煉化企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能技術

煉化企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能技術

華賁強化傳熱與過程節(jié)能教育部重點實驗室華南理工大學天然氣利用研究中心2007年4月25日.杭州節(jié)能技術與節(jié)能標準培訓班講座2/5/2023\[filename].ppt主要內容一、中國能源和油氣資源的嚴峻形勢

二、煉油企業(yè)資源和能源利用戰(zhàn)略問題三、工藝裝置熱聯(lián)合的節(jié)能原理和潛力四、煉油廠低溫熱利用的潛力和途徑五、煉化企業(yè)蒸汽動力系統(tǒng)的優(yōu)化運營和設計六、煉化企業(yè)資源和能源的協(xié)同優(yōu)化

2/5/2023\[filename].ppt一、中國能源和油氣資源的嚴峻形勢

2/5/2023\[filename].ppt1、中國的能源形勢嚴峻：

（1）、資源緊缺，不敷需要我國能源資源人均擁有量只有世界平均水平的一半Comparisonofenergyresourcespercapita7%50%2/5/202331、中國能源形勢嚴峻：

（2）、能源利用效率低下能源利用效率33.4%（世均43%，發(fā)達國52-55%）占工業(yè)能耗73％的8個行業(yè)33種產品單位能耗平均比世界先進水平高47％（比先進水平多耗用能2.3億噸標煤/年）建筑物單位面積能耗比發(fā)達國家高2-3倍。交通能耗比發(fā)達國家低20%以上。2/5/20234中國與世界先進水平單位產品能耗之比050100150200煉鋼乙烯建材發(fā)達國家中國100173.9150148.81001002/5/202351、中國能源形勢嚴峻：

（3）、能源環(huán)境問題突出以煤為主的一次能源結構造成了嚴重的環(huán)境污染。

酸雨率全國40%、廣東70%，343個城市中僅1/3達二級空氣質量標準；世界污染嚴重的20城市中國占16個SO2排放量的90%，NOx排放量的60%都來自于燃煤。全國SO2排放總量超過環(huán)境承載能力的70%左右。生態(tài)破壞造成的經濟損失已占GDP的8%。

已嚴重威脅經濟和社會的可持續(xù)發(fā)展！2/5/202361、中國能源形勢嚴峻：

（3）、能源環(huán)境問題突出

單位：百萬噸*百萬噸CO2當量溫室氣體二氧化碳甲烷*氧化亞氮*沙塵黑碳二氧化硫中國30519595388001.1919.95世界總量231726340357030006.63105中國位次211111(引自孫鴻烈院士報告2004年9月北京，中國科技論壇）2/5/20237

1、中國能源形勢嚴峻：

（3）、能源環(huán)境問題突出UnitedStatesChinaProjected(Millionmetrictonscarbon)Source:LBNL2/5/20238中國與世界一次能源消費結構比較（2004年）（美國數(shù)據為2001年）1、中國能源形勢嚴峻：

（3）、能源環(huán)境問題突出2/5/20239

1、中國能源形勢嚴峻：

（4）、資源對外依存度增長過快2006：47%2/5/202310中國能源形勢2004

1980年以來能源消耗年增長4.6％，是世界增長率3倍。2001年能源消費1.25萬億元，占GDP的13.5％，美國7％GDP為世界4%，能源消費19.7億噸標煤，占世界11%。鋼鐵、煤炭、水泥年消費占世界的25%、30%和50%電力裝機4.4億kW,世界第二。14%/年增。仍缺0.3億kW事關國家戰(zhàn)略安全，經濟社會可持續(xù)發(fā)展！2/5/202311中國能源2005--2006

總能耗煤原油天然氣水電核電200522.221.43.05004010520200624.623.73.25364167534單位億噸標煤億噸億噸億m3億kWh億kWh增長%9.39.67.119.952.4萬元GDP能耗1.21tec,降低1.23%,未完成降4%的任務。

2/5/202312能源低效消耗燃煤為主依賴外界環(huán)境生態(tài)破壞環(huán)境污染資源耗竭經濟著重GDP結構失衡

粗放性經濟：高能耗、高消耗、高污染、低效率無以為繼不可持續(xù)2/5/2023\[filename].ppt能源能源結構利用效率環(huán)境生態(tài)循環(huán)生存條件經濟社會發(fā)展產業(yè)結構

平衡、協(xié)調科學發(fā)展觀，可持續(xù)發(fā)展，新型工業(yè)化道路，循環(huán)經濟2/5/2023\[filename].ppt2、中國的能源戰(zhàn)略節(jié)能優(yōu)先,效率為本;（科學用能）煤為基礎,多元發(fā)展;（油、氣、再生能源）立足國內,開拓海外;（經濟全球化）統(tǒng)籌城鄉(xiāng),合理布局;（城市化40%--70%）依靠科技,創(chuàng)新體制;（高科技、體制創(chuàng)新）保護環(huán)境,保障安全.（改善生態(tài)，戰(zhàn)略安全）2/5/202315二、中國煉油企業(yè)資源和能源利用戰(zhàn)略問題2/5/2023\[filename].ppt中國煉油企業(yè)資源和能源的嚴峻形勢中國煉油企業(yè)能源和資源形勢

2006年我國原油消耗已超過3億噸,對外依存度達47%2020年我國原油需求估計（低方案）4.5億噸/年自產1.8億噸/年(高估2億噸/年)，缺口2.5--2.7億噸/年

