1、2009年9月炼油技术与工程PETROLEUM REFINERY ENGINEERING 第39卷第9期能量耐用大型炼油厂能耗特点分析及节能措施探讨侯凯锋蒋荣兴严罅李志强中国石化工程建设公司(北京市100101)摘要：从近年来新建及改扩建的几个千万吨级大型炼油厂人手，分析了其设计能耗的特点，并对所取的节能措施进行了阐述、分析和讨论，对今后大型炼油厂的节能方向和节能工作提出了建议。关键词：大型炼油厂设计能耗能耗分析节能措施石油化工业既是重要的能源生产者，也是能源消耗的大户。认真贯彻“资源开发与节约并重，把节约放在首位”的国家节能总方针，完成“十一五”规划制定的节能减排目标，已经成为石油化工业最重
2、要、最紧迫的任务引。“十一五”规划期间，中国石化工程建设公司参与了我国多个新建及改扩建千万吨级大型炼油厂的设计和建设工作。设计过程中，十分注重节能减排，强化节能降耗意识，运用先进、成熟、可靠的节能技术和节能设备确保能量回收利用的先进性。1 大型炼油厂的设计能耗11加工流程及特点选择6个近期新建或改扩建且具有代表性的大型炼油厂进行分析。其中：A，B厂为新建千万吨级大型炼油厂；C，D，E，F厂均是由45 Mta改扩建至千万吨级的炼油厂。6个大型炼油厂的加工原油种类、产品方案见表1。可以看出，大型炼油厂加工流程具有如下特点：(1)加工原油趋于劣质化，设计原油基本都选择高硫中质或重质原油(API。低于
3、35，硫质量分数大于10)；(2)油品质量更加清洁化、优质化，汽油、柴油产品全部达到国标准质量质量要求，部分达到国质量标准要求；喷气燃料满足国家3号喷气燃料的指标要求；(3)增产高附加值产品：丙烯(聚丙烯)、混合二甲苯和优质乙烯裂解原料等高价值产品，使炼油厂向油化一体化或油化纤一体化的综合性炼化企业发展；(4)二次加工装置的增多提高了原油加工的深度，但同时也增加了加工流程的复杂程度。表1 大型炼油厂的加工原油、产品方案Table 1 Crudes and products of refineries注：A J重油加工路线为重油加氢+催化裂化；B，C，F J为延迟焦化；D厂为溶剂脱沥青；E厂为延
4、迟焦化+催化裂化。12设计能耗统计以上6个大型炼油厂的全厂设计能耗分项汇总见表2H o。13设计能耗特点131 全厂加工流程的复杂性导致设计能耗的增加能量因数是衡量炼油厂装置构成复杂性的一个主要参数。新建的A，B两厂的能量因数分别达到828和778，远高于中国石化炼油企业的平均能量因数6021；而改扩建后的C，D，E，F收稿日期：20080605。作者简介：侯凯锋，高级工程师，2000年毕业于清华大学化学工程系，获工学博士学位。现在该公司从事炼油厂的前期规划及工厂设计工作。联系电话：01084877153，Email：houkaifengseiconcn万方数据第9期 侯凯锋等大型炼油厂能耗特
5、点分析及节能措施探讨厂，增加了多套二次加工装置，也加大了炼油厂能 数能耗都低于中国石化炼油企业的平均值51498量因数。如c厂能量因数为687，较现有能量因 MJ(t能量因素)，接近并达到了国外炼油能耗数(510)增加了177个单位4|。但单位能量因 先进水平39775 MJ(t能量因数)5|。表2大型炼油厂的设计能耗汇总Table 2 Summary of energy consumption data dasigned for large refineries炼油厂 A B C D E F加工规模Mta。1 8O 100 125 。120 80 10O全厂综合能耗lgtJt。 3 5504
6、 3 1338 2 9006 2 4409 3 0568 3 2783全厂能量因数 828 778 687 618 660 677单位能量因数黼哪(t能量因数一142705 40277 42245 39482 46306 48399装置能耗占全厂综合能耗比例， 8955 8815 8517 8855 8561动力系统单耗燃料kgt。1 32。96 3154 2860 2476 1894 2665电kWt_l 7802 7123 6074 6886 5214 6338：蒸汽kgt 8543 2648 756 8825 15392新鲜水tt079 048 033 048 091 055催化烧焦kg
