第四節(jié)  石油化工企業(yè)的節(jié)能監(jiān)測(cè)

一、石油化工工業(yè)的主要工藝流程與能耗分析

通常把以石油、天然氣為基礎(chǔ)的有機(jī)合成工業(yè)，即石油和天然氣為起始原料的有機(jī)化學(xué)工業(yè)稱(chēng)為石油化學(xué)工業(yè)，簡(jiǎn)稱(chēng)石油化工。

石油化工按其加工和用途可分為兩大分支：①石油經(jīng)過(guò)煉制，生產(chǎn)各種燃料油、潤(rùn)滑油、石蠟、瀝青、焦炭等石油產(chǎn)品;②把蒸餾得到的餾分油進(jìn)行裂解，分解成基本原料，再合成生產(chǎn)各種石油化學(xué)制品。前一分支是石油煉制工業(yè)體系，后一分支是石油化工體系。煉油和化工兩者是相互依存、相互聯(lián)系的，是一個(gè)龐大而復(fù)雜的工業(yè)部門(mén)。

石油化工，是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的第一步是對(duì)原料油和氣(如丙烷、汽油、柴油等)進(jìn)行裂解，生產(chǎn)以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯為代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生產(chǎn)多種有機(jī)化工原料(約200種)及合成材料(塑料、合成纖維、合成橡膠)。這兩步產(chǎn)品的生產(chǎn)屬于石油化工的范圍。有機(jī)化工原料繼續(xù)加工可制得更多品種的化工產(chǎn)品，習(xí)慣上不屬于石油化工的范圍。

(一)石油簡(jiǎn)介

石油又稱(chēng)原油，是從地下深處開(kāi)采的棕黑色可燃黏稠液體，是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演化形成的混合物。石油和天然氣是生物有機(jī)體在沉積過(guò)程中、在缺氧的還原性環(huán)境和一定的壓力和溫度條件下生成的不溶于有機(jī)溶劑的物質(zhì)，在成巖過(guò)程的晚期經(jīng)過(guò)熱解作用生成的。

石油的性質(zhì)因產(chǎn)地而異，密度一般為0.8～1.0g/cm3.凝固點(diǎn)差別很大(-60～30℃)，沸點(diǎn)范圍從常溫至500℃以上，可溶于多種有機(jī)溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。

石油組成：C(83%～87%)、H(11%～14%)、S(0.06%～0.826)、N(0.02%～1.7%)、O(0.08%～1.82%)、Ni、V、Fe。碳?xì)浠衔?烴類(lèi))是石油的主要成分，占95%～99%。

烴類(lèi)中主要包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴。以烷烴為主的石油——石蠟基石油，以環(huán)烷烴、芳香烴為主的石油一環(huán)烴基石油，介于兩者之間的稱(chēng)為中間基石油。

煉油企業(yè)總能耗包括新鮮水、電、汽、催化燒焦、工藝爐燃料以及熱輸出六項(xiàng)。其中催化燒焦和工藝爐燃料所占比例最大，均占煉廠總能耗的1/3左右，因此必須注意提高爐子的熱效率，加強(qiáng)催化裝置的能量回收和利用。中國(guó)石化作為我國(guó)最大的煉化企業(yè)，其能耗數(shù)據(jù)最能代表我國(guó)煉油行業(yè)的水平，從其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，近年來(lái)在煉油綜合能耗和單因能耗上都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2008年其平均煉油綜合能耗達(dá)63.93kg/t。

(二)石油煉制的主要工藝及其流程

石油工業(yè)是通過(guò)油氣勘探、開(kāi)發(fā)把油氣資源從地下提升到地面，然后通過(guò)油氣處理、輸送將純凈油、氣輸送至目的地，將分離后污水注入地下目的層的過(guò)程。整個(gè)工作涉及勘探、開(kāi)發(fā)、油氣處理、輸送、地面工程建設(shè)、供配電、供水、供熱、井下作業(yè)等。