2004年，石化工業(yè)耗能2.5億噸，占全國總能耗16%。包括加工能耗和資源消耗的節(jié)油節(jié)能任重道遠！

終端產品:1、交通燃料

2、化工產品

3、煉油、石化工業(yè)自用燃料和其他工業(yè)燃料2/5/202317中國煉油企業(yè)資源和能源的嚴峻形勢中國煉油企業(yè)高效利用能源的歷史責任（1）美國能源部報告：美國工業(yè)第一耗能大戶是煉油廠，要求煉油廠進一步提高能源利用效率：大聯(lián)合裝置能量集成優(yōu)化利用；熱電聯(lián)供；加強節(jié)能控制；用新型和強化換熱器、基本消滅污垢；大型設備節(jié)能等。目標：煉油能耗降低10%，高耗能裝置降低20%，原油利用率接近100%（2）國家十一五節(jié)能規(guī)劃要求：工業(yè)熱電聯(lián)產節(jié)能：1100萬kW,節(jié)能2200萬噸標煤/年能量系統(tǒng)優(yōu)化技術運用：降低能耗10—15%；單位GDP能耗降低20%；

煉油工業(yè)單位能耗降低20%；2/5/202318中國煉油企業(yè)資源和能源利用策略1、優(yōu)化調整能耗結構：■在能量優(yōu)化前提下，最高效、最潔凈地利用氫轉移加工過程中形成的焦炭，使其有與天然氣和煤相同的使用價值可能性：FCC焦碳燃燒特殊工藝，CFB爐……■其它的“一、二次”加工產物(包括煉廠氣、油漿、渣油)都盡可能最經濟地轉化為車用燃料和化學品■改變一切自給自足觀點，在所在地區(qū)規(guī)劃能量大系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化：汽、電、熱與鄰近企業(yè)聯(lián)合（包括買入和售出）；■發(fā)揮煉油廠熱電比的優(yōu)勢，高效利用便宜的煤和天然氣2/5/202319天然氣在中國一次能源格局中的地位基本思路

國家能源結構調整,大力發(fā)展天然氣的戰(zhàn)略不可動搖這是環(huán)境狀況和可持續(xù)發(fā)展的要求天然氣在能源構成中的比例增加，是必定的今后的世界能源格局下,天然氣總比石油價格低天然氣的下游市場在替代石油及其產品的項目（大城市內的燃氣鍋爐、城市燃氣、LPG、車用汽柴油）用天然氣直接替代煤的項目在中國經濟性較差

2/5/202320”油氣化一體化”

：深圳某LNG生態(tài)化工園區(qū)LNG接受站LNG氣化冷能利用天然氣DES/CCHP能源站分離輕烴裂解制乙烯合成裝置合成裝置合成裝置化工廠精細化工廠精細化工廠化工廠化工廠冷公用工程汽、電冷原油或加工產品

2/5/202321某生態(tài)化工園區(qū)DES/CCHP規(guī)劃

----”油氣化一體化”之例以天然氣為主要原料和能源，兼用石油或加工產品120萬噸/年乙烯為龍頭的化工園區(qū)約300MW燃氣輪機—蒸汽輪機冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)高、中、低壓蒸汽，熱水，冷水管網集中供應能源利用效率高，環(huán)境友好，生產成本降低2/5/2023222、氫元素的平衡優(yōu)化：能源與資源協(xié)調優(yōu)化煉油加工實質是氫轉移過程焦碳的生成是碳富集和氫轉移過程的必然結果加氫工藝是生產發(fā)動機燃料的必由之路煤高效、潔凈轉化制氫是中國的優(yōu)化選擇之一天然氣與石油加工的集成優(yōu)化(油氣化一體化）2/5/202323一些國家1998年底的加氫能力

2/5/202324中國能源資源形勢決定煉油廠能源結構的大趨勢必須認識到，煉油加工是氫元素重組過程。除非有大量外來氫源，要獲得含氫更多的輕質產品，必定同時產生含碳更多的副產品。焦碳是在現(xiàn)有技術下高含碳副產的一種選擇。應當力求產生含氫盡量少的焦炭。把焦炭作為煉油過程的一次能源，同煉廠氣和渣油一樣地高效利用，應當是一種合理的選擇。2/5/2023253、擴大裝置規(guī)模和建設聯(lián)合裝置改變新、擴建煉廠規(guī)劃指導思想，深化前期工作在具備一定對市場適應性前提下，加深裝置熱聯(lián)合降低工藝總用能、提高回收率、減少供入能

集中布置和先進控制技術為此奠定了基礎，實例：

美國蒸餾—加氫裂化聯(lián)合裝置日本減壓蒸餾---潤滑油聯(lián)合裝置，F(xiàn)CC與焦化聯(lián)合裝置2/5/202326裝置名稱 1990年，加工能力，萬t/a 1999年，加工能力，萬t/a原油蒸餾 美國加里維爾煉廠1275 美國貝湯煉廠1250

沙特臘斯塔努拉煉廠1250

西班牙索莫羅斯羅特1200

日本出光興產千葉廠1050 美國貝湯煉廠 新加坡裕廊煉廠1000 減壓蒸餾能力 600FCC 蠟油 美國貝湯煉廠 600 美國貝湯煉廠600

美國林登煉廠560 美國林登煉廠600 FCC 渣油 美國科帕克里斯蒂煉廠325印尼巴隆煉廠425

韓國蔚山煉廠345

印尼巴隆煉廠425

世界大型煉油裝置舉例(引自李志強）2/5/202327世界大型煉油裝置舉例裝置名稱 加工能力，萬t/a 1999年，加工能力，萬t/a連續(xù)再生催化重整美國馬爾卡斯灣煉廠230

美國Citgo石油公司 科珀斯克里斯蒂煉廠223

美國Koch煉制公司科珀斯克里斯蒂煉廠215延遲焦化 美國帕斯卡戈拉煉廠310

美國泛美公司路易斯安那煉廠412

印度Reliance公司煉廠1998建成）450

委內瑞拉Sincor公司（設計中）7702/5/202328世界大型煉油裝置舉例裝置名稱

1999年，加工能力，萬t/a加氫裂化 科威特舍巴煉廠306

加拿大阿爾伯塔（設計中，沸騰床）440加氫精制 美國貝湯煉廠335 加氫脫硫，蠟油 美國貝湯煉廠500 RDS 美國帕斯卡戈拉煉廠480 VRDS 日本室蘭煉廠125

韓國蔚山煉廠192烷基化 美國阿莫科公司 美國阿莫科公司 德克薩斯城煉廠 105 德克薩斯城煉廠150

2/5/2023294、熱電聯(lián)產和能量綜合優(yōu)化技術應用能量轉換設施大型化，新技術成熟,天然氣的到來為熱電聯(lián)產創(chuàng)造條件（GTCC，IGCC、CFB…..)

