大型石油化工工业过程节能技术

大型石油化工工业过程节能技术

针对我国石油化工工业中节能减排的关键共性问题，运用先进的流程分析与重构手段，进行能量与流股的耦合与匹配，实现炼油、乙烯等大型高耗能流程工业的大幅度节能降耗。本文重点介绍常减压梯级节能技术、催化裂化吸收稳定系统节能技术和精细高耗能分离过程差压耦合节能关键技术的技术特点和应用效果。

我国工业单位能耗高于世界先进水平40%以上。六大耗能行业中的石油和化工行业耗能以20%速度增长。石油和化工行业单耗为全国工业平均水平近3倍。石油和化工行业总能耗占全国工业能耗的25%，其中炼油和乙烯能耗占工业总能耗的4%以上，炼油和乙烯的节能对全国工业能耗下降具有重要意义。

2005年中国石化炼油综合能耗为68.59千克标油/吨，比国外水平（53.20千克标油/吨）高出28.9个百分点，节能潜力相当于新增一个年产500万吨级的油田。我国炼油过程总能耗约折合原油加工量的8.73％，相当于消耗一个年产2800万吨的油田，若能实现节能40%，相当于新增一个冀东油田。本文针对我国目前石油化工工业中节能减排的关键共性问题，运用先进的流程分析与重构手段，进行能量与流股的耦合与匹配，实现炼油、乙烯等大型高耗能流程工业的大幅度节能降耗，重点介绍原油梯级节能技术、催化裂化吸收稳定系统节能技术和精细高耗能分离过程差压耦合节能关键技术的技术特点和应用效果。

1.原油梯级蒸馏节能技术

目前原油的常减压蒸馏流程比较成熟，流程的变化很小，存在的主要问题是原油加工过程的能耗高。其中一个重要原因是蒸馏过程的不可逆加热和冷却造成的。即：将原油加热到很高的温度进行汽化，然后在不同温度下冷凝获得相关产品。为解决以上问题，可以将原油加热到接近冷凝的温度下进行汽化，就可以大幅度降低加热和冷却的不可逆性，从而实现节能的目的。本文的梯级蒸馏节能理论和技术就是在这样的情况下提出的，该技术包含两方面的内容：梯级加热和梯级减压。一是采用梯级加热技术：采用梯级加热的方法汽化原油，减少不可逆性，及时将汽化后的物料分离出去；二是采用梯级减压技术：由于逐步将轻组分拔出，剩余物料就可以在更低的压力下实现汽化，以降低原料的加热温度。采用梯级加热技术汽化原油，可以减少不可逆性，及时将汽化后的物料分离出去；同时采用梯级减压技术，逐步将轻组分拔出，通过流程模拟与分析进行合理的匹配与重构，实现压力与温度的耦合，大幅度降低原油加工过程的能耗。针对某炼厂350万吨/年常减压蒸馏装置，采用原油梯级蒸馏技术的原理进行流程匹配与重构，经过详细的流程分析与模拟计算，该技术可实现原油常减压蒸馏过程节能20%左右，使常减压蒸馏技术的能耗水平达到国际领先水平。如果按1000

万吨/年大型常减压蒸馏计算，每年节约加热炉能耗折合1.17万吨标准油，节约资金4680万元，同时减排温室气体3.68万吨。按全国加工3.4亿吨原油计算，每年可节省397,800吨标准油，节约资金15.9亿元，减排温室气体124万吨。

2.催化裂化吸收稳定系统节能技术

目前国内吸收稳定工艺存在干气不干、汽油切割不清晰、稳定塔分离能力不够、稳定汽油烯烃含量高以及能耗高等缺点外能耗，提高汽油质量。

本技术采用流程重构和热耦合优化，开发出催化裂化吸收稳定系统新的分离流程，可以实现大幅度节约能耗，使热资源得以充分利用，减少系统本技术的关键是：（1）流程重构技术：采用流程分析与重构理论，进行能量与流量的合理匹配和耦合，减少循环流股、最大限度地减少不可逆过程、降低能量消耗，开发低能耗催化裂化吸收稳定新的工艺流程技术；（2）余热回收技术：通过梯级热泵技术，回收和利用催化裂化吸收稳定系统中大量的余热资源，实现工艺制冷制热的目标，同时降低补充吸收剂的循环量，节约能耗。（3）低能耗轻汽油切割技术：采用多级分步冷凝以及轻、重汽油高压与低压耦合匹配解吸技术，将汽油组分中富含烯烃的轻汽油切割出来，降低汽油组分中的烯烃，达到清洁燃料油品的要求，同时将富含烯烃的轻汽油进行回炼以实现多产丙烯技术；（4）关键技术和设备的工程放大技术。本文研究成果若在150万吨/年催化裂化装置上推广，可以节约能耗20%左右，年节约能耗1.5万吨标准油，折合人民币约6000万元，减排温室气体4.68万吨。

