炼油过程节能降耗措施

常林杉，王园园

（盘锦浩业化工有限公司，辽宁盘锦124123）

在碳达峰、碳中和目标的影响下，能源消费正逐步向清洁能源过渡，预计到2030年，化石能源占总能源消费的比重将由2020年的84%降低到75%［1，2］。在此大环境下，石油炼制行业的竞争也将愈加激烈，尤其对于中小型炼油企业，随着成品油产能过剩的危机逐渐加重，行业转型升级发展是必然趋势。降本增效、节能减排已成为炼油企业持续发展的重要主题。

文中以中小型炼油厂为对象，分别从能量优化、加热炉提效、余热回收、资源回收利用4个方面进行节能降耗措施研究，为炼油厂的降本增效、节能减排提供参考。

1 换热网络优化

2019年，国内石化行业能源消费量占全国能源消费总量的16.9%，炼油过程能源费用占总加工成本的40%～60%，因此能量的回收及再利用极为重要。热能的回收主要是通过原油及中间产品及成品油之间的热交换获得的。

在各个油品加工装置中，通常是原料油需要加热，而成品油需要冷却。合理匹配冷热物流，提高系统的热回收能力，减少辅助加热和冷却负荷，可以提高整个工艺装置或过程中的能量利用的有效性和经济性［3，4］。

换热网络系统的综合方法包括数学规划法、经验规则法和夹点技术法。其中以夹点技术法在工程实践中得到了应用，夹点技术的换热器网络综合的首要目标是运用热力学方法追求网络系统的能耗最小，在实际应用过程中应坚持降低公用工程消耗和设备费用越低越好的原则。典型换热网络夹点技术温—焓（T-H）图见图1。

图1 夹点技术T-H图

某炼油厂加氢裂化装置由于装置建设年代较早，工艺落后，能耗偏高，通过流程模拟软件分析装置内用能情况，采用换热网络夹点分析，提出2条优化路线，分别可节约装置综合能耗189.4 MJ/t原料和106.2 MJ/t原料，可根据实际实施难易程度进行选择［5］。以加工能力为650×104t/a的某炼油厂为例，采用夹点技术对各装置的换热网络进行优化，根据冷热物流的物性参数绘制T-H图，确定最小传热温差和夹点位置，按照夹点之上不设冷公用工程、夹点之下不设热公用工程和不跨夹点传热的原则，根据装置实际进行改造。方案可节约冷公用工程22 300 kW，热公用工程15 950 kW，提高经济效益3 910万元/a。

2 加热炉提效

炼油生产用能最多的设备就是加热炉，大部分加热炉需要连续运行，由此消耗大量的燃料，因此加热炉效率高低直接决定炼油过程的用能量大小［6］。对大多数中小型炼油厂来说，加热炉效率低主要原因包括3点［7］。

（1）排烟温度高，造成热量损失严重，燃料消耗量较大；

（2）炉膛内氧浓度过低，燃烧不充分；

（3）部分加热炉设备陈旧，效率下降。

加热炉提效可从4个途径考虑。

（1）配套烟气余热回收系统，通过高温烟气与空气或低温热水等换热来降低排烟温度，将烟气余热转移到其他介质中去。但排烟温度不可过低，以免造成烟囱发生露点腐蚀；

（2）通过保温材料可以减少热量散失，通过涂漆等手段可以降低露点腐蚀对设备的损害；

（3）将加热炉中空气系数控制在一定精度内，避免发生炉膛内氧气浓度过高或过低的状况，氧浓度过高会导致排烟量增大，损失的热量也随之增多；

（4）配套高效节能型燃烧器，新型换热器配置全套的风机、燃料控制调节系统、燃烧风量控制调节系统等，智能化程度较高，可基本杜绝燃烧过剩或不充分的情况，提高热效率，可节省5%～10%的燃料用量。