7、t1 3143 2058 619 960 3298 2181炼油厂能量因数的增大，表明全厂加工流程趋于复杂。原因在于新建及改扩建大型炼油厂在追求经济效益最大化的设计理念下，为满足劣质原油加工、产品质量升级和增产高附加值产品的需求，提高了原油加工深度，扩大了二次或三次加工装置的规模，提高了反应苛刻度。在实现原料深度转化和产品升值的同时，必然会增加全厂加工流程的复杂程度。132 加工技术路线选择对设计能耗影响很大加工技术路线的选择是根据原油性质和产品要求，综合考虑投资、效益和环境保护等因素进行优化而确定。其中，重油加工是全厂加工技术路线的核心。目前比较成熟的技术分为两大类：一是加氢路线；二是脱碳路
8、线。前者主要是各种加氢处理技术，普遍常用的有固定床渣油或重油加氢处理技术，后者则主要包括重油催化裂化、延迟焦化和溶剂脱沥青等技术。原油利用上，加氢路线较脱碳路线的重油转化深度高，轻质油收率高，资源利用率高；能量消耗上，加氢路线由于反应条件苛刻，氢耗量大，流程复杂，能量消耗高。一般而言，选择加氢路线的炼油厂其能耗高于采用脱碳路线的炼油厂。以新建的A，B两厂为例，A厂选择“重油加氢+催化裂化”加工路线，B厂选择“延迟焦化”加工路线，A厂不仅能量因数比B厂高05，而且设计综合能耗较B厂增加约13。133 含硫原油加工、油品质量升级、高价值产品生产导致设计能耗上升含硫或高硫原油的加工，不仅增加了炼油厂
9、的加工难度，而且直接造成脱硫、溶剂再生、酸性水汽提、硫回收等环保装置规模的扩大，增加了蒸汽、电等能源介质的消耗。在原油加工量、加工流程基本维持不变的情况下，加工原油的硫质量分数增加1，由于环保装置规模的扩大，将会导致能耗增加约4263 MJt。加工含硫原油的炼油厂，环保装置的能耗占全厂能耗的比例达到58。为生产符合国标准的清洁油品，需要相应增加柴油加氢精制装置，某些清洁汽油的精制也采用加氢工艺，因而含硫原油的加工使加氢装置的总能力达到原油加工量的90一95以上，全加氢型炼油厂成为大型现代炼油厂的一个重要标志。加氢装置的增多，不仅增加了氢气消耗，其占全厂能耗的比例也提升到20左右。炼油厂增产高附
10、加值的丙烯、混合二甲苯等产品有利于提高炼油厂的经济效益和竞争力，但对炼油厂的能耗增加也不容忽视。催化裂化装置增产丙烯，不仅要增加催化裂化装置的烧焦量和能耗，而且增加了后续气体分馏和脱硫装置的能耗。A厂催化裂化液化石油气中的丙烯质量分数达37，气体分馏装置的能耗同比增加15左右；催化重整装置生产苯、混合二甲苯等芳烃产品，使该装置每吨原油能耗增加约26963 MJ。134 工艺装置占全厂能耗比例提高，是节能的重点大型炼油厂通过优化加工总流程，实现了公用工程、储运系统与工艺装置的优化配置。目前，万方数据-48- 炼油技术与工程 2009年第39卷大型炼油厂工艺装置能耗占全厂能耗的比例达到85一90，
11、说明装置规模大型化、装置高度热集成是节能降耗的重要措施之一。不同的工艺装置，由于加工原料、工艺方案及流程不同，能耗表现得高低不等。而采取不同加工流程的各炼油厂，各装置加工能力占原油一次加工能力的比例不同，其装置能耗对全厂能耗的影响力也不同。如A厂，催化裂化装置的加工量为原油加工量的35，其能耗占全厂能耗的275，排在第一位；其次为催化重整装置，加工量为原油加工量的15，其能耗占全厂能耗的229；而常减压蒸馏装置的能耗只占119。B厂，催化重整装置的加工量为原油加工量的20，对全厂能耗的影响最大，达到237；催化裂化装置加工量为原油加工量的29，占全厂能耗的194；而常减压蒸馏装置能耗占17。因
12、此，催化裂化、催化重整和常减压蒸馏装置应是全厂节能的重点。特别是催化重整装置，由于其反应过程为强吸热过程，需要靠外部加热炉补充大量反应热，能耗高达3 349444 18680 MJt。在汽油质量升级过程中，由于高辛烷值产品需求量的增加，以及高价值芳烃产品的增产，催化重整装置的规模越来越大，占原油一次加工量的比例越来越高，同时反应苛刻度也愈来愈高，因而其对全厂能耗的影响力也随之升高。14能耗介质构成炼油厂消耗的能源主要包括加热炉用的燃料气和燃料油、催化裂化装置的烧焦、机泵和压缩机等消耗的电、蒸汽和新鲜水等。根据加工流程的不同，各种能源介质在炼油厂能耗计算中所占的比例也不尽相同。一般而言，加热炉的
