煉油廠的蒸餾車間節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

塔里木油田石化分公司 王元政 劉安全

煉油廠的蒸餾車間節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

塔里木油田石化分公司 王元政 劉安全

原油蒸餾車間是煉油廠中能耗最大的工段,蒸餾節(jié)能是煉油工業(yè)發(fā)展的必要手段和必然趨勢。本文從采用新技術,改進工藝過程,采用各種新型、高效、低耗設備,降低能耗等多個方面介紹了當前蒸餾技術節(jié)能降耗的措施,并對煉油企業(yè)在進行原油蒸餾裝置節(jié)能改造的前景趨勢進行了展望,要求蒸餾節(jié)能必須跟進國內(nèi)外技術發(fā)展最新動態(tài),采用先進的工藝設備和現(xiàn)代化管理控制系統(tǒng),將煉油廠裝置作為整體進行過程能量組合優(yōu)化。

煉油廠蒸餾裝置常減壓工藝現(xiàn)狀趨勢

煉油工業(yè)作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一,是能耗最大的加工業(yè)。由我國石油的消費量逐年遞增,但利用效率仍遠低于先進國家的現(xiàn)狀,可見,我國在降低煉油企業(yè)能耗方面仍需加強科技攻關。原油蒸餾是原油加工的第一道工序,原油必須經(jīng)蒸餾分離成各種油品和下游加工裝置的原料。煉油過程中40%～70%的能耗用于分離,而蒸餾能耗就占其中的95%,已成為煉油廠中消耗量最大的工序。所以,采用先進的節(jié)能技術,降低蒸餾過程能耗是技術創(chuàng)新的客觀要求,對降低行業(yè)能耗,提高工業(yè)水平,能源持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。

一、目前采用的節(jié)能措施

目前煉油工業(yè)蒸餾過程的節(jié)能一般從改進生產(chǎn)工藝流程,對傳統(tǒng)設備進行高效低耗改造等方面著手,充分利用工藝過程的能量,減少工序本身耗能,提高蒸餾系統(tǒng)的節(jié)能效率。

(1)過濾法對原油脫鹽。原油常減壓蒸餾裝置是蒸餾工藝的關鍵裝置,電脫鹽是常減壓蒸餾的第一道工序,其電脫鹽工藝是煉油廠降低能耗、減輕設備結(jié)垢和腐蝕、減少催化劑消耗及改善產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝過程,并直接關系到煉油廠的經(jīng)濟效益。通過過濾技術對原油進行深度脫鹽脫水,是一種對乳化原油破乳的新手段。選擇一種良好的固體吸附劑作為過濾材料,并制成破乳過濾柱。用這種過濾材料對原油進行脫鹽脫水,其過濾脫鹽工藝效果更佳,并且具有明顯的節(jié)電、節(jié)水、節(jié)省破乳劑的效果。

(2)強化技術提高拔出率。常減壓渣油中含有5%～7%的輕組分油,通過常減壓蒸餾裝置將其拔出的效率是衡量其技術水平的一個重要指標。提高拔出率的技術手段有許多,如優(yōu)化塔的操作、改進抽真空系統(tǒng)、改進塔內(nèi)構件、優(yōu)化加熱爐內(nèi)兩相流動狀態(tài)等。除此之外,采用強化蒸餾新工藝提高原油蒸餾拔出率近年來受到人們廣泛關注。加入活化劑強化原油蒸餾,從根本上提高輕質(zhì)油的拔出率,從而更加合理的利用寶貴石油資源,為煉油企業(yè)帶來效益。用氣相色譜模擬蒸餾技術進行了輕質(zhì)原油混煉油加劑強化蒸餾實驗,在試驗中考察了活化劑種類、添加量對混煉油粘度對拔出率的影響。結(jié)果表明,加劑強化蒸餾可以提高輕質(zhì)原油混煉油的拔出率,經(jīng)色譜模擬蒸餾篩選出的活化劑及其適宜的添加量下,混煉油的拔出率凈增值可達2%～3%。常減壓蒸餾裝置采用強化技術,不必改動原有工藝和操作條件,只需增加添加劑的加入混合裝置,投入少,見效快,效益高,對設備、產(chǎn)品及環(huán)保無不良影響,具有工業(yè)化應用價值和廣闊的市場,是一項適合我國國情的重油加工新技術。

(3)提高熱回收率。原油蒸餾過程中需要回收大量余熱,并對低溫熱量進行冷凝。換熱器和冷凝冷卻器的選用對節(jié)能至關重要,提高冷換設備的換熱效率、減少換熱面積能夠有效提高熱量使用效率。另一方面,冷熱交換儀器耗費的鋼材也占工藝設備鋼材總用量的20%～30%,改進裝置對節(jié)約鋼材和投資、減少能耗具有重要意義。因此近幾年我國原油蒸餾主要采用螺紋管換熱器,它應用在原油蒸餾裝置中,可有效地節(jié)省建設投資,使裝置在換熱器的投資上降低了25%。

