炼油厂的蒸馏车间节能发展现状及趋势

2010-08-15塔里木油田石化分公司王元政刘安全

河南科技 2010年12期

塔里木油田石化分公司王元政刘安全

炼油厂的蒸馏车间节能发展现状及趋势

塔里木油田石化分公司王元政刘安全

原油蒸馏车间是炼油厂中能耗最大的工段,蒸馏节能是炼油工业发展的必要手段和必然趋势。本文从采用新技术,改进工艺过程,采用各种新型、高效、低耗设备,降低能耗等多个方面介绍了当前蒸馏技术节能降耗的措施,并对炼油企业在进行原油蒸馏装置节能改造的前景趋势进行了展望,要求蒸馏节能必须跟进国内外技术发展最新动态,采用先进的工艺设备和现代化管理控制系统,将炼油厂装置作为整体进行过程能量组合优化。

炼油厂蒸馏装置常减压工艺现状趋势

炼油工业作为国民经济支柱产业之一,是能耗最大的加工业。由我国石油的消费量逐年递增,但利用效率仍远低于先进国家的现状,可见,我国在降低炼油企业能耗方面仍需加强科技攻关。原油蒸馏是原油加工的第一道工序,原油必须经蒸馏分离成各种油品和下游加工装置的原料。炼油过程中40%～70%的能耗用于分离,而蒸馏能耗就占其中的95%,已成为炼油厂中消耗量最大的工序。所以,采用先进的节能技术,降低蒸馏过程能耗是技术创新的客观要求,对降低行业能耗,提高工业水平,能源持续发展等方面具有重要意义。

一、目前采用的节能措施

目前炼油工业蒸馏过程的节能一般从改进生产工艺流程,对传统设备进行高效低耗改造等方面着手,充分利用工艺过程的能量,减少工序本身耗能,提高蒸馏系统的节能效率。

(1)过滤法对原油脱盐。原油常减压蒸馏装置是蒸馏工艺的关键装置,电脱盐是常减压蒸馏的第一道工序,其电脱盐工艺是炼油厂降低能耗、减轻设备结垢和腐蚀、减少催化剂消耗及改善产品质量的重要工艺过程,并直接关系到炼油厂的经济效益。通过过滤技术对原油进行深度脱盐脱水,是一种对乳化原油破乳的新手段。选择一种良好的固体吸附剂作为过滤材料,并制成破乳过滤柱。用这种过滤材料对原油进行脱盐脱水,其过滤脱盐工艺效果更佳,并且具有明显的节电、节水、节省破乳剂的效果。

(2)强化技术提高拔出率。常减压渣油中含有5%～7%的轻组分油,通过常减压蒸馏装置将其拔出的效率是衡量其技术水平的一个重要指标。提高拔出率的技术手段有许多,如优化塔的操作、改进抽真空系统、改进塔内构件、优化加热炉内两相流动状态等。除此之外,采用强化蒸馏新工艺提高原油蒸馏拔出率近年来受到人们广泛关注。加入活化剂强化原油蒸馏,从根本上提高轻质油的拔出率,从而更加合理的利用宝贵石油资源,为炼油企业带来效益。用气相色谱模拟蒸馏技术进行了轻质原油混炼油加剂强化蒸馏实验,在试验中考察了活化剂种类、添加量对混炼油粘度对拔出率的影响。结果表明,加剂强化蒸馏可以提高轻质原油混炼油的拔出率,经色谱模拟蒸馏筛选出的活化剂及其适宜的添加量下,混炼油的拔出率净增值可达2%～3%。常减压蒸馏装置采用强化技术,不必改动原有工艺和操作条件,只需增加添加剂的加入混合装置,投入少,见效快,效益高,对设备、产品及环保无不良影响,具有工业化应用价值和广阔的市场,是一项适合我国国情的重油加工新技术。

