精對苯二甲酸項目的節能評估及建議

汪英枝

(中國昆侖工程公司，北京100037)

“十二五”期間，我國制定了節能減排目標，即單位GDP能耗下降16%、主要污染物排放總量下降8% ～10%［1］。目前，我國能源供需形勢嚴峻，節能目標任務艱巨，大氣污染防治壓力加大，國家陸續出臺一系列措施，如制定《精對苯二甲酸(PTA)單位產品能源消耗限額》等30項國家強制標準，淘汰高耗能生產企業，控制能源消費總量，推進生態文明建設，確保實現規劃目標。節能評估是根據國家現行的法律法規、標準及規劃，對項目的能源利用是否科學合理進行分析評估。2010年4月，國家發展和改革委員會發布《固定資產投資項目節能評估和審查暫行辦法》、《固定資產投資項目節能評估工作指南》等。固定資產投資項目節能評估按照項目年能源消費量實行分類管理，百萬噸級PTA項目能源消費量大于87 924 GJ/a(3 000 t/a標煤)，需要編制節能評估報告。

1 節能評估依據

1.1 國家現行法律法規

包括與項目所屬行業有關的國家、地方法律、法規;與項目相關的國家“十二五”規劃、行業規劃、廠址所在地區域發展規劃。

1.2 行業準入條件與產業政策

明確與項目相關的行業準入條件，定位屬于鼓勵類、限制類還是禁止類，投資項目應屬鼓勵類。產業政策主要包括節能、節水政策大綱、技術推廣目錄等，如第六批《國家重點節能技術推廣目錄》見2013年12月國家發改委發布的【2013】45號公告。

1.3 相關節能標準規范

包括與項目相關的用能品種、用量、節能品種的標準規范、產品能耗限額標準、設備(產品)能效標準、耗能計算標準等。節能評估能耗計算主要按照《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2008)［2］和《石油化工設計能耗計算標準》(GB/T 50441—2007)［3］的要求進行。

2 PTA項目用能分析

以1 200 kt/a PTA裝置及其配套公用工程設施為例，對該項目能源結構、用能品種、用能點、用能量進行用能分析。

2.1 主要供能及用能系統

以廠址紅線為界限，外部進入紅線的能源(不在投資建設之內)為項目所需要的外供能源。本項目外供的能源主要有水、電(部分)、煤。水通過開發區綜合給水站提供生活水、生產原水;項目所用電來自開發區電網;煤用于自建的熱電聯產燃煤鍋爐。

界區內裝置消耗能源主要有:水(生活水、生產水、除鹽水、循環冷卻水、消防水)、電、蒸汽(高壓、中壓、低壓)、工藝壓縮空氣、儀表壓縮空氣、氮氣等。其中熱電聯產裝置負責向項目的PTA生產裝置、輔助生產設施和公用工程裝置提供各

種等級的蒸汽及部分電力。

2.2 能源消耗量

PTA裝置用能工段有:氧化工段和精制工段。氧化工段包括空氣壓縮、氧化反應、對苯二甲酸(TA)結晶、TA固體分離、廢氣處理和溶劑回收等單元。精制工段包括漿料調配、PTA加氫精制和結晶、固體分離、干燥和產品風送及貯存等單元。輔助生產設施包括中央控制室、中心化驗室、原料罐區、成品庫、輔料倉庫、制氫裝置等。公用工程主要消耗能源的有熱電聯產裝置、海水泵站、污水處理站等。1 200 kt/a PTA項目用能主要為煤、電、水，其中水5 336 000 m3/a(用于PTA裝置，除鹽水站、罐區及其他)，煤768 kt/a(用于熱電聯產裝置的蒸汽制備、發電)，電80 GW·h/a(用于PTA生產裝置開車時用電，配套公用工程部分)［4］。

2.3 主要用能設備的節能評估

用能設備的節能評估需要分析主要設備的選型、配置是否科學合理，設備能效指標是否達到先進水平，還需附上主要用能設備能效評價計算書［5］。PTA裝置主要耗能設備有:工藝空氣壓縮機組、溶劑脫水塔再沸器、加氫精制漿料預熱器等，主要設備用能情況如下:

(1)工藝空壓機組

項目工藝空壓機選用“四合一”機組(空壓機+汽輪機+尾氣膨脹機+電動機/發電機)，其中汽輪機將氧化反應副產的低壓、超低壓蒸汽充分利用，膨脹機將高壓催化焚燒裝置(HPCCU)排出的氧化尾氣溫度由約150℃下降到約100℃，熱量需進一步回收。PTA裝置正常生產時，空壓機不需要外供蒸汽和電，而且電機還可以發電輸出，因此PTA主裝置電消耗為0，節能效果比較明顯。

