塔里木石化分公司“十三五”節能減排技術研究

阿不都熱合木·托乎提 董泰斌 杜巖 任振東 姜濤

（中國石油塔里木油田公司石化分公司）

塔里木石化分公司為塔里木油田公司下屬副局級單位，位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒經濟技術開發區，占地面積396×104m2，主要生產及輔助設施有45×104t/a合成氨、80×104t/a尿素裝置，11×104kW燃機電站，2×800 m3/h（0℃，101.325 kPa）氮氣站，110 kV總變電所和35 kV變電站，390 m3/h化水站，100 m3/h污水處理廠，年過貨能力350×104t鐵路專用線及企業站等。其中，45×104t/a合成氨、80×104t/a尿素項目是新疆維吾爾自治區、中國石油集團公司重點建設項目，該項目于2010年5月19日建成投產。分公司作為化肥生產企業，是典型的能源消費大戶。因此，投產以來把節能減排作為重要工作來抓，取得了較好的成果；但隨著化肥價格持續走低，天然氣價格上漲，成本壓力進一步加大，對節能減排工作提出了更高的要求。如何做好節能減排工作、挖潛增效、降低成本是擺在科技人員面前的課題。

1 “十二五”能源消費情況及節能減排工作開展情況

1.1 能源消費情況

塔里木石化分公司“十二五”和2016年期間的能源消耗情況見表1。

從表1可以看出，塔里木石化分公司作為合成氨和尿素生產企業，每年能源消費量超過50×104t/a標煤，是能源消費大戶；因此，該公司非常重視節能減排和技術改造、節能節水項目的實施。

1.2 節能減排工作開展情況

1.2.1 加強節能管理制度建設

按照“依法依規治企”的理念，加強節能制度建設，結合節能管理實際情況，梳理修訂制度流程，組織責任人開展流程制度的學習和培訓，按照工作流程、崗位職責開展節能工作。2014年修訂并發布《能源計量與節能管理工作流程》、《分公司一級計量管理辦法》等8個節能計量管理流程和制度。

1.2.2 建立對標評價體系 持續改進各項指標

塔里木石化分公司圍繞“國際先進化肥企業”的奮斗目標，在廣泛調研國際國內先進化肥企業、多次組織各單位討論溝通的基礎上，制定了國際先進化肥企業評價標準。標準依據分值劃分了國際基本水平、國際水平和國際先進水平三個等級，設立了經營、質量、安全、生產、技術、設備、環保和信息化8項一級評價指標，進一步明確了國際先進化肥企業的指標分值、評價標準和方法，建立了涵蓋安全生產經營的評價體系，具有很強的指導性和操作性。分公司各單位以此為依據設定業績基本目標和挑戰目標，查找與國際先進水平的差距，貫徹問題處理“四步工作法”系統整改，持續改進各項指標。

1.2.3 開展目標管理 設立激勵指標

每年初自下而上制定技術能耗基本目標和挑戰目標，各生產單位通過努力實現自我控制，完成各項指標。分公司以明確的技術能耗業績指標進行獎懲兌現，將技術能耗指標納入到季度重點工作和業績考核中，將指標分解落實到生產部、班組和個人，激勵員工通過努力，不斷提升改善能耗指標，以達到節能降耗的目的。

表1 塔里木石化分公司“十二五”及2016年期間能源消費情況

1.2.4 深入對標全面定額 全員參與節能降耗

將能效對標從內部對標、外部對標深入開展到裝置單元以及主要能耗設備的對標，2014年開展了化肥裝置主要能耗設備用電、裝置保溫伴熱效果等專項對標工作。全面開展定額管理，在年初制定各主要裝置能源消耗、生活能耗、污水排放等定額指標的同時，對裝置開停工能源消耗實施定額管理，注重節能的過程管理，精細化管理，從細節著手，降低裝置能源消耗。同時結合基層生產，通過五型班組、QC活動全員參與開展節能降耗，其中分公司2013年以來QC成果獲得了國家和省部級共18個獎項。