13、燃料消耗量最大，约占3040。因此，优化工艺条件，降低加热炉负荷，提高加热炉的热效率是降低炼油厂能耗的关键；其次为催化烧焦，约占1040。催化裂化装置的加工规模越大，原料性质越差，催化裂化烧焦占能耗的比例就越高。降低催化裂化烧焦需要从优化全厂加工总流程、改善催化原料性质、采用新型催化剂和各种防结焦设备及改善操作条件等人手；大型炼油厂是用电大户，电消耗量约占能耗的2030。烟气轮机、液力汽轮机等能量回收设施的应用可以将部分压力能转化为电能，而装置大型化后则为提高机泵效率和变频电机的广泛应用创造了条件；炼油厂的蒸汽消耗约占能耗的1020，提高蒸汽品质和实现逐级利用可提高蒸汽的利用率；新鲜水的消耗虽
14、然仅占能耗的1左右，但对减少污水排放量影响很大，应高度重视。2主要节能措施分析21工艺装置节能工艺装置是炼油厂的用能大户，也是节能的重点和关键。夹点技术、能量三环节分析等先进的节能理念和方法在工艺设计中的广泛应用为降低装置能耗打下了坚实的基础M7j。工艺装置的节能，首先强调要采用新的工艺技术降低装置的工艺总用能，其次是通过合理的手段进行能量的回收和利用，尽可能减少能量转化过程中的损失。例如，加氢装置采用新型催化剂，在提高转化率的同时可降低氢耗和反应压力；加氢反应器床层采用先进的多点热偶测量方案，可在线监测反应器运行状况，合理控制反应器温升，减少冷氢注入量，降低循环压缩机的负荷；分馏单元采用各种
15、高效的塔板(如浮阀塔板)和新型填料提高分离效率，减少回流比，降低塔底再沸器负荷，中段回流取热技术的应用不仅可改善塔内气液相的分布，而且提高了热量回收效率；新型高效换热器、干湿联合空冷器等设备的应用，能够强化传热，取得较好的节能效果；变频调速电机的应用不仅可省去调节阀的压力降损失，还可根据负荷变化调整电机功率，可节电约2030。22优化加热炉设计，提高热效率221 优化燃料系统，提供清洁炉用燃料大型炼油厂加热炉的燃料一般应以清洁的气体燃料为主。全厂设置统一的脱硫系统，净化后燃料气中H：S质量浓度控制在50 mgm3以下，在避免烟气露点腐蚀的前提下，排烟温度可降至120150，炉效率达到92以上。
16、222 改进加热炉设计，减少燃料消耗量针对工艺装置的特点，采用先进的炉型结构，优化辐射室、对流室、燃烧器和吹灰器等关键部位的设计；采用新型高效燃烧器，提高炉管平均热强度；设置单独或联合的余热回收设施(如热管空气预热器)，并采用新型高效耐低温腐蚀材料(如搪瓷管)，排烟温度可降低至120140，能够进一步回收烟气余热，提高热效率12。万方数据第9期 侯凯锋等大型炼油厂能耗特点分析及节能措施探讨 一4923强化装置之间热联合，提高能量利用率利用新建装置联合布置的优势，强化装置间的热联合。其方式通常有两种，一种为热集成，适用于上下游关系特别紧密的联合装置。如催化裂化与气体分馏装置，常减压蒸馏与轻烃回收
17、装置。气体分馏和轻烃回收装置所需的热源可直接由催化裂化和常减压蒸馏装置合适温位的物流提供，而不需要借助某种热媒介传递，减少了热交换过程的能量损失和效率下降。另一种为热供料，即上下游装置间的物料采用热出热进方式直供，避免了物流在上游装置冷却，而在下游装置又被加热。热供料的物流不仅局限于油品物料，其它如胺液、净化水等也可根据下游用户的需求采用热进料方式。根据各物料性质的不同，结合上下游装置的用能要求，对直供物料的温度进行优化，达到最佳匹配。通常，渣油、蜡油、柴油的温度分别为150170 oC，120140，90120。24蒸汽系统优化配置，实现逐级利用炼油厂的蒸汽主要用于汽轮机的驱动力及部分高温物
18、流的加热。炼油厂一般都设置高(35MPa)、中(11 MPa)、低(045 MPa)三级蒸汽管网。高压蒸汽主要作透平机的动力，背压至中、低压蒸汽管网作热源使用，实现逐级利用。生产装置大型化后，余热产生的蒸汽量增多，为此可适当提高产汽设备的参数，如利用催化裂化装置烟气余热发生64 MPa次高压蒸汽，大型制氢装置可发生100 MPa超高压蒸汽，总体上提高了全厂蒸汽的品质。25低温余热的回收与利用炼油厂的低温热源主要来自于分馏塔顶气、换热后待冷却去罐区的成品，以及回收的凝结水。据统计，某千万吨级炼油厂60160 oC的低温热资源达到96936 GJh旧J，因此回收利用低温热对降低炼油厂能耗十分重要。