燃氣輪機與大型加熱爐聯(lián)合煤氣化—聯(lián)產動力系統(tǒng)；天然氣的優(yōu)化利用低溫熱在裝置與公用工程系統(tǒng)間的集成優(yōu)化利用某些外國公司：裝置用能，公用工程供能---觀點的片面性

2/5/202330中國大型工業(yè)分布式冷熱電聯(lián)供的潛力煉油和石油化學工業(yè)是天然氣最大的工業(yè)燃料市場.中國煉油量近期3--4億噸/年，沿海和油氣田附近的煉油廠用天然氣部分替代目前燒掉的重油和煉廠氣中可用的乙烷、乙烯和制氫原料，約需1500--2000萬噸/年天然氣;并可使能源效率大大提高（天然氣是極好的燃氣輪機燃料）！2/5/2023315、中國煉油企業(yè)一次能源構成的優(yōu)化決策中國煉油企業(yè)能源構成的演變80年代前，副產渣油和外部供電為主要一次能源60年代的典型配置：3臺120t/h中壓鍋爐，2×12MW抽凝機組，背壓機組帶壓縮機。部分煉廠還有1.3MPa低壓鍋爐。二次加工裝置快速發(fā)展，煉廠氣和焦碳在能耗構成中的比例大大增加。但不少還是用中壓鍋爐燒部分渣油來發(fā)電產蒸汽，總的能源的轉換效率提高不大渣油能賣3700元/噸的時候，還燒嗎？2/5/202332中國煉油企業(yè)能源構成的演變同期國外煉廠能源構成趨于清潔化、轉換技術長足進展。國外許多煉油廠以天然氣作為一次能源并采用高效的燃氣輪機與鍋爐或加熱爐熱電聯(lián)產技術。燃機效率大幅度提高，一次發(fā)電效率已達33%－45%，總傭效率可以達到70%!中國煉油廠未能采用，一個原因是管理體制和機制問題，另一個是天然氣資源沒有開發(fā)。2002年中國一次能源構成中煤占62%，天然氣只占2.7%。中國沿海部分煉油廠采用這項技術的時機已經到來！2/5/202333■在能量優(yōu)化前提下，最高效、最潔凈地利用氫轉移加工過程中形成的焦炭，使其有與天然氣和煤相同的使用價值■煉廠氣、油漿、渣油等一、二次加工產物盡可能最經濟地轉化為車用燃料和化學品■與所在地區(qū)規(guī)劃能量大系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化，汽、電、熱與鄰近企業(yè)聯(lián)合（包括買入和售出）；■發(fā)揮煉油廠熱電比的優(yōu)勢，高效利用便宜的煤和天然氣.

考慮制氫原料

優(yōu)化調整煉油廠一次能源結構2/5/202334煉油企業(yè)能源構成的超結構模型和計算機輔助決策系統(tǒng)2/5/202335三、工藝裝置熱聯(lián)合的原理和節(jié)能潛力2/5/2023362/5/2023372/5/202338上、下游裝置熱出料參數(shù)和熱集成方案的優(yōu)化輔助平臺從裝置內部完全換熱網絡匹配到完全t－延續(xù)安排；多產品、多原料組合條件下的邊界匹配；裝置內換熱網絡匹配優(yōu)先原則指導下的“松弛”；建立數(shù)學模型和求解的可能性探索；離散可行方案情況下的方案制訂和評價比較。2/5/202339某煉廠的上、下游裝置的T-H圖2/5/202340某煉油廠上、下游裝置ε-Q分析圖2/5/202341提高熱出料溫度后兩個HEN優(yōu)化重組

方向和效益的選擇裝置內部換熱網絡重新匹配：減少發(fā)生低壓蒸汽，進一步優(yōu)化傳熱溫差，達到同樣的熱回收效果：余出的下游裝置高溫熱流用于熱聯(lián)合，節(jié)省加熱爐燃料，或發(fā)高壓蒸汽；或用于大系統(tǒng)低溫熱利用；進一步降低能耗；進一步節(jié)省換熱器投資；

2/5/202342渣油與原油換熱網絡3個出料溫度選擇：164C，220C，252C渣油2/5/202343加深熱聯(lián)合的改進某1000萬噸/年大型煉油廠主要工藝裝置集中布置、集中控制蒸餾裝置產品熱出料到下游:

重整、催化裂化、加氫裂化、延遲焦化催化裂化、加氫裂化部分工藝物流余熱同初底油換熱2/5/202344減二減三換熱流程（與加氫處理進料的關系）此二換熱器用于脫前換熱120℃左右，可用其他熱源取代減二減三A常減壓加氫處理緩沖罐（哈爾濱SEI設計62℃）2/5/2023\[filename].ppt加氫處理裝置換熱流程362C自分餾塔來減二減三進料預熱進緩沖罐分餾塔進料預熱進緩沖罐A置換出來279--170℃熱流，何用？2/5/202346四、煉油廠低溫熱回收利用潛力和途徑2/5/202347I、大量的低溫熱是因能量匹配不合理而產生1、擴建或新建裝置項目審批時間長，設計時間短，“來不及”考慮與原有裝置和系統(tǒng)的能量集成優(yōu)化;2、委托設計的煉油廠對問題和后果的嚴重性缺乏認識3、設計院任務重、時間緊；兩方面因素導致脫離全廠能量優(yōu)化目標，孤立考慮設計范圍內的用能。4、結果：多用燃料、電、蒸汽、水，較多低溫熱排放2/5/2023\[filename].ppt這就造成每上一個新裝置，增加一批公用工程，低溫熱也增加一筆的現(xiàn)象。

如果新建裝置能與原有裝置和系統(tǒng)能量集成匹配，那么很多新增高溫熱源便可以不用，許多排棄的低溫熱也便可以在原有裝置中匹配利用了.大量的低溫熱是因能量匹配不合理而產生2/5/2023\[filename].ppt1、對“低溫熱資源”認識的片面性

調查現(xiàn)有冷卻器負荷，取某個溫度為界限，列出“現(xiàn)有低溫熱資源一覽表”。按此考慮和制定利用計劃。問題（點評）：“現(xiàn)有低溫熱資源”不是確定的。其中很大一部分將隨能量系統(tǒng)優(yōu)化而消失，即作為有效利用工藝熱流而回收利用。II、當前煉油廠低溫熱利用現(xiàn)狀和問題2/5/2023\[filename].ppt

2、“低溫熱利用”對策：分散、隨機隨機選用某個“低溫熱源”，隨機決定低溫熱阱。沒有系統(tǒng)全局考慮，沒有年度規(guī)劃，沒有技術經濟核算，好比“拉郎配”,“亂點鴛鴦”。實例：許多煉廠有7、8個低溫熱換系統(tǒng)，每個系統(tǒng)1-2個熱源，3-4個熱阱

。物流溫位高低不等。問題：分散、隨機的匹配，很難做到合理，更不用說優(yōu)化。

2/5/2023\[filename].ppt3、低溫熱降質利用例1、催化主分餾塔一中回流（170℃），用于加熱60℃熱媒水例2、催化頂循（150—90℃

）加熱70℃采暖熱水例3、100℃熱媒水用于60℃再沸器供熱

例4、100℃回收凝結水與10℃新鮮水混合問題：高熱低用，必然導致低熱無用。某廠利用低溫熱僅占可用量1/3。2/5/2023\[filename].ppt傭耗是過程進行的推動力1、認識過程用能的本質和原理2/5/2023534、熱媒水系統(tǒng)耗功費熱多系統(tǒng)、多網絡造成水量大，泵功耗高；熱媒水溫降小，回水溫度高；取不出工藝物流的低溫熱，往往需要補充蒸汽加熱。問題：這是分散隨機的必然結果。最低溫的熱阱得不到充分利用，難以降低回水溫度。2/5/2023545、對變化條件適應性差

低溫熱阱需求隨季節(jié)變化很大，同一季節(jié)負荷隨氣象變化大。系統(tǒng)缺乏柔性調節(jié)手段和策略考慮，用熱多時蒸汽補充加熱---回水溫度升高---取熱減少---用汽增加；形成惡性循環(huán)。(越低溫越取不出低溫熱）。問題：熱媒水系統(tǒng)水量----溫降優(yōu)化柔性設計和可調節(jié)特性是系統(tǒng)優(yōu)化的關鍵之一。用好低溫熱阱可以構成自適應的低溫熱回收系統(tǒng)。2/5/202355哈爾濱石化目前低溫熱利用狀況:

1200t/h熱媒水，61---74℃

多路并聯(lián)取熱，塔頂，頂循，一中多路并聯(lián)供熱，

熱量不足，蒸汽補，

冷不下來加大冷卻水。

實際利用不到1/3。

2/5/202356圖1典型的當前低溫熱利用系統(tǒng)圖2/5/202357當前低溫熱利用系統(tǒng)的傭分析圖2/5/2023581、不理解科學用能的原理（1）、科學用能的要義：溫度對口、梯級利用（2）、能量的品位和質量概念（3）、能量利用的本質：用其品質，而非用其數(shù)量（4）、能量的降質是最大的損失2、缺乏技術經濟優(yōu)化的觀念和手段溫差---傭損耗---能量降質---回收率換熱設備---傳熱系數(shù)---投資單臺換熱器的優(yōu)化HEN優(yōu)化III、問題的根源和深層次的理論缺失2/5/202359同樣4GJ/h的熱量的不同質量在360-320oC時:(Ex)t=2.121GJ/h;ε=0.530在130-90oC時(Ex)t=0.992GJ/h;ε=0.2481、認識過程用能的本質和原理2/5/202360熱傭的圖示:由(Ex)t=∫Qdε作圖:360-320oC2/5/202361傭耗是過程進行的推動力1、認識過程用能的本質和原理2/5/202362傭耗是過程進行的推動力1、認識過程用能的本質和原理2/5/202363FCC主分餾塔熱利用傭分析圖2/5/202364分餾塔：回流比～板數(shù)優(yōu)化

換熱網絡：傳熱溫差～換熱面積優(yōu)化

油品管線：泵功耗～管線及保溫設施投資費用OOdOeOminRoptRmin回流比R

局部最優(yōu)化：二維參數(shù)求極小值2/5/202365管徑和保溫厚度的優(yōu)化設計

5內徑,mm100費用元/年米50150200020406041231—管線保溫費用；2—管線費用；3—散熱傭損費用；4—摩擦損失費用；5—總費用某熱油品輸送年費用與管徑的關系的傭經濟優(yōu)化曲線2/5/2023663、缺乏系統(tǒng)工程觀念和技術手段1、大系統(tǒng)優(yōu)化匹配，相應的工程、技術問題2、

