煉油廠的蒸餾車(chē)間節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

塔里木油田石化分公司 王元政 劉安全

煉油廠的蒸餾車(chē)間節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

塔里木油田石化分公司 王元政 劉安全

原油蒸餾車(chē)間是煉油廠中能耗最大的工段,蒸餾節(jié)能是煉油工業(yè)發(fā)展的必要手段和必然趨勢(shì)。本文從采用新技術(shù),改進(jìn)工藝過(guò)程,采用各種新型、高效、低耗設(shè)備,降低能耗等多個(gè)方面介紹了當(dāng)前蒸餾技術(shù)節(jié)能降耗的措施,并對(duì)煉油企業(yè)在進(jìn)行原油蒸餾裝置節(jié)能改造的前景趨勢(shì)進(jìn)行了展望,要求蒸餾節(jié)能必須跟進(jìn)國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展最新動(dòng)態(tài),采用先進(jìn)的工藝設(shè)備和現(xiàn)代化管理控制系統(tǒng),將煉油廠裝置作為整體進(jìn)行過(guò)程能量組合優(yōu)化。

煉油廠蒸餾裝置常減壓工藝現(xiàn)狀趨勢(shì)

煉油工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一,是能耗最大的加工業(yè)。由我國(guó)石油的消費(fèi)量逐年遞增,但利用效率仍遠(yuǎn)低于先進(jìn)國(guó)家的現(xiàn)狀,可見(jiàn),我國(guó)在降低煉油企業(yè)能耗方面仍需加強(qiáng)科技攻關(guān)。原油蒸餾是原油加工的第一道工序,原油必須經(jīng)蒸餾分離成各種油品和下游加工裝置的原料。煉油過(guò)程中40%～70%的能耗用于分離,而蒸餾能耗就占其中的95%,已成為煉油廠中消耗量最大的工序。所以,采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù),降低蒸餾過(guò)程能耗是技術(shù)創(chuàng)新的客觀要求,對(duì)降低行業(yè)能耗,提高工業(yè)水平,能源持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。

一、目前采用的節(jié)能措施

目前煉油工業(yè)蒸餾過(guò)程的節(jié)能一般從改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程,對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行高效低耗改造等方面著手,充分利用工藝過(guò)程的能量,減少工序本身耗能,提高蒸餾系統(tǒng)的節(jié)能效率。

(1)過(guò)濾法對(duì)原油脫鹽。原油常減壓蒸餾裝置是蒸餾工藝的關(guān)鍵裝置,電脫鹽是常減壓蒸餾的第一道工序,其電脫鹽工藝是煉油廠降低能耗、減輕設(shè)備結(jié)垢和腐蝕、減少催化劑消耗及改善產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝過(guò)程,并直接關(guān)系到煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)過(guò)濾技術(shù)對(duì)原油進(jìn)行深度脫鹽脫水,是一種對(duì)乳化原油破乳的新手段。選擇一種良好的固體吸附劑作為過(guò)濾材料,并制成破乳過(guò)濾柱。用這種過(guò)濾材料對(duì)原油進(jìn)行脫鹽脫水,其過(guò)濾脫鹽工藝效果更佳,并且具有明顯的節(jié)電、節(jié)水、節(jié)省破乳劑的效果。

(2)強(qiáng)化技術(shù)提高拔出率。常減壓渣油中含有5%～7%的輕組分油,通過(guò)常減壓蒸餾裝置將其拔出的效率是衡量其技術(shù)水平的一個(gè)重要指標(biāo)。提高拔出率的技術(shù)手段有許多,如優(yōu)化塔的操作、改進(jìn)抽真空系統(tǒng)、改進(jìn)塔內(nèi)構(gòu)件、優(yōu)化加熱爐內(nèi)兩相流動(dòng)狀態(tài)等。除此之外,采用強(qiáng)化蒸餾新工藝提高原油蒸餾拔出率近年來(lái)受到人們廣泛關(guān)注。加入活化劑強(qiáng)化原油蒸餾,從根本上提高輕質(zhì)油的拔出率,從而更加合理的利用寶貴石油資源,為煉油企業(yè)帶來(lái)效益。用氣相色譜模擬蒸餾技術(shù)進(jìn)行了輕質(zhì)原油混煉油加劑強(qiáng)化蒸餾實(shí)驗(yàn),在試驗(yàn)中考察了活化劑種類、添加量對(duì)混煉油粘度對(duì)拔出率的影響。結(jié)果表明,加劑強(qiáng)化蒸餾可以提高輕質(zhì)原油混煉油的拔出率,經(jīng)色譜模擬蒸餾篩選出的活化劑及其適宜的添加量下,混煉油的拔出率凈增值可達(dá)2%～3%。常減壓蒸餾裝置采用強(qiáng)化技術(shù),不必改動(dòng)原有工藝和操作條件,只需增加添加劑的加入混合裝置,投入少,見(jiàn)效快,效益高,對(duì)設(shè)備、產(chǎn)品及環(huán)保無(wú)不良影響,具有工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng),是一項(xiàng)適合我國(guó)國(guó)情的重油加工新技術(shù)。