(4)提高柴汽比。柴汽比是衡量煉油廠產(chǎn)品是否滿足市場需求結(jié)構的重要指標之一,經(jīng)測算數(shù)據(jù)顯示,柴汽比每提高0.1,汽柴油消費量可減少l%以上,因此,提高柴汽比具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。我國是發(fā)展中國家,應鼓勵多消費柴油。提高柴汽比的重點在煉油廠提高常減壓蒸餾裝置的分離精度,盡可能多地將柴油撥出來。將柴油餾份盡可能全部從常壓塔拔出,不僅可以降低減壓爐負荷,改善減壓塔操作,對提高裝置平穩(wěn)率和節(jié)能降耗起到了至關重要的作用,而且與目前石化行業(yè)調(diào)整油品結(jié)構提高柴汽比的大方向相契合,在節(jié)能事業(yè)上具有深遠的意義。

(5)提高加熱爐效率。加熱爐是主要的能源轉(zhuǎn)換設備,通過加熱爐進行轉(zhuǎn)換和消耗的能量大約占到煉油廠綜合能耗的30%以上。提高加熱爐熱效率和熱負荷已成為挖潛增效的主要措施應及時采取,例如開發(fā)應用各種型式的空氣預熱器,加強煙氣熱回收,減少排煙熱損失,配置余熱鍋爐;采用高效監(jiān)測儀表,實現(xiàn)微機控制管理;廣泛應用陶纖襯里等隔熱材料,減少散熱損失;開發(fā)和應用高效率大能量燃燒器,采用降低過剩空氣系數(shù)和減少霧化蒸汽量的技術措施;采用多種型式的擴面管和各種除灰技術等。

二、蒸餾工藝節(jié)能發(fā)展趨勢

原油蒸餾是石油加工中最基本和最原始的工藝過程,但其技術改造工作大有可為。關鍵是要結(jié)合各自的工藝特點和裝置現(xiàn)狀,從大處著眼,從小處著手,綜合考慮才能達到改造目的。走向21世紀的原油蒸餾技術正面臨新的變革,以節(jié)能為先導,將在以下方面取得重要進展。

(1)積極開發(fā)節(jié)能新技術、新工藝、新能源。為了未來的節(jié)能策略,需要開發(fā)并推廣多種新型蒸餾節(jié)能的理論和技術,從能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、回收和利用環(huán)節(jié)出發(fā),搞好總體優(yōu)化用能,提高能源利用效率。①推廣窄點分析技術在常減壓蒸餾裝置上的應用,已成為過程用能優(yōu)化組合的核心技術。窄點分析可在設計開始階段確定所能達到的最好能量與換熱面積策略,采用窄點技術的節(jié)能率平均可達20%～40%。應用窄點技術也可進行項目改造,達到比傳統(tǒng)方法要明顯短的投資回收期,實現(xiàn)增加煉油廠生產(chǎn)能力與降低能量消耗的目標。②利用常減壓梯級蒸餾節(jié)能技術對舊常減壓裝置進行改造,主體設備基本可利舊不變或移位使用,設備利舊率高,顯著提高裝置的原油加工能力,設備投資小,施工周期短,節(jié)能效果相當可觀。如用于新裝置設計,則可減小主體設備規(guī)模,節(jié)約投資,經(jīng)濟效益顯著。③努力開發(fā)和利用節(jié)能新工藝,如熱泵蒸餾、熱耦蒸餾、多效蒸餾、催化蒸餾等。在煉油廠烯烴轉(zhuǎn)化方案中選用推廣新型催化蒸餾技術,加快新催化劑、新化合溶劑的開發(fā),減少工藝過程耗能,提高工藝過程能量利用率。差壓熱耦合蒸餾節(jié)能新技術則是通過將常規(guī)蒸餾過程分割為常規(guī)分餾和降壓分餾兩個塔,可以實現(xiàn)塔頂蒸汽與塔底再沸器的熱量耦合匹配,大幅度降低蒸餾過程的能耗。④加強現(xiàn)代節(jié)能理論和方法的研究和應用,積極開發(fā)和應用能源從逐級利用技術和熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供技術,提高燃料化學能、物流熱能和壓力能的利用率,突破燃機-加熱爐聯(lián)合系統(tǒng)。研制和采用高效、節(jié)能的新機械、新設備,如新型節(jié)能塔器、反應器、加熱爐、分離器、換熱器和閥門、機泵等。

