 上、下游装置分别或先后开停工时的辅助设施； 能够适应产品质量、原料、加工量等变化要求； 流传方案的可靠性和可操作性； 任何一个条件不满足都可“一票否决”。,保证满足约束条件的辅助设施增加投资 增加投资和运行费用： 热出料增加的管线、保温、泵 优化，T 减小增加换热器面积 分馏塔优化可能增加的塔板、回流泵等 保证安全应急预案所增加的辅助设施 保证操作控制所增加的控制回路、测量仪表 决策原则：投资+节约效益总费用最小,三、热出料推动装置深入优化用能和热联合,1、提高热出料温度后上游装置HEN优化重组,上游装置缺少热源： 、进一步

9、优化传热温差-Topt优化原理，能源与设备比价的变化趋势。 2、换热网络再匹配：原来冷却的热流利用（如塔顶） 3、减少发生低压蒸汽，用于换热 4、热联合-自下游装置取热，达到同样的热回收效果,热参数随技术经济条件变化,加热炉排烟温度Tf的变化 上世纪70年代前，原油$ 2/桶， Tf 400 上世纪80年代后，原油$ 10-30/桶， Tf 200 本世纪初，原油$ 50-100/桶， Tf100 换热器传热温差T的变化 上世纪70年代前，原油$ 2/桶， T 80-100 上世纪80年代后，原油$ 10-30/桶， T 30 本世纪，原油$ 100/桶， T 10,换热网络夹点温差优化-Sp

10、ertargeting,换热网络： CHEN= CHE = （CT+ CP+ Ceq）,2、换热网络再匹配,工艺余热发生蒸汽节能途径的再思考 余热大量发汽并入管网，看起来合理，但隐含着问题 1、 某280-250工艺物流，只能发生1.1Mpa级的饱和蒸汽,相当于一台低压锅炉。 用做临近某分馏塔220-250再沸器热源，节省下来原再沸炉燃料，相当于停一台低压锅炉。 2、200-150 工艺物流的余热发生蒸汽0.3MPa，通过热媒水（130-180 ）利用，温位高20 能效高 20%。,3、减少发生低压蒸汽，用于换热,热出料后上游装置 热源补充方案举例,4、热联合-自下游装置取热,过程系统能量结构

11、规律-三环节理论 降低工艺总用能 增加回收循环能 回收输出能,能量的工艺利用环节优化改进,借重组机会优化油品分馏塔-提高取热温位，降低工艺总用能： 中段取热比例优化， 过汽化率优化， 回流泵流量和出入塔温差的优化， 汽提蒸汽量随变化工况的用量优化， 汽提蒸汽分配比优化； 抽出口位置优选。,2、热进料促使下游装置能量优化进一步深入,下游装置： 、热进料迫使重组 、创造了能量的工艺利用环节优化改进的机会（反应、分馏）。论据 ：原来不优化、现在经济条件改变了。例：分馏塔回流取热优化，回流量与抽出/返塔温差优化 3、 优化后的新 冷、热流优化匹配： （1）节省加热炉燃料 （2）高温热同外装置联合 （3

12、）低温热纳入大系统优化利用,费用O,Od,Oe,Omin,Ropt,Rmin,回流比R,分馏塔回流比塔板数优化-二维参数求极小值,热进料促使加氢精制类装置能量优化,能量的工艺利用环节优化改进内容： 1、分馏塔塔板数-回流比优化：全塔模拟优化回流比降低，进料加热炉（再沸炉）负荷降低1/3 ，节省燃料； 2、反应器开工初期/末期催化剂活性-反应放热-进料温度-加热炉控制。目标：最小燃料消耗 3、必要时增设中间再沸器，利用低品位余热，节省燃料。,热进料促使加氢精制类装置能量优化,能量回收环节优化改进内容： 1、热进料/反应产物加深换热-向上：节省加热炉燃料；余热：加深与低分油换热（优化重组） 2、在