(3)提高熱回收率。原油蒸餾過(guò)程中需要回收大量余熱,并對(duì)低溫?zé)崃窟M(jìn)行冷凝。換熱器和冷凝冷卻器的選用對(duì)節(jié)能至關(guān)重要,提高冷換設(shè)備的換熱效率、減少換熱面積能夠有效提高熱量使用效率。另一方面,冷熱交換儀器耗費(fèi)的鋼材也占工藝設(shè)備鋼材總用量的20%～30%,改進(jìn)裝置對(duì)節(jié)約鋼材和投資、減少能耗具有重要意義。因此近幾年我國(guó)原油蒸餾主要采用螺紋管換熱器,它應(yīng)用在原油蒸餾裝置中,可有效地節(jié)省建設(shè)投資,使裝置在換熱器的投資上降低了25%。

(4)提高柴汽比。柴汽比是衡量煉油廠產(chǎn)品是否滿足市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)之一,經(jīng)測(cè)算數(shù)據(jù)顯示,柴汽比每提高0.1,汽柴油消費(fèi)量可減少l%以上,因此,提高柴汽比具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家,應(yīng)鼓勵(lì)多消費(fèi)柴油。提高柴汽比的重點(diǎn)在煉油廠提高常減壓蒸餾裝置的分離精度,盡可能多地將柴油撥出來(lái)。將柴油餾份盡可能全部從常壓塔拔出,不僅可以降低減壓爐負(fù)荷,改善減壓塔操作,對(duì)提高裝置平穩(wěn)率和節(jié)能降耗起到了至關(guān)重要的作用,而且與目前石化行業(yè)調(diào)整油品結(jié)構(gòu)提高柴汽比的大方向相契合,在節(jié)能事業(yè)上具有深遠(yuǎn)的意義。

(5)提高加熱爐效率。加熱爐是主要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備,通過(guò)加熱爐進(jìn)行轉(zhuǎn)換和消耗的能量大約占到煉油廠綜合能耗的30%以上。提高加熱爐熱效率和熱負(fù)荷已成為挖潛增效的主要措施應(yīng)及時(shí)采取,例如開(kāi)發(fā)應(yīng)用各種型式的空氣預(yù)熱器,加強(qiáng)煙氣熱回收,減少排煙熱損失,配置余熱鍋爐;采用高效監(jiān)測(cè)儀表,實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制管理;廣泛應(yīng)用陶纖襯里等隔熱材料,減少散熱損失;開(kāi)發(fā)和應(yīng)用高效率大能量燃燒器,采用降低過(guò)?？諝庀禂?shù)和減少霧化蒸汽量的技術(shù)措施;采用多種型式的擴(kuò)面管和各種除灰技術(shù)等。

二、蒸餾工藝節(jié)能發(fā)展趨勢(shì)

原油蒸餾是石油加工中最基本和最原始的工藝過(guò)程,但其技術(shù)改造工作大有可為。關(guān)鍵是要結(jié)合各自的工藝特點(diǎn)和裝置現(xiàn)狀,從大處著眼,從小處著手,綜合考慮才能達(dá)到改造目的。走向21世紀(jì)的原油蒸餾技術(shù)正面臨新的變革,以節(jié)能為先導(dǎo),將在以下方面取得重要進(jìn)展。