(3)提高热回收率。原油蒸馏过程中需要回收大量余热,并对低温热量进行冷凝。换热器和冷凝冷却器的选用对节能至关重要,提高冷换设备的换热效率、减少换热面积能够有效提高热量使用效率。另一方面,冷热交换仪器耗费的钢材也占工艺设备钢材总用量的20%～30%,改进装置对节约钢材和投资、减少能耗具有重要意义。因此近几年我国原油蒸馏主要采用螺纹管换热器,它应用在原油蒸馏装置中,可有效地节省建设投资,使装置在换热器的投资上降低了25%。

(4)提高柴汽比。柴汽比是衡量炼油厂产品是否满足市场需求结构的重要指标之一,经测算数据显示,柴汽比每提高0.1,汽柴油消费量可减少l%以上,因此,提高柴汽比具有较高的经济效益和社会效益。我国是发展中国家,应鼓励多消费柴油。提高柴汽比的重点在炼油厂提高常减压蒸馏装置的分离精度,尽可能多地将柴油拨出来。将柴油馏份尽可能全部从常压塔拔出,不仅可以降低减压炉负荷,改善减压塔操作,对提高装置平稳率和节能降耗起到了至关重要的作用,而且与目前石化行业调整油品结构提高柴汽比的大方向相契合,在节能事业上具有深远的意义。

(5)提高加热炉效率。加热炉是主要的能源转换设备,通过加热炉进行转换和消耗的能量大约占到炼油厂综合能耗的30%以上。提高加热炉热效率和热负荷已成为挖潜增效的主要措施应及时采取,例如开发应用各种型式的空气预热器,加强烟气热回收,减少排烟热损失,配置余热锅炉;采用高效监测仪表,实现微机控制管理;广泛应用陶纤衬里等隔热材料,减少散热损失;开发和应用高效率大能量燃烧器,采用降低过剩空气系数和减少雾化蒸汽量的技术措施;采用多种型式的扩面管和各种除灰技术等。

二、蒸馏工艺节能发展趋势

原油蒸馏是石油加工中最基本和最原始的工艺过程,但其技术改造工作大有可为。关键是要结合各自的工艺特点和装置现状,从大处着眼,从小处着手,综合考虑才能达到改造目的。走向21世纪的原油蒸馏技术正面临新的变革,以节能为先导,将在以下方面取得重要进展。

(1)积极开发节能新技术、新工艺、新能源。为了未来的节能策略,需要开发并推广多种新型蒸馏节能的理论和技术,从能量的转换、传递、回收和利用环节出发,搞好总体优化用能,提高能源利用效率。①推广窄点分析技术在常减压蒸馏装置上的应用,已成为过程用能优化组合的核心技术。窄点分析可在设计开始阶段确定所能达到的最好能量与换热面积策略,采用窄点技术的节能率平均可达20%～40%。应用窄点技术也可进行项目改造,达到比传统方法要明显短的投资回收期,实现增加炼油厂生产能力与降低能量消耗的目标。②利用常减压梯级蒸馏节能技术对旧常减压装置进行改造,主体设备基本可利旧不变或移位使用,设备利旧率高,显著提高装置的原油加工能力,设备投资小,施工周期短,节能效果相当可观。如用于新装置设计,则可减小主体设备规模,节约投资,经济效益显著。③努力开发和利用节能新工艺,如热泵蒸馏、热耦蒸馏、多效蒸馏、催化蒸馏等。在炼油厂烯烃转化方案中选用推广新型催化蒸馏技术,加快新催化剂、新化合溶剂的开发,减少工艺过程耗能,提高工艺过程能量利用率。差压热耦合蒸馏节能新技术则是通过将常规蒸馏过程分割为常规分馏和降压分馏两个塔,可以实现塔顶蒸汽与塔底再沸器的热量耦合匹配,大幅度降低蒸馏过程的能耗。④加强现代节能理论和方法的研究和应用,积极开发和应用能源从逐级利用技术和热电联产联供技术,提高燃料化学能、物流热能和压力能的利用率,突破燃机-加热炉联合系统。研制和采用高效、节能的新机械、新设备,如新型节能塔器、反应器、加热炉、分离器、换热器和阀门、机泵等。

