魏志強(qiáng)

(中國石化 煉油事業(yè)部，北京 100728)

近年來，伴隨著中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，煉油節(jié)能面臨新的約束和要求：一是受國家、地方政策影響，煉油企業(yè)能源供應(yīng)形勢(shì)發(fā)生變化，將面臨“能源供應(yīng)受限”的新約束，如《北京市高污染燃料禁燃區(qū)劃定方案(試行)》要求規(guī)定的禁燃區(qū)內(nèi)禁止銷售、使用石油焦、煤等高污染燃料，對(duì)企業(yè)的總加工流程和燃料平衡產(chǎn)生重大影響；二是煉油產(chǎn)業(yè)面臨產(chǎn)能總體過剩的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，節(jié)能降耗通過降低生產(chǎn)成本提升企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力或?qū)⒊蔀閼?yīng)對(duì)產(chǎn)能過剩的重要抓手之一，也對(duì)煉油全局節(jié)能提出了新的要求。

煉油節(jié)能，作為企業(yè)降低生產(chǎn)運(yùn)行成本、提升企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力、源頭減少碳排放實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要途徑，歷經(jīng)多年發(fā)展，已經(jīng)取得了豐富的理論和應(yīng)用成果[1-4]，煉油能耗顯著降低。中國石化2001～2019年煉油單位能耗的變化趨勢(shì)見圖1。煉油單位能耗降低約24.3%，節(jié)能效果顯著，這主要與一批煉油企業(yè)原油加工能力達(dá)到千萬噸級(jí)、煉油主要工藝裝置普遍實(shí)現(xiàn)大型化、大量采用先進(jìn)成熟節(jié)能技術(shù)等密切相關(guān)。2010年之后，煉油單位能耗降低趨勢(shì)減緩，進(jìn)入瓶頸平臺(tái)區(qū)。一方面，大量成熟節(jié)能技術(shù)已廣泛應(yīng)用，煉油單位能耗持續(xù)降低的空間縮??；另一方面，煉油節(jié)能更加關(guān)注局部節(jié)能和“短、平、快、新”項(xiàng)目，對(duì)煉油全局節(jié)能方法及其應(yīng)用研究相對(duì)匱乏，制約了煉油單位能耗進(jìn)一步降低。為此，筆者針對(duì)煉油全局節(jié)能優(yōu)化，結(jié)合近期的節(jié)能研究與應(yīng)用實(shí)踐[5-7]，發(fā)展完善了“煉油企業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)化節(jié)能方法”[6-7]，提出“頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能方法”，以及相應(yīng)的煉油全局節(jié)能實(shí)施策略，通過案例研究，演示、驗(yàn)證該方法的實(shí)用性。

圖1 中國石化煉油單位能耗變化趨勢(shì)(2001～2019年)Fig.1 Trend of refining unit energy consumption in SINOPEC (2001—2019)

1 全局優(yōu)化的頂層設(shè)計(jì)策略

全局優(yōu)化是煉油能量系統(tǒng)集成的重要策略。傳統(tǒng)全局優(yōu)化從單元過程優(yōu)化開始，單元優(yōu)化結(jié)束后將結(jié)果輸入子系統(tǒng)并進(jìn)行優(yōu)化，子系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果輸入全局層次再開展全局優(yōu)化，最后按照全局優(yōu)化結(jié)果對(duì)子系統(tǒng)、單元進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，如圖2(a)所示。煉油過程采用這種優(yōu)化策略會(huì)更加注重單元、子系統(tǒng)自身的優(yōu)化，弱化了全局優(yōu)化對(duì)單元、子系統(tǒng)的約束，使得單元、工藝過程能源消耗需求基本按照“給齊補(bǔ)足”進(jìn)行配置，公用工程系統(tǒng)在全廠能源配置中處于被動(dòng)服從地位，在新形勢(shì)下不利于實(shí)現(xiàn)煉油節(jié)能全局優(yōu)化。

