任永剛

（福建聯(lián)合石化有限公司，福建泉州 362000）

1 企業(yè)概況

某聯(lián)合石油化工有限公司是由中方與外方分別以50%：50%的股比出資共同設(shè)立的一體化大型石油化工企業(yè)，2007年成立，2011年商業(yè)運(yùn)營，2012－2014年完成原油適應(yīng)性改造以及乙烯脫瓶頸項(xiàng)目。公司秉承煉化一體化設(shè)計(jì)理念，煉油與化工裝置布局緊湊，技術(shù)先進(jìn)，能耗基本合理。

1.1 能耗現(xiàn)狀

隨著國家宣布“2030年CO2排放量達(dá)到峰值，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”的雙碳目標(biāo)，我國對(duì)綠色、低碳、節(jié)能等要求越來越高，如何深層次挖掘節(jié)能潛力，是擺在節(jié)能管理者面前的一道課題。目前福建聯(lián)合石化的用能主要以熱能為主，包括燃料油、燃料氣、蒸汽、催化燒焦（轉(zhuǎn)化為蒸汽）等；其次是電能，這兩項(xiàng)能源消耗占煉化總能耗的89%以上，其中熱能消耗占73%左右。因此熱能利用效率的高低，決定了公司能效管理水平。正常熱能的利用應(yīng)當(dāng)遵循“高質(zhì)高用、低質(zhì)低用”的原則[1-2]，只有形成能量多次梯級(jí)利用的用能結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。

某聯(lián)合石化作為國內(nèi)建設(shè)較早的大型煉油化工一體化企業(yè)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)布局緊湊、能源供給與消耗緊密相連，加上后期外購蒸汽與LNG的引入，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化靈活。但作為一體化企業(yè)在能量梯級(jí)利用方面還有很大的提升空間，特別是在裝置銜接、煉油與化工布局上，除了上下游裝置之間有熱供料及早期催化與氣分裝置的熱聯(lián)合優(yōu)化外，公司整體能量利用方面大多數(shù)情況下還相互孤立，這就導(dǎo)致“高質(zhì)低用、低質(zhì)排棄”的低效能量利用現(xiàn)象。現(xiàn)利用經(jīng)典的能量分析理論找出公司用能的薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)低溫余熱利用的原則與特性，挖掘低溫?zé)崂脻摿Σ⑻岢鼍唧w實(shí)施方案。

1.2 能量“三環(huán)節(jié)“模型

能量三環(huán)節(jié)分析模型[3]是由華南理工大學(xué)華賁教授提出的系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化技術(shù)。該理論從能量利用的本質(zhì)出發(fā)，從源頭入手解決問題，可對(duì)煉化企業(yè)全廠或單元裝置的能量利用、回收和轉(zhuǎn)換三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。低溫?zé)峄厥绽弥饕菍?duì)能量回收環(huán)節(jié)進(jìn)行分析優(yōu)化，通過全方位診斷分析，對(duì)能量利用環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)及設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)能耗大幅降低。

3 煉油與化工低溫?zé)峋C合利用分析與方案

3.1 溶劑脫瀝青高壓溶劑熱源

原料油（235 t/h、160℃）從原料罐抽出后，進(jìn)入混合器與部分溶劑（40 t/h、110℃）混合稀釋，經(jīng)進(jìn)料冷卻器冷卻，再經(jīng)混合器與部分溶劑（96 t/h、 110℃）混合稀釋，進(jìn)入DAO抽提器（D102）上部。與下部進(jìn)入的溶劑進(jìn)行萃取分離。在DAO分離器（D104）內(nèi)實(shí)現(xiàn)溶劑和脫瀝青油的分離后，84%的溶劑通過超臨界分離回收。回收溶劑經(jīng)高壓溶劑換熱器（E102，E101）后分成三股，一股進(jìn)DAO抽提器（D102），一股進(jìn)A102，另一股至溶劑空冷器（A-101）；冷卻后又分成四股，一股與換熱前渣油混合稀釋，一股與換熱后渣油混合稀釋，一股進(jìn)入D203，大部分溶劑經(jīng)流量控制與空冷A101前的溶劑一起進(jìn)入DAO抽提器（D102）下部。低壓溶劑（70 t/h、33℃），經(jīng)E115與原料油換熱后，與A101冷后高壓溶劑匯合，分別進(jìn)入D102、D203、M101、M102。從D104頂部出來經(jīng)兩組換熱器后，144℃高壓溶劑進(jìn)空冷器A101冷卻至112℃，存在低溫?zé)釗p失。原料油換熱與D104頂高壓溶劑換熱流程見圖1。

