1、1 节能技术：能量转换过程节能技术：改进的宗旨，一是提高转换设备效率。二是为过程提供与要求能量能级相适应的能量。工艺过程节能技术：目的是改进工艺过程，降低过程使用能量的数量，提高待回收能的品位。能量回收过程节能技术：主要是优化换热回收系统，提高回收率，回收过程物流的膨胀功，低温热回收系统及相应的技术。2标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容3第一节 能量升级利用技术 炼油化工厂中，在装置进行工艺和换热网络优化后，仍有许多低温热排出系统。这些低温热的回收利用是石油化工厂深化节能的一个重要方面。对于炼油厂，空冷、水冷余热
2、大多分布在90200之间，约占总余热量的55.4%。对于化工厂，空冷、水冷余热大多分布在6090区间，约占总余热的70%。而这些低温热量回收利用的好坏对全厂能耗起着不可忽视的作用。4 低温热回收利用有两种途径:一是同级利用，寻找合适的热阱，作为加热的热源。二是升级利用。是指把系统中能级较低(液体一般0.4，气体0.5)的中、低温热流，用于需要更高的能级的用户(热阱或功阱等)的一类技术手段，通常称为“低温热的升级利用”。5 与同级利用相比，升级利用往往要么耗用高能级的压缩功，要么需经过至少两次传热过程，加上其他转换过程，火用 损失较大，设备多而复杂，投资也高。但是在同级匹配利用受到热源和热阱匹配
3、条件限制的地方或产功效益较高的地方，也会有显著的节能和经济效果。6N炼油厂1982年典型工况能流图单位：MJ/t原油（万kcal/t原油）U=71.43%；R=50.84%；EM=228.2(5.45)EC=2268.0(54.17)EN=2817.7 MJ/t7一、能量升级利用的途径 能量升级利用，主要是低温位热量送入高温位的热阱或变成高级位的能量（功）。目前已工业化的手段有热泵、低温朗肯循环、全流式透平。8 1、热泵（HPHeat Pump）利用专门技术使温位和能级较低的热能升温，并得以向温度更高的热阱供热的设施，均可称为热泵。热泵按其特点可分为三类：(1)开式热泵或机械蒸汽再压缩(MVR
4、Mechanical Vapor Repressor)被压缩的介质是工艺蒸汽本身，不需要循环，故称开式。压力升高，使工质可在更高的饱和温度下放出冷凝潜热。它消耗的是压缩机的机械功。9图5-1 丙烷-丙烯分馏塔热泵流程图丙烯热泵循环10图 丙烯精馏流程丙烷热泵循环：塔底丙烷液体，一部分作为产品输出，一部分作为热泵循环工质。丙烷经减压进塔顶冷凝/蒸发器，闪蒸、气化（降温）后，吸收塔顶丙烯产品的低温余热，再进入压缩机升压、升温，直接进入塔底作塔底热源。11 图 热泵流程图1213（2）闭式工质循环压缩式热泵(CHP)工质封闭循环，相当于一个逆循环热机，即输入机械功，通过循环的工质从工艺物流(低温热源
5、)取热而向高温热阱放热。图5-2示出了一个C H P系统。压缩式热泵是以消耗机械功为代价而致热的装置。14 该 系 统 采 用ORC(有机工质朗肯循环)透平驱动，用117 104的常压塔顶油气冷凝热84GJ/h产生193 的1MPa蒸汽的流程(有效热为24.3GJ/h)。图5-2 某常压塔顶热利用CHP流程示意图低压高压低温热源15（3）吸收热泵(AHPAbsorption Heat Pump)分为两类：第一类AHP同CHP类似，冷凝器是高压的，蒸发器是低压的。不同的是它没有压缩机，而用一个吸收-解吸过程代替压缩机。第二类AHP正好相反，冷凝器和解吸器在低压，而蒸发器和吸收器在高压。吸收式热泵
6、以消耗热能为补偿，实现从低温热源向高温热源的泵热过程。16 吸收式热泵有两个循环：制冷剂回路和溶液回路。在 溶 液 回路中用消耗热能取代了压缩机中所消耗的机械能。图 第一类吸收式热泵系统高压低压低温热制冷剂 能平：QC+QAQG+QE QG温度最高，QC和QA的温度基本相同，为中温，而QE的温度最低。稀溶液 浓溶液17一个实际的吸收式热泵，不仅含有发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液泵、节流阀等基本设备和构件，而且还可能有精馏器、回流冷凝器(分凝器)、过冷器、换热器等设备。如果溶液中两种组分(制冷剂和吸收剂)的沸点比较接近，发生器产生的制冷剂蒸气(如氨)中就会带有吸收剂蒸气(如水蒸气)。为了得