(2)計算機控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫、專家軟件。隨著信息技術與軟件的發(fā)展,以計算機為中心的現(xiàn)代化進程控制技術,成為當代煉油廠節(jié)能增效、競爭贏利的重要手段。①一方面生產(chǎn)裝置采用計算機控制設施以及各種先進控制策略,可大大提高裝置設備的自動化程度,可控制性加強,精確度提高,節(jié)省人力物力的同時節(jié)減裝置能耗,安全平穩(wěn)操作,提高經(jīng)濟效益。主要體現(xiàn)在加熱爐節(jié)能控制和生產(chǎn)過程節(jié)能控制上,可嘗試應用微機和可編程調(diào)節(jié)器進行支路平衡控制和燃燒約束控制。用微機預計與手動控制對比,控制可有效提高熱效率。煉油生產(chǎn)裝置的過程優(yōu)化控制技術在數(shù)據(jù)實時采集、巡回檢測、超限報警、設備監(jiān)控、生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制和開環(huán)指導等方面,應用計算機技術也能發(fā)揮其作用。②另一方面要推廣一體化設計中數(shù)據(jù)庫的應用以及專家系統(tǒng)軟件的發(fā)展。大型化工軟件商業(yè)化越來越多,靜態(tài)模擬軟件已成為化學工程師的基本設計與優(yōu)化工具,動態(tài)模擬軟件也開始在一定范圍內(nèi)風行。采用節(jié)能增效的自動化和計算機技術,過程控制加快采用分布式控制系統(tǒng),并使投用的分布式控制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集、顯示、報警功能,向先進控制和優(yōu)化控制演化,使生產(chǎn)裝置和輔助設施的運營真正取得安全運行、平穩(wěn)操作、經(jīng)濟與技術相協(xié)調(diào)的效益。

(3)常減壓設備大型化。蒸餾過程的大型化是煉油工業(yè)分離過程發(fā)展的必然趨勢。開展蒸餾過程的大型化研究、過程節(jié)能及工程化應用,并以此理論和節(jié)能策略為基礎,開發(fā)低液面梯度技術、氣液均勻分布技術、抗堵塞技術以及與此配套的一系列塔內(nèi)件技術,能夠形成關鍵技術的系統(tǒng)集成,顯著降低過程能耗,極大地提高設備效率、顯著降低能耗、大量減少廢物排放,對提升行業(yè)的技術水平、實現(xiàn)國際先進水平的規(guī)模效應具有顯著的推動作用。

(4)綜合節(jié)能系統(tǒng)。全廠節(jié)能系統(tǒng)綜合優(yōu)化,利用過程能量組合,即把工藝過程作為整體進行優(yōu)化。如原油蒸餾和流化催化裂化的聯(lián)合,在直接利用油漿時,其增加的面積大約為用蒸汽(間接利用)時需增加的面積的一半,并且具有有利的投資回收期。在節(jié)能改造中,對挖掘降低工藝總用能、增加全系統(tǒng)回收熱量潛力和提高部分單元設備的熱轉(zhuǎn)換效率,必須進行綜合考慮,才能取得應有的效果。例如對于填料塔,有了性能良好的填料,還必須有綜合性能優(yōu)良的氣液分布器與之匹配,才能保證放大效應不明顯。在工業(yè)裝置改造中,改造加熱爐,增加回收煙氣熱量的換熱面積時也要同時關注提高加熱爐的效率,充分研究工藝過程節(jié)能措施。否則節(jié)能措施與生產(chǎn)能力不匹配,就會影響改造效果,造成設備、資金等的浪費。

(5)改造常減壓蒸餾塔。應用高效規(guī)整填料改造常減壓蒸餾塔是目前國內(nèi)外的研究方向。改造常減壓蒸餾塔是原油蒸餾過程的核心設備,塔內(nèi)傳質(zhì)構件即塔板、塔填料,是油品分餾塔最關鍵的部件,對于一個操作方案已定的分餾塔,塔內(nèi)傳質(zhì)構件選用是否得當,直接關系著能否保證產(chǎn)品質(zhì)量,發(fā)揮設備潛力,提高輕油收率,高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗地完成各項任務?，F(xiàn)代蒸餾裝置填料塔逐步取代大部分大型板式塔,規(guī)整填料具有壓降低、傳質(zhì)效率高、處理量大、放大效應小等優(yōu)點。采用全規(guī)整填料技術對加氫分餾塔和穩(wěn)定塔進行技術改造,在工藝流程的計算機模擬和流體力學性能核算的基礎上提出了具體改造方案。分餾塔內(nèi)的回流量是工藝條件中最關鍵的因素,分餾塔的回流比可以通過優(yōu)選方法求得最佳值。

我國煉廠規(guī)模雖有日新月異的迅猛增長,但與國外煉油水平相比仍有很大差距,行業(yè)結(jié)構調(diào)整任重道遠,煉油廠蒸餾車間進行節(jié)能改造的新技術新工藝層出不窮。為此,我國十一五規(guī)劃建設了十幾套千萬噸級的常減壓蒸餾裝置,并以此作為國家的重大能源戰(zhàn)略。未來幾年,隨著煉油裝置結(jié)構的不斷調(diào)整,大型常減壓蒸餾裝置還將得到進一步發(fā)展。對挖掘降低工藝總用能、增加全系統(tǒng)回收熱量潛力和提高部分單元設備的熱轉(zhuǎn)換效率,必須進行綜合考慮,才能取得應有的效果。

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