圖1 原料油換熱與D104頂高壓溶劑換熱流程

3.2 溶劑脫瀝青汽提溶劑熱源

汽提塔頂汽提溶劑和水蒸氣冷卻工藝流程見圖2。自DAO汽提塔C101塔頂、膠質(zhì)汽提塔C202塔頂、瀝青汽提塔C103塔頂?shù)钠崛軇┖退羝?，?44℃先后進(jìn)入空冷器A102A-H、水冷器E113A-D，冷卻至32℃進(jìn)入低壓溶劑罐D(zhuǎn)105。從C101、C103、C202塔頂抽出的混合后汽提溶劑（244℃）進(jìn)空冷器A102冷卻，存在熱量損失。低溫?zé)嵩捶治鲆姳?。

表1 低溫?zé)嵩?/p>

圖2 汽提塔頂溶劑和水蒸汽冷卻工藝流程

3.3 乙烯脫丙烷塔底熱阱

乙烯脫丙烷塔塔底換熱工藝流程見圖3。乙烯裝置分離單元脫丙烷塔（C40404）塔底再沸器入口溫度73℃（最高可達(dá)90℃），再沸器出口溫度83℃，塔底再沸器低壓蒸汽用量11.3 t/h。C40404塔底物料組分由C4產(chǎn)品與部分裂解汽油產(chǎn)品組成。C40404塔底物料流量71 t/h（包括C4產(chǎn)品37 t/h，部分裂解汽油產(chǎn)品34 t/h），乙烯分離單元脫丙烷塔使用 0.45 MPa蒸汽加熱，而再沸器出口溫度為83℃，存在能量的高質(zhì)低用問題。

圖3 乙烯脫丙烷塔再沸器工藝流程

3.4 乙烯MTBE丁烯-1塔底熱阱

乙烯MTBE裝置丁烯-1部分用熱工藝流程見圖4。自P1011A/B來的未反應(yīng)C4送至脫異丁烷塔II（C02002）作為進(jìn)料。塔頂壓力0.54 MPa，塔頂溫度48.5℃，脫異丁烷塔I（C02001）底壓力0.68 MPa，塔底溫度64℃。脫異丁烷塔I塔底用脫異丁烷塔底重沸器（E02003）加熱，熱源為自系統(tǒng)來的0.45 MPa 蒸汽，蒸汽用量5.5 t/h。自P02003A/B來丁烯餾分送至丁烯-1精餾塔II（C02004）作為進(jìn)料。塔頂壓力0.53 MPa，塔頂溫度51.8℃，丁烯-1精餾塔I（C02003）塔底壓力0.62 MPa，溫度65.3℃。丁烯-1精餾塔I塔底用丁烯-1塔底重沸器（E02005）加熱，熱源為系統(tǒng)來的0.45 MPa蒸汽，蒸汽用量4.8 t/h。乙烯MTBE裝置丁烯-1部分脫異丁烷塔C02001使用0.45 MPa蒸汽加熱，而塔底溫度64℃，存在能量高質(zhì)低用問題。乙烯MTBE聯(lián)合裝置丁烯-1精餾塔C02003使用0.45 MPa蒸汽加熱，而塔底溫度66℃，存在能量的高質(zhì)低用問題，詳見表2。

表2 低溫?zé)嶷迩闆r

圖4 MTBE與丁烯-1用熱工藝流程

3.5 低溫?zé)峄厥展に囋O(shè)計(jì)

