近年来,在《京都议定书》的推动下,世界许多大型
石油石化公司为提高综合竞争力,提出了降低能耗9%~20%的计划目标,把节能作为发展战略的重要内容。炼油化工是高能耗高污染产业,在降低能耗、实现国家节能减排目标过程中担当着重要角色。目前,世界炼油化工节能技术呈现以下几方面的发展趋势。
一、建立联合装置及集成设计
主要通过装置大型化及联合装置、炼化一体化、装置热联合和多套装置集成设计等途径实现节能。有关数据表明,在炼油厂规模相同的情况下,采用联合装置可减少设备总投资,提高热效率。采用炼化一体化能将炼油和
石油化工生产联合在一起,通过资源的优化配置,可提高原料的综合利用水平,从而实现石化企业的节能降耗并提高经济效益。采用装置热联合,如从工艺物流的冷却过程回收热量来对需要加热的过程进行加热,从而代替单独的加热设备,可以大大降低传热设备的投资费用和热量回收率。另外,多套装置集成设计具有很好的节能效果,如Shell 公司的Shell Bulk CDU 原油蒸馏技术把常减压蒸馏、加氢脱硫、渣油热转化等多套装置进行组合设计,实现加工流程的系统集成,大幅度减少了设备数量,节省投资30%,实现了能量的系统优化,燃料油消耗节省15%,运行成本大幅度降低。
二、采用燃气轮机技术提高热电综合效率
主要采用燃气轮机—蒸汽联合循环、燃气轮机—加热炉联合循环,以提高热电综合效率。燃气轮机与加热炉联合应用可提高燃气轮机的效率和总热利用率,用燃气轮机直接驱动炼化企业工艺系统的
压缩机可省去能源多次转换带来的各种损失。
气电或热电联产技术是近些年来广泛应用的节能新技术,大约节能30%左右。IGCC(整体煤气化联合循环)技术是现代炼油厂实现气电联产、渣油改质、减少污染排放的新型技术之一。炼油厂IGCC技术采用高硫渣油(或焦炭)等炼厂劣质进料,通过基于部分氧化的气化技术产生合成气,不仅可使合成气通过燃气轮机—蒸汽透平发电、产汽,而且可使CO2排放减少40%,SOx、NOx、CO和颗粒物质排放减少80%,使炼厂满足污染排放标准,带来显著的环境效益。
三、合理利用蒸汽和低温热能
蒸汽合理利用是实现节能目标的主要途径之一,主要包括提高蒸汽转换效率,降低供汽能耗;实现分级供热,蒸汽逐级利用;改善用汽状况,减少蒸汽消耗;加强蒸汽管网 保温以及选择蒸汽系统热功联产等。低温热能利用也是节能重要手段之一,要求尽量减少低温热源的产生,做好燃气系统和蒸汽动力系统的平衡,实现能源的梯级利用,即首先利用高品位能源做功,其次才是工艺利用;同时做好低温热的综合利用,例如低温热的工业利用或民用,或将其升级利用于供热、致冷、发电等方面。
四、采用新型节能技术
主要包括机泵变频调速技术、精馏装置节能技术、热泵技术等。①变频调速技术可使机泵在最高效率点附近运行,从而可大大改善许多设备“大马拉小车”的状况,对炼油化工企业低负荷或变工况的机泵具有很好的节能效果,该技术已在国内外取得迅速发展。②精馏装置是高能耗装置,传统的精馏方式热力学效率很低,能量浪费很大。采用节能新技术后,能耗下降,有很好的节能效果。③热泵技术以消耗一部分低品位能源(机械能、电能或高温热能)为补偿,实现热能从低温热源向高温热源传递,由于热泵能将低温热能转换为高温热能,提高能源的有效利用率,因此已成为回收低温余热的重要途径。在蒸馏过程中,采用热泵可以将塔顶低温位的热量输送给塔底高温位的热源,从而有效回收塔顶低温位热量,降低蒸馏过程的能耗。与常规蒸馏相比,在产品收率和质量均相同的情况下,热泵蒸馏技术可节约80%以上的能量。
五、实施能量系统优化
炼油化工能量系统是炼化生产过程中与能量的转换、利用、回收等环节有关的设备所组成的系统,包括热回收换热网络子系统及蒸汽、动力、冷却、冷冻等公用工程子系统。对炼化能量系统以能量系统集成和优化的角度,从整体上进行优化,尤其是在设计阶段就进行综合分析,确定最优能量系统,对于装置节能、提高经济效益和环境效益均有十分重要的意义。能量系统优化的方法目前主要有夹点技术、数学规划法、人工智能专家系统。
夹点技术是指在进行换热的热、冷物流中存在着一处传热温差最小的点即夹点,夹点处的最小传热温差限制了热量的进一步回收。夹点技术是换热网络、水网络优化最实用的节能技术。采用夹点技术,对新厂设计而言,比传统方法可节能30%~50%,节省投资10%左右;对老厂改造而言,通常可节能20%~35%,改造投资的回收年限一般0.5~3年;水夹点技术在炼厂和化工厂中的应用可节水20%~30%,目前夹点技术己得到广泛应用,数学规划法、人工智能专家系统目前正在开发之中,其用于能量系统优化尚有一定距离。
六、加强资源利用
合理利用炼厂气(含轻烃和氢),如用吸收-解吸法回收C3
以上组分,用膜分离法回收有机蒸气组分及氢,用变压吸附法回收氢。回收利用“三废”(废渣、废水、废气),降低单位产值的能耗,间接达到节能目的。寻找石油替代能源,包括以煤代油、以气代油、以焦代油,例如采用水煤浆替代锅炉燃料;充分利用高硫石油焦,建设循环流化床锅炉(CFB),替代燃油锅炉;利用炼厂气和天然气资源,替代炼厂制氢用轻油原料和发电产的锅炉燃料。优化燃料结构,减少作为燃料的石油用量,将替换出的石油资源用来生产石化产品,提高整体效益。