精對苯二甲酸項目的節(jié)能評估及建議

汪英枝

(中國昆侖工程公司，北京100037)

“十二五”期間，我國制定了節(jié)能減排目標，即單位GDP能耗下降16%、主要污染物排放總量下降8% ～10%［1］。目前，我國能源供需形勢嚴峻，節(jié)能目標任務(wù)艱巨，大氣污染防治壓力加大，國家陸續(xù)出臺一系列措施，如制定《精對苯二甲酸(PTA)單位產(chǎn)品能源消耗限額》等30項國家強制標準，淘汰高耗能生產(chǎn)企業(yè)，控制能源消費總量，推進生態(tài)文明建設(shè)，確保實現(xiàn)規(guī)劃目標。節(jié)能評估是根據(jù)國家現(xiàn)行的法律法規(guī)、標準及規(guī)劃，對項目的能源利用是否科學合理進行分析評估。2010年4月，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查暫行辦法》、《固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估工作指南》等。固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估按照項目年能源消費量實行分類管理，百萬噸級PTA項目能源消費量大于87 924 GJ/a(3 000 t/a標煤)，需要編制節(jié)能評估報告。

1 節(jié)能評估依據(jù)

1.1 國家現(xiàn)行法律法規(guī)

包括與項目所屬行業(yè)有關(guān)的國家、地方法律、法規(guī);與項目相關(guān)的國家“十二五”規(guī)劃、行業(yè)規(guī)劃、廠址所在地區(qū)域發(fā)展規(guī)劃。

1.2 行業(yè)準入條件與產(chǎn)業(yè)政策

明確與項目相關(guān)的行業(yè)準入條件，定位屬于鼓勵類、限制類還是禁止類，投資項目應(yīng)屬鼓勵類。產(chǎn)業(yè)政策主要包括節(jié)能、節(jié)水政策大綱、技術(shù)推廣目錄等，如第六批《國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄》見2013年12月國家發(fā)改委發(fā)布的【2013】45號公告。

1.3 相關(guān)節(jié)能標準規(guī)范

包括與項目相關(guān)的用能品種、用量、節(jié)能品種的標準規(guī)范、產(chǎn)品能耗限額標準、設(shè)備(產(chǎn)品)能效標準、耗能計算標準等。節(jié)能評估能耗計算主要按照《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2008)［2］和《石油化工設(shè)計能耗計算標準》(GB/T 50441—2007)［3］的要求進行。

2 PTA項目用能分析

以1 200 kt/a PTA裝置及其配套公用工程設(shè)施為例，對該項目能源結(jié)構(gòu)、用能品種、用能點、用能量進行用能分析。

2.1 主要供能及用能系統(tǒng)

以廠址紅線為界限，外部進入紅線的能源(不在投資建設(shè)之內(nèi))為項目所需要的外供能源。本項目外供的能源主要有水、電(部分)、煤。水通過開發(fā)區(qū)綜合給水站提供生活水、生產(chǎn)原水;項目所用電來自開發(fā)區(qū)電網(wǎng);煤用于自建的熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤鍋爐。

界區(qū)內(nèi)裝置消耗能源主要有:水(生活水、生產(chǎn)水、除鹽水、循環(huán)冷卻水、消防水)、電、蒸汽(高壓、中壓、低壓)、工藝壓縮空氣、儀表壓縮空氣、氮氣等。其中熱電聯(lián)產(chǎn)裝置負責向項目的PTA生產(chǎn)裝置、輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程裝置提供各