1.2.5 開展實施的節能項目和技術攻關

分公司針對裝置上存在的問題進行技術攻關和技術改造，在2011—2016年共實施節能節水減排項目29項，實現節能82 572 t標媒，節水 240.7×104m3，取得了很好的節能節水效果。2013年在全國石油和化學工業重點能耗產品能效領跑者標桿企業發布授牌頒獎儀式上，塔里木石化分公司榮獲合成氨產品能效領跑者標桿企業的稱號。2015年7月經中國氮肥工業協會第六屆常務理事會評選，分公司獲得“十二五”期間氮肥、甲醇行業節能減排先進單位。從2016年全國氮肥行業工作會議暨六屆二次理事會議上，分公司獲得“2015年度合成氨行業節能先進企業”稱號，并入圍國家工業和信息化部2015年度合成氨能效“領跑者”推薦企業。

2 裝置運行情況分析

對“十二五”及2016年期間的主要綜合能耗、物耗分析統計，能夠反映裝置運行狀況（表2）。

從表2可以看出，合成氨綜合能耗和氨耗都超過設計值，影響能耗高的原因是天然氣、脫鹽水、合成氨電耗、尿素中壓蒸汽等。

表2 “十二五”及2016年裝置平均綜合能耗、物耗單耗分析統計

3 “十三五”節能目標、節能減排潛力分析及綜合解決方案

3.1 “十三五”期間節能節水目標

按照塔里木石化分公司確定的戰略目標，“十三五”期間合成氨、尿素主要技術經濟指標達到國際先進水平即2020年達到國際先進水平，合成氨能耗低于30 GJ/t，尿素氨耗達到564 kg/t，國內排名第一。

3.2 節能目標

“十二五”及2016年運行指標與“十三五”目標偏差分析見表3。

表3 “十二五”及2016年運行值與“十三五”目標偏差分析

從表3可以看出，要完成“十三五”目標，必須降低合成氨綜合能耗，因此，需要對各生產單元、系統、裝置進行節能潛力分析。

3.3 節能節水潛力

3.3.1 按單元分析

1）快裝鍋爐單元：主要是煙氣高溫余熱回收、連排低溫余熱和排污水回收，爐子效率優化，給水泵冷卻水回收，電動機功率優化等。

2）轉變單元：主要是煙氣余熱回收、馳放氣預熱、爐子效率優化、高效溫度控制、保溫優化、煙道氣回收、快速熱態開車等。

3）脫碳單元：主要是K301優化、電動機功率優化、高效分離優化等。

4）甲烷化、高壓合成、壓縮、冷凍單元：主要是合成塔操作優化、尾氣回收、K411、K441運行優化、電動機功率優化等。

5）鍋爐給水和蒸汽發生系統單元：連排低溫余熱回收和排污水回收，拌熱優化、蒸汽放空優化回收、低壓蒸汽管網優化等。

6）循環水單元：水蒸汽回收、循環水泵余壓回收、排污水回收、管網優化等。

7）尿素放空單元：提高轉化率、放空氣回收等。

8）污水處理單元：污水再回用等。

3.3.2 按系統分析

1）水系統：水利用率優化、濃縮倍數優化、排污再優化、運行方式優化等。

2）蒸汽系統：蒸汽分級優化利用、拌熱優化、低溫余熱利用、排污利用、放空優化等。

3）電系統：停開或少開機泵等方法節省電力；其次，提高功率因數，采用節能設備和技術，提高能量轉換過程效率；最后，在新的電力平衡和需求格局下合理安排外購、電線路損失優化等。

