炼厂低温余热利用的节能潜力分析

炼厂低温余热利用的节能潜力分析

1低温余热利用根据工业和信息化部最新发布的《石膏和化学工业“十二五”发展规划，全面成效“十二五”节能减排目标。在“十二五”期间，石化行业单位的工业总产值降至30%，能耗降低20%，二氧化碳排放量降至17%。需要氧化氮、二氧化硫、氨氮和二氧化硫的主要污染物的排放量应分别减少8%、8%和10%。应有效控制生产废物。对于炼油企业压力最大的,就是发展规划中明确要求“十二五”期间炼油装置原油加工能耗需低于86kg标煤/t(折合60.20kg标油/t),而目前国内大部分炼厂的炼油综合能耗均高于此值,因此,节能降耗是摆在每个石化企业面前的重要任务。随着炼厂规模日趋变大以及节能法规的日益严格,炼厂范围内热能的综合利用,尤其是以往不被重视的低温余热的优化利用越来越受到重视。炼厂中热能利用的一般原则为:热工艺物流首先与需要加热的冷工艺物流换热,剩余热量考虑产生蒸汽或热水,剩下的更低温位的热量需用循环水或空冷器冷却到需要的温度。基于上述原则,一般情况下,大于300℃的中、高温余热用来产生3.5MPa的中压蒸汽;200~300℃的中温余热用来产生1.0MPa蒸汽;170~200℃的低温余热用来产生0.5MPa蒸汽;小于170℃的低温余热可以用来产生热媒水。在考虑了工艺技术水平及换热设备能力,以多产蒸汽,尽量回收热能这一前提下,目前炼油厂中低温余热一般是指80~170℃的工艺物流所具有的未被工艺过程利用的热量[1~3]。本文在调研了大连、广西等几个大型炼厂的基础上,分析了炼油厂产生低温余热的热源及利用的热阱,并提出了低温余热的利用方案,可为炼油厂改造和设计提供一定的依据。2余热利用量w目前,各大炼厂都普遍存在低温余热的部分利用,具体调研数据见表1。可以看出,目前国内千万吨级炼厂的低温余热利用量大都在(10~20)×104kW之间。而通过调研发现,千万吨级炼厂中,除了已经利用的低温余热外,还存在大约(20~40)×104kW的未能利用的低温余热,都被空冷及水冷设备散失掉了,千万吨级炼厂可利用的低温余热折合标准油大约为6~10kg标油/t原油,这对炼厂完成“十二五”节能减排目标意义重大。3热分析炼油厂能产生80~170℃低温余热的部位,主要存在于常减压、催化裂化、延迟焦化及加氢类装置中,具体产能部位见表2。4热耦合分析目前,炼厂低温余热的利用主要有以下几种途径:采暖、制冷、油品加热、伴热、锅炉除盐水加热、低温余热海水淡化、低温余热发电等[4~6]。4.1低温热水利用由于气分装置各塔塔底所需温度不高,能够利用其他装置的低温热,脱乙烷塔和丙烯塔可利用70~110℃的低温热水作为热源,脱丙烷塔底温度大于90℃,一般可利用催化装置分馏塔顶循环回流油作为重沸热源,也可以将全厂低温余热统一回收后,送至该装置加以利用。这样不仅降低了气分装置的能耗,还有利于降低全厂炼油能耗。类似情况还有MTBE等工艺装置塔底重沸器等的应用。4.2增设热水罐,提高原油出罐温度以回收的热水为热源,设置热水-原油换热器,以提高原油进罐温度满足储存和脱水的加温需要,同时增设热水至各原油罐加热盘管跨线,用热水满足原油罐维温需要的热源。4.3提高吸收塔温度利用低温热水为热源,通过低温余热制冷机组制取5~15℃的冷水,用于焦化、催化、裂解吸收稳定吸收塔,降低吸收塔温度,提高吸收效果,降低焦化、催化、裂解装置干气中液化气含量。制取的冷水可使吸收塔的操作温度由40℃降至20℃,吸收效果大幅提高,从而降低干气中C3以上组分含量,提高液化气和丙烯收率。同时,制取的冷水还可用于办公场所制冷,避免用电和蒸汽制冷增加的消耗。4.4办公用能其他能耗目前,随着劳保福利设施的不断完善,生活用能也相应增加。此外,随着企业的发展,办公楼、中控室、分析化验室等用能也不断增加,这部分能耗必然影响全厂综合能耗。