種等級的蒸汽及部分電力。

2.2 能源消耗量

PTA裝置用能工段有:氧化工段和精制工段。氧化工段包括空氣壓縮、氧化反應(yīng)、對苯二甲酸(TA)結(jié)晶、TA固體分離、廢氣處理和溶劑回收等單元。精制工段包括漿料調(diào)配、PTA加氫精制和結(jié)晶、固體分離、干燥和產(chǎn)品風送及貯存等單元。輔助生產(chǎn)設(shè)施包括中央控制室、中心化驗室、原料罐區(qū)、成品庫、輔料倉庫、制氫裝置等。公用工程主要消耗能源的有熱電聯(lián)產(chǎn)裝置、海水泵站、污水處理站等。1 200 kt/a PTA項目用能主要為煤、電、水，其中水5 336 000 m3/a(用于PTA裝置，除鹽水站、罐區(qū)及其他)，煤768 kt/a(用于熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的蒸汽制備、發(fā)電)，電80 GW·h/a(用于PTA生產(chǎn)裝置開車時用電，配套公用工程部分)［4］。

2.3 主要用能設(shè)備的節(jié)能評估

用能設(shè)備的節(jié)能評估需要分析主要設(shè)備的選型、配置是否科學合理，設(shè)備能效指標是否達到先進水平，還需附上主要用能設(shè)備能效評價計算書［5］。PTA裝置主要耗能設(shè)備有:工藝空氣壓縮機組、溶劑脫水塔再沸器、加氫精制漿料預熱器等，主要設(shè)備用能情況如下:

(1)工藝空壓機組

項目工藝空壓機選用“四合一”機組(空壓機+汽輪機+尾氣膨脹機+電動機/發(fā)電機)，其中汽輪機將氧化反應(yīng)副產(chǎn)的低壓、超低壓蒸汽充分利用，膨脹機將高壓催化焚燒裝置(HPCCU)排出的氧化尾氣溫度由約150℃下降到約100℃，熱量需進一步回收。PTA裝置正常生產(chǎn)時，空壓機不需要外供蒸汽和電，而且電機還可以發(fā)電輸出，因此PTA主裝置電消耗為0，節(jié)能效果比較明顯。

(2)溶劑脫水塔再沸器

本項目溶劑回收采用共沸精餾，脫水塔為填料塔(高效規(guī)整填料)，塔的效率比較高，塔的直徑和塔高大大降低，溶劑脫水塔再沸器為虹吸式列管換熱器，熱源來自氧化反應(yīng)器頂部第二冷凝器副產(chǎn)的低壓蒸汽(0.35 MPa，148℃)，蒸汽用量為224 t/h，正常生產(chǎn)時不需要外供蒸汽，系統(tǒng)利用裝置廢熱，充分體現(xiàn)了能源的循環(huán)利用。

(3)加氫精制漿料預熱器

采用8臺預熱器，第一預熱器采用第四結(jié)晶器產(chǎn)生的蒸汽加熱，第二預熱器采用第二結(jié)晶器產(chǎn)生的蒸汽加熱第五級預熱器后的蒸汽凝液加熱，第三預熱器采用第三結(jié)晶器產(chǎn)生的蒸汽加熱，第四預熱器采用第一結(jié)晶器產(chǎn)生的蒸汽加熱第六級預熱器后的蒸汽凝液加熱，第五預熱器采用第二結(jié)晶器產(chǎn)生的蒸汽加熱，第六預熱器采用第一結(jié)晶器產(chǎn)生的蒸汽加熱，第七、八級預熱器采用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置提供的高壓蒸汽加熱。該項目漿料預熱系統(tǒng)充分利用結(jié)晶器閃蒸的各級蒸汽及其一次利用后的蒸汽凝液，大大減少了外供蒸汽的耗用量，蒸汽的利用效率也得到了提高。

2.4 綜合能耗分析

項目節(jié)能評估需要對裝置和項目、單位產(chǎn)品、單位產(chǎn)值綜合能耗等分別進行計算及分析。

綜合能耗是指用能單位在統(tǒng)計報告期內(nèi)實際消耗的各種能源實物量，按規(guī)定的計算方法和單位分別折算后的總和。對工程項目，綜合能耗指統(tǒng)計報告期內(nèi)，主要生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合能耗總和。

