炼油化工节能技术发展趋势与现状分析

黄格省 李雪静 乔明（中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院）

炼油化工节能技术发展趋势与现状分析

黄格省 李雪静 乔明（中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院）

介绍了世界炼油化工节能技术的发展趋势，对我国炼油化工企业的节能现状与存在差距进行了分析，并提出了相关建议，指出技术进步是推动炼油化工节能的根本途径；我国企业必须加大炼化一体化步伐，加强节能新技术、新工艺、新设备的推广应用，同时强化节能工作管理，努力通过多种途径实现企业节能目标。

炼油化工 节能技术 发展趋势 现状分析 建议

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.002

近年来，在《京都议定书》的推动下，世界许多大型石油石化公司为提高综合竞争力，提出了降低能耗9%～20%的计划目标，已把节能作为公司发展战略的重要内容。通过加强节能工作，我国基本实现了“十一五”单位国内生产总值能耗比“十五”末降低20%的目标。目前我国工业能耗约占全国能耗的70%以上，远高于发达国家约占1/3的水平；同时，我国单位国内生产总值能耗约为世界平均水平的2.8倍；重化工行业单位产品能耗也远高于世界先进水平。其中，我国原油加工、乙烯、合成氨等产品的平均能耗与国际先进水平存在5%～15%的差距。为此，国家工信部提出到2015年我国单位工业增加值能耗要比2010年降低18%[1]，节能工作依然任重道远。炼油化工是高耗能高污染排放产业，在降低能耗、实现国家节能减排目标过程中担当着重要角色。炼油化工节能涉及生产、工艺、技术、设备、管理等各个方面，是一项全局性的系统工程，其关键是优先采用先进生产工艺、先进节能技术和节能设备，加强节能管理，降低能耗物耗，提高能源及原料利用率。

1 世界炼油化工节能技术发展趋势

目前，世界炼油化工节能技术呈现以下几方面的发展趋势。

1.1 建立联合装置及集成设计

主要包括通过装置规模大型化以及采用组合工艺或联合装置、实施装置热联合、多套装置集成设计等途径实现节能。有关数据表明，在炼油厂相同规模情况下，采用单套装置比双套装置的投资减少约24%，单套装置能耗比双套装置能耗减少约19%。采用联合装置如联合加热炉的方式可减少设备总投资，提高热效率，减少燃料总用量。采用炼化一体化能将炼油和石油化工生产联合在一起，实现原料的互供，提高原料的综合利用水平，并通过资源的优化配置形成大规模、集约化、短流程、高灵活的结构组合优势，从而实现石化企业的节能降耗并提高经济效益，炼化一体化是炼油化工企业发展的有效途径和必然趋势。

对装置采用某种程度的热联合，例如从工艺物流的冷却过程回收热量来对需要加热的过程进行加热，从而代替单独的加热设备，可以大大降低传热设备的投资费用和热量回收率，装置热联合已在实际生产中得到广泛应用。另外，多套装置集成设计具有很好的节能效果，如将减压蒸馏与润滑油装置建成联合装置，将催化裂化与焦化组成联合装置等。Shell公司的Shell Bulk CDU原油蒸馏技术把常减压蒸馏、加氢脱硫、渣油热转化等多套装置进行组合设计，实现加工流程的系统集成，大幅度减少了设备数量，节省投资30%，实现了能量的系统优化，燃料油消耗节省15%，运行成本大幅度降低。

1.2 采用燃气轮机技术提高热电综合效率

燃气轮机利用燃料化学能转变为燃气热能，再经燃气透平将热能转变为机械能和电能，它用空气而不是水蒸气作工质，可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备。目前，炼化企业对燃气轮机的应用方式主要采用燃气轮机—蒸汽联合循环、燃气轮机—加热炉联合循环，以提高热电综合效率。炼化企业大量使用加热炉,被加热介质进口温度在40～380℃，出口温度在150～500℃，这是利用燃气轮机排气余热的最佳方式。燃气轮机与加热炉联合应用可提高燃气轮机的效率和总热利用率，用燃气轮机直接驱动炼化企业工艺系统的压缩机可以省去能源多次转换带来的各种损失。例如，以炼厂气为燃料的燃气轮机可以与蒸汽轮机联用,燃气轮机的废气又可以预热加热炉的空气。又如，对大型裂解装置,可选用燃气轮机作为乙烯压缩机和丙烯压缩机的驱动机，燃气轮机的排气可作为裂解炉的助燃空气，如果串联一台辅助蒸汽透平,可大大节省乙烯装置的总燃料消耗和冷却水用量。