(2)计算机控制系统和数据库、专家软件。随着信息技术与软件的发展,以计算机为中心的现代化进程控制技术,成为当代炼油厂节能增效、竞争赢利的重要手段。①一方面生产装置采用计算机控制设施以及各种先进控制策略,可大大提高装置设备的自动化程度,可控制性加强,精确度提高,节省人力物力的同时节减装置能耗,安全平稳操作,提高经济效益。主要体现在加热炉节能控制和生产过程节能控制上,可尝试应用微机和可编程调节器进行支路平衡控制和燃烧约束控制。用微机预计与手动控制对比,控制可有效提高热效率。炼油生产装置的过程优化控制技术在数据实时采集、巡回检测、超限报警、设备监控、生产过程的闭环控制和开环指导等方面,应用计算机技术也能发挥其作用。②另一方面要推广一体化设计中数据库的应用以及专家系统软件的发展。大型化工软件商业化越来越多,静态模拟软件已成为化学工程师的基本设计与优化工具,动态模拟软件也开始在一定范围内风行。采用节能增效的自动化和计算机技术,过程控制加快采用分布式控制系统,并使投用的分布式控制系统从数据采集、显示、报警功能,向先进控制和优化控制演化,使生产装置和辅助设施的运营真正取得安全运行、平稳操作、经济与技术相协调的效益。

(3)常减压设备大型化。蒸馏过程的大型化是炼油工业分离过程发展的必然趋势。开展蒸馏过程的大型化研究、过程节能及工程化应用,并以此理论和节能策略为基础,开发低液面梯度技术、气液均匀分布技术、抗堵塞技术以及与此配套的一系列塔内件技术,能够形成关键技术的系统集成,显著降低过程能耗,极大地提高设备效率、显著降低能耗、大量减少废物排放,对提升行业的技术水平、实现国际先进水平的规模效应具有显著的推动作用。

(4)综合节能系统。全厂节能系统综合优化,利用过程能量组合,即把工艺过程作为整体进行优化。如原油蒸馏和流化催化裂化的联合,在直接利用油浆时,其增加的面积大约为用蒸汽(间接利用)时需增加的面积的一半,并且具有有利的投资回收期。在节能改造中,对挖掘降低工艺总用能、增加全系统回收热量潜力和提高部分单元设备的热转换效率,必须进行综合考虑,才能取得应有的效果。例如对于填料塔,有了性能良好的填料,还必须有综合性能优良的气液分布器与之匹配,才能保证放大效应不明显。在工业装置改造中,改造加热炉,增加回收烟气热量的换热面积时也要同时关注提高加热炉的效率,充分研究工艺过程节能措施。否则节能措施与生产能力不匹配,就会影响改造效果,造成设备、资金等的浪费。

(5)改造常减压蒸馏塔。应用高效规整填料改造常减压蒸馏塔是目前国内外的研究方向。改造常减压蒸馏塔是原油蒸馏过程的核心设备,塔内传质构件即塔板、塔填料,是油品分馏塔最关键的部件,对于一个操作方案已定的分馏塔,塔内传质构件选用是否得当,直接关系着能否保证产品质量,发挥设备潜力,提高轻油收率,高产、优质、低消耗地完成各项任务。现代蒸馏装置填料塔逐步取代大部分大型板式塔,规整填料具有压降低、传质效率高、处理量大、放大效应小等优点。采用全规整填料技术对加氢分馏塔和稳定塔进行技术改造,在工艺流程的计算机模拟和流体力学性能核算的基础上提出了具体改造方案。分馏塔内的回流量是工艺条件中最关键的因素,分馏塔的回流比可以通过优选方法求得最佳值。

我国炼厂规模虽有日新月异的迅猛增长,但与国外炼油水平相比仍有很大差距,行业结构调整任重道远,炼油厂蒸馏车间进行节能改造的新技术新工艺层出不穷。为此,我国十一五规划建设了十几套千万吨级的常减压蒸馏装置,并以此作为国家的重大能源战略。未来几年,随着炼油装置结构的不断调整,大型常减压蒸馏装置还将得到进一步发展。对挖掘降低工艺总用能、增加全系统回收热量潜力和提高部分单元设备的热转换效率,必须进行综合考虑,才能取得应有的效果。

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