從地層開(kāi)采石油可分為兩大類(lèi)：①利用地層本身能量來(lái)舉升原油，稱(chēng)為自噴采油;②利用機(jī)械能量補(bǔ)給或完全依靠機(jī)械提供能量的原油舉升方式，稱(chēng)為人工舉升開(kāi)采油，通俗地講為機(jī)械采油。機(jī)械采油方式根據(jù)工作原理可分為氣舉采油、有桿泵采油和無(wú)桿泵采油三種方式。氣舉采油是自噴采油方式的延續(xù)，其原理將高壓氣注入井下，增加被采液體的能量，形成井下和地面的壓力差，以能量釋放的形式采油。機(jī)械采油系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)以及熱力系統(tǒng)是石油企業(yè)生產(chǎn)耗能的五大系統(tǒng)。

石油煉制是按原油中各組分沸點(diǎn)的差別，由蒸餾的方法，使原油得到分離。初餾時(shí)，通常把石油按沸點(diǎn)的不同“切割”成幾個(gè)部分，即所謂的餾分。餾分的含義為餾出的部分，它仍是一種復(fù)雜混合物，但所含組分?jǐn)?shù)比原油少很多。

1.石油的預(yù)處理

原油中的鹽大部分溶于所含水中，故脫鹽脫水是同時(shí)進(jìn)行的。為了脫除懸浮在原油中的鹽粒，在原油中注入一定量的新鮮水(注入量一般為5%)，充分混合，然后在破乳劑和高壓電場(chǎng)的作用下，使微小水滴逐步聚集成較大水滴，借重力從油中沉降分離，達(dá)到脫鹽脫水的目的，這通常稱(chēng)為電化學(xué)脫鹽脫水過(guò)程。

原油乳化液通過(guò)高壓電場(chǎng)時(shí)，在分散相水滴上形成感應(yīng)電荷，帶有正、負(fù)電荷的水滴在做定向位移時(shí)，相互碰撞而合成大水滴，加速沉降。水滴直徑越大，原油和水的相對(duì)密度差越大，溫度越高，原油黏度越小，沉降速度越快。在這些因素中，水滴直徑和油水相對(duì)密度差是關(guān)鍵，當(dāng)水滴直徑小到使其下降速度小于原油上升速度時(shí)，水滴就不能下沉，而隨油上浮，達(dá)不到沉降分高的目的。

我國(guó)各煉廠大都采用兩級(jí)脫鹽脫水流程。原油自油罐抽出后，先與淡水、破乳劑按比例混合，經(jīng)加熱到規(guī)定溫度，送人一級(jí)脫鹽罐，一級(jí)電脫鹽的脫鹽率在9026～95%之間，在進(jìn)入二級(jí)脫鹽之前，仍需注入淡水，一級(jí)注水是為了溶解懸浮的鹽粒，二級(jí)注水是為了增大原油中的水量，以增大水滴的偶極聚結(jié)力。

2.常減壓流程

把原油蒸餾分為幾個(gè)不同的沸點(diǎn)范圍(即餾分)叫一次加工;一次加工裝置有常壓蒸餾或常減壓蒸餾。將一次加工得到的餾分再加工成商品油叫二次加工;二次加工裝置有催化、加氫裂化、延遲焦化、催化重整、烷基化、加氫精制等。將二次加工得到的商品油制取基本有機(jī)化工原料的工藝叫三次加工。三次加工裝置由裂解工藝制取乙烯、芳烴等化工原料。一般把原油中從常壓蒸餾開(kāi)始餾出的溫度到200℃之間的餾分稱(chēng)為汽油餾分(也稱(chēng)輕油或石腦油餾分)，常壓蒸餾200～3500C之間的中間餾分稱(chēng)為煤柴油餾分或稱(chēng)常壓瓦斯油(簡(jiǎn)稱(chēng)AGO)，350～500℃的高沸點(diǎn)餾分或稱(chēng)減壓餾分(簡(jiǎn)稱(chēng)VGO)，而減壓蒸餾后殘留的大于500℃的油稱(chēng)為減壓渣油(簡(jiǎn)稱(chēng)VR)。我國(guó)主要油田原油中的大于500℃減壓渣油的含量都較高，小于200℃的汽油餾分含量較少。原油中的汽油餾分含量低、渣油含量高是我國(guó)原油餾分組成的一個(gè)特點(diǎn)。

