煉油過程節能降耗措施

常林杉，王園園

（盤錦浩業化工有限公司，遼寧盤錦124123）

在碳達峰、碳中和目標的影響下，能源消費正逐步向清潔能源過渡，預計到2030年，化石能源占總能源消費的比重將由2020年的84%降低到75%［1，2］。在此大環境下，石油煉制行業的競爭也將愈加激烈，尤其對于中小型煉油企業，隨著成品油產能過剩的危機逐漸加重，行業轉型升級發展是必然趨勢。降本增效、節能減排已成為煉油企業持續發展的重要主題。

文中以中小型煉油廠為對象，分別從能量優化、加熱爐提效、余熱回收、資源回收利用4個方面進行節能降耗措施研究，為煉油廠的降本增效、節能減排提供參考。

1 換熱網絡優化

2019年，國內石化行業能源消費量占全國能源消費總量的16.9%，煉油過程能源費用占總加工成本的40%～60%，因此能量的回收及再利用極為重要。熱能的回收主要是通過原油及中間產品及成品油之間的熱交換獲得的。

在各個油品加工裝置中，通常是原料油需要加熱，而成品油需要冷卻。合理匹配冷熱物流，提高系統的熱回收能力，減少輔助加熱和冷卻負荷，可以提高整個工藝裝置或過程中的能量利用的有效性和經濟性［3，4］。

換熱網絡系統的綜合方法包括數學規劃法、經驗規則法和夾點技術法。其中以夾點技術法在工程實踐中得到了應用，夾點技術的換熱器網絡綜合的首要目標是運用熱力學方法追求網絡系統的能耗最小，在實際應用過程中應堅持降低公用工程消耗和設備費用越低越好的原則。典型換熱網絡夾點技術溫—焓（T-H）圖見圖1。

圖1 夾點技術T-H圖

某煉油廠加氫裂化裝置由于裝置建設年代較早，工藝落后，能耗偏高，通過流程模擬軟件分析裝置內用能情況，采用換熱網絡夾點分析，提出2條優化路線，分別可節約裝置綜合能耗189.4 MJ/t原料和106.2 MJ/t原料，可根據實際實施難易程度進行選擇［5］。以加工能力為650×104t/a的某煉油廠為例，采用夾點技術對各裝置的換熱網絡進行優化，根據冷熱物流的物性參數繪制T-H圖，確定最小傳熱溫差和夾點位置，按照夾點之上不設冷公用工程、夾點之下不設熱公用工程和不跨夾點傳熱的原則，根據裝置實際進行改造。方案可節約冷公用工程22 300 kW，熱公用工程15 950 kW，提高經濟效益3 910萬元/a。

2 加熱爐提效

煉油生產用能最多的設備就是加熱爐，大部分加熱爐需要連續運行，由此消耗大量的燃料，因此加熱爐效率高低直接決定煉油過程的用能量大?。?］。對大多數中小型煉油廠來說，加熱爐效率低主要原因包括3點［7］。

（1）排煙溫度高，造成熱量損失嚴重，燃料消耗量較大；

（2）爐膛內氧濃度過低，燃燒不充分；

（3）部分加熱爐設備陳舊，效率下降。

加熱爐提效可從4個途徑考慮。

（1）配套煙氣余熱回收系統，通過高溫煙氣與空氣或低溫熱水等換熱來降低排煙溫度，將煙氣余熱轉移到其他介質中去。但排煙溫度不可過低，以免造成煙囪發生露點腐蝕；

（2）通過保溫材料可以減少熱量散失，通過涂漆等手段可以降低露點腐蝕對設備的損害；

（3）將加熱爐中空氣系數控制在一定精度內，避免發生爐膛內氧氣濃度過高或過低的狀況，氧濃度過高會導致排煙量增大，損失的熱量也隨之增多；

（4）配套高效節能型燃燒器，新型換熱器配置全套的風機、燃料控制調節系統、燃燒風量控制調節系統等，智能化程度較高，可基本杜絕燃燒過?；虿怀浞值那闆r，提高熱效率，可節省5%～10%的燃料用量。