4）氮氣系統：液氮裝置和變壓吸附制氮裝置運行評估優化。

5）放空系統：放空氣回收優化。

3.3.3 按裝置分析

1）合成氨裝置：開停車優化、機組運行優化、爐子運行、氨合成系統優化等。

2）尿素裝置：尿素合成優化、大顆粒清床周期優化、水平衡優化等。

3.4 綜合解決方案

采取“理念、管理、技術、機制”節能減排“四輪驅動”綜合解決方案。

3.4.1 理念節能減排

堅持“平穩是最大的效益、最大的節能”理念，通過規范化管理，做好安全、環保、質量、平穩等生產運行工作，最大限度地減少非人為停車或故障，為節能減排工作奠定扎實的基礎。

3.4.2 管理節能減排

繼續實施對標管理，引入能源管理評審，通過評審產生能源管理方案，對存在的問題進行“PDCA”模式整改，提高裝置整體能效水平。

3.4.3 技術節能減排

技術節能減排是通過先進的技術手段來實現節能的目的。具體可理解為：根據用能情況、能源類型分析能耗現狀，找出能源浪費的節能空間，然后依此采取對應的措施減少能源浪費，達到節約能源的目的。例如，節電技術：功率因數補償、閉環控制、能量回饋、相控調功、穩壓調流、電能質量治理等技術。

3.4.4 機制節能減排

在節能減排工作中對管理工作進行創新，積極引入節能服務機制，提供用能狀況診斷、節能項目設計、融資、改造（施工、設備安裝、調試）運行管理服務的專業化公司。采用能源合同管理機制，其優勢為在集團公司、油田公司減少投資的大背景下，分公司不用資金投入，即可完成節能技術改造（可獲得國家節能補貼，年節能10 000 t標煤以下500 t標煤以上），節能工程施工完畢，就可分享項目的部分節能效益，不承擔相關技術風險；項目投運不成功由節能公司負責二次投資，實現節能效果后才能獲得收益；項目合同期內節能公司負責項目運營（不承擔運營風險），合同結束后資產轉移給分公司繼續享受節能效益。

4 “十三五”期間的關鍵技術研究

4.1 合成氨煙道氣回收技術

采用哌嗪+MDEA混合溶劑吸收煙道氣中的CO2，二者的摩爾分數均為0.5%，吸收溫度為40℃，壓力為常壓，吸收塔塔板數為10塊；再生溫度為100℃，再生塔壓力為0.20 MPa，再生塔塔板數為12塊；煙道氣進入吸收塔的流量為54 000 m3/h，CO2回收率為85%，CO2純度為98%，每小時回收的CO2為 4 000 m3以上。

4.2 合成氨尾氣回收技術

尾氣中氫回收技術主要有中空纖維膜法、低溫冷凍法、變壓吸附法和水合物法。石油大學2012年為分公司進行了合成氨尾氣回收的研究，推薦采用PERMEA及其普里森氣體膜分離技術進行高純氫氣的提濃，處理經過氨洗塔之后的全部尾氣，參考的操作壓力為10 MPa，溫度為80℃（需要首先降溫到40℃以下），氫氣的回收率不低于60%，氫氣的摩爾分數大于98.5%，氫氣的壓力為5 MPa。如果需要實現氫氣的回收率為90%，必須采用二級膜分離，此時二級膜分離得到的氫氣的純度只能達到74%，而氣體的壓力只能達到2.5 MPa。整個裝置為撬裝設計，估計投資不超過800萬元。

4.3 高效合成、低能耗尿素工藝技術

中國五環工程有限公司開發了高效合成、低能耗尿素工藝技術。在14 MPa(G)下兩段合成，合成轉化率達62%，中壓蒸汽消耗降至噸尿素0.75 t，節能效果明顯。

4.4 水輪機技術

在保證原有設計條件和運行效果下，利用系統的富裕能量以水輪機取代風機電動機，將電驅動改為水力驅動節省風機電耗，可以省去風機發電動機和減速箱，大大降低冷卻塔的震動和燥聲，減少對環境的污染。