在借鑒頂層設(shè)計(jì)(Top-down)理念[8]的基礎(chǔ)上，結(jié)合煉油企業(yè)用能特征，創(chuàng)新系統(tǒng)化節(jié)能方法[6-7]，提出以頂層設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能優(yōu)化策略邏輯圖，如圖2(b)和圖2(c)所示。從全局優(yōu)化開始，基于知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)與既有信息，開展初步優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果輸出到子系統(tǒng)、單元層次，子系統(tǒng)優(yōu)化與單元優(yōu)化需要結(jié)合全局優(yōu)化和自身優(yōu)化的雙目標(biāo)，并結(jié)合工程實(shí)際向全局反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。按照頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能優(yōu)化策略，通過提升公用工程系統(tǒng)在能源配置中的影響力，更易實(shí)現(xiàn)煉油全局優(yōu)化節(jié)能。

圖2 頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局優(yōu)化策略邏輯圖Fig.2 Logic diagram of top-level design oriented total refinery optimization strategy(a)傳統(tǒng)全局優(yōu)化；(b),(c)頂層設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能優(yōu)化策略

2 頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能方法

2.1 多層次分解協(xié)調(diào)方法

“頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能方法”是結(jié)合近年來節(jié)能研究與應(yīng)用實(shí)踐對(duì)“煉油企業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)化節(jié)能方法”的完善發(fā)展，包含能源規(guī)劃、能量集成、單元強(qiáng)化3個(gè)層次，相關(guān)內(nèi)容及相互關(guān)系如圖3所示。

從圖3可以看出，能源規(guī)劃是第一層次，主要基于總加工工藝流程優(yōu)化和外部能源供給情況等開展節(jié)能頂層設(shè)計(jì)，提出企業(yè)能源配置規(guī)劃、能量集成方案、能源消耗建議、關(guān)鍵設(shè)備能效建議等，明確節(jié)能工作的方向與目標(biāo)，指導(dǎo)、約束能量集成層次和單元強(qiáng)化層次開展工作，并根據(jù)下兩個(gè)層次的反饋優(yōu)化調(diào)整相關(guān)規(guī)劃、方案和建議。能量集成為第二層次，主要以第一層次的能源配置規(guī)劃、能量集成方案、能源消耗建議為指導(dǎo)，開展工藝裝置、公用工程系統(tǒng)及附屬、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)用能優(yōu)化，并在全廠層次開展熱能、壓力能等的集成協(xié)調(diào)優(yōu)化，以減緩能量降質(zhì)，提高能量利用效率，降低能源消耗成本。同時(shí)，根據(jù)工程實(shí)際要求對(duì)能源規(guī)劃層次進(jìn)行反饋協(xié)調(diào)，并根據(jù)能量集成需要，對(duì)關(guān)鍵耗能單元提出能效提升要求，指導(dǎo)單元強(qiáng)化層次開展工作。單元強(qiáng)化，作為第三層次，主要通過采用滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求的節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源規(guī)劃層次提出的關(guān)鍵耗能設(shè)備能效建議，以及能量集成層次提出的關(guān)鍵耗能單元能效提升要求，并根據(jù)工程實(shí)際目標(biāo)，對(duì)能源規(guī)劃、能量集成層次進(jìn)行反饋協(xié)調(diào)。

圖3 頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能方法示意圖Fig.3 Schematic diagram of top-level design oriented total energy-saving methodology

2.2 能源規(guī)劃實(shí)施策略

能源規(guī)劃層次主要包含4部分工作：一是優(yōu)化煉油總加工工藝流程；二是測(cè)算既定總加工工藝流程的能源消耗；三是制定能源配置規(guī)劃、能量集成方案、能源消耗建議、關(guān)鍵設(shè)備能效建議等；四是根據(jù)能量集成、單元強(qiáng)化層次的反饋，協(xié)調(diào)優(yōu)化能源配置規(guī)劃、能量集成方案、能源消耗建議、關(guān)鍵設(shè)備能效建議等。

煉油總加工工藝流程優(yōu)化重點(diǎn)依托開發(fā)添加關(guān)鍵工藝裝置能耗模型的PIMS軟件完成；依托開發(fā)的煉油單位能耗模擬系統(tǒng)，分析測(cè)算既定煉油總加工工藝流程的能源消耗。輸出數(shù)據(jù)包括：煉油單位能耗、煉油單位因數(shù)能耗以及氫氣平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、蒸汽平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、燃料氣平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、電力基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、循環(huán)水基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等。基于系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)，制定全廠能源配置規(guī)劃、能量集成方案、能源消耗建議和關(guān)鍵設(shè)備能效建議。