(2)溶劑脫水塔再沸器

本項目溶劑回收采用共沸精餾，脫水塔為填料塔(高效規整填料)，塔的效率比較高，塔的直徑和塔高大大降低，溶劑脫水塔再沸器為虹吸式列管換熱器，熱源來自氧化反應器頂部第二冷凝器副產的低壓蒸汽(0.35 MPa，148℃)，蒸汽用量為224 t/h，正常生產時不需要外供蒸汽，系統利用裝置廢熱，充分體現了能源的循環利用。

(3)加氫精制漿料預熱器

采用8臺預熱器，第一預熱器采用第四結晶器產生的蒸汽加熱，第二預熱器采用第二結晶器產生的蒸汽加熱第五級預熱器后的蒸汽凝液加熱，第三預熱器采用第三結晶器產生的蒸汽加熱，第四預熱器采用第一結晶器產生的蒸汽加熱第六級預熱器后的蒸汽凝液加熱，第五預熱器采用第二結晶器產生的蒸汽加熱，第六預熱器采用第一結晶器產生的蒸汽加熱，第七、八級預熱器采用熱電聯產裝置提供的高壓蒸汽加熱。該項目漿料預熱系統充分利用結晶器閃蒸的各級蒸汽及其一次利用后的蒸汽凝液，大大減少了外供蒸汽的耗用量，蒸汽的利用效率也得到了提高。

2.4 綜合能耗分析

項目節能評估需要對裝置和項目、單位產品、單位產值綜合能耗等分別進行計算及分析。

綜合能耗是指用能單位在統計報告期內實際消耗的各種能源實物量，按規定的計算方法和單位分別折算后的總和。對工程項目，綜合能耗指統計報告期內，主要生產系統、輔助生產系統和附屬生產系統的綜合能耗總和。

單位產品綜合能耗(ep)計算公式:式中:Ep為能耗體系的能耗;Gp為能耗體系的進料量或合格產品量。

單位產值綜合能耗(eg)計算公式:

式中:E為綜合能耗;G為統計報告期內產出的總產值或增加值。其中工藝空壓機配置為“四合一”機組(汽輪機+空壓機+尾氣透平+電機)，裝置正常生產時發電機可發電，副產電力用于PTA裝置用電設備，裝置不需外供電力，裝置電耗為0。

從表1可看出，按GB/T 50441—2007折算，PTA裝置單位產品綜合能耗為5.18 GJ(折算為123.8 kg標油或 176.9 kg標煤)。

表1 PTA裝置單位產品綜合能耗Tab.1 Comprehensive energy consumption of PTA plant

全廠單位產品綜合能耗按照GB/T 50441—2007和GB/T 2589—2008折算見表2和表3。

表2 基于GB/T 50441—2007折算全廠綜合能耗Tab.2 Convert of comprehensive energy consumption for PTA plant according to GB/T 50441—2007

表3 基于GB/T 2589—2008標準折算全廠綜合能耗Tab.3 Convert of comprehensive energy consumption for PTA plant according to GB/T 2589—2008

從表2和表3可知，不同標準的折標系數有所不同，計算能耗有所差異。標準GB/T 50441—2007中電力折算為等價值，反映實際能耗;而標準GB/T 2589—2008中僅給出電力折算當量值，電力折算等價值要求“按當年火電發電標準煤耗計算”，且折標系數不全，缺少各種壓力等級的蒸汽(僅一種低壓蒸汽)折標系數，缺少不同規格除鹽水折標系數，對于用能品種較多的裝置來說，不能滿足測算要求。另外，GB/T 50441中電力折算等價值為2005年的火電發電煤耗，2013年電力折算等價值應為0.225 kg標煤/kW·h。對于沒有設置污水處理裝置的項目或生產污水僅作預處理，沒有達到國家排放標準的項目，排放的污水需要計入能耗，折標系數可參考 GB/T 50441—2007。

該項目所在地2010年國內生產總值5 158.1億元，建成投產后年銷售收入184億元，占所在地區GDP的3.56%;所在地區2010年工業生產增加值2 306.1億元，投產后工業生產增加值為38.5億元，占所在地區工業生產增加值的1.67%。所在地區2010年單位GDP能耗為35.12 GJ(折合1.2 t標煤)，項目2012年底投產，可實現工業生產增加值43.7億元，單位產品能耗6.77 GJ(折合162 kg標油)，低于所在地區GDP能耗。