如果以低温热取代上述用能,可直接降低全厂综合能耗。4.5低温余热海水淡化技术应用效果炼油厂中的低温余热除了一般的同级利用外,目前还有低温余热海水淡化、低温余热发电等几种升级利用方式。低温余热发电就是利用某些生产工艺过程中释放出的部分热能,使之转为电能的过程。以目前实际运行的某石化低温余热发电为例,余热回收站汽轮发电机组配置规模为1×3000kW,运行负荷为2800kW,以每年运行8400h、电价0.53元/(kW·h)计算,年发电收入为1247万元,其项目投资内部收益率为8.26%,低于石油行业基准收益率10%,但达到了市政服务工程要求的收益率(8%)。低温余热海水淡化是指利用低温余热从海水中获取淡水的技术和过程,通过脱除海水中的大部分盐类,使处理后的海水达到生活和生产用水标准的水处理过程。目前,常用的低温余热海水淡化主要有多级闪蒸(MSF)、低温多效(MED)和反渗透(RO)三大主流技术。以建设产水规模1000m3/h的海水淡化厂为例,单位造水成本约为多级闪蒸6.026元/t、反渗透5.582元/t、低温多效蒸馏5.285元/t。5采用先进的节能型流程,其重点低温余热利用的原则是“温度对口,梯级利用”。简言之,就是不要在温度差异很大的热源和热阱间做直接匹配,避免造成大的损失。(1)优化装置工艺换热流程,尽量少产低温余热。例如,采用先进的节能型工艺流程,优化操作参数,采用高效设备,使设备的总用能实现最佳化;采用夹点分析技术,优化换热网络;注重相关装置之间的热联合等。(2)低温余热回收与利用,其总体方案必须遵循“经济合理、运行可靠”原则。(3)低温余热的利用优先考虑长周期运行的同级利用,如除盐水加热、装置重沸器热源、储罐加热;其次考虑全年中部分时间运行的同级利用,如采暖;最后考虑低温余热升级利用,这就需要炼厂根据各自的实际情况,因地制宜地采用低温余热制冷、发电、海水淡化等技术。6用户热源使用时间低温余热利用的关键,在于找到长期稳定使用低温余热的用户(热源),使用时间与供热时间越接近,换热效率越高,意味着余热利用越彻底,低温余热利用率越高。根据其热利用率的大小,可分为同级利用和升级利用。6.1低温热媒水系统从常减压装置、催化裂化装置、加氢裂化装置、芳烃抽提装置、制氢装置及渣油加氢等装置来的低温热媒水先进入隔油罐,除去水中可能携带的浮油、残渣,经泵加压后送至全厂的热媒水管网,然后分成几路,去工艺装置管道伴热、原油罐区、建筑物采暖等用户,作为加热介质使用。6.2对余热余热的利用(1)根据项目实际情况,如果需要上低温余热制冷,则部分低温余热通过低温制冷机组制取5~15℃的冷水,一方面可以供办公建筑空调制冷用,另一方面可以作为低温冷却介质供给某些工艺装置,用以提高目标产品产率。(2)如果需采用低温余热发电,部分热媒水可以先进入隔油罐,除去水中可能携带的浮油,一级热媒水闪蒸罐和一级凝结水闪蒸罐产生的蒸汽作为汽轮机的一级进汽,二级热媒水闪蒸罐和二级凝结水闪蒸罐产生的蒸汽作为汽轮机的二级进汽。一、二级闪蒸蒸汽分别进入汽轮机发电。蒸汽在汽轮机中做功后,进入冷凝器冷却成凝结水,这些凝结水除一部分补充到热媒水管网中,其余送到全厂的凝结水系统管网,集中处理回收使用。(3)如果炼厂在海边且处于淡水缺乏区域,低温余热在同级利用之后还有大量剩余的情况下,可考虑低温余热多效蒸馏海水淡化应用。根据需要,还可以采取诸如设置热泵等其他升级利用措施。经利用后的热媒水温度已经降低,应直接用泵送至全厂的热媒水管网,与从气分、轻烃回收、MTBE等装置回来的热媒水汇合,继续送到催化裂化、常减压、加氢裂化、芳烃抽提、制氢及渣油加氢等装置取热循环使用。具体低温余热综合利用方案示意图如图1所示。7低温余热回收利用(1)目前,国内千万吨级炼厂的低温余热利用量大都在(1