石化工业节能技术知识.pdf

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节能技术讲座
中国石化集团公司节能技术中心
郭文豪:.
主要内容


、方法与途径


、新设备
:.

,,占加工成本比例大占加工成本比例大
以乙烯装置为例,国内装置能耗大部分在以乙烯装置为例,国内装置能耗大部分在750kg750kg标准油标准油/t/t
,,20032003年国内乙烯总产量约年国内乙烯总产量约600600万吨,总能耗万吨,总能耗450450万吨标准万吨标准
油,能耗费用近油,能耗费用近6060亿元(亿元(20072007年国内乙烯总产量将达年国内乙烯总产量将达11001100万万
吨,总能耗达吨,总能耗达825825万吨标准油)。万吨标准油)。
以炼油工业为例,综合能耗量占原油加工量的以炼油工业为例,综合能耗量占原油加工量的8%~10%8%~10%。。
,耗能量约亿吨,耗能量约17001700万吨标油,万吨标油,
费用约费用约220220亿元。平均能耗成本亿元。平均能耗成本((包括自产燃料等包括自产燃料等))占总加工成占总加工成
本的本的50%~60%50%~60%。。
但目前加工成本计算中,将自产燃料形成的能耗未计入但目前加工成本计算中,将自产燃料形成的能耗未计入
成本,造成了能耗成本占总加工成本比例不高的假象,将能成本,造成了能耗成本占总加工成本比例不高的假象,将能
耗成本淹没在巨大的产品销售中,大大弱化了能耗的影响及耗成本淹没在巨大的产品销售中,大大弱化了能耗的影响及
其节能工作的开展。其节能工作的开展。
:.
某炼油厂加工每吨原油的完全能耗费用某炼油厂加工每吨原油的完全能耗费用:.
国内某炼油厂的炼油加工费对比国内某炼油厂的炼油加工费对比
现状加工费 计入自用燃料后的 计入自用燃料后的炼油加工费炼油加工费:.
,/t,平平均均每每kgkg标标油油能能耗耗的的费费
,,,,单单位位能能量量因因数数能能耗耗为为
/()/()。。从从最最具具可可比比性性的的单单位位能能量量因因数数能能耗耗来来看看,,
该该炼炼油油厂厂与与国国内内能能耗耗先先进进值值(11kg(11kg标标油油/())/())相相比比有有较较大大的的差差
距距。。若若该该炼炼油油厂厂能能耗耗达达到到,,综综合合能能耗耗将将下下降降
,,,,下下降降幅幅度度几几
乎达到了每年修理费的水平。乎达到了每年修理费的水平。
由由于于该该厂厂的的单单位位能能量量因因数数能能耗耗是是全全,,因因此此炼炼
油企业的平均节能潜力为油企业的平均节能潜力为2020元元//吨原油。吨原油。
修修正正后后的的炼炼油油加加工工费费指指标标合合理理地地反反映映了了各各项项影影响响因因素素,,
能能耗耗费费用用成成为为炼炼油油加加工工成成本本的的第第一一影影响响因因素素。。
因因此此节节能能永永远远是是石石化化企企业业挖挖潜潜增增效效,,增增强强竞竞争争力力的的一一个个
主题。主题。
:.
20022002年中国石化集团公司炼油专业达标指标年中国石化集团公司炼油专业达标指标:.

石化工业加工过程中,有非常多的冷、石化工业加工过程中,有非常多的冷、
热物流(过程物流、公用工程物流等)需要热物流(过程物流、公用工程物流等)需要
换热。如乙烯装置、炼油过程主要是通过物换热。如乙烯装置、炼油过程主要是通过物
理的办法,按照各油品沸点的差别进行分离,理的办法,按照各油品沸点的差别进行分离,
即通过冷冷热热,就完成了加工过程。即通过冷冷热热,就完成了加工过程。
以冷热物流相联系的换热网络优化(广以冷热物流相联系的换热网络优化(广
义)技术,在石化工业大有用武之地。义)技术,在石化工业大有用武之地。:.