(1)積極開(kāi)發(fā)節(jié)能新技術(shù)、新工藝、新能源。為了未來(lái)的節(jié)能策略,需要開(kāi)發(fā)并推廣多種新型蒸餾節(jié)能的理論和技術(shù),從能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、回收和利用環(huán)節(jié)出發(fā),搞好總體優(yōu)化用能,提高能源利用效率。①推廣窄點(diǎn)分析技術(shù)在常減壓蒸餾裝置上的應(yīng)用,已成為過(guò)程用能優(yōu)化組合的核心技術(shù)。窄點(diǎn)分析可在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段確定所能達(dá)到的最好能量與換熱面積策略,采用窄點(diǎn)技術(shù)的節(jié)能率平均可達(dá)20%～40%。應(yīng)用窄點(diǎn)技術(shù)也可進(jìn)行項(xiàng)目改造,達(dá)到比傳統(tǒng)方法要明顯短的投資回收期,實(shí)現(xiàn)增加煉油廠生產(chǎn)能力與降低能量消耗的目標(biāo)。②利用常減壓梯級(jí)蒸餾節(jié)能技術(shù)對(duì)舊常減壓裝置進(jìn)行改造,主體設(shè)備基本可利舊不變或移位使用,設(shè)備利舊率高,顯著提高裝置的原油加工能力,設(shè)備投資小,施工周期短,節(jié)能效果相當(dāng)可觀。如用于新裝置設(shè)計(jì),則可減小主體設(shè)備規(guī)模,節(jié)約投資,經(jīng)濟(jì)效益顯著。③努力開(kāi)發(fā)和利用節(jié)能新工藝,如熱泵蒸餾、熱耦蒸餾、多效蒸餾、催化蒸餾等。在煉油廠烯烴轉(zhuǎn)化方案中選用推廣新型催化蒸餾技術(shù),加快新催化劑、新化合溶劑的開(kāi)發(fā),減少工藝過(guò)程耗能,提高工藝過(guò)程能量利用率。差壓熱耦合蒸餾節(jié)能新技術(shù)則是通過(guò)將常規(guī)蒸餾過(guò)程分割為常規(guī)分餾和降壓分餾兩個(gè)塔,可以實(shí)現(xiàn)塔頂蒸汽與塔底再沸器的熱量耦合匹配,大幅度降低蒸餾過(guò)程的能耗。④加強(qiáng)現(xiàn)代節(jié)能理論和方法的研究和應(yīng)用,積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用能源從逐級(jí)利用技術(shù)和熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供技術(shù),提高燃料化學(xué)能、物流熱能和壓力能的利用率,突破燃機(jī)-加熱爐聯(lián)合系統(tǒng)。研制和采用高效、節(jié)能的新機(jī)械、新設(shè)備,如新型節(jié)能塔器、反應(yīng)器、加熱爐、分離器、換熱器和閥門(mén)、機(jī)泵等。

(2)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)、專家軟件。隨著信息技術(shù)與軟件的發(fā)展,以計(jì)算機(jī)為中心的現(xiàn)代化進(jìn)程控制技術(shù),成為當(dāng)代煉油廠節(jié)能增效、競(jìng)爭(zhēng)贏利的重要手段。①一方面生產(chǎn)裝置采用計(jì)算機(jī)控制設(shè)施以及各種先進(jìn)控制策略,可大大提高裝置設(shè)備的自動(dòng)化程度,可控制性加強(qiáng),精確度提高,節(jié)省人力物力的同時(shí)節(jié)減裝置能耗,安全平穩(wěn)操作,提高經(jīng)濟(jì)效益。主要體現(xiàn)在加熱爐節(jié)能控制和生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能控制上,可嘗試應(yīng)用微機(jī)和可編程調(diào)節(jié)器進(jìn)行支路平衡控制和燃燒約束控制。用微機(jī)預(yù)計(jì)與手動(dòng)控制對(duì)比,控制可有效提高熱效率。煉油生產(chǎn)裝置的過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、巡回檢測(cè)、超限報(bào)警、設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制和開(kāi)環(huán)指導(dǎo)等方面,應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)也能發(fā)揮其作用。②另一方面要推廣一體化設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用以及專家系統(tǒng)軟件的發(fā)展。大型化工軟件商業(yè)化越來(lái)越多,靜態(tài)模擬軟件已成為化學(xué)工程師的基本設(shè)計(jì)與優(yōu)化工具,動(dòng)態(tài)模擬軟件也開(kāi)始在一定范圍內(nèi)風(fēng)行。采用節(jié)能增效的自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù),過(guò)程控制加快采用分布式控制系統(tǒng),并使投用的分布式控制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集、顯示、報(bào)警功能,向先進(jìn)控制和優(yōu)化控制演化,使生產(chǎn)裝置和輔助設(shè)施的運(yùn)營(yíng)真正取得安全運(yùn)行、平穩(wěn)操作、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)相協(xié)調(diào)的效益。