換熱網絡優(yōu)化合成技術3、低溫熱子系統(tǒng)與全局（裝置、輔助系統(tǒng)、全廠）4、相應的軟件（模擬、優(yōu)化）2/5/2023671單元過程和設備的優(yōu)化和強化設備的能量綜合優(yōu)化---換熱器的優(yōu)化選型軟件界面2/5/202368局部子系統(tǒng)的能量綜合優(yōu)化2/5/202369局部子系統(tǒng)的能量綜合優(yōu)化---HEN的圖形匹配界面2/5/202370IV、煉油廠低溫熱利用系統(tǒng)優(yōu)化技術簡介2/5/2023712、充分利用好低溫熱源和變化的低溫熱阱熱阱：原水、干燥空氣、空調新風、采暖水、低溫油

夏季：25—30

℃

冬季：低于10℃、-10--20℃、（50-70℃）熱源

工藝物流產品冷卻～100℃---60-40℃

凝汽透平低溫冷凝潛熱～40--70℃負荷：相差2—3倍2/5/2023723、全面利用煉廠低溫熱的系統(tǒng)技術以脫氧軟水為循環(huán)熱媒體：通過改變流量和溫差，調節(jié)?。〝y）熱量關鍵：冬季與低溫熱阱充分換熱，降低回水溫度理想的回水溫度：夏季：60-90℃⊿T30℃

冬季：30-90℃⊿T60℃

冬季增加的低溫熱阱需要更低溫熱源愈低回水溫度，愈多取工藝熱2/5/2023733、自適應的低溫熱利用系統(tǒng)流程圖緩沖罐（密閉）補水泵1補水加熱器回水冷卻器泵2裝置（熱源）熱阱2/5/2023744、設計關鍵：兩個換熱網絡與CSW系統(tǒng)協(xié)調各裝置工藝余熱用于加熱循環(huán)軟水（CSW）熱源網絡工藝余熱溫度：60-100℃，180℃，230℃（煙氣）

CSW溫度：30-90℃，140℃，204℃CSW與低溫熱阱間的換熱網絡----熱阱網絡按溫位高低，流程順暢，串聯(lián)--梯級利用換熱網絡優(yōu)化設計的關鍵：

1、變化條件的適應性和可調性

2、與循環(huán)軟水網絡參數(shù)的迭代協(xié)調

2/5/202375設計關鍵：循環(huán)熱媒水管網優(yōu)化設計主干管網流速和管徑（變流量考慮）熱源/熱阱側串/并聯(lián)安排

溫度對口，梯級利用，避免差溫混合冬、夏不同工況時系統(tǒng)的適應性柔性優(yōu)化設計：變化條件的可調性

2/5/2023765、操作調節(jié)：

兩個換熱網絡之間的集成模擬和協(xié)調優(yōu)化調節(jié)手段：蒸汽補加熱器回水冷卻器流量調節(jié)控制參數(shù)控制策略（用變化流量調節(jié)回水溫度）各種變工況的應對策略演練計算機輔助的可視化優(yōu)化操作模擬系統(tǒng)2/5/202377用例：林源煉油廠FCCII低溫熱利用系統(tǒng)2/5/202378用例：大慶煉化低溫熱利用系統(tǒng)變化熱阱：罐區(qū)維溫伴熱（冬多夏少）廠房采暖（冬有夏無）干燥空氣預熱（冬-30℃夏+30℃）流程安排策略：按溫位串聯(lián)實際運行：冬季回水30-40℃投資5千萬元，約3年回節(jié)約燃料油2-3t/h及蒸汽2/5/202379用例：XX煉化低溫熱利用系統(tǒng)不停工改進，2007

改串聯(lián)，溫度對口，梯級利用熱源、熱阱兩個網絡優(yōu)化（大部分只能改管線）關鍵：如何提高換熱器的能力？目標：擴大1.5倍----3400萬大卡/時能耗降低5個單位十一五改造目標（2010）：低溫熱+熱出料為契機的熱聯(lián)合，15單位2/5/202380XX石化2007年低溫熱梯級利用系統(tǒng)流程圖（部分）2/5/202381XX石化2007年低溫熱梯級利用系統(tǒng)傭分析圖

2/5/202382當前低溫熱利用系統(tǒng)的傭分析圖2/5/2023834）儲運節(jié)能三原則：原則一：儲量最小化（原油、中間罐、成品罐）1、熱聯(lián)合創(chuàng)造條件砍掉大部分中間罐；留運營儲備，正常緩沖。2、原油最小儲量——省流動資金，免維溫3、在線調和節(jié)省成品油調和倒罐2/5/202384原則二：儲運參數(shù)最優(yōu)化-----最小維熱溫負荷：（1）必要儲存時間;（2）適當提高進罐溫度t1;（3）最低容許儲存溫度t2;（4）合理的良好保溫1、例1：大慶原油哈爾濱管輸末站，46℃，冷濾點33℃，冬季散熱溫降1℃。10天之內無須維溫加熱。2、黃島油管輸末站25--26℃，冷濾點0℃，臨盤油末站45-℃，冷濾點35℃；400萬噸/年廠耗汽10t/h多3、運行策略：死罐與活罐4、撫順外輸柴油的故事。條件：溫度監(jiān)控，操作規(guī)定。

2/5/202385原則三：選擇適宜的加熱方式1、盤管—改熱媒水（一廠例）2、進罐管線上：熱媒水/管殼式HE

（蘭州例）3、出罐口、泵入口：抽吸式加熱器（蒸汽或熱媒水）儲運節(jié)能潛力巨大1、降低工藝總用能2、回收大量低溫熱（很好的熱阱）3、節(jié)省泵功耗2/5/2023862、與蒸汽動力系統(tǒng)密切配合：1）、低溫熱利用降低蒸汽用量需求，改變系統(tǒng)格局