13、分馏塔重新优化的基础上，进料优化重组-增加热源：塔顶低温热、反应产物热、精制产品高温热，提高终温，加热炉负荷减半。 3、并行方案：高分前增加换热（解决注水问题） 4、多余产物热对外输出（热联合、低温热水系统）,热出料如何促进汽柴油加氢装置能量优化（原流程）,60,汽柴油加氢改造后流程,分馏塔顶油气 预热低分油,进分馏塔温 度提高36，,140 ,加热炉负荷降低,T 减小，面积增加,增加，换热前注水,顺序互换,低温热输出,Ec:11.7,热进料后FCC装置的能量优化,能量的工艺利用环节： 1、分馏塔回流取热优化：油浆/一中/顶循取热比例优化 2、回流量与抽出/返塔温差优化：FCC顶循 原150-

14、返塔40；优化后150-返塔90， 能量回收环节（原来进料预热HFN 重组）： 3、 油浆热量尽量用于加热初底油节省燃料减少发汽， 4、一中取热用于吸收稳定热源 5、塔顶、顶循、柴油-气分热源和其它低温热阱。 避免高热抵用，充分梯级利用！,某厂十一五节能规划中热供料措施内容,（1）减压渣油热出料供焦化，由172升高到205。 （2）减二线蜡油热出料供催化，由158升高到177 （3）减三线蜡油热出料供催化，由164升高到232 （4）焦化蜡油热出料供催化，由 90升高到193。 （5）焦化柴油热出料供加氢，由50升高到100。 （6）焦化汽油热出料供加氢，由40升高到100。 （7）催化柴油热

15、出料供加氢，由50升高到100。 （8）脱沥青油热出料供催化，由120升高到240。 （9）常三线直馏柴油热出料供加氢，由50升高到100。 （10） 催化汽油热出料至汽油加氢，由40升高到100。,十一五节能规划中热供料典型温度变化,减压渣油、脱沥青油热出料供焦化， 原来150-180，提高到200-230 减压、焦化蜡油热出料供催化， 由90 （冷）或 150-165，提高到180-200 直溜、催化、焦化汽、柴油热出料供加氢精制， 由40-50升高到100-120。 加氢裂化、加氢改质热进料， 由60-120，提高到130-170左右,热供料改进措施的龙头作用和挑战：,（1）上、下游两个

16、装置HEN 优化，推动全面优化 （2）促进工艺物流热跨装置联合，节省加热炉燃料 （3）中间产品冷却负荷大大减小，节省CW （4）中间罐容大大减小，省维温热、泵功、占地、资金 （5）改变低温热源既有格局，温位提高 （6）低温热大系统利用，节汽；改变蒸汽动力系统格局 挑战：(1) 装置间关联更加紧密，操作控制要求提高 (2) 要求充分的辅助设施保障系统的可靠性 （3）要求操作和技术人员深刻了解，提高应急处理能力,三、炼油厂储运系统的运营优化,炼油企业储运系统-技术经济新条件 1、原油大部分管线运输，能够按计划到厂，含水量合格 2、热出料不用大部分中间罐；留运营储备，正常缓冲。 3、在线调和节省成品

17、油调和倒罐操作，罐数减少 4、减少罐存，节约流动资金积压利息压力增大 5、100热罐储存技术成熟 6、厂区地块面积越来越珍贵，节省大量储罐占地，可给新、扩建装置 紧凑、优化布置创造条件,炼油企业储运系统用能优化潜力 1、按照老的技术经济条件设置 2、冷罐、盘管蒸汽维温伴热老工艺已经习惯 3、对储运节能重视不够，对储运用能没仔细分析 4、计划经济，没有节约流动资金积压利息压力 5、储运系统与装置之间只有物流关系，没有能流集成 6、能源价格越来越高储运节能有经济效益。,1、 储运系统优化的三原则： 原则一：储量最小化（原油、中间罐、成品罐） 1）、热联合创造条件砍掉大部分中间罐；留运营储备，正常缓

18、冲。 2）、原油最小储量省流动资金，免维温 3）、在线调和节省成品油调和倒罐 节省流动资金、罐投资、热耗、泵功耗、管理人员,某炼厂原油罐区储量最小化 的节能和经济效益： 储存量下降6万吨。维温蒸汽将下降2.0t/h，效益155万元/年。 减少流动资金占用1.8亿元/年，节约利息1260万元。总经济效益1415万元/年。能耗降低0.26kgEO/t。 某厂原油正常储量已低至6万吨（其中5万吨6个罐的罐底油） 减少运行罐个数，减少罐底油积压的流动资金，仍有潜力。,原则二：储运参数最优化-最小维热温负荷： 储运参数优化的实质:合理提高进罐油品温度指标ti，降低允许储存温度tS,同时优化储罐的保温设施