(3)常減壓設(shè)備大型化。蒸餾過(guò)程的大型化是煉油工業(yè)分離過(guò)程發(fā)展的必然趨勢(shì)。開(kāi)展蒸餾過(guò)程的大型化研究、過(guò)程節(jié)能及工程化應(yīng)用,并以此理論和節(jié)能策略為基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)低液面梯度技術(shù)、氣液均勻分布技術(shù)、抗堵塞技術(shù)以及與此配套的一系列塔內(nèi)件技術(shù),能夠形成關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)集成,顯著降低過(guò)程能耗,極大地提高設(shè)備效率、顯著降低能耗、大量減少?gòu)U物排放,對(duì)提升行業(yè)的技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)國(guó)際先進(jìn)水平的規(guī)模效應(yīng)具有顯著的推動(dòng)作用。

(4)綜合節(jié)能系統(tǒng)。全廠節(jié)能系統(tǒng)綜合優(yōu)化,利用過(guò)程能量組合,即把工藝過(guò)程作為整體進(jìn)行優(yōu)化。如原油蒸餾和流化催化裂化的聯(lián)合,在直接利用油漿時(shí),其增加的面積大約為用蒸汽(間接利用)時(shí)需增加的面積的一半,并且具有有利的投資回收期。在節(jié)能改造中,對(duì)挖掘降低工藝總用能、增加全系統(tǒng)回收熱量潛力和提高部分單元設(shè)備的熱轉(zhuǎn)換效率,必須進(jìn)行綜合考慮,才能取得應(yīng)有的效果。例如對(duì)于填料塔,有了性能良好的填料,還必須有綜合性能優(yōu)良的氣液分布器與之匹配,才能保證放大效應(yīng)不明顯。在工業(yè)裝置改造中,改造加熱爐,增加回收煙氣熱量的換熱面積時(shí)也要同時(shí)關(guān)注提高加熱爐的效率,充分研究工藝過(guò)程節(jié)能措施。否則節(jié)能措施與生產(chǎn)能力不匹配,就會(huì)影響改造效果,造成設(shè)備、資金等的浪費(fèi)。

(5)改造常減壓蒸餾塔。應(yīng)用高效規(guī)整填料改造常減壓蒸餾塔是目前國(guó)內(nèi)外的研究方向。改造常減壓蒸餾塔是原油蒸餾過(guò)程的核心設(shè)備,塔內(nèi)傳質(zhì)構(gòu)件即塔板、塔填料,是油品分餾塔最關(guān)鍵的部件,對(duì)于一個(gè)操作方案已定的分餾塔,塔內(nèi)傳質(zhì)構(gòu)件選用是否得當(dāng),直接關(guān)系著能否保證產(chǎn)品質(zhì)量,發(fā)揮設(shè)備潛力,提高輕油收率,高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗地完成各項(xiàng)任務(wù)?，F(xiàn)代蒸餾裝置填料塔逐步取代大部分大型板式塔,規(guī)整填料具有壓降低、傳質(zhì)效率高、處理量大、放大效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。采用全規(guī)整填料技術(shù)對(duì)加氫分餾塔和穩(wěn)定塔進(jìn)行技術(shù)改造,在工藝流程的計(jì)算機(jī)模擬和流體力學(xué)性能核算的基礎(chǔ)上提出了具體改造方案。分餾塔內(nèi)的回流量是工藝條件中最關(guān)鍵的因素,分餾塔的回流比可以通過(guò)優(yōu)選方法求得最佳值。

我國(guó)煉廠規(guī)模雖有日新月異的迅猛增長(zhǎng),但與國(guó)外煉油水平相比仍有很大差距,行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整任重道遠(yuǎn),煉油廠蒸餾車(chē)間進(jìn)行節(jié)能改造的新技術(shù)新工藝層出不窮。為此,我國(guó)十一五規(guī)劃建設(shè)了十幾套千萬(wàn)噸級(jí)的常減壓蒸餾裝置,并以此作為國(guó)家的重大能源戰(zhàn)略。未來(lái)幾年,隨著煉油裝置結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整,大型常減壓蒸餾裝置還將得到進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)挖掘降低工藝總用能、增加全系統(tǒng)回收熱量潛力和提高部分單元設(shè)備的熱轉(zhuǎn)換效率,必須進(jìn)行綜合考慮,才能取得應(yīng)有的效果。

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