2.3 能量集成實(shí)施策略

能量集成主要包含5部分工作：一是基于能源配置規(guī)劃、能量集成方案、能源消耗建議開展工藝裝置、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、燃動(dòng)系統(tǒng)等的用能優(yōu)化以及裝置間熱集成、低溫?zé)峋C合利用；二是基于工藝裝置、裝置間熱集成、低溫?zé)峋C合利用、蒸汽系統(tǒng)等的用能優(yōu)化情況開展全廠熱集成協(xié)調(diào)優(yōu)化；三是基于氫氣系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)用能優(yōu)化情況開展全廠動(dòng)力源協(xié)調(diào)優(yōu)化；四是基于全廠熱集成、全廠動(dòng)力源協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果，完善工藝裝置、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、燃動(dòng)系統(tǒng)等的用能優(yōu)化以及裝置間熱集成、低溫?zé)峋C合利用；五是對(duì)能源配置規(guī)劃、能量集成方案、能源消耗建議形成反饋，根據(jù)能源消耗建議完成情況及工程經(jīng)驗(yàn)提出關(guān)鍵耗能單元能效提升要求。

能量集成主要基于煉油能量系統(tǒng)優(yōu)化平臺(tái)完成，其中包括基于Aspen Utilities的燃動(dòng)系統(tǒng)集成優(yōu)化平臺(tái)、基于Aspen Energy Analyzer的煉油熱集成平臺(tái)、蒸汽平衡模型、動(dòng)力源匹配優(yōu)化模型、氫氣平衡模型、氫氣管網(wǎng)壓力設(shè)置模型、基于流體力學(xué)的循環(huán)水系統(tǒng)壓力平衡模擬模型等。

2.4 單元強(qiáng)化實(shí)施策略

單元強(qiáng)化主要包含3部分工作：一是基于關(guān)鍵設(shè)備能效情況，建議對(duì)功率高于10 MW的加熱爐、軸功率高于1000 kW的壓縮機(jī)組、軸功率高于160 kW的泵機(jī)組等開展用能優(yōu)化，在滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的前提下，合理提升關(guān)鍵設(shè)備能效；二是基于關(guān)鍵耗能單元能效提升要求，積極關(guān)注應(yīng)用反應(yīng)耦合、微界面強(qiáng)化、超重力、分壁塔、高效換熱器等過程強(qiáng)化技術(shù)及裝備，合理提升反應(yīng)過程、分離過程、冷換設(shè)備、壓力能回收過程能效；三是根據(jù)單元強(qiáng)化效果與工程實(shí)際向能源規(guī)劃、能量集成層次反饋，確保關(guān)鍵設(shè)備能效、關(guān)鍵耗能單元能效的合理性。

3 頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向煉油全局節(jié)能方法的實(shí)施案例研究

3.1 案例企業(yè)能源規(guī)劃研究

3.1.1 企業(yè)概況和用能問題分析

某煉油企業(yè)地處環(huán)境敏感區(qū)域，原油加工能力為1.0×107t/a，主要產(chǎn)品包括：液化氣、航空煤油(航煤)、汽油、柴油、乙烯原料、瀝青、焦炭等，車用燃料油品執(zhí)行京Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)，總加工工藝流程如圖4 所示。

圖4 案例企業(yè)基準(zhǔn)總加工工藝流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of the benchmark total processing process in the case study