19、；使得在最小储量对应的最短必要储存时间内，油品由进罐ti降温到tS所释放出的的显热CP(ti -tS)，能够平衡油罐在此期间的大部分散热损失；以使必须由外部补充的维温热负荷减到最少。 抚顺外输柴油的故事。,原油储运参数优化-罐区要不要脱水？ 目前：来油15-20 ，加热切水；保持 2% 改进：在电脱盐优化操作基础上， 泵前一级注水+原油带水，控制 5% 保持进装置原油低温，脱前HEN利用初、常顶冷凝热 需要：优化大管理-生产运行部集成一部和油品一车间群体智慧，系统抓好一条龙优化操作。 预期目标：省流动资金，省加热蒸气、省冷却水、省操作工作量,原则三：选择适宜的加热方式 1、盘管蒸汽改热媒水 （

20、T 降低较多，注意热负荷） 2、进罐管线上：热媒水/管壳式换热器（兰炼，2006） （K 成倍增加，改变操作） 3、出罐口、泵入口：抽吸式加热器（蒸汽或热媒水） （保证送油黏度要求，间歇操作） 储运节能潜力巨大 1、降低工艺总用能 2、回收大量低温热（很好的热阱） 3、节省泵功耗,四、炼油厂低温热利用系统的集成优化,1、对“低温热资源” 认识的片面性 调查现有冷却器负荷，取某个温度为界限，列出 “现有低温热资源一览表”。按此考虑和制定利用计划。 但是，“现有低温热资源”不是确定的。其中很大一部分将随能量系统优化而消失，即作为有效利用工艺热流而回收利用。例： 某石化企业一蒸馏低温热调查表： 减压

21、蜡油122 t/h， 140-63， 373万kcal/h 减压渣油124 t/h，58-109，291万kcal/h 这些“低温热”在采用热出料措施后将不再存在,当前炼油厂低温热利用现状和问题,为什么中国炼油企业低温热越来越多？ （1）、扩建或新建装置项目审批时间长，设计时间短， “来不及”考虑与原有装置和系统的能量集成优化; （2）、委托设计的炼油厂对后果的严重性缺乏认识 （3）、脱离全厂能量优化，孤立设计新装置用能。 结果：每上一个新装置，增加一批公用工程和低温热 解决办法：新建装置能与原有系统能量集成匹配 局面：部分利用原系统高温热源 ，不用或少新增 低温热可在原有系统 匹配利用,2、

22、 当前“低温热利用”存在的问题 （1）分散、随机选择和搭配热源、热阱。 （2）过大的传热温差，严重降质利用（佣损失大） （3）多个热媒循环系统 （4）过大循环流量，过小的温升,炼油厂低温热利用系统优化技术简介,3、自适应的低温热利用系统流程图,XX石化2007年低温热梯级利用系统流程图（部分）,2020/7/29,55,50,120,61,50,118,56,50,50,50,某企业低温热大系统利用的流程方案图及参数,以水为热媒的低温热利用系统的优化设计 在一定的热源/热阱复合曲线条件下，以热源与热媒水、热媒水与热阱之间的最优传热温差为尺度，求解热源和热阱两条复合曲线在TH图上的最优相对位置，

23、以及在它们之间代表热媒水循环线的直线的斜率。 最优解将给出两个中各个换热器的传热温差和传热面积，以及最优的热媒水循环量和温升。,六、炼油企业一次能源构成面临新的选择,中国炼油企业优化调整能耗结构势在必行,中国炼油企业一次能源构成的演变 80年代前，副产渣油和外部供电为主要一次能源；典型配置：3台120t/h中压锅炉，212MW抽凝机组。 二次加工装置快速发展，炼厂气和焦碳在能耗构成中的比例大大增加。但不少还是用中压锅炉烧炼厂气和部分渣油来发电产蒸汽，总的能源的转换效率提高不大 国外80年代起采用燃机锅炉/加热炉热电联产，国内无 渣油能卖3700元/吨，干气3000元/吨的时候，还烧吗？,优化调