19、低温热的利用技术包括低温发电、低温制冷等，而在炼油厂则主要用于与低温热阱的换热，减少蒸汽耗量。低温热的回收与利用应遵循科学的用能观，即“温度对口、梯级利用”旧J。但由于低温热源、热阱相对比较分散，因此低温热匹配网络的建立需要结合温位、设备平面布置等因素综合考虑。一是低温热源直接与热阱进行换热，如常顶气与原油换热、催化裂化分馏塔顶循直接作气体分馏装置脱乙烷塔底再沸器热源，避免二次热交换过程的热量损失和品质下降；二是建立全厂的换热水系统，以水为媒介，将分散的低温热进行集中回收，再分散到各热阱用户使用。26节水措施坚持“节流优先，治污为本，提高用水效率”的工业节水方针，炼油厂一方面严格控制新鲜水的使
20、用量，如热联合技术、空冷技术、污水回用技术的综合应用，大幅度降低了新鲜水和循环水的用量。另一方面利用多种技术提高污水的回用率，如建立凝结水回收系统，回收率达到90以上；含硫污水系统划分为加氢、非加氢两个系列，分别处理和回用，净化水回用率可提高到70左右；含油污水和含盐污水分别收集和治理，含油污水经深度处理后可作为循环水的补充水回用，不仅减少新鲜水用量，也将污水排放量控制在每吨原油03 t污水以下。3今后节能的主要方向和重点从目前单装置的设计水平讲，通过流程模拟以及换热网络的计算，单装置的能耗已达到较为优化水平。因此，大型炼油厂要进一步降低能耗，提高节能水平，需要从单装置能量优化走向全炼油厂的整
21、体优化。全厂性的节能工作，是一项艰巨、复杂而又细致的任务，虽然在上述大型炼油厂的设计上已经有意识地采取了热联合、低温热综合利用等全厂性节能手段，但由于缺少大系统能量优化的理论指导和软件支持，以及受现有专业分工和管理模式的限制，装置间的界面分割使得深度热交换和热联合技术的应用还不完善。因此，需要在设计理念和管理机制方面进行转变，打破现有单元划分和平面布置的约束，使全厂性的节能优化成为一个有机的整体，争取在全厂低温热利用与热集成；汽-电联产在炼油厂的广泛推广应用；提高加热炉效率三个节能领域有重大突破，进一步降低炼油厂的设计能耗。参考文献1张德义建设节约型炼油工业进一步搞好节能降耗J炼油技术与工程，
22、2006，36(1)：1-62李志强新理念支撑下的中国新一代炼油厂J当代石油石化，2003，11(8)：14-163华贲中国能源形势与炼油企业节能问题J炼油技术与工程，2005，35(4)：1-54Zhuang Jian，Hou Kaifeng，Yan Chun，et a1Energy Consump万方数据一50一 炼油技术与工程 2009年第39卷tion and Analysis on Energy Saving Measures at SINOPECSLarge RefineriesJChina Petroleum Processing&Petrochemical Technology
23、，2007，(3)：185许金林我国炼油企业节能潜力分析及技术措施J炼油技术与工程，2006，36(4)：48-516戴厚良，侯凯锋，严罅能量“三环节”理论在装置扩能改造中的应用J石油炼制与化工，2003，34(5)：44_487李志强，侯凯锋，严缚常减压蒸馏装置的“三环节”用能分析石油学报：石油加工，2003，19(3)：53-578孙凯红，张勇，王恒大型化炼油厂热工系统节水措施J炼油技术与工程，2005，35(1)：47-50，9华贲，仵浩炼油企业低温热大系统优化利用技术J炼油技术与工程，2007，37(12)：33-38(编辑陈凤娥)Analysis of energy consumpt
24、ion and study on energy-saving measures indesign of large refineriesHou Kaifeng，Jiang Rongxing，Yan Chun，Li ZhiqiangSINOPEC Engineering Incorporation(Beifing 100101，China)Abstract：On the basis of design energy requirements of several grassroots and revamping refinery projects，each with a capacity of