4.5 低溫余熱綜合利用技術

低溫余熱一般泛指50～200℃以下的工藝物流余熱，120℃以下的低壓蒸汽和450℃以下的煙氣余熱。隨著節能技術的深入發展，回收和利用低溫余熱，不僅可消除排熱污染，而且是開發二次能源的重要途徑。在目前分公司范圍內，存在一段轉化爐煙氣和快裝鍋爐煙氣余熱以及鍋爐連排余熱回收和排污回收。

4.6 新型高濃縮倍率循環水處理技術

該技術采用復合性配方高效水質穩定劑和固液分離器，具有良好的阻垢、緩蝕、預膜等作用，使工業循環冷卻水高濃縮倍數運行，補水量低于循環水量的1.2%。目前分公司補水量為循環水量的2.6%。

4.7 冷卻塔水蒸氣回收技術

使用該技術可實現冷卻塔水蒸氣回收再利用，減少系統補水量，回收率可超過80%。其回收裝置安裝在冷卻塔風筒內，煽頁下方除水器上方。由內置導風扇頁的吸氣罩與導風管連接，導風管從風筒內穿出與汽水分離器進汽口相連，回收水通過與汽水分離器出水口相連的排水管回收到冷卻塔蓄水器。

4.8 濃鹽水處理技術

ABR技術主要針對難降解COD（BOD5∶COD小于0.2）的特效菌群在高效載體上形成生物膜，利用入水中難降解COD作為維持菌群穩定性和生物活性的能量來源，ABR對難降解COD的去除率達61%。該技術用于化水裝置高濃度鹽水處理，其綜合水利用率可超過90%。

4.9 高效高濃度氨氮廢水處理技術

采用蒸汽汽提+精餾復合工藝流程，對氨氮排水進行汽提及精餾得到濃度為10%～20%的濃氨水、高濃度氨氣或液氨。該技術不僅可以實現廢水（氨氮質量濃度小于15 mg/L）達標排放，而且可以實現氨氮的資源化回收利用。主要設備有汽提精餾塔、塔釜儲液罐、塔頂冷卻器、回流罐、換熱器及循環泵。使用工況為：廢水氨氮質量濃度高于1 000 mg/L，出口達到排放標準，對分公司而言用于事故罐中高濃度氨氮廢水處理。

4.10 開工優化和放空氣回收技術

合成氨系統在開車過程中會有大量氫氮氣放空，給工廠造成巨大的經濟損失，將開車放空氣體回收利用，在放空出口新增管線及換熱器，將原放空天然氣降溫后回收到天然氣壓縮機進口或并到燃料氣系統，可有效地實現節能減排。優化開工方案，在開工過程中在開K431前，盡可能利用末站天然氣壓力，省略開工過程中K411的蒸汽耗量。

4.11 節電技術

包括變頻技術、無功補償技術、照明系統優化技術等。

4.12 爐子安全節能控制技術

煙氣綜合探測，通過數字式自動控制終端機在現場及時檢測燃燒尾氣，及時調整風量，精準計量調控燃空比，減少4%～10%燃料氣浪費，對運行數據進行匯總分析，及時預判和指導處理問題。數據可以在互聯網上自動監控。該技術可用于快裝鍋爐和一段爐。

4.13 系統優化技術

主要是針對氮氣系統進行優化，根據目前液氮裝置的運行情況、運行成本和合成氨裝置變壓吸附制氮裝置運行方式、運行成本進行評價后確定其運行模式，以及優化儀表風系統，通過優化實現小空壓機冬季停運。

4.14 大型機組運行優化技術

主要是針對K411/K431/K441/K101機組運行參數優化，其運行性能曲線處在合理狀態，實現節能降耗。

5 結束語

塔里木石化分公司“十三五”期間應繼續堅持“對標先進、管理規范；全面監控、定向挖潛；由主到次、先易后難”的節能工作思路，有計劃地實施節能節水技術，提高能源利用效率，打造國際化肥先進企業。