關鍵：反復調整系統(tǒng)方案，考慮冬夏不同，密切配合2)、蒸汽生產過程兩段（原水、除鹽水予熱）是難得熱阱

注意：熱負荷隨汽量和季節(jié)條件變化（特別是原水溫）3）、鍋爐煙氣低溫段用于提高熱媒水終溫

注意：控制露點腐蝕，系統(tǒng)優(yōu)化匹配2/5/202387

3、按照熱阱負荷變化分開為兩個系統(tǒng)1）高溫----低溫兩類工藝裝置之間的熱聯(lián)合系統(tǒng)特點：熱負荷、溫度參數(shù)均較穩(wěn)定，控制要求高2）用于儲運、維溫伴熱、采暖的變負荷系統(tǒng)熱負荷及溫度均隨季節(jié)變化較大，控制要求不高3）蒸汽動力系統(tǒng)用的低溫熱阱，可以置于兩者中的任何一個系統(tǒng)依據情況而定。2/5/202388五、煉化企業(yè)蒸汽動力系統(tǒng)的優(yōu)化運營和設計2/5/202389運行營銷(“供應鏈管理”)運行汽電需求變化、設備開停及負荷調整、離線優(yōu)化營銷外部能源采購、外輸銷售、貯存

優(yōu)化策略集成的ERP定常生產(“管控一體化”)控制DCS、APC

監(jiān)控仿真

故障診斷

安全環(huán)保管理成本核算、人事、設備質量、

安全、環(huán)保

集成信息系統(tǒng)再生產(“生命周期”)設計擴產

設備更新熱電聯(lián)產

能量集成決策市場預測分析

投資效益評估需求變化預測集成的設計硬件技術系統(tǒng)軟件技術系統(tǒng)蒸汽動力系統(tǒng)集成建模2/5/2023901）、分散的多用戶、多產汽點，多燃料來源，多壓力等級2）、多工況變化（季節(jié)、加工量、生產方案、市場價格）3）、保證工藝系統(tǒng)需求，對能耗、加工費有較大影響蒸汽動力系統(tǒng)的綜合優(yōu)化

（1）石化企業(yè)蒸汽動力系統(tǒng)的特點2/5/202391煉油廠蒸汽動力存在的問題和潛力：1）、鍋爐、汽輪機容量小、參數(shù)低且陳舊；2)、配合全廠擴產而陸續(xù)增建，缺乏全面規(guī)劃3）、按照固定工況設計，不能適應在變化工況下保持功熱聯(lián)產效率要求表現(xiàn)：夏季低壓蒸汽放空冬季中壓蒸汽減溫減壓潛力：目前我國煉油廠節(jié)能潛力的1/3以上2/5/2023922/5/202393蒸汽的生產和利用系統(tǒng)與工藝裝置的集成和優(yōu)化

余熱大量發(fā)汽并入管網，看起來合理，但隱含著問題一個從280℃降溫到250℃工藝物流的溫度，只能發(fā)生1.1Mpa級的飽和蒸汽,相當于起了一臺低壓鍋爐的作用。如果用來做臨近某工藝裝置分餾塔220℃到250℃之間的再沸器供熱熱源，那么節(jié)省下來的原來用于再沸爐的燃料，當然不會去燒低壓鍋爐，而會通過燃氣輪機先發(fā)電再生產高壓蒸汽，并逐級背壓作功、供熱。能源利用效率大大提高！2/5/202394柔性的蒸汽動力系統(tǒng)目前系統(tǒng)按照給定的工況設計的。然而市場要求生產方案調整，導致裝置的負荷率和開工率改變，相應地會改變汽、電需求。缺乏柔性的系統(tǒng)為了滿足汽、電量的需求，往往不得不犧牲能質的效率（1）蒸汽的減溫減壓----能量并沒有損失，但品質降低，即損失了本來可以在背壓透平中獲得的功；（2）低壓蒸汽放空。柔性設計的系統(tǒng)則可以通過設置抽汽—凝汽機組、不同能源的備用機組等多種應變手段使得在滿足汽、電量的需求的同時，仍最大限度地保持高的傭效率。2/5/202395蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化運行軟件SPSOpti2005年由SCUT開發(fā)自動建模集模擬、核算、優(yōu)化于一體采用面向對象技術統(tǒng)一建模語言進行建模，C#環(huán)境軟件集成思想（pp,gams）2/5/2023961、圖形界面及數(shù)據顯示功能模塊2/5/202397蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化運行軟件功能系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測和模擬分析系統(tǒng)的設備、管道及儀表的故障診斷適應蒸汽動力需求變化的優(yōu)化運行計劃系統(tǒng)運行的優(yōu)化調度滿足工藝裝置改擴建蒸汽需求變化的蒸汽動力系統(tǒng)改造優(yōu)化設計2/5/202398蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化運營軟件SPSOpti界面2/5/202399某工況下優(yōu)化結果對比運行鍋爐負荷t/h運行汽輪機進汽量t/h發(fā)電量kW減溫器進汽t/h總費用￥/h當前運行5＃901＃62380017153276＃922＃643900次優(yōu)解運行余量50t/h1＃551＃90578410146903＃162＃4225835＃110最優(yōu)解1＃511＃90578410129295＃1302＃423444當前方案中兩臺鍋爐均在非經濟負荷附近運行，費用最高.次優(yōu)方案考慮了50t/h的調節(jié)余量，費用較高，但柔性較大；最優(yōu)方案使鍋爐產汽和汽輪機進汽分配最優(yōu)，減溫減壓器進汽量減少，降低了費用。