汽电或热电联产技术是近些年来广泛应用的节能新技术，大约节能30%左右。IGCC（整体煤气化联合循环）技术是现代炼油厂实现汽电联产、渣油改质、减少污染排放的新型技术之一。炼油厂IGCC技术采用高硫渣油（或焦炭）等炼厂劣质进料，通过基于部分氧化的气化技术产生合成气，不仅可使合成气通过燃气轮机一蒸汽透平发电、产汽，而且可使CO2排放减少40%，SOx、NOx、C0和颗粒物质排放减少80%[2]，使炼厂满足污染排放标准，带来显著的环境效益。

1.3 合理利用蒸汽和低温热能

蒸汽合理利用是炼油化工企业实现节能目标的主要途径之一，主要包括提高蒸汽转换效率，降低供汽能耗；实现分级供热，蒸汽逐级利用；改善用汽状况，减少蒸汽消耗；合理使用伴热蒸汽（或热水），加强凝结水回收；降低使用蒸汽的压力等级；加强蒸汽管网保温以及选择蒸汽系统热功联产等。低温热能的利用也是节能重要手段之一，要求尽量减少低温热源的产生，做好燃气系统和蒸汽动力系统的平衡，实现能源的梯级利用，即首先利用高品位能源做功，其次才是工艺利用；同时做好低温热的综合利用，例如低温热的工业利用或民用，或者将其升级利用于供热、致冷、发电等方面。

1.4 采用新型节能技术

主要包括机泵变频调速技术、精馏装置节能技术、热泵技术等。使用变频调速技术可使机泵在最高效率点附近运行，并用计算机进行优化控制，从而可大大改善许多设备“大马拉小车”的状况，对炼油化工企业低负荷或变工况的机泵具有很好的节能效果，该技术已在国内外取得迅速发展。精馏装置是高能耗装置，传统的精馏方式热力学效率很低，能量浪费很大，近年来采用规整填料代替板式塔，可使压降减少到原来的1/3左右，对一个常压塔装置，仅此一项可使每吨油降低能耗142 MJ。国外采用最新开发的孔板波纹填料已在直径13.4 m的减压塔上成功应用，具有很好的节能效果。

热泵技术以消耗一部分低品位能源（机械能、电能或高温热能）为补偿，实现热能从低温热源向高温热源传递，其实质是借助降低一定量的功的品位，提供品位较低而数量更多的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高能源的有效利用率，因此已成为回收低温余热的重要途径。在蒸馏过程中，采用热泵可以将塔顶低温位的热量输送给塔底高温位的热源，从而有效回收塔顶低温位热量，降低蒸馏过程的能耗。与常规蒸馏相比，在产品收率和质量均相同的情况下，热泵蒸馏技术可节约80%以上的能量。

1.5 实施能量系统优化

炼油化工能量系统是炼化生产过程中与能量的转换、利用、回收等环节有关的设备所组成的系统，包括热回收换热网络子系统及蒸汽、动力、冷却、冷冻等公用工程子系统。对炼化能量系统以能量系统集成和优化的角度，从整体上进行优化，尤其是在设计阶段就进行综合分析，确定最优能量系统，对于装置节能、提高经济效益和环境效益均有十分重要的意义。能量系统优化的方法目前主要有夹点技术、数学规划法、人工智能专家系统。

夹点技术[3]是指在进行换热的热、冷物流中存在着一处传热温差最小的点即夹点，夹点处的最小传热温差限制了热量的进一步回收，决定了最小的加热公用工程和冷却公用工程。夹点技术是换热网络、水网络优化最实用的节能技术。采用夹点技术，对新厂设计而言，比传统方法可节能30%～50%，节省投资10%左右；对老厂改造而言，通常可节能20%～35%，改造投资的回收年限一般0.5～3年；水夹点技术在炼厂和化工厂中的应用可节水20%～30%，目前夹点技术己得到广泛应用，扩展到包括精馏、热泵、热力透平、加热炉等工艺流程的确定以及非能目标（如投资、可操作性和排弃物）确定。数学规划法、人工智能专家系统目前正在开发之中，其用于能量系统优化尚有一定距离。

1.6 加强资源利用

合理利用炼厂气（含轻烃和氢），如用吸收-解吸法回收C3以上组分，用膜分离法回收有机蒸气组分及氢，用变压吸附法回收氢。回收利用“三废”（废渣、废水、废气），降低单位产值的能耗，间接达到节能目的。寻找石油替代能源，以煤代油、以气代油、以焦代油，例如采用水煤浆替代锅炉燃料；充分利用高硫石油焦，建设流化床锅炉（CFB），替代燃油锅炉；利用炼厂气和天然气资源，替代炼厂制氢用轻油原料和发电产的锅炉燃料。优化燃料结构，减少作为燃料的石油用量，将替换出的石油资源用来生产石化产品，提高整体效益。