單位產(chǎn)品綜合能耗(ep)計算公式:式中:Ep為能耗體系的能耗;Gp為能耗體系的進料量或合格產(chǎn)品量。

單位產(chǎn)值綜合能耗(eg)計算公式:

式中:E為綜合能耗;G為統(tǒng)計報告期內(nèi)產(chǎn)出的總產(chǎn)值或增加值。其中工藝空壓機配置為“四合一”機組(汽輪機+空壓機+尾氣透平+電機)，裝置正常生產(chǎn)時發(fā)電機可發(fā)電，副產(chǎn)電力用于PTA裝置用電設(shè)備，裝置不需外供電力，裝置電耗為0。

從表1可看出，按GB/T 50441—2007折算，PTA裝置單位產(chǎn)品綜合能耗為5.18 GJ(折算為123.8 kg標油或 176.9 kg標煤)。

表1 PTA裝置單位產(chǎn)品綜合能耗Tab.1 Comprehensive energy consumption of PTA plant

全廠單位產(chǎn)品綜合能耗按照GB/T 50441—2007和GB/T 2589—2008折算見表2和表3。

表2 基于GB/T 50441—2007折算全廠綜合能耗Tab.2 Convert of comprehensive energy consumption for PTA plant according to GB/T 50441—2007

表3 基于GB/T 2589—2008標準折算全廠綜合能耗Tab.3 Convert of comprehensive energy consumption for PTA plant according to GB/T 2589—2008

從表2和表3可知，不同標準的折標系數(shù)有所不同，計算能耗有所差異。標準GB/T 50441—2007中電力折算為等價值，反映實際能耗;而標準GB/T 2589—2008中僅給出電力折算當量值，電力折算等價值要求“按當年火電發(fā)電標準煤耗計算”，且折標系數(shù)不全，缺少各種壓力等級的蒸汽(僅一種低壓蒸汽)折標系數(shù)，缺少不同規(guī)格除鹽水折標系數(shù)，對于用能品種較多的裝置來說，不能滿足測算要求。另外，GB/T 50441中電力折算等價值為2005年的火電發(fā)電煤耗，2013年電力折算等價值應(yīng)為0.225 kg標煤/kW·h。對于沒有設(shè)置污水處理裝置的項目或生產(chǎn)污水僅作預處理，沒有達到國家排放標準的項目，排放的污水需要計入能耗，折標系數(shù)可參考 GB/T 50441—2007。

該項目所在地2010年國內(nèi)生產(chǎn)總值5 158.1億元，建成投產(chǎn)后年銷售收入184億元，占所在地區(qū)GDP的3.56%;所在地區(qū)2010年工業(yè)生產(chǎn)增加值2 306.1億元，投產(chǎn)后工業(yè)生產(chǎn)增加值為38.5億元，占所在地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)增加值的1.67%。所在地區(qū)2010年單位GDP能耗為35.12 GJ(折合1.2 t標煤)，項目2012年底投產(chǎn)，可實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)增加值43.7億元，單位產(chǎn)品能耗6.77 GJ(折合162 kg標油)，低于所在地區(qū)GDP能耗。

2.5 綜合能耗評估

2.5.1 能源加工轉(zhuǎn)換情況

根據(jù)項目能源消費情況，本項目能源加工、轉(zhuǎn)換、利用見圖1。

圖1 PTA項目能源轉(zhuǎn)換方法Fig.1 Schematic diagram of energy transfer in PTA project

按照國家規(guī)定的節(jié)能工程方案要求，單臺容量10 t/h以上(含10 t/h)及運行4 000 h/a以上(含4 000 h/a)的工業(yè)鍋爐，應(yīng)實行熱電聯(lián)產(chǎn)。本項目所需要的能源主要是煤，采用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，配置4臺燃煤鍋爐，生產(chǎn)時3開1備提供全廠所需蒸汽和電力。熱電聯(lián)產(chǎn)裝置用煤量為768 000 t/a(折合524 434 t/a標煤)，產(chǎn)品PTA消耗量為9.37 GJ/t(320 kg/t標煤)，煤經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)換成電96 MW/t，供附屬裝置和配套公用工程、熱電聯(lián)產(chǎn)裝置所用;鍋爐產(chǎn)生的9.9 MPa高壓蒸汽224 t/h和1.0 MPa低壓蒸汽80 t/h，主要供PTA裝置用。