石化生产是连续、多工序、多层次的加工过程,石化生产是连续、多工序、多层次的加工过程,
从全厂发展规划、设计、生产运行、维护等过程均涉从全厂发展规划、设计、生产运行、维护等过程均涉
及能量的利用,可以说,加工全过程就是能量流的过及能量的利用,可以说,加工全过程就是能量流的过
程程,,节能绝不是一个部门或几个部门的事情。节能绝不是一个部门或几个部门的事情。
能耗指标是一个高度综合性的指标,如果一个石能耗指标是一个高度综合性的指标,如果一个石
化企业的能耗指标是先进的,则必然意味着规划、设化企业的能耗指标是先进的,则必然意味着规划、设
计、运行、维护、管理等所有环节的高水平,缺一不计、运行、维护、管理等所有环节的高水平,缺一不
可。可。
国内节能工作存在的一个重要问题是:重技术轻国内节能工作存在的一个重要问题是:重技术轻
管理管理。必须加强管理,提高所有人员的节能意识,激。必须加强管理,提高所有人员的节能意识,激
发节能积极性,才能真正将节能工作落到实处。发节能积极性,才能真正将节能工作落到实处。:.
生产企业各部门对能源的要求不一样
技术部门为了生产高质量产品,有时在探讨工艺过程技术部门为了生产高质量产品,有时在探讨工艺过程
中反而会提出增加能耗的建议;中反而会提出增加能耗的建议;
生产部门重点是放在生产方面,始终努力采用高生产生产部门重点是放在生产方面,始终努力采用高生产
效率的方式,而提高生产性的效果,几乎均与节能直效率的方式,而提高生产性的效果,几乎均与节能直
接关连。接关连。
生产计划部门为将库存压于最小程度,根据适时生产生产计划部门为将库存压于最小程度,根据适时生产
的方式而制定频繁更换作业内容的生产计划,而这种的方式而制定频繁更换作业内容的生产计划,而这种
生产方式不利于节能的;生产方式不利于节能的;
动力设备高效运转是动力管理部门的工作任务,但有动力设备高效运转是动力管理部门的工作任务,但有
时因过度追求节能,也会提出妨碍生产效率的要求时因过度追求节能,也会提出妨碍生产效率的要求。。:.
日本节能的观点
生产工厂的使命是制造产品,因而
努力推进能量有效利用的工作人员是难
能可贵的后勤部队。与生产部门相比,
推进节能的工作是种不显眼的苦差事,
因而需要“厂领导的节能意识”,即应
该针对节能作出的努力表示敬意并对所
取得的成果给予高度评价和鼓励。:.
能源管理标准规程
事例
工厂等单位的节能推广体制、机构图
厂长長
节能委员会节能专门部会
委员长:厂长部会长:生产管理部长
副厂长副委员长:副厂长 :能源管理者
委员:总务部长 :热能管理员
:环境安全部长 :电能管理员
:工务部长 :工务课课长
:动力部长 :环境安全课课长
:制造部长 :EMS事务局
:生产管理部长 :质量管理课课长
总务部生产管理部制造部工务部环境安全部动力部质量管理部
各课各课各课各课各课各课各课:.

((11)过程用能的主要形式是热、流动功和蒸汽,它们一般是通过)过程用能的主要形式是热、流动功和蒸汽,它们一般是通过
转换设备(如炉、机泵)等转换过来的;转换设备(如炉、机泵)等转换过来的;
((22)转换设备提供的热、功、蒸汽等形式的能量进入工艺核心环)转换设备提供的热、功、蒸汽等形式的能量进入工艺核心环
节(塔、反应器),连同回收循环能量一起推动工艺过程完成后,节(塔、反应器),连同回收循环能量一起推动工艺过程完成后,
除部分能量转入到产品中外,其余均进入能量回收系统;除部分能量转入到产品中外,其余均进入能量回收系统;
((33)能量在工艺核心环节完成其使命后,质量下降,但仍具有较)能量在工艺核心环节完成其使命后,质量下降,但仍具有较
高的压力和温度,可以通过换热设备、换功设备(液力透平)等高的压力和温度,可以通过换热设备、换功设备(液力透平)等
回收利用。但受工程和经济条件约束,回收不能到底,最终通过回收利用。但受工程和经济条件约束,回收不能到底,最终通过
冷却、散热等排弃到环境中。冷却、散热等排弃到环境中。
从三环节理论的节能:首先应选用或改进工艺过程,减少工从三环节理论的节能:首先应选用或改进工艺过程,减少工
艺用能;再考虑经济合理地回收;其不足部分再由转换设备提供。艺用能;再考虑经济合理地回收;其不足部分再由转换设备提供。:.