案例企業(yè)所在區(qū)域到2020年底將被規(guī)劃為高污染燃料禁燃區(qū)，區(qū)域內(nèi)禁止銷售、使用高污染燃料，包括原煤、煤矸石、粉煤、煤泥、水煤漿、型煤、燃料油、石油焦等以及國家規(guī)定的其他高污染燃料。高污染燃料禁燃區(qū)的界定將對(duì)企業(yè)生存帶來巨大挑戰(zhàn)：一方面，企業(yè)燃料平衡受到重大影響，當(dāng)前使用的燃料如煤炭、石油焦、燃料油均將受限，實(shí)現(xiàn)能源清潔化需要將燃料全部改為天然氣，但短期內(nèi)天然氣并不具備供應(yīng)條件，特別是，耗用天然氣將使得企業(yè)燃料成本大幅上升；另一方面，石油焦禁止銷售和使用后，延遲焦化裝置必須關(guān)停，延遲焦化裝置加工的渣油需要加氫處理，而企業(yè)近年完成車用油品質(zhì)量升級(jí)后，氫氣資源供應(yīng)緊張，所在區(qū)域不鼓勵(lì)新建天然氣制氫，氫氣資源將成為企業(yè)發(fā)展新的巨大約束。企業(yè)能源供應(yīng)、資源利用均處于受限狀態(tài)，迫切需要結(jié)合全廠能源規(guī)劃開展“能源供應(yīng)受限”狀態(tài)下的總加工工藝流程優(yōu)化，同時(shí)，結(jié)合能源成本升高的約束，開展煉油全局節(jié)能優(yōu)化工作。

3.1.2 “能源供應(yīng)受限”狀態(tài)下的總加工工藝流程優(yōu)化

案例企業(yè)存在兩個(gè)“受限”能源：一是燃料氣，二是氫氣資源，二者的獲取只能通過優(yōu)化總加工工藝流程解決。針對(duì)現(xiàn)有加工流程，應(yīng)用添加關(guān)鍵工藝裝置能耗模型的PIMS軟件進(jìn)行優(yōu)化、對(duì)比，提出應(yīng)用“減壓渣油高拔出率溶劑脫瀝青+脫瀝青油加氫+瀝青造氣組合工藝”，優(yōu)化的總加工工藝流程如圖5所示。

3.1.3 燃料氣、氫氣配置規(guī)劃及指標(biāo)分解

基于優(yōu)化的總加工工藝流程，應(yīng)用添加關(guān)鍵工藝裝置能耗模型的PIMS軟件及煉油單位能耗建模系統(tǒng)測(cè)算，并結(jié)合現(xiàn)有裝置能源數(shù)據(jù)，給出燃料氣、氫氣配置方案及各工藝裝置指標(biāo)分解，見圖6和圖7。由圖6和圖7可知，基于“減壓渣油高拔出率溶劑脫瀝青+脫瀝青油加氫+瀝青造氣組合工藝”替代現(xiàn)有延遲焦化工藝路線，可同時(shí)滿足煉油部分自用氫氣和燃料氣，并可為動(dòng)力站提供部分燃料氣，減少企業(yè)議價(jià)天然氣的用量，降低燃料成本。

3.1.4 能量集成方案

燃料氣、氫氣是案例企業(yè)能源消耗的主要約束，通過設(shè)置瀝青造氣制氫裝置滿足了煉油部分自用氫氣和燃料氣，但動(dòng)力站仍然需要購買一定量的天然氣。對(duì)于瀝青造氣裝置，多產(chǎn)氫氣則少產(chǎn)燃料氣。因此，案例企業(yè)節(jié)能目標(biāo)是：合理節(jié)約燃料氣、氫氣。

圍繞這一目標(biāo)，制定案例企業(yè)能量集成方案：

(1)工藝裝置用能優(yōu)化：對(duì)主要工藝裝置換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，如常減壓裝置綜合權(quán)衡原油性質(zhì)、產(chǎn)品分布、總加工工藝流程優(yōu)化改進(jìn)換熱網(wǎng)絡(luò)，合理降低燃料氣消耗；通過開發(fā)、優(yōu)選新型高效催化劑和新工藝技術(shù)，從全流程角度優(yōu)化產(chǎn)品反應(yīng)深度，合理降低加氫類工藝裝置反應(yīng)苛刻度及氫氣消耗。

(2)氫氣系統(tǒng)優(yōu)化：考慮總圖布局優(yōu)化利用氫氣資源，結(jié)合總圖布置、管網(wǎng)壓力、區(qū)域加氫裝置氫氣消耗特點(diǎn)等合理優(yōu)化氫氣平衡[9]；結(jié)合總圖、氫阱壓力需求、壓縮機(jī)級(jí)數(shù)設(shè)置等優(yōu)化設(shè)置氫氣管網(wǎng)壓力；優(yōu)化確定氫氣經(jīng)濟(jì)回收濃度，如結(jié)合低溫?zé)嶂评涞葪l件強(qiáng)化氫氣回收。