常減壓蒸餾是常壓蒸餾和減壓蒸餾在習(xí)慣上的合稱(chēng)，常減壓蒸餾基本屬于物理過(guò)程。原料油在蒸餾塔里按蒸發(fā)能力分成沸點(diǎn)范圍不同的油品(稱(chēng)為餾分)。常減壓裝置產(chǎn)品主要作為下游生產(chǎn)裝置的原料，包括石腦油、煤油、柴油、蠟油、渣油以及輕質(zhì)餾分油等。

常減壓工序是不生產(chǎn)汽油產(chǎn)品的，其中蠟油和渣油進(jìn)入催化裂化環(huán)節(jié)，生產(chǎn)汽油、柴油、煤油等成品油;石腦油直接出售由其他小企業(yè)生產(chǎn)溶劑油或者進(jìn)入下一步的深加工，一般是催化重整生產(chǎn)溶劑油或提取萃類(lèi)化合物;減一線可以直接進(jìn)行調(diào)劑潤(rùn)滑油。常壓蒸餾從正常原油中拔出的輕餾分，一般只占原油總量的25%～40%，從常壓塔底部出來(lái)的油，占原油的60%以上。

將原油先按不同產(chǎn)品的沸點(diǎn)要求，分割成不同的直餾餾鈴油，然后按照產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，除去這些餾分油中的非理想組分;或者通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化，生成所需要的組分，進(jìn)而得到一系列合格的石油產(chǎn)品。

典型的三段原油常減壓蒸餾工藝流程如下(見(jiàn)圖4-23)：

(1)-段蒸餾。原油蒸餾流程是拔頭蒸餾，只有一個(gè)精餾塔，僅經(jīng)過(guò)一次汽化，則就是一段蒸餾。

(2)二段蒸餾。原油的蒸餾流程是常減壓蒸餾，有兩個(gè)精餾塔，經(jīng)過(guò)了兩次汽化，就稱(chēng)為二段精餾。

(3)三段蒸餾。在常減壓蒸餾塔的最前面再設(shè)一個(gè)初餾塔，原油加工流程方案中就有了三個(gè)精餾塔，則稱(chēng)為三段蒸餾。

常減壓蒸餾流程是每個(gè)煉油廠必須有的煉油加工的第一道工序，也是最基本的石油煉制過(guò)程。它采用蒸餾的方法反復(fù)地通過(guò)冷凝與汽化將原油分割成不同沸點(diǎn)范圍的油品或半成品，得到各種燃料和潤(rùn)滑油餾分，有的可直接作為產(chǎn)品調(diào)和出廠，但大部分是為下一道工序提供原料。該流程通常由電脫鹽、初餾、常壓和減壓蒸餾等工序組成。

作為煉油廠原油加工的第一道工序，常減壓裝置的能耗一般占全廠總能耗的14%左右，其用能水平的高低直接關(guān)系到整個(gè)煉油廠的能耗水平和經(jīng)濟(jì)效益。在常減壓蒸餾裝置能耗構(gòu)成中，燃料消耗所占比例超過(guò)70%，蒸汽和電分別占整個(gè)裝置能耗的10%～15%，因此在保證產(chǎn)品收率和質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能地降低加熱爐燃料消耗，這對(duì)常減壓蒸餾裝置節(jié)能至關(guān)重要。用于該裝置的先進(jìn)節(jié)能措施包括優(yōu)化加熱爐操作，提高效率和降低燃料消耗;用夾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化換熱流程，提高原油換熱終溫;采用預(yù)閃蒸等節(jié)能型流程，降低常壓爐負(fù)荷;降低爐用燃料的含硫量，減輕露點(diǎn)腐蝕，促進(jìn)煙氣余熱回收;應(yīng)用新型換熱器、高效塔盤(pán)和高效規(guī)整填料等;采用系統(tǒng)化技術(shù)，優(yōu)化減壓蒸餾操作方式，推廣應(yīng)用組合式抽真空系統(tǒng)降低蒸汽消耗;實(shí)行熱聯(lián)合，回收利用裝置低溫余熱;采用變頻調(diào)速技術(shù)，降低裝置電耗等。