装置的节能潜力装置的节能潜力
先进装置与落后装置的差距即是节能潜力先进装置与落后装置的差距即是节能潜力..
装置名称装置名称均国际先进国际先进
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
乙乙烯烯 585750-800400-450585750-800400-450
--10
((大连规划大连规划))
馏分油催化馏分油催化475637(475637(法国东日法国东日))
重油催化重油催化55685568
延迟焦化延迟焦化21272127
加氢裂化加氢裂化264638(264638(全循环,规划全循环,规划
))
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------:.
系统存在更大的节能潜力系统存在更大的节能潜力
相对来说,过程组合即系统节能的潜力更大。相对来说,过程组合即系统节能的潜力更大。
热联合热联合
蒸汽动力系统蒸汽动力系统
储运系统储运系统
低温余热的回收和利用。低温余热的回收和利用。
根据节能中心掌握的有关资料:目前对于根据节能中心掌握的有关资料:目前对于3030万吨万吨//年的乙烯年的乙烯
装置或装置或500500万吨/年的炼油厂,设定投资回收期为2年时,年节能万吨/年的炼油厂,设定投资回收期为2年时,年节能
效益一般在效益一般在50005000万元以上。万元以上。
对某对某330000万吨万吨//年炼油厂所做的节能规划,仅气体分馏装置年炼油厂所做的节能规划,仅气体分馏装置
,40t/h,年效益年效益25002500万万
元。元。:.


((11))综合能耗量综合能耗量
综综合合能能耗耗量量是是统统计计对对象象((炼炼油油装装置置、、辅辅助助系系统统或或全全厂厂))在在统统计计期期
内内,,消耗的各种能源的总和。其计算通式为:消耗的各种能源的总和。其计算通式为:
E=∑ME=∑MRR+Q+Q
iiii
式中:式中:EE——统计对象综合能耗量,统计对象综合能耗量,kg/kg/年(月、季);年(月、季);
MM——某某种种能能源源或或耗耗能能工工质质的的实实物物消消耗耗或或输输出出量量,,tt((kWhkWh))//年年((月月、、
ii
季);季);
RRi——对应某种能源或耗能工质的能量换算系数,对应某种能源或耗能工质的能量换算系数,kg/tkg/t((kWhkWh););
i
QQ——与外界交换的有效能量折为一次能源的代数和,与外界交换的有效能量折为一次能源的代数和,kg/kg/年(月、季)。年(月、季)。
向统计对象输入的实物消耗量和有效热量计为正值,输出时为负值。向统计对象输入的实物消耗量和有效热量计为正值,输出时为负值。
实际上,此式数据单位还有其它形式,如实际上,此式数据单位还有其它形式,如kg/hkg/h。。
有有效效热热量量主主要要指指不不同同统统计计对对象象之之间间的的热热进进出出料料热热量量、、烟烟气气热热
量和低温余热的回收利用。量和低温余热的回收利用。
燃料消耗指生产过程消耗的各种燃料之和。如果原料或产品燃料消耗指生产过程消耗的各种燃料之和。如果原料或产品
的一部分(如的一部分(如PSAPSA尾气、分馏塔顶油气等)作为燃料提供能量,则尾气、分馏塔顶油气等)作为燃料提供能量,则
必须计入能耗。必须计入能耗。:.
((22)单位综合能耗)单位综合能耗
单单位位综综合合能能耗耗是是统统计计对对象象在在统统计计期期内内,,以以单单位位原原油油、、原原料料
油油加加工工量量或或产产品品产产量量所所表表示示的的能能耗耗量量。。工工艺艺装装置置的的单单位位综综合合能能
耗的简单叫法就是装置能耗。耗的简单叫法就是装置能耗。
单位综合能耗的计算通式如下:单位综合能耗的计算通式如下:
e=E/Ge=E/G
式中:式中:ee——统计对象的单位综合能耗,统计对象的单位综合能耗,kg/tkg/t;;
EE——统计对象综合能耗量,统计对象综合能耗量,kg/kg/年(月、季);年(月、季);
GG——统统计计对对象象的的原原油油加加工工量量((或或原原料料加加工工量量、、产产品品产产量量)),,t/t/
年(月、季)。年(月、季)。:.
((33)能耗大小对比需要注意的问题)能耗大小对比需要注意的问题
从从能能耗耗计计算算公公式式可可以以看看出出,,能能耗耗计计算算结结果果取取决决于于计计入入能能耗耗
的的能能耗耗工工质质种种类类与与能能量量换换算算系系数数。。不不同同的的国国家家有有不不同同的的标标准准和和方方
法法,,因因此此,,不不同同国国家家之之间间的的同同类类装装置置、、单单元元或或全全厂厂的的实实物物消消耗耗相相
同同((国国外外,,甚甚至至一一个个公公司司有有22种种方方法法)),,但但能能耗耗可可能能差差别别较较大大,,
不能直接对比。不能直接对比。
从从今今年年开开始始,,国国内内能能耗耗对对比比时时,,将将有有三三类类不不同同的的标标准准的的能能
耗结果:耗结果:
((11)<炼油厂能量消耗计算方法>修订前;)<炼油厂能量消耗计算方法>修订前;
((22))<<炼炼油油厂厂能能量量消消耗耗计计算算方方法法>>修修订订后后,,从从今今年年开开始始试试
运行;运行;
((33))《《石石油油化化工工设设计计能能量量消消耗耗计计算算方方法法》》SH/T3110-2001SH/T3110-2001已已
于于20022002年年55月月11日开始执行日开始执行。。:.
((44)能耗计算例题)能耗计算例题
设设蜡蜡油油、、顶顶循循、、柴柴油油、、,,,,,,/(/(kg.℃℃))
,热损失为,热损失为5%5%。此题仅为说明能耗的计算,数值大小无意义。。此题仅为说明能耗的计算,数值大小无意义。