2 我国炼化行业节能状况分析

近年来，我国炼油化工的整体水平不断提升，已具备较大规模和较强的实力，但能源利用效率与国际先进水平相比还有差距，大型炼油化工企业由于设备集中度高、耗能高，开展系统节能的潜力较大。目前国际上炼油综合能耗最好水平已达每吨53 kg标油，但由于我国部分炼油装置规模较小、设计水平低、工艺相对落后，整体用能和装置之间用能的匹配性差，平均在78 kg标油/t。近年来我国乙烯装置物耗、能耗水平虽然有了明显提高，但与国外先进水平相比仍有差距。国外每吨乙烯能耗一般为500～550 kg标油，先进水平每吨为440 kg标油，而我国生产乙烯能耗为每吨650～700 kg标油，并且在同类企业中能源消耗水平差别较大[4]。

目前，我国炼油化工行业的总能耗占全国能耗消费总量的16%，能耗偏高的现象不容忽视。我国现今的炼油技术虽然与国外相差不多，但综合水平还有差距，例如国外的轻质油收率在80%以上，而我国轻质油收率平均为74%。我国企业能耗偏高最主要的原因是整体规模不高。目前，全球炼厂平均规模为500×104t/a左右，大型炼厂1 000×104t/a，最大的为4 000×104t/a，而我国现在千万吨规模的炼厂不多，整体炼油规模水平不高，有些地方还有许多小炼厂。解决我国炼油业能耗偏高的问题，最重要的就是要扩大装置规模，新建或改造扩建一些千万吨级炼厂，关停或兼并不合格的小炼厂。近年来，中国石油天然气集团公司高度重视节能工作，通过优化装置布局、加大节能投入、开展技术攻关、合理利用原料等途径，节能工作取得良好效果，为国内同行企业做好节能工作树立了标杆。

3 对我国炼油化工企业节能工作的建议

近年来，我国炼油化工企业节能工作取得了显著成绩，但与国外先进水平相比还存在一定的差距，节能工作仍然面临艰巨的任务，必须继续在加快炼化一体化步伐、推动节能技术进步以及加强节能管理等方面坚持不懈地开展工作。为此，笔者提出以下几点建议：

（1）加快炼化一体化步伐。炼化一体化具有优化原料配置、产品结构适应性强、经济效益好等优势，是未来石化企业的发展方向。我国的乙烷、丙烷、丁烷及凝析油等轻烃资源比较缺乏，石油化工生产必须依靠原油加工提供炼厂气、石脑油等轻烃资源和部分低碳烯烃资源，因此要求有条件的企业应尽快由燃料型转变为燃料-化工型；同时，我国还要多投入大型的炼化一体化项目。

（2）不断推动技术进步。技术进步是炼油化工企业实现节能目标的根本途径。在炼油生产方面，要注意合理选择原油，提高加热炉热效率，减少炼厂燃料消耗，实施装置间热联合，优化炼厂蒸汽系统，合理利用炼厂低温热能，采用高效节能设备和提高设备效率等。在乙烯生产方面，优先采用世界先进乙烯生产技术，包括裂解炉强化传热技术、抑制结焦技术、催化精馏加氢技术、混合冷剂制冷技术、先进控制技术等；同时，优化裂解原料和工艺操作、改善高温裂解气热量回收、延长装置运转周期和实施新型节能技术，例如采用变频调节引风机，利用废热预热燃烧空气，采用燃气轮机与裂解炉联产技术，实施急冷油减黏系统等。

（3）加强节能工作管理。我国部分炼油化工企业的节能管理还比较薄弱。突出表现在管理体系建设方面，节能管理组织不健全、职能不到位、体系不顺、力量薄弱等问题，各级节能管理和技术机构的力量亟待加强。同时，在基础管理方面，计量、定额、监测、统计等还相对薄弱，节能源头管理尚未落到实处，考核奖惩机制还不够完善，全员节能意识有待进一步提高。

[1]佚名.我国调高“十二五”工业节能减排目标[OL].[2011-04-06].http://finance.ce.cn/rolling/201104/06/t20110406_16559966.shtml.

[2]朱建芳.IGCC节能技术在炼油厂减排中的应用[J].石油知识，2010（5）:21-22.

[3]王俊美，陈金华.夹点技术原理与最新应用[J].天津化工，2010，24（3）：38.

[4]余绩庆，刘博，高建保.我国炼油企业提高能源效率的途径[J].石油规划设计，2008，19（2）：3.

黄格省，1989年毕业于西北大学，高级工程师，从事炼油化工战略信息研究，E-mail:huanggeshengyx@163.com，地址：北京市海淀区北坞村路甲25号静芯园E座，100195。

2011-03-28）