24、整能耗结构的思路：, 在能量优化前提下，最高效、最洁净地利用氢转移加工过程中形成的焦炭，使其有与天然气和煤相同的使用价值：FCC焦碳特殊工艺，CFB炉 其它的“一、二次”加工产物(包括炼厂气、油浆、渣油)都尽可能最经济地转化为车用燃料和化学品 改变一切自给自足观点，在所在地区规划能量大系统联合优化： 汽、电、热与邻近企业联合（包括买入和售出）； 发挥炼油厂热电比的优势，高效利用便宜的煤和天然气,炼油企业与邻近区域的能量集成：, 由邻近燃煤/天然气发电厂购入蒸汽（出售延迟焦化焦炭给CFB炉） 由邻近的IGCC设施购入电、蒸汽、合成气（制氢） 向附近工厂供应低压蒸汽 向附近区域建筑物供暖、供应生活

25、热水 向附近农村蔬菜大棚和热带鱼池塘供低温热 与邻近企业共建循环经济园区,物质/能源循环经济：某生态工业园区,火电厂,炼油厂,（罗宏，2004）,物质/能源循环经济：某生态工业园区,热电厂,炼油厂,（罗宏，2004）,天然气在中国一次能源格局中的地位,天然气可达到80%的一次能源利用、最小的CO2、 SO2 、 NOx等排放。国家大力发展天然气战略是节能减排降的重大需求，不可动摇 天然气发展规划,在一次能源中：2010-6%，202012%，可能超过2.7亿吨油当量年 我国天然气增产潜力很大，充分利用内外资源，能源结构优化调整目标定能实现 世界能源格局：天然气总比石油价格低，2050：超过石油

26、，成为最多的一次能源（包括CBM）,中国天然气管网建设加速,俄罗斯300亿m3,俄罗斯300亿m3,土库曼斯坦300亿m3，2015年前,西气东输二线 4859km,300亿m3/a,川沪粤线2010年1702km,150亿m3/a,天然气用于炼油企业一次能源和制氢原料,替代加热炉燃料和部分锅炉燃料（渣油和干气） 制氢原料（顶替出C2-C6轻烃和渣油做化工原料） 炼油和石油化学工业是天然气最大的工业市场中国炼油量近期4亿吨/年，沿海和油气田附近的炼油厂部分替代烧掉的重油和炼厂气中可用的乙烯和制氢原料，至少约需2000万吨/年天然气 技术经济比较：C2+烃和油品比CH4使用价值更高,煤炭已经进入

27、石油化工企业一次能源之列,水煤浆、CFB锅炉、超临界机组蒸汽动力系统燃料 煤富氧气化制合成气-煤洁净利用的最优途径 合成气变换-制氢，最经济路线（最好的车用替代燃料） 碳沉积（CO2 回注油田): 温室气体零排放！ 环保和高效优势-有可能成为煤的首选用户 中国低碳经济最重要的途径之一，技术和应用规模将领先于世界,煤炭作为石化企业一次能源已有成功示范,某企业水煤浆技术富氧气化变换制氢已实现连续130天工业化运行。气化炉2开1备检修时间有富裕 在煤价格上涨到500多元/吨条件下，氢气成本9000元/吨，低于天然气、轻烃、沥青、渣油等为原料的成本 副产纯CO2 目前部分用于食品工业；在 环境约束日益

28、增强下，很容易用于油气田回注，提高采收率 多余氢气售给邻近石化企业 燃煤热电站取代了所有燃油锅炉,七、蒸汽动力系统的适应性改造和优化运营,热进料低温热利用对蒸汽动力系统的挑战 1、低温热利用将大量减少1.0 MPa、 0.5 MPa 蒸汽用量；并且大大缩小冬、夏季蒸汽耗量之差。 2、热出料会使上（下）游装置减少发低压蒸汽 3、热联合技术使FCC装置高温热减少发中压蒸汽 4、 大量低温热可用于原水、除盐水、除氧水预热，省汽 5、低温热用于加、伴热减少了凝结水的产生 总之：各级蒸汽平衡格局将发生较大变化！,1）、分散的多用户、多产汽点，多燃料来源，多压力等级 2）、多工况变化（季节、加工量、生产方案、市场价格） 3）、动力：大功率机泵开、停冲击系统；运行负荷稳定 4）、突发事故预案要求各级蒸汽、动力完善紧急备用设施 5）、为绝对保证工艺系统需求，自身用能优化常被牺牲,石化企业蒸