(3)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)用能優(yōu)化：優(yōu)化罐區(qū)加熱方式，設(shè)置物料帶溫進(jìn)罐，優(yōu)先采用熱媒水作為熱源等多途徑節(jié)約伴熱、維溫蒸汽；合理利用工藝裝置進(jìn)料緩沖罐，通過調(diào)度優(yōu)化減少中間油品進(jìn)罐區(qū)。

(4)裝置間熱集成：基于總加工工藝流程、總圖布置及工程熱直供料溫度[10]，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工藝裝置間熱直供料；按照煉油多裝置熱集成策略[11]開展裝置間熱集成。

(5)低溫?zé)峋C合利用：通過循環(huán)熱媒水流程的串、并聯(lián)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低溫?zé)岬拇笙到y(tǒng)集成回收；考慮煉化企業(yè)用能、用熱、總圖實(shí)際情況，合理優(yōu)化組合低溫余熱資源實(shí)現(xiàn)分布式按級(jí)匹配與升級(jí)利用。

DAO—Deasphalted oil (脫瀝青油)圖5 案例企業(yè)優(yōu)化的總加工工藝流程示意圖Fig.5 Schematic diagram of the optimized overall processing process in the case study

DAO—Deasphalted oil (脫瀝青油)圖6 案例企業(yè)的燃料氣配置方案Fig.6 Fuel gas allocation plan in the case study

(6)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化：按照全廠工藝物流冷卻溫度需求，合理設(shè)置循環(huán)水串級(jí)利用，降低循環(huán)水總量；統(tǒng)籌水冷臺(tái)位設(shè)置高度及壓力需求，通過分壓供水、局部增壓等合理降低循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行壓力。

(7)燃動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化：考慮關(guān)鍵工藝裝置蒸汽產(chǎn)耗規(guī)律及工藝參數(shù)波動(dòng)、季節(jié)性溫差等因素對(duì)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的影響，優(yōu)化供汽系統(tǒng)，實(shí)行熱電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)煉油廠在復(fù)雜工況下的蒸汽平衡與優(yōu)化，避免不必要的減溫減壓和蒸汽放空；基于全廠蒸汽平衡并結(jié)合燃料成本、電力成本優(yōu)化協(xié)調(diào)全廠大型動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)源；開展全廠燃料、除鹽水、除氧水、蒸汽凝結(jié)水平衡優(yōu)化。

DAO—Deasphalted oil (脫瀝青油)圖7 案例企業(yè)的氫氣配置方案Fig.7 Hydrogen configuration plan in the case study

3.1.5 關(guān)鍵設(shè)備能效提升建議

根據(jù)案例企業(yè)合理節(jié)約燃料氣、氫氣的節(jié)能目標(biāo)，制定關(guān)鍵設(shè)備能效提升建議，如優(yōu)化提升煉油廠所有加熱爐熱效率至92%以上，重整四合一爐熱效率提升至94%以上。

3.2 案例企業(yè)能量集成研究

按照能量集成實(shí)施策略和能量集成建議，結(jié)合工藝裝置實(shí)際，開展案例企業(yè)能量集成工作，主要涉及關(guān)鍵工藝裝置熱直供料、低溫?zé)峋C合利用、循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化等節(jié)能措施。能量集成工作開展過程中，考慮到成熟的節(jié)能技術(shù)大多已應(yīng)用，建議重點(diǎn)關(guān)注強(qiáng)化反應(yīng)、分離過程的新催化劑、新技術(shù)和新裝備等單元強(qiáng)化措施，以進(jìn)一步降低工藝過程總用能。

3.2.1 多裝置熱集成

圖8為案例企業(yè)常減壓蒸餾-溶劑脫瀝青-固定床加氫-催化裂化裝置間的熱量集成關(guān)聯(lián)關(guān)系。減壓渣油熱出料至溶劑脫瀝青裝置，脫瀝青油熱出料至固定床加氫裝置，加氫重油取消發(fā)生1.0、0.5 MPa蒸汽，熱出料至催化裂化裝置，在不影響常減壓蒸餾換熱終溫的前提下，降低了溶劑脫瀝青、固定床加氫裝置燃料消耗，催化裂化裝置多產(chǎn)3.5 MPa蒸汽。