2/5/2023100應用于某千萬噸/年煉油廠蒸汽動力系統(tǒng)設計方案結果與原方案的經濟性對比

改進要點:1、充分熱電聯(lián)產,2、提高系統(tǒng)柔性

原方案SCUT方案燃料量（t/h）11.97711.976發(fā)電量（kW）62804100473總費用（萬$/a）7619.16849.4增加投資843萬$,回收期:769.7/（3223-2380）=0.913年

2/5/2023101SCUT方案22/5/2023102

六、煉化企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化2/5/2023103中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化產品和環(huán)境保護的約束對煉油廠的影響（1）大氣污染日趨嚴重，使得政府對油品質量提出了新的要求：汽油要在2006年達到歐洲3號的標準；作為北京2008年承辦奧運會還要達到歐洲4號的標準。要求進一步提高加氫裝置的比例，從而提高氫氣的生產能力，并導致能源構成中催化焦炭和催化干氣的比例降低。2/5/20231046、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化（2）為了改善環(huán)境質量，我國能源結構調整重要內容之一大力發(fā)展天然氣，2020年達到全國消耗能源的10%－12%，即2.5億噸油當量左右；其中一半以上是依靠國產，其余依靠進口，包括陸上的管道進口和海上液化天然氣（LNG）。沿海8個LNG接收站都在計劃、建設中。對于占我國煉油加工比例很大的、多在大城市附近的沿海煉油廠來說，如何通過高效利用天然氣來提高能源利用效率，又是一個重大的挑戰(zhàn)。

2/5/20231056、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化（3）中國油氣資源十分珍貴。一切可以比煤和天然氣更容易轉化為發(fā)動機燃料和化工原料的煉油加工中間中間產物，例如渣油和輕烴，都不該燒。（正在投資的煤液化項目已達2000億元?。捰蛷S可以高效地燃用煤、焦、天然氣。（4）這種資源和能源在企業(yè)內部和企業(yè)與外部社會間的優(yōu)化配置是現(xiàn)代節(jié)約型、循環(huán)型的經濟所要求的必然趨勢。2/5/20231066、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化（1）煉油企業(yè)的副產渣油盡量不作為鍋爐燃料燒掉。新規(guī)劃的煉油廠只燒催化油漿和重芳烴；催化油漿燃燒過程中含有催化劑顆粒的沉積會產生對流段爐管結焦沉積的問題。能否為他們找到出路（如做為焦化的燃料）而不作為鍋爐的燃料？2/5/2023107輕烴資源沒有得到合理利用

中國石化工業(yè)龍頭企業(yè)乙烯工業(yè)90％原料是石腦油、煤油、柴油、加氫尾油，乙烯的成本560美元/噸。而與此同時，煉廠氣中大量的乙烷、乙烯在煉油廠被燒掉。眾所周知，用輕烴裂解乙烯的乙烯收率要比用重組分高一倍以上。美國乙烯的70％用輕烴原料，成本只有我國的一半。6、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化2/5/20231086、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化（2）煉廠氣資源必須優(yōu)化利用。煉廠氣約占原油加工量5%，主要成分為氫氣，甲烷，乙烷，乙烯和少量C3。

目前通過變壓吸附、吸收、精餾、膜分離等成熟技術，已經可以從這些氣體當中以經濟的代價把H2和C2烴分離出來，提供加氫用氫氣和乙烯裂解的原料。這比用石腦油制氫和裂解經濟得多。用煉廠氣中的C2、C3制氫也不如用它們做乙烯裂解的原料、而用天然氣來制氫合算。2/5/2023109表煉油廠排氣的含氫濃度典型的氫氣來源壓力/Mpa含氫體積濃度/%催化重整富氣1.3~3.080~90加氫裂化高壓弛放氣4.0~14.060~85加氫精制高壓弛放氣1.5~5.065~85加氫低壓弛放氣-0.745.5催化裂化干氣0.730.65催化裂化/延遲焦化0.5~1.515~30中變氣2.470（一）傳統(tǒng)觀念和機制導致的資源配置問題2/5/20231106、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化

:烴類化工原料商品化問題從FCC干氣分離H2和C2、C3烴工業(yè)化已經成功。裝置建設投資半年可回收。全國FCC裝置回收乙烯和C2+烷烴，可以替代乙烯原料用石油上千萬噸/年除FCC干氣外，其它煉廠氣（3億噸的5%約1500萬噸/年）大部分可分離出H2和做乙烯原料；減少進口石油更多。

2/5/20231116、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化烴類化工原料商品化問題乙烯、乙烷能否作為商品？以什么方式運送、交易？價格如何定位？經濟輸送距離如何？中東已經形成乙烯國際市場，國內油田已經把輕烴作為商品銷售。天然氣管道上千公里；LNG罐箱運輸距離也已達4000公里。只要油價高企，就有幾潤空間。

全方位評價模型求解，可以給出準確的答案。

2/5/20231126、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化2/5/20231136、中國煉油企業(yè)能源和資源的協(xié)同優(yōu)化

