石化炼油企业节能技术综述

石化炼油企业节能技术综述1引言我国炼油企业能耗偏高。炼厂能耗费用一般占现金操作费用的40%左右，以中国石化为例，2002年中国石化平均炼油综合能耗比中东地区炼厂高21千克标油／吨，比亚太炼厂平均高17千克标油／吨。就单装置而言，我国多数炼油装置的能耗与国外先进水平相当。但炼油厂系统能量利用水平与国外相比尚有较大差距。其中主要有节能管理、能耗指标、炼厂加热炉的热效率较低及生产辅助系统节能和计量考核上的差距等。为了有效的降低成本，许多企业都应用了近年来迅速发展的节能新技术，我们必须尽快适应形势的发展。要改变目前的状况，使节能降耗工作有质的飞跃,必须在加强科学管理的同时应用国内外现有的、成熟的新工艺、新技术、新材料、新设备进行节能技术改造。2炼厂节能技术2.1炼油厂能量集成优化技术能量集成优化技术的内容要点包括以下三个方面。(1)能量集成优化技术要在采用先进工艺和设备技术的基础上才能发挥作用。(2)能量集成不仅是在装置内部，还应包括装置间的集成。不同装置间的热联合存在着显著的经济效益。如催化裂化的油浆用来发生中压蒸汽，其饱和温度为250℃，平均传热温差为80℃左右，如果用于加热常减压蒸馏的初馏塔底油，换热温差要比发生中压蒸汽减少一半左右，损失也减少50%，其有效能的利用效率显著提高。在蒸馏与催化裂化、焦化等二次加工装置间，都有可能采用热进料或热联合的技术；如常减压蒸馏和催化裂化之间热联合，催化裂化和气体分离之间的热联合等。有时也1有人将热联合中的一部分称之为低温热利用，即装置用不完的、温位较低的热量的利用。目前，低温热利用在我国炼油厂还存在着巨大的潜力。(3)蒸汽动力系统的更新改造及其与工艺系统的集成优化。主要包括两个方面：①新建的蒸汽动力系统能用燃气轮机，锅炉采用高压参数，大部分蒸汽先在锅炉的发电机组中用于抽背式或抽凝式的汽轮机，抽出的中、低压蒸汽,供炼油厂使用；在炼油厂的装置里，还可以将蒸汽逐级利用，充分利用蒸汽与电的需求比大的优势，使燃料达到最高的联产效率。②蒸汽的生产过程所需热量中有20%的热量是低温热；从原水或生水到除盐水站之前，在北方冬季常常也是需要预热的，这时需要很低的温度即可。除盐以后的水在进除氧设备之前，也可用温度较低的热源来预热，如采用各工艺装置的低温余热来加热这些水。因所预热水的量随锅炉和汽轮机负荷的变化而变化，热量匹配要考虑到它们的弹性以及工艺装置加工量和蒸汽动力系统不同季节的弹性。根据近年的几个炼油厂节能改造项目估计，蒸汽动力系统优化及与工艺装置联合，其节能潜力可达到现有炼油厂能耗的10%以上，加之能量集成优化技术在全厂范围内的应用，总的节能潜力大部分炼油厂可达20%左右。2.2功热联产相关技术(1)燃气轮机的应用，对于必须烧炼厂气的炼油厂来说是一个提高节能效率的重要机会，当然还存在着对燃气轮机技术的引进、消化、吸收和管理的问题。国产的燃气轮机在我国炼油厂的应用已有先例。炼油厂的蒸汽动力系统与燃气轮机的结合，也在我国个别炼油厂得到应用。该项技术应能在近几年得到大规模的应用。(2)高效利用催化裂化特别是重油催化裂化焦炭热量的联产配套技术。该项技术在理论上和技术上都已比较成熟，可以收到很高的效益。但目前正在运转的大多数催化裂化或重油催化裂化的焦炭的能量利用率均未2达到应有的水平。问题涉及到从设计、运行、控制到管理的许多方面。通过理论指导下的可行性研究,可以在技术经济优化的条件下得出最优组合方案，建立一个最高效率的示范样板。同时应对新装置如何设计，现有各种不同类型再生器的装置如何改造，如何提高效率等，进行深入切实的研究。这里的节能潜力还是相当大的。(3)延迟焦化焦的利用包括高含硫焦循环流化床（CFB）洁净燃烧技术。该项技术和设备已从国外引进。国内制造的设备也正在炼油厂中试运行。目前，对该项技术还需进一步消化吸收，使延迟焦化的焦炭能够尽快得到高效利用。因而需要从技术和管理两方面进行协调配合。(4)向炼油厂供电的电网和炼油厂自发电互相配合的安全供电保障技术。