首先在公用IGCC裝置設(shè)立熱水站，將熱水罐中的熱媒水送至溶劑脫瀝青裝置回收低溫?zé)?，回收低溫?zé)岷蟮臒崦剿鳛橐蚁〤40404塔底熱源；然后將換熱后的熱媒水繼續(xù)輸送至MTBE，作為C02001與C02003塔底熱源。MTBE兩臺(tái)再沸器（E02003A與E02005A）換熱后的兩股熱煤水匯合后，返回到低溫?zé)崴到y(tǒng)中的熱水站。

1）高壓溶劑進(jìn)空冷器A101A-D前，新增兩臺(tái)換熱器E131A/B，將從全廠低溫?zé)崴到y(tǒng)IGCC熱水站引來的熱媒水引至E131A/B，從高壓溶劑中取出熱量。

2）在汽提溶劑和水蒸氣空冷器A102A-H之前，新增兩臺(tái)換熱器E132A/B，將E131A/B出口熱媒水引至E132A/B，從汽提溶劑和水蒸氣中取出熱量。

3）在乙烯裝置C40404塔底更換一臺(tái)再沸器E40419B，將熱媒水引至E40419B為C40404提供熱量，替代塔底蒸汽。

4）MTBE裝置C02001和C02003。來自乙烯裝置E40419B的熱媒水分為兩路輸送至MTBE裝置的C02001和C02003。MTBE裝置C02001底新增一臺(tái)再沸器E02003A，將熱媒水引至新增再沸器E02003A，為C02001提供熱量，替代塔底蒸汽；MTBE裝置C02003底新增一臺(tái)再沸器E02005A，將熱媒水引至新增再沸器E02005A，為C02003提供熱量，替代塔底蒸汽。

表1顯示煉油裝置溶劑脫瀝青低溫?zé)嵩簇?fù)荷總計(jì)為20.93 MW，表2顯示乙烯裝置脫丙烷塔及MTBE兩塔低溫?zé)嶷逍枨筘?fù)荷總計(jì)為12.96 MW，熱源滿足熱阱的熱量需求。改造后溶劑脫瀝青低溫?zé)崽娲蚁┭b置部分蒸汽工藝流程見圖5。

圖5 改造后溶劑脫瀝青低溫?zé)崽娲蚁┭b置部分蒸汽工藝流程

4 經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

該煉油與化工低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)改造實(shí)施后，預(yù)計(jì)可取得如下效益。

1）回收溶劑脫瀝青裝置低溫?zé)崽娲蚁┭b置脫丙烷塔底蒸汽、MTBE裝置丁烯-1部分精餾塔塔底蒸汽優(yōu)化，可以節(jié)約0.45 MPa蒸汽21.6 t/h，每小時(shí)可以節(jié)約空冷器用電量180 kW。0.45 MPa蒸汽按100元/t、電價(jià)按0.5元/kW·h計(jì)算，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益 1 890萬元/年。

2）溶劑脫瀝青裝置年開工按8 400 h計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)煤17 604 t/a，裝置能耗降低約6.3 kg/t，全廠煉油綜合能耗降低0.8 kg/t。

5 結(jié)論

煉化一體化企業(yè)隨機(jī)、分散的低溫余熱較多，為了合理利用這些熱量，按照能量梯級(jí)利用的原則，應(yīng)在全局范圍內(nèi)收集低溫?zé)嵊酂?，并使其與分散在各處的熱阱進(jìn)行優(yōu)化匹配。在保證裝置安穩(wěn)長(zhǎng)優(yōu)運(yùn)轉(zhuǎn)前提下，充分對(duì)余熱回收利用。福建聯(lián)合石化溶劑脫瀝青與乙烯裝置低溫?zé)峄厥辗桨副砻?，在全廠范圍內(nèi)尋找裝置間的低溫?zé)崧?lián)合利用，搭建一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的低溫?zé)峄厥绽孟到y(tǒng)，可使企業(yè)的能耗較大幅度降低[4]。