2.5.2 綜合能耗評估

根據(jù)天津市《PTA裝置單位綜合能耗計算方法及限額》(DB 12046.27—2008)，單位PTA 產(chǎn)品綜合能耗限額值為4.72 GJ(173 kg標煤/t)，本項目單位產(chǎn)品綜合能耗為123.8 kg標油，低于限額值，同時也低于全國PTA行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標基準值的限額值5.6 GJ(134 kg標油/t)。

從表4可知，該項目PTA裝置綜合能耗為5.18 GJ/t(123.8 kg/t標油)，與國內(nèi)同類裝置相比，屬近年來國內(nèi)PTA裝置先進技術(shù)之一。

表4 國內(nèi)PTA裝置綜合能耗比較Tab.4 Comparison of comprehensive energy consumption for PTA plants in China

3 幾點建議

百萬噸級PTA項目的節(jié)能評估要明確項目界區(qū)的劃分，要熟悉整個工程項目外部條件、子項組成及其關(guān)聯(lián)性，對項目的工藝技術(shù)、工藝流程、物料性能、物性參數(shù)、能耗構(gòu)成、物料平衡、能量平衡、節(jié)能措施等融會貫通，還要了解配套公用工程設(shè)施、用能來源及交接點條件等。

PTA項目的節(jié)能評估能耗計算主要按照《石油化工設(shè)計能耗計算標準》(GB/T 50441—2007)和《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2008)的要求開展。因不同標準，折標系數(shù)有所不同，計算能耗有所差異。GB/T 50441—2007中電力折算為等價值，比較合理(等價值應(yīng)是動態(tài)的，每年由電力部門公布數(shù)據(jù));而GB/T 2589—2008中電力折算給出當量值，且折標系數(shù)不全，對于用能品種較多的裝置來說，應(yīng)參照GB/T 50441補充有關(guān)系數(shù)。

節(jié)能評估需要分別對生產(chǎn)裝置和全廠綜合能耗進行測算。通常對不同裝置進行能耗對比時，宜采用GB/T50441;與宏觀經(jīng)濟相關(guān)的能耗計算，宜采用GB/T 2589。為便于全面評價項目能耗，最好按上述兩個標準分別對項目和裝置的能耗進行測算。因項目廠址、依托條件不同，能源加工利用方式不同，通常全廠綜合能耗會大于裝置綜合能耗。

PTA裝置主要用能設(shè)備之一是工藝空壓機組，在對空壓機組作能量平衡計算和能效評價時，需要同時考慮氧化反應(yīng)器頂部冷凝器副產(chǎn)蒸汽的回用合理性，還要考慮尾氣膨脹機動力來源尾氣催化焚燒裝置，并分開車、停車、正常運行3種工況進行計算。2套整裝單元的計算復雜，受不同工況條件的交織和約束，要與供貨廠商取得聯(lián)系，才能作出客觀、合理的評估。

項目節(jié)能評估還要求對萬元產(chǎn)值綜合能耗測算，并與當?shù)谿DP能耗對比。

［1］ 楊潔.堅持不懈抓好節(jié)能減排積極推進生態(tài)文明建設(shè)［R］.中國節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告，2012，16－17.

［2］ 綜合能耗計算通則［S］.GB/T 2589—2008.

［3］ 石油化工設(shè)計能耗計算標準［S］.GB/T 50441—2007.

［4］ 汪英枝.百萬噸級PTA裝置及其配套設(shè)施節(jié)能評估報告［R］.2011.3.

［5］ 謝極，徐志強，陸新明，等.固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查工作指南［S］.2014，14.