随着功热联产技术的推广，大多数炼油厂可能会在高效的功热联产技术下，达到用电自给，甚至可以上网。在发达的工业化国家已做到这一点。另一种可能就是局部自给，并买一部分电，在有的炼油厂中可能买电的比例还比较大。在电网电比较便宜，而炼油厂由于受能源构成、技术条件等限制自产电价格高的情况下，炼油厂可能选择多买电网上的电。国内一些炼油厂长期以来有一个“安全保障电量”概念，即一旦外界电网的双线路都出了问题，炼油厂还可以通过自发电来保障一定规模的生产。其实这是一种“习惯性”。例如兰州炼油化工总厂就没有自发“安全保障电量”，一直靠临近的西固热电厂供电供汽。此外还有上网电与电网电的负荷调整、价格、控制等问题和电网的稳定性问题以及管理问题等都是复杂的技术问题，同时又是管理体制问题，需要进行全面研究和解决。(5)适应市场变化的柔性生产系统和能量集成设计以及管理运行技术。这类问题长期困扰着我国炼油工业，也是影响能耗的一个重要因素。如何使设计能够适应各种变化条件，使得能耗变化不大，而设计方案的总3的投资也不会增加很多。换句话说，就是使设计、施工、生产的整个企业生命周期中的总费用达到最小。该问题属于系统的柔性设计技术。对于柔性生产系统，除了能量集成的设计柔性之外，还有一个管理运行问题。管理运行技术包括能量、物料及原油采购和产品分配的一系列管理技术，目前国际上称之为“供应链管理”，即从原油采购、计划调度到产品销售全过程的优化管理。在世纪之交，我国炼油企业将不再采用行政手段来进行生产管理，因此供应链管理技术在我国炼油厂开发应用是不可避免的。当然,底层的信息集成作为供应链的基础也是不可或缺的。即信息集成的应用同能量的集成优化和物料的优化管理都是分不开的。在柔性设计生产系统中，目前，最先可能实现的是蒸汽动力系统的柔性设计、运行、调度和控制技术，它的成功将会对蒸汽动力系统的节能发挥巨大的作用。该技术通过一个计算机集成系统对锅炉、汽轮机蒸汽管网的运行进行监控和在线或离线优化，实现工艺用汽与功热联产的用汽的分配，减少低压蒸汽的放空，减少高、中压蒸汽的减温减压，从而降低整个系统能耗和提高经济效益。2.3加热炉新技术加热炉是石油化工装置主要的热能供应设备，也是石化企业主要的耗能设备,在炼油厂综合能耗中约占1/3。因此提高加热炉热效率和热负荷已成为挖潜增效的主要措施。目前可采取的措施有:开发和应用高效率大能量燃烧器,采用降低过剩空气系数和减少雾化蒸汽量的技术措施；用多种型式的扩面管和各种除灰技术；广泛应用陶纤衬里等隔热材料,减少散热损失；加强烟气热回收,减少排烟热损失,开发应用各种型式的空气预热器,配置余热锅炉；采用高效监测仪表,实现微机控制管理。2.3.1新型燃烧器加先进控制技术中原油田石化总厂对常压加热炉的炉温控制方式进行改造,新增一套4干气温度控制阀及控制回路，设立切换开关,将原来的单纯由燃料油控制炉温改为以干气或燃料油控制炉温，实现干气及燃料油温控的双向无扰动自由切换。原常压加热炉燃烧器为ＶＩ—Ｃ300型燃烧器,由于受火嘴型式及设计意图的限制，干气只能起到辅助点火和长明灯的作用。经过对比分析选用了北京力通技术公司开发的ＯＧＢ—120型燃油燃气联合燃烧器。该燃烧器是一种新型的高效节能燃烧装置，不易发生结焦和堵塞，容易拆装和维护。该燃烧器使用后可实现加热炉全部烧干气,节约了大量的燃料油。新建加热炉采用ＬＰＳ—Ⅲ型全自动吹灰器，对流室采用滴水型钉头管等新技术，使加热炉热效率由原来的83%提高到87%。由于加热炉全部改烧以前白白放火炬烧掉的干气，每年可节约燃料油2754t，节约资金330万元，同时减少了干气放火炬量,减少了火炬排放的烟尘及废气，减轻了环境污染。洛阳石化总厂由于原油加工量的增大，原有的一台加热炉已不能满足生产需要,而新建一台加热炉需要投资1000万元，显然提高原有加热炉的热效率和热负荷是最经济的办法。为此洛阳石化总厂与洛阳高新柯恒技术有限公司联合开发研制开发了一种新型、高效的加热炉燃烧器即LGH型强化燃烧器,并于1998年4月20日在洛阳石油化工总厂常压加热炉上开始使用。