2.5 綜合能耗評估

2.5.1 能源加工轉換情況

根據項目能源消費情況，本項目能源加工、轉換、利用見圖1。

圖1 PTA項目能源轉換方法Fig.1 Schematic diagram of energy transfer in PTA project

按照國家規定的節能工程方案要求，單臺容量10 t/h以上(含10 t/h)及運行4 000 h/a以上(含4 000 h/a)的工業鍋爐，應實行熱電聯產。本項目所需要的能源主要是煤，采用熱電聯產裝置，配置4臺燃煤鍋爐，生產時3開1備提供全廠所需蒸汽和電力。熱電聯產裝置用煤量為768 000 t/a(折合524 434 t/a標煤)，產品PTA消耗量為9.37 GJ/t(320 kg/t標煤)，煤經燃燒轉換成電96 MW/t，供附屬裝置和配套公用工程、熱電聯產裝置所用;鍋爐產生的9.9 MPa高壓蒸汽224 t/h和1.0 MPa低壓蒸汽80 t/h，主要供PTA裝置用。

2.5.2 綜合能耗評估

根據天津市《PTA裝置單位綜合能耗計算方法及限額》(DB 12046.27—2008)，單位PTA 產品綜合能耗限額值為4.72 GJ(173 kg標煤/t)，本項目單位產品綜合能耗為123.8 kg標油，低于限額值，同時也低于全國PTA行業清潔生產評價指標基準值的限額值5.6 GJ(134 kg標油/t)。

從表4可知，該項目PTA裝置綜合能耗為5.18 GJ/t(123.8 kg/t標油)，與國內同類裝置相比，屬近年來國內PTA裝置先進技術之一。

表4 國內PTA裝置綜合能耗比較Tab.4 Comparison of comprehensive energy consumption for PTA plants in China

3 幾點建議

百萬噸級PTA項目的節能評估要明確項目界區的劃分，要熟悉整個工程項目外部條件、子項組成及其關聯性，對項目的工藝技術、工藝流程、物料性能、物性參數、能耗構成、物料平衡、能量平衡、節能措施等融會貫通，還要了解配套公用工程設施、用能來源及交接點條件等。

PTA項目的節能評估能耗計算主要按照《石油化工設計能耗計算標準》(GB/T 50441—2007)和《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2008)的要求開展。因不同標準，折標系數有所不同，計算能耗有所差異。GB/T 50441—2007中電力折算為等價值，比較合理(等價值應是動態的，每年由電力部門公布數據);而GB/T 2589—2008中電力折算給出當量值，且折標系數不全，對于用能品種較多的裝置來說，應參照GB/T 50441補充有關系數。

節能評估需要分別對生產裝置和全廠綜合能耗進行測算。通常對不同裝置進行能耗對比時，宜采用GB/T50441;與宏觀經濟相關的能耗計算，宜采用GB/T 2589。為便于全面評價項目能耗，最好按上述兩個標準分別對項目和裝置的能耗進行測算。因項目廠址、依托條件不同，能源加工利用方式不同，通常全廠綜合能耗會大于裝置綜合能耗。

PTA裝置主要用能設備之一是工藝空壓機組，在對空壓機組作能量平衡計算和能效評價時，需要同時考慮氧化反應器頂部冷凝器副產蒸汽的回用合理性，還要考慮尾氣膨脹機動力來源尾氣催化焚燒裝置，并分開車、停車、正常運行3種工況進行計算。2套整裝單元的計算復雜，受不同工況條件的交織和約束，要與供貨廠商取得聯系，才能作出客觀、合理的評估。

項目節能評估還要求對萬元產值綜合能耗測算，并與當地GDP能耗對比。

［1］ 楊潔.堅持不懈抓好節能減排積極推進生態文明建設［R］.中國節能減排產業發展報告，2012，16－17.

［2］ 綜合能耗計算通則［S］.GB/T 2589—2008.

［3］ 石油化工設計能耗計算標準［S］.GB/T 50441—2007.

［4］ 汪英枝.百萬噸級PTA裝置及其配套設施節能評估報告［R］.2011.3.

［5］ 謝極，徐志強，陸新明，等.固定資產投資項目節能評估和審查工作指南［S］.2014，14.