3.精细高耗能分离过程差压耦合节能关键技术

目前我国石化产品市场需求旺盛，石油和化工行业生产继续保持增长态势。与此同时，市场需求旺盛使得固定资产继续保持过快的增长态势，部分行业投资已经出现过热，节能与环保压力加大，完成节能降耗指标任务十分艰巨。精馏过程是化学工业中能耗最大的单元过程，针对精密精馏高能耗的特点，通过对新型热耦合过程进行模拟、优化与工业化开发，采用新型差压低能耗精馏技术，在同一个塔内或者多个塔中实现热量的匹配与集成。精馏系统热集成的方法有四种：一是塔顶冷凝器与塔底再沸器之间的热集成；二是冷凝器、再沸器与系统外的可用热源之间的热集成；三是某一精馏塔塔顶冷凝器与另一精馏塔中再沸器之间的热集成；四是具有中间再沸器和中间冷凝器的多组分精馏系统的热集成。本文主要介绍差压热耦合精馏和差压低能耗精馏两种新型的热耦合节能关键技术。3.1差压热耦合精馏技术以精馏过程各塔压力为主要调节变量，寻找热量匹配合理的压力条件，从而大幅降低能耗。采用操作压力作为调节手段，使每座精馏塔的操作压力改变，在组成一定的情况下，压力高则

温度高、压力低则温度低，从而可以利用高压塔顶蒸汽作为低压塔的热源，实现热能的耦合匹配，达到节能降耗的目的。差压热耦合精馏技术的方法之一是是将原流程中的单塔精馏改为两个精馏塔并联操作，同时进料和同时产品采出。其中，第一个塔压力降低，第二个塔压力升高，两塔塔压的不同可以使得第二个塔塔顶蒸汽能够作为第一个塔的重沸器热源，实现两塔的热耦合，达到节能的目的。以50万吨/年苯乙烯装置为例，采用分塔差压蒸馏技术进行流程计算，采用单塔工艺，塔顶冷凝器负荷为28.8Mkal/h、塔釜再沸器热负荷为26Mkal/h；而采用双塔工艺，塔顶冷凝器总负荷为19.02Mkal/h、塔釜再沸器总的热负荷为18.28Mkal/h。可见差压工艺可以节省能量30％以上。2008年我国苯乙烯产量将达到400万吨/年，如果全部采用双塔差压工艺，可以节省能量68Mkal/h。按照10公斤蒸汽计算（100元/吨），只考虑蒸汽消耗量每年就可节约1亿元人民币。

3.2差压低能耗精馏技术通过对各种热偶精馏过程的深入研究，为了使得能耗最小，提出了一种新型的精馏过程。这一技术是将普通的精馏塔分割为常规分离和降压分离两个塔段，其中常规分离塔段的操作压力与单塔精馏操作压力相同或者略高于单塔操作压力，而降压分离塔段采用降压操作，降低塔底温度，从而能够利用常规精馏塔段塔顶冷凝的潜热来实现降压分离塔段塔底物料的再沸加热。降压分离塔段塔顶蒸汽经过压缩机压缩进入常规分离塔段，常规分离塔段塔底液体由压差推动进入降压分离塔段。降压分离塔段降压操作可以使得其塔釜再沸物料的温度低于常规分离塔段塔顶物料的温度，利用该两股物料的匹配换热从而实现两塔的热耦合，并利用辅助冷凝器和辅助再沸器实现整个精馏过程能耗的完全匹配，实现节能的目标。与现有技术相比，本技术有以下优点：

（1）常规分离塔段塔顶冷凝的负荷可以与降压下降压分离塔段底再沸器的负荷相匹配，实现热偶精馏，匹配换热。

（2）与常规精馏不同，常规分离塔顶上升蒸汽可以直接用于加热降压分离塔底物料，满足塔底再沸的要求。

（3）热消耗是精馏操作中的主要能耗所在，与现有技术相比，基本用差压降温手段实现了最小的热消耗，甚至冷热负荷可以完全匹配，消耗为零。而实现该目的的手段仅仅是在设备中增加一台压缩机，该动力消耗相对于原有的热消耗小很多。以差压低能耗精馏技术应用于30万吨/年丙烯-丙烷和15万吨/年异丁烷-正丁烯精密蒸馏过程为例，以蒸汽价格100元/吨计，每年可节约蒸汽消耗折合人民币分别为2500万元和1200万元。如果进一步推广到精细化学品加工过程，所获得的经济效率将更大，对于我国石油及化工行业节能减排工作的发展具有重要的推动作用。