某燃氣鍋爐房利用節能器，通過冷凝器+熱泵+循環水泵+空氣預熱器，充分利用鍋爐煙氣余熱，將煙氣總低溫余熱轉移至一網回水中，改造前后能量消耗情況見表1，該項目節約燃料氣145.72×104m3，鍋爐熱效率提高11.7%［8］。

表1 某鍋爐改造前后節能情況

3 余熱回收

重油加工裝置，如常減壓、催化裂化、延遲焦化等由于反應溫度較高，存在大量溫位介于120～200℃之間低溫熱源，根據工藝要求需要通過空冷或水冷設備進行冷卻，既浪費了低溫熱源的熱量，又增加了冷公用工程消耗［9～11］。

熱源利用主要包括3方面。

（1）上下游裝置聯合，將上游裝置高溫余熱直接供給下游裝置，例如柴油加氫裝置精制柴油空冷出裝置前溫度為190℃左右，可與硫酸汽提塔底凈化水換熱，降低塔底重沸器熱負荷，同時降低柴油空冷、水冷的負荷。此外，裝置間的熱直供料也屬于余熱回收技術，是指上游裝置產品不經過冷卻系統和罐區，直接輸送到下游裝置，降低了上游裝置的冷卻負荷和下游裝置的加熱部分負荷；

（2）余熱發電技術，該技術通過低沸點有機物吸熱膨脹和蒸汽做功冷凝實現熱能轉化為電能；

（3）建立熱媒水站，以低溫熱水為熱媒介回收裝置內的低溫余熱能量，升溫后的熱水可供給裝置、罐區、重油管線伴熱以及生活區取暖等。

某獨立焦化企業為解決內部能耗高的問題，采用了優化工藝路徑、引進先進技術裝備、實施焦爐煙氣余熱回收利用、甲醇副產蒸汽發電、管式爐節能改造等手段，各技術效益情況總結見表2。

表2 某獨立焦化企業改造方案效益情況

4 資源回收利用

4.1 氫氣的回收利用

隨著成品油指標的嚴格無害化，以及煉油向化工甚至精細化工的發展趨勢，氫氣作為原料資源的作用越來越重要[12]。目前比較成熟的氫氣回收技術包括變壓吸附（PSA）技術、膜分離技術和深冷分離技術。膜分離技術原理是在膜2側壓力差的推動下，利用氣體組分在分離膜中擴散系數的差異實現分離，相比較之下，膜分離技術可回收低濃度氫氣，且占地面積小、易操作、投資少，在工業中得到廣泛應用[13～15]。

4.2 水資源的回收利用

石油煉制過程用水量大，包括冷卻器用的循環水、加氫裝置注入的除鹽水、塔汽提用蒸汽、加熱蒸汽、焦化除焦水及裝置日常用水等。

水資源的回收利用可從3個方面入手。

（1）各裝置蒸汽出口凝結水、伴熱用蒸汽凝結水的回收利用；

（2）裝置間高效聯合，如硫酸裝置凈化水通常都直接送到水處理車間，經過處理后排放，處理費用較高且水資源流失嚴重，可將凈化水直接供給延遲焦化車間做除焦水、或者送到常減壓車間做電脫鹽用水。也可將酸性水汽提裝置凈化水回用至加氫高壓注水系統中［16］；

（3）塔的工藝操作采用干式操作，可以降低蒸汽用量。

例如，某煉油廠對單塔加壓側線抽出的酸性水汽提工藝進行節能優化，可節省循環水35 t/h，并降低裝置能耗的124.695 MJ/t［17］。共節約新鮮水150 t/h，節省費用252萬元/a；同時減少使用除鹽水15 t/h，節約除鹽水費用88.2萬元/a［18］。

5 結束語

煉油行業是高耗能行業，節能降耗是行業發展過程中降本增效的重要主題，與此同時，結合成品油市場需要的變化趨勢和碳達峰、碳中和目標的日益嚴格情況來看，煉油行業轉型升級也迫在眉睫，為了應對行業轉型升級發展趨勢和碳減排要求的雙重壓力，各煉油廠采取各種手段來減少能源的消耗，降低生產成本。具體節能降耗及碳減排措施可從換熱網絡優化、加熱爐提效、余熱回收、氫氣回收和水資源回收利用幾個方面進行，有效降低煉油廠能耗的同時提高經濟和環境效益。