洛阳石化总厂常压加热炉使用LGH型强化燃烧器后,热负荷可由31MW提高到45MW,提高了45%。预计当炉膛温度为805℃时,热负荷可达到39.6MW，加工能力达到4.40Mt/a；当炉膛温度达到LGH型强化燃烧器允许使用的最高温度840℃，热负荷可达到45.0MW,加工能力为5Mt/a。LGH型强化燃烧器用于加热炉扩能改造，具有投资少、措施简单(原有加热炉采用LGH型强化燃烧器,只需拆下原的的燃烧器装上LGH型强化燃烧器即可)、见效快的优点,可大幅度提高加热炉热负荷或热效率。该燃烧器现已被河南省审定为Ａ类高科技产品。5据不完全统计,到目前已有122台热负荷在11.1kW以上的加热炉应用微机控制操作，每年可节约燃料约50kt；某厂对于加热炉采用微机控制的效果进行的对比分析表明，用微机控制比手动控制可提高热效率约2%～3%,效果十分明显。生产过程节能控制炼油生产装置的过程优化控制技术很多，不少企业已在数据实时采集、巡回检测、超限报警、设备监控、生产过程的闭环控制和开环指导等方面应用计算机技术取得了许多进展，同时也提高了水平。某厂将集散型过程控制与管理系统应用在常减压蒸馏装置上，开发应用了加热炉效率在线计算及燃烧的闭环控制、常压塔回流取热分配的在线计算及过汽化率测量计算和操作指导等过程控制和工艺管理软件,使加热炉效率提高3%,过汽化率从8%下降到3%,炉出口温度降低7℃。改善操作条件是不需要大量投资,便于推广易于见效的节能措施,但必须保证产品质量,并加强管理,尽量配置先进适用的监测调控手段。过汽化率控制和调整以常压塔为例,过汽化率一般控制在2%～3%,可以降低常压炉出口温度,实践证明,过汽化率提高1%,可使加热炉负荷增加0.2%。回流比控制和调整分馏塔内的回流量是工艺条件中最关键的因素,分馏塔的回流比可以通过优选方法求得最佳值。计算机监控与管理以计算机为中心的现代化进程控制技术，成为当代炼油厂节能增效、竞争赢利的重要手段。生产装置采用SLPC、PLC和DCS等计算机控制设施，以及各种先进控制策略(软件)，可提高产品产率，改进产品质量、节减装置能耗，安全平稳操作，提高经济效益。如BP-Amoco公司得克萨斯炼油厂1996年起使用了Gensym公司G2诊断支持(GDA)软件和采用GensymnNeur-On-Line建立的的三个神经网络模型,以控制蒸馏过程。该先进控制系统用于闭环控制的投用率大于95%，估算回收产品的节约金额超过50万美元/a。加热炉节能控制目前主要应用微机和6可编程调节器进行支路平衡控制和燃烧约束控制。2.3.2加热炉吹灰器传统的吹灰器为蒸汽吹灰器。其缺点是蒸汽吹灰动作完成后，残余蒸汽冷凝，形成负压，预热器内烟气倒吸入蒸汽管内，遇水冷凝，形成腐蚀介质（即硫酸等溶液），管线内积液部分腐蚀相当严重，造成吹灰器进口管、出口管腐蚀穿孔、甚致不能正常投用。目前吹灰技术发展迅速，新产品也很多。激波吹灰器：燃气激波吹灰是利用瓦斯气和空气按一定比例均匀混合，形成混合爆炸气体，通过电子点火器点燃混合气体，产生爆震燃烧，使可燃混合气的化学能在较小的空间和时间内，转变成携带振荡、冲击波、声波的高温高压湍流气体，通过定向管道和喷嘴将这股高能气体导向积灰的受热面，达到清洁受热面的目的。声波吹灰器：是利用了声学、震动学和疲劳学等学科的原理，把一定强度的声波送入运行中的炉体内的积灰区域，通过声能量的作用使这些区域中的空气分之与灰、渣粒子产生振荡，灰粒子间相互碰撞，使浮着在受热表面的积灰脱离受热表面悬浮起来，并始终处于悬浮流化状态，以便烟气流将其带走，或自动脱离，达到清灰的目的。2.3.3加热炉清灰剂清灰剂是以铵盐和硝酸盐为主要成分并加入一定量添加剂的新型化学药剂。其分为氧化型和催化型两种类型，使用时可以根据不同燃料所产生的灰垢不同，选用不同的化学药剂，也可根据垢质的成分将不同型号的化学药剂同时使用，以产生更好的效果。将化学药剂喷入正在燃烧