圖8 多裝置熱量集成示意圖Fig.8 Schematic diagram of heat integration of multiple units

3.2.2 低溫?zé)峋C合利用的“集成回收與分布利用”

低溫?zé)峋C合利用過程應(yīng)采用“集成回收、分布利用”原則，首先通過串、并聯(lián)設(shè)計(jì)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)全廠性的低溫?zé)峄厥绽孟到y(tǒng)，大系統(tǒng)回收全廠低溫余熱資源。其次，在保證統(tǒng)計(jì)利用低溫?zé)岷?，分布式設(shè)置發(fā)電、制冷、第二類熱泵制蒸汽等低溫?zé)嵘?jí)利用技術(shù)。低溫?zé)峋C合利用示意圖如圖9所示。

圖9 低溫?zé)峋C合利用示意圖Fig.9 Schematic diagram of comprehensive utilization of low temperature heat

案例企業(yè)規(guī)劃了3個(gè)低溫?zé)峄厥绽孟到y(tǒng)：一是現(xiàn)有的催化裂化-氣體分餾低溫?zé)峄厥绽孟到y(tǒng)；二是煉油廠南部低溫?zé)峄厥绽孟到y(tǒng)，用于預(yù)熱鍋爐給水和設(shè)置溴化鋰制冷，回收煉油廠輕烴中的C3組分；三是設(shè)置煉油廠北部低溫?zé)峄厥绽孟到y(tǒng)，采暖季為居民區(qū)提供采暖熱源，非采暖季，高溫位工藝物流設(shè)置有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電。在北部低溫?zé)峄厥绽孟到y(tǒng)中，設(shè)置航空煤油加氫裝置、S Zorb裝置，設(shè)置ORC發(fā)電。項(xiàng)目實(shí)施后全廠增加回收利用低溫余熱資源約42 MW，煉油廠能耗降低約2.0 kgoe/t(1 kgoe=41.816 MJ，下同)。

3.3 案例企業(yè)單元強(qiáng)化研究

按照單元強(qiáng)化實(shí)施策略、關(guān)鍵設(shè)備能效提升建議、關(guān)鍵耗能單元能效提升要求，結(jié)合工藝裝置實(shí)際，開展案例企業(yè)單元強(qiáng)化工作，主要是分壁塔強(qiáng)化連續(xù)重整產(chǎn)物分離。

分壁塔是在塔內(nèi)部增設(shè)一塊或多塊一定長度的豎立隔板，采用一套汽化冷凝系統(tǒng)，同時(shí)分離得到3種以上產(chǎn)品的精餾技術(shù)[12]。案例企業(yè)連續(xù)重整裝置設(shè)計(jì)時(shí)將以分壁塔替代脫C6塔和脫C7塔，應(yīng)用分壁塔技術(shù)強(qiáng)化重整產(chǎn)物分離。分壁塔強(qiáng)化重整產(chǎn)物分離示意圖如圖10所示。

工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，對(duì)于圖10方框內(nèi)單元，與脫C6塔和脫C7塔流程相比，分壁塔流程在保證分離精度的前提下，分壁塔實(shí)現(xiàn)了工程費(fèi)降低約13%，能耗降低約15%，C6餾分回收率達(dá)到99%，C7餾分中C6質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于100 μg/g，C8芳烴中C7質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于300 μg/g，完全滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

圖10 分壁塔強(qiáng)化重整產(chǎn)物分離示意圖Fig.10 Schematic diagram of enhanced reforming products separation in dividing wall column(a)Two-column process (雙塔流程);(b)Dividing wall column process (分壁塔流程)

3.4 案例企業(yè)全局節(jié)能效果

以基準(zhǔn)工況總加工工藝流程當(dāng)年企業(yè)能耗為基準(zhǔn)，對(duì)比分析總加工工藝流程優(yōu)化及開展全廠節(jié)能后企業(yè)關(guān)鍵指標(biāo)變化情況，詳見表1。