循環(huán)流化床和水煤漿技術的應用。對于煤和延遲焦化焦炭等固體燃料，通過引進實現(xiàn)國產化的與150MW和300MW電站配套的480t/h和960t/hCFB鍋爐技術和我國自行開發(fā)的水煤漿技術都已經成功實現(xiàn)工業(yè)化，。對于煉油廠來說，用這些技術來聯(lián)產電和高壓蒸汽，比用普通的煤粉爐改善環(huán)境污染和經濟效益都會好的多。CFB鍋爐和水煤漿的灰渣可以作為建筑材料，實現(xiàn)廢物的循環(huán)利用，起到了減排和清潔的作用。2/5/2023114中國能源資源形勢決定煉油廠能源結構的大趨勢中國的煉油企業(yè)不能停留消耗自己的煉油產品的思維定勢中。煉油加工的副產品，包括氫氣，乙烷，渣油甚至油漿，都可以通過進一步加工提供化工原料；只有催化焦炭等必須在本裝置內燒掉，不足的一次能源必須依靠外部的能源（煤、天然氣、附近發(fā)電廠的中低壓抽汽）。在循環(huán)經濟的思想指導下進行能源利用大系統(tǒng)集成和優(yōu)化，這是中國煉油企業(yè)能源結構變化的大趨勢。一切由計劃經濟、部門分割、行政干預所造成的低效、孤立地使用和浪費資源和能源的傳統(tǒng)機制和習慣，都將不能阻礙這一趨勢的發(fā)展！2/5/2023115中國能源資源形勢決定煉油廠能源結構的大趨勢循環(huán)經濟思想指導下的能源利用大系統(tǒng)集成優(yōu)化與鄰近燃煤電站的聯(lián)合:輸入1MPa蒸汽，輸出故意低溫熱用于鍋爐給水預熱----雙贏的能量梯級利用！與鄰近燃煤IGCC項目的聯(lián)合：輸入電力、蒸汽、氫氣；過程能量大系統(tǒng)集成優(yōu)化。與鄰近LNG接受站的聯(lián)合：利用天然氣替代石油加工產品作為一次能源，通過CCHP高效利用；LNG冷量利用2/5/2023116中國能源資源形勢決定煉油廠能源結構的大趨勢基于中國資源條件的煉、化原料---燃料路線

中石化與殼牌合資巴陵化肥改造工程日處理煤2000噸，產煤氣318.63Nm3，替代化肥原、燃料。粗煤氣0.5元/Nm3。尿素成本由1400元/噸下降為800元/噸。裝置將扭虧為盈?？偼顿Y17億元，預計總產值5.36億元/年，銷售收入2.84億元/年，利潤1.56億元/年。中石化自主開發(fā)的循環(huán)流化床富氧煤氣化試驗裝置將于4月中旬在太原投運。2/5/2023117實施上述資源與能源量優(yōu)化利用策略的關鍵轉變觀念，充分運用市場機制，擯棄行政機制高層領導重視，納入決策議題，制訂規(guī)劃建立規(guī)范的運作機制、管理機構改變項目審批機制，加深前期工作力度改革設計管理體制，制訂節(jié)能設計標準2/5/2023118（三）用GSA方法配置石化工業(yè)的資源與能源:1、“煉化一體化”還是“油氣化一體化”“煉化一體化”蘊涵了資源與能源優(yōu)化配置的內涵。實際執(zhí)行中主要只體現(xiàn)為“化工型煉油廠”生產乙烯裂解原料，即“油頭化尾”。典型的配置是1000萬噸/年煉油廠提供石腦油、部分煤油、柴油和加氫尾油給一個80--100萬噸/年的乙烯廠做裂解料；80～90％是重質原料。導致中國乙烯成本和能耗最高，缺乏競爭力。

2/5/2023119某大型煉油廠資源/能源結構優(yōu)化課題1200萬噸/年,全加氫型煉油廠現(xiàn)有方案：1、煉廠飽和輕烴+天然氣制氫14萬噸/年；2、28萬噸/年渣油+數(shù)十萬噸/年煉廠氣----加熱爐、燃氣輪機、鍋爐燃料目前形勢變化:1、國際原油價格攀升進近3倍,天然氣的價格提高近2倍。天然氣/煤比價超過2.—3.0；2、煤炭供應有合同保障，天然氣供應也可以；3、鄰近地區(qū)有熱電聯(lián)供投資—運營商

2/5/2023120某大型煉油廠資源/能源結構優(yōu)化課題在上述條件下的優(yōu)化配置改進原則在石油/煤比價為2.5--3的條件下，用煤產蒸汽，年經濟效益數(shù)億元。用煤作為煉廠所需氫氣的原料，比用天然氣制14萬t/a氫計，年費用節(jié)省超過10億元。在有便宜的、逐級產功的蒸汽條件下，工藝裝置余熱，應當盡可能通過加深換熱，頂替出更多的加熱爐燃料。原油加工產物盡可能作為進一步加工成為油品或化學品的原料。僅FCC焦炭，和分離出H2、C2烴以后的煉廠尾氣（CH4、CO，N2等）作為加熱爐燃料。大約用200多萬t/a煤，頂替出100多萬t/a煉廠輕烴和重油和天然氣，前者用作乙烯裂解、焦化等原料，年經濟效益應在15億元以上。2/5/2023121某大型煉油廠資源/能源結構優(yōu)化課題------技術路線采用煤制氫聯(lián)產汽、電的POX方案：投資約25億，產H214萬t/a；熱值2750kcal/kg合成氣100萬t/a（熱值相當于25萬t/a天然氣）熱值1400kcal/kgPSA尾氣100萬t/a（熱值相當于12萬t/a天然氣）根據天然氣市場供應情況和價格決定補充加熱爐燃料是用天然氣還是用合成氣。PSA尾氣用于燃機CC聯(lián)產電、汽；加熱爐可以再設置前置燃機聯(lián)產電。除FCC、重整、硫磺裝置外，其余裝置盡可能不發(fā)汽。FCC油漿熱量以預熱初底油為主，提高熱出料溫度。工藝余下的低溫熱用于儲運、蒸汽系統(tǒng)，節(jié)約輔助系統(tǒng)用的低壓蒸汽。節(jié)省下來的原用做燃料的中間產品進一步加工。煉廠氣中分離出H2，C2后的CH4和CO等用做燃料渣油、油漿用于焦化裝置加工。2/5/2023122（三）用GSA方法配置