:.
能耗计算示例表 能耗计算示例表:.
能耗评价 能耗评价


工艺装置工艺装置::
( (11)单位进料或产品的综合能耗;)单位进料或产品的综合能耗;
( (22)单位能量因数能耗(对联合装置))单位能量因数能耗(对联合装置);;
((33)基准能耗。)基准能耗。
全厂全厂::
( (11)加工每吨原油的综合能耗;)加工每吨原油的综合能耗;
( (22)单位能量因数能耗;)单位能量因数能耗;
( (33)能源密度指数。)能源密度指数。
:.

设设一一个个炼炼油油厂厂共共有有nn套套工工艺艺装装置置,,同同一一时时期期的的加加工工量量分分别别为为A1A1,,
A2...An;A2...An;实实际际能能耗耗((对对各各自自装装置置的的进进料料或或产产品品))分分别别为为E1,E2...En,E1,E2...En,评评价价
体体系系中中确确定定的的每每套套装装置置应应可可达达到到的的先先进进标标准准能能耗耗((国国内内称称为为能能耗耗定定额额,,下下
称称标标准准能能耗耗))分分别别为为C1,C2...,C1,C2...,其其中中只只有有编编号号为为11的的装装置置为为常常减减压压蒸蒸馏馏装装置置,,
相应的加工量就是该炼油厂的原油加工量。相应的加工量就是该炼油厂的原油加工量。
则此炼油厂工艺装置作为一个整体来讲,单位能量因数能耗 则此炼油厂工艺装置作为一个整体来讲,单位能量因数能耗UU的定义为:的定义为:

上上式式中中分分母母称称为为能能量量因因数数,,可可以以看看出出的的是是::其其中中的的是是该该炼炼油油厂厂应应达达
到到的的能能源源消消耗耗总总量量,,,,二二者者
的的比比值值即即能能量量因因数数,,直直接接意意义义则则是是炼炼油油厂厂应应达达到到的的标标准准能能源源消消耗耗总总量量折折
算算成成具具有有标标准准能能耗耗的的常常减减压压装装置置的的套套数数。。由由于于在在一一定定的的评评价价体体系系中中,,标标
准准能能耗耗C1,C2C1,C2…………CnCn是是不不变变的的,,因因此此,,能能量量因因数数就就是是标标准准能能耗耗常常减减压压装装置置
的的套套数数。。显显然然,,高高能能耗耗的的装装置置琥琥多多或或加加工工流流程程越越长长,,折折成成的的常常减减压压装装置置
套数越多,所以是炼油厂加工复杂程度的体现。套数越多,所以是炼油厂加工复杂程度的体现。
式式(1)(1)中中的的分分子子项项是是该该炼炼油油厂厂的的单单位位综综合合能能耗耗,,即即加加工工每每吨吨原原油油的的
综综合合能能源源消消耗耗量量,,除除以以能能量量因因数数后后,,就就是是单单位位能能量量因因数数能能耗耗,,意意义义就就是是
标准能耗常减压装置的实际能耗。标准能耗常减压装置的实际能耗。
:.
:.
<炼油厂能量消耗计算方法>的修订<炼油厂能量消耗计算方法>的修订
主要修订内容主要修订内容
((11))将将现现有有的的计计算算方方法法改改为为计计算算与与评评价价方方法法,,规规定定了了全全厂厂、、炼炼
油装置和辅助系统的评价指标。油装置和辅助系统的评价指标。
((22))对对所所有有工工艺艺装装置置能能耗耗定定额额修修订订,,补补充充了了新新型型炼炼油油工工艺艺装装置置
的能耗定额的能耗定额;;对辅助系统的能耗定额作了部分修订。对辅助系统的能耗定额作了部分修订。
((33))修修改改完完善善了了统统一一能能量量换换算算系系数数,,如如燃燃料料气气、、电电、、催催化化焦焦炭炭、、
低温余热等。低温余热等。
( (44))修订了能耗计算中的有关规定,如能耗计算范围。修订了能耗计算中的有关规定,如能耗计算范围。:.
修订后最主要的影响修订后最主要的影响::