表1 案例企業(yè)節(jié)能優(yōu)化前后的關(guān)鍵指標(biāo)變化Table 1 Changes in key indicators before and after the energy-saving optimization for the case study

實(shí)施總加工工藝流程優(yōu)化及全廠節(jié)能改進(jìn)后，案例企業(yè)“能源供應(yīng)受限”得以緩解和消除，具體效益如下：一是瀝青造氣裝置生產(chǎn)大量燃料氣，除滿足煉油生產(chǎn)需要外，還可以供應(yīng)動(dòng)力站一部分燃料氣，有效緩解了天然氣外購引起的能源成本上升問題和短期內(nèi)天然氣不能供應(yīng)問題；二是順利關(guān)停延遲焦化裝置不再生產(chǎn)焦炭，避免了在高污染燃料禁燃區(qū)禁止生產(chǎn)、銷售石油焦的約束，瀝青造氣裝置制氫有效脫除了氫氣資源的約束。與基準(zhǔn)工況相比，由于不再生產(chǎn)焦炭，瀝青不再作為商品，使得企業(yè)綜合商品率下降2.0%；但不生產(chǎn)92#汽油提升了汽油牌號(hào)，增產(chǎn)了II+及以上潤滑油，高附加值商品收率增加3.0%，有利于提升企業(yè)盈利能力。與基準(zhǔn)工況相比，煉油單位能耗由62.2 kgoe/t增加至67.8 kgoe/t，但煉油單位因數(shù)能耗從7.8 kgoe/(t·Eff)降低至7.4 kgoe/(t·Eff)。煉油單位能耗的增加與煉油廠二次加工裝置的復(fù)雜程度有關(guān)，如總加工工藝流程優(yōu)化后，全廠氫氣消耗總量上升3.03×104t/a，折合全廠煉油單位能耗增加約3.3 kgoe/t。煉油單位因數(shù)能耗可以更為科學(xué)地評(píng)價(jià)企業(yè)能源消耗和能量利用水平，煉油單位因數(shù)能耗降低至7.4 kgoe/(t·Eff)，表明企業(yè)能源消耗和能量利用水平有所提高，能耗水平進(jìn)入國內(nèi)先進(jìn)行列。

4 結(jié) 論

(1)借鑒頂層設(shè)計(jì)理念，結(jié)合煉油企業(yè)用能特征，創(chuàng)新系統(tǒng)化節(jié)能方法，提出并完善發(fā)展了頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能方法。方法包含能源規(guī)劃、能量集成、單元強(qiáng)化3個(gè)層次，能源規(guī)劃主要基于總加工工藝流程優(yōu)化和外部能源供給情況等開展節(jié)能頂層設(shè)計(jì)，明確節(jié)能工作的方向與目標(biāo)。能量集成主要通過工藝、系統(tǒng)用能優(yōu)化，減緩能量降質(zhì)，提高能量利用效率，降低能源消耗成本。單元強(qiáng)化主要提升關(guān)鍵耗能單元的能效。提出了能源規(guī)劃、能量集成、單元強(qiáng)化3個(gè)層次的實(shí)施策略。

(2)應(yīng)用頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向的煉油全局節(jié)能方法，針對(duì)某典型煉油企業(yè)的發(fā)展瓶頸，開展“能源供應(yīng)受限”狀態(tài)下的總加工工藝流程優(yōu)化與煉油全局節(jié)能優(yōu)化，提出以“溶劑脫瀝青+脫瀝青油加氫+瀝青造氣”組合工藝為基礎(chǔ)的總加工工藝流程，從能源規(guī)劃、能量集成、單元強(qiáng)化3個(gè)層次開展工作，優(yōu)化降低能源成本，脫除了制約企業(yè)發(fā)展的能源、資源瓶頸。

(3)案例研究結(jié)果表明，頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)向煉油全局節(jié)能方法能夠指導(dǎo)現(xiàn)階段煉油全局節(jié)能工作，企業(yè)“能源供應(yīng)受限”得到緩解和消除，煉油單位因數(shù)能耗降至7.4 kgoe/(t·Eff)，能耗水平進(jìn)入國內(nèi)先進(jìn)行列。