某燃气锅炉房利用节能器，通过冷凝器+热泵+循环水泵+空气预热器，充分利用锅炉烟气余热，将烟气总低温余热转移至一网回水中，改造前后能量消耗情况见表1，该项目节约燃料气145.72×104m3，锅炉热效率提高11.7%［8］。

表1 某锅炉改造前后节能情况

3 余热回收

重油加工装置，如常减压、催化裂化、延迟焦化等由于反应温度较高，存在大量温位介于120～200℃之间低温热源，根据工艺要求需要通过空冷或水冷设备进行冷却，既浪费了低温热源的热量，又增加了冷公用工程消耗［9～11］。

热源利用主要包括3方面。

（1）上下游装置联合，将上游装置高温余热直接供给下游装置，例如柴油加氢装置精制柴油空冷出装置前温度为190℃左右，可与硫酸汽提塔底净化水换热，降低塔底重沸器热负荷，同时降低柴油空冷、水冷的负荷。此外，装置间的热直供料也属于余热回收技术，是指上游装置产品不经过冷却系统和罐区，直接输送到下游装置，降低了上游装置的冷却负荷和下游装置的加热部分负荷；

（2）余热发电技术，该技术通过低沸点有机物吸热膨胀和蒸汽做功冷凝实现热能转化为电能；

（3）建立热媒水站，以低温热水为热媒介回收装置内的低温余热能量，升温后的热水可供给装置、罐区、重油管线伴热以及生活区取暖等。

某独立焦化企业为解决内部能耗高的问题，采用了优化工艺路径、引进先进技术装备、实施焦炉烟气余热回收利用、甲醇副产蒸汽发电、管式炉节能改造等手段，各技术效益情况总结见表2。

表2 某独立焦化企业改造方案效益情况

4 资源回收利用

4.1 氢气的回收利用

随着成品油指标的严格无害化，以及炼油向化工甚至精细化工的发展趋势，氢气作为原料资源的作用越来越重要[12]。目前比较成熟的氢气回收技术包括变压吸附（PSA）技术、膜分离技术和深冷分离技术。膜分离技术原理是在膜2侧压力差的推动下，利用气体组分在分离膜中扩散系数的差异实现分离，相比较之下，膜分离技术可回收低浓度氢气，且占地面积小、易操作、投资少，在工业中得到广泛应用[13～15]。

4.2 水资源的回收利用

石油炼制过程用水量大，包括冷却器用的循环水、加氢装置注入的除盐水、塔汽提用蒸汽、加热蒸汽、焦化除焦水及装置日常用水等。

水资源的回收利用可从3个方面入手。

（1）各装置蒸汽出口凝结水、伴热用蒸汽凝结水的回收利用；

（2）装置间高效联合，如硫酸装置净化水通常都直接送到水处理车间，经过处理后排放，处理费用较高且水资源流失严重，可将净化水直接供给延迟焦化车间做除焦水、或者送到常减压车间做电脱盐用水。也可将酸性水汽提装置净化水回用至加氢高压注水系统中［16］；

（3）塔的工艺操作采用干式操作，可以降低蒸汽用量。

例如，某炼油厂对单塔加压侧线抽出的酸性水汽提工艺进行节能优化，可节省循环水35 t/h，并降低装置能耗的124.695 MJ/t［17］。共节约新鲜水150 t/h，节省费用252万元/a；同时减少使用除盐水15 t/h，节约除盐水费用88.2万元/a［18］。

5 结束语

炼油行业是高耗能行业，节能降耗是行业发展过程中降本增效的重要主题，与此同时，结合成品油市场需要的变化趋势和碳达峰、碳中和目标的日益严格情况来看，炼油行业转型升级也迫在眉睫，为了应对行业转型升级发展趋势和碳减排要求的双重压力，各炼油厂采取各种手段来减少能源的消耗，降低生产成本。具体节能降耗及碳减排措施可从换热网络优化、加热炉提效、余热回收、氢气回收和水资源回收利用几个方面进行，有效降低炼油厂能耗的同时提高经济和环境效益。