工艺装置能耗定额工艺装置能耗定额: :
修修订订后后的的工工艺艺装装置置能能耗耗大大幅幅下下降降,,划划分分档档次次更更加加合合理理,,这这将将
使使单单位位能能量量因因数数能能耗耗指指标标的的评评价价合合理理性性大大大大增增加加,,有有助助于于挖挖掘掘节节
能潜力。能潜力。
统一能量换算系数统一能量换算系数::
主主要要修修改改了了燃燃料料气气、、电电、、催催化化焦焦炭炭、、低低温温余余热热的的统统一一换换算算系系
数数,,这这将将对对使使用用这这几几种种能能耗耗工工质质为为主主要要消消耗耗的的装装置置能能耗耗带带来来较较大大
或很大的影响。或很大的影响。
:.





:.
掌握节能原理掌握节能原理不掌握节能原理不掌握节能原理
科学找出节能潜科学找出节能潜提出不恰当的节能提出不恰当的节能
力与部位力与部位指标指标
制定节能措施的制定节能措施的制定出不合理的节制定出不合理的节
指导原则指导原则能决策能决策
规划长短期节能规划长短期节能批准不合理的节能批准不合理的节能
目标目标方案方案:.

热力学第一定律即能量守恒定律:能量是物质运热力学第一定律即能量守恒定律:能量是物质运
动的量度,当任何一种形式的能量被转移或转化为另动的量度,当任何一种形式的能量被转移或转化为另
一种形式的能量时,数量不变。一种形式的能量时,数量不变。
该分析法得到了广泛应用,它主要是用热效率的高低该分析法得到了广泛应用,它主要是用热效率的高低
来估计节能潜力,热效率越高说明节能潜力越大。来估计节能潜力,热效率越高说明节能潜力越大。
能量平衡工作正是基于这一定律,把能量的来龙去脉能量平衡工作正是基于这一定律,把能量的来龙去脉
搞清楚,确定多少能量被利用,多少能量损失掉。搞清楚,确定多少能量被利用,多少能量损失掉。
优点:简单直观,容易理解和掌握,运用得当对节能优点:简单直观,容易理解和掌握,运用得当对节能
工作能起到重要作用。工作能起到重要作用。
缺点:由于它所依据的仅是能量数量上的守恒性,在缺点:由于它所依据的仅是能量数量上的守恒性,在
挖掘节能潜力时有较大的局限性和不合理性挖掘节能潜力时有较大的局限性和不合理性。。:.

2020世纪世纪5050年代以后,热力学第二定律的理论开始在节能实践年代以后,热力学第二定律的理论开始在节能实践
中广泛应用。它的表述方法很多,其中之一是:当任何一种形式中广泛应用。它的表述方法很多,其中之一是:当任何一种形式
的能量被转移或转化为另一种形式的能量时,其品位只可能降低的能量被转移或转化为另一种形式的能量时,其品位只可能降低
或来变,绝不可能提高。这样能量在数量的守恒性和质量上的贬或来变,绝不可能提高。这样能量在数量的守恒性和质量上的贬
值性,就构成了能量的全面本性。值性,就构成了能量的全面本性。
现代节能原理是同时依据热力学第一、第二定律,并通过直现代节能原理是同时依据热力学第一、第二定律,并通过直
观实用的方式,来体现能的全面本性,由此建立的节能理论和方观实用的方式,来体现能的全面本性,由此建立的节能理论和方
法,称为第二定律分析法。这种方法有两大类,熵分析法和火用法,称为第二定律分析法。这种方法有两大类,熵分析法和火用
分析法。由于熵分析法比较抽象,不能评价能量的使用价值,且分析法。由于熵分析法比较抽象,不能评价能量的使用价值,且
本身也不是一种能量,现在已被火用分析法取代。本身也不是一种能量,现在已被火用分析法取代。
火用分析法认为:能量火用分析法认为:能量==火用火用++火无火无
火用是这样一种能,在给定环境的作用下,可以完全连续地火用是这样一种能,在给定环境的作用下,可以完全连续地
转化为任何一种其它形式的能量,而火无是一种不可能转化的能转化为任何一种其它形式的能量,而火无是一种不可能转化的能
量形式。量形式。
火用主要是针对热提出的,即热量中最大能转化为功的部分。火用主要是针对热提出的,即热量中最大能转化为功的部分。
采用火用分析法,能从本质上找