25、over 160，000 bd in recent years，the design data of energy consumption werestudied and energysaving measures were analyzed and discussedSuggestions on energy conservation development and energy-saving activities were presentedKey Words：large refinery，design energy consumption，energy consumption analy
26、sis，energy-savingmeaSl】reS降汽油烯烃含量技术获专利2009年6月上旬，中国石化集团巴陵石油化工有限责任公司研发的一种降低高烯烃汽油中烯烃含量的方法被国家知识产权局授予发明专利。这一发明专利技术的应用，不仅可为企业带来每年数千万元的直接经济效益，有效降低装置能耗，提高催化裂化装置的丙烯和液化石油气产率，还将为汽油生产升级改造项目提供技术支撑。该公司创造性地提出将催化裂化汽油通过精馏切割出轻、重汽油馏分，将富含烯烃组分的轻馏分汽油回注到反应提升管进行二次反应，从而有选择地进行汽油回炼，有利于汽油中的烯烃发生反应，提高了催化裂化汽油降烯烃含量的效果。该技术运行结果表明，汽油
27、烯烃体积分数能灵活控制在3135。这一国内首创工艺给降低汽油调合成本提供了技术支撑。(钱伯章供稿)风机电机变频技术提高加热炉的热效率中国石化扬子石油化工股份有限公司中压加氢裂化装置反应炉于2009年6月5日实施鼓风机、引风机增设变频设备改造。经过精心调节，反应器加热炉的热效率从原先的87提高到了92，同时通过合理调节鼓风机、引风机的电机转速，有效地降低了风机电能的消耗，每年可节约电费近10104 RMB￥。加氢裂化装置反应炉在开工时热量消耗很大，而正常运行时负荷偏低，这种差异造成了反应炉燃料日积月累被白白浪费。该公司联合加氢装置自开工以来，反应器加热炉一直处于低负荷运行状态，设计所用烟气预热回
28、收系统的鼓风机、引风机功率较大，出现大马拉小车的现象，使加热炉氧含量长期超标，火嘴经常出现结焦、积炭现象，影响装置长周期运行，既增加了装置的燃料消耗，又浪费了大量电能。针对反应加热炉的现状，该公司加氢裂化车间认真计算和分析风量、氧含量之间的关系，查找节能途径，提出了在反应炉鼓风机、引风机上增加变频设备的合理化建议。此项目投资小，见效快，又不影响装置正常生产，施工也十分简单。通过实施变频技术改造，使反应炉风氧质量分数从9降到了5，仅每年节约燃料费就达近百万元。(钱伯章供稿)万方数据大型炼油厂能耗特点分析及节能措施探讨作者： 侯凯锋， 蒋荣兴， 严錞， 李志强， Hou Kaifeng， Jian
29、g Rongxing， Yan Chun， LiZhiqiang作者单位： 中国石化工程建设公司,北京市,100101刊名： 炼油技术与工程英文刊名： PETROLEUM REFINERY ENGINEERING年，卷(期)： 2009，39(9)被引用次数： 0次参考文献(9条)1.张德义 建设节约型炼油工业进一步搞好节能降耗期刊论文-炼油技术与工程 2006(1)2.李志强 新理念支撑下的中国新一代炼厂期刊论文-当代石油石化 2003(8)3.华贲 中国能源形势与炼油企业节能问题期刊论文-炼油技术与工程 2005(4)4.Zhuang Jian.Hou Kaifeng.Yan Chun E
30、nergy consumption and Analysis on Energy Saving Measures atSINOPECs Large Refineries 2007(3)5.许金林 我国炼油企业节能潜力分析及技术措施期刊论文-炼油技术与工程 2006(4)6.戴厚良.侯凯锋.严邋 能量“三环节“理论在原油蒸馏装置扩能改造中的应用期刊论文-石油炼制与化工 2003(5)7.李志强.侯凯锋.严錞 常减压蒸馏装置的“三环节“用能分析 2003(3)8.孙凯红.张勇.王恒 大型化炼油厂热工系统节水措施期刊论文-炼油技术与工程 2005(1)9.华贲.仵浩 炼油企业低温热大系统优化利用技术期刊论文-炼油技术与工程 2007(12)本文链接：http:/