7、到纯度高的制冷剂蒸气，就需设置分凝和精馏设备，在精馏器顶部得到纯度很高的制冷剂蒸气，在分凝器中要排出精馏热量QD。制冷剂低温热18解吸器高压高压低压低压补充热供入热图5-3 第二类吸收热泵系统AHP的应用，目前以低温域的吸收制冷为多（以溴化锂为工质），不以供热为目的，也常被称为“吸收制冷”。QC+QAQG+QE QA温度最高，QG 和QE的温度基本相同，为中温，而QC的温度最低。19吸收式热泵u日本尤尼奇卡公司采用AHP以0.2MPa蒸汽为热源，将2025低温水升级到7075供热。u法国石油研究院的“Thermosorb”项目，它可以从80150的热源产生100200的有用热，升级热/热源供热
8、比值可达3060%，投资回收期可在2年以内。u我国岳阳化工厂、兰州化工公司等均有采用。202、低温朗肯循环（LRCLow temperature Rankin Cycle）锅炉图5-4 朗肯循环图过热器汽轮机冷凝器水泵朗肯循环是各种复杂的蒸汽动力循环的基本循环。它是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成的。如图乏气 发电 21(1)有机工质朗肯循环（闭式）工质可为水蒸气，可为轻烃及氟里昂等有机物。后者习惯称有机工质朗肯循环(ORC)，如图。在热源温度较低时（以100左右为界），ORC比用水蒸气效率要高。发电机把热能用于加压的循环工质蒸发，部分变为压力能，然后利用朗肯循环作功或发电。22(2)
9、非循环（开式）工质透平（OWT）在某些特定的工艺流程中，可以利用某些工艺流体吸收低温热蒸发(再沸器)的过程，使之适当升压升温，多吸收些热量，产生T、p都高于工艺要求的蒸汽，进入透平作功后再返回工艺设备中。图5-6即为一例。23图5-6 开式工质膨胀透平流程示意图(a)原有常规流程(b)带膨胀透平的流程34.12GJ/h流程(b)供入的热量比流程(a)中多2.64GJ/h(250热量)，在透平中作功733kW(未扣除发电和传动损失)，除去升压泵耗功182kW之后，净得功551kW，相当于热功转换效率75%。24 LRC技术适用于低温热、没有适当的热阱，电、热不平衡和电价较高，或者热阱温位低、热源
10、温位较高，允许先作功再供热的地方。它的优点是能利用价格便宜的低温热，在远比烧化石燃料的火电站低的操作费用下产功或发电。它的限制因素是由于转换效率较低，单位作功能力的一次投资比电站高的多。因此，LRC技术能否适用和得到大规模采用，一是取决于具体的技术经济条件，二是取决于改进技术，提高效率，和通过批量生产降低设备成本的努力。253、汽液两相全流式透平（TPTTwo Phase Turbin）图5-7 全流式透平双重蒸汽循环系统余热 透 平 的 喷嘴是特殊设计的，可使降压后产生的汽、水两相流直接喷向转子叶片或靠喷射的反作用力使转子转动作功26 与LRC相比，TPT有更高的效率。特别是TPT与LRC结
11、合的双重循环系统，效率更高。据文献的分析，热源温度范围在90以上时，几种方案的效率比较如下：水扩容LR C ORC TPT TPT+LRC 913%811%18%22%总之，各种低温升级利用技术的发展，预计随着能源、环保和经济条件的发展变化，设备和综合技术水平的提高，将会得到更快的发展和更广泛的应用。27二、升级利用技术的火用 分析 从第一定律即能量数量平衡的角度，升级利用方案的效率总是很低的，特别是与同级利用方案相比。28表5-1 若干低温热利用方案的能量利用效率和火用效率类别 同级利用 升级利用实例 原油换热 AHP AHP ORC ORC-HP热源温度，125.5 122-80 140-
12、105 120 117-70热阱温度，60.5 133 152 功 193热效率，%92.2 40.3 40.0 8-11 16热源能级，0.277 0.230 0.273 0.267 0.214热阱能级，0.136 0.291 0.322 功1.0 0.382火用效率EX，%45.5 50.9 47.6 30-41 28.7以上各方案均未计驱动工艺流体或循环工质、吸收剂用泵消耗的流动火用，仅为输出热 火用与输入热 火用 之比。火用的回收利用效率EX要比按能量数量计算的效率高得多，甚至可以同某些同级利用方案相媲美。29 提高火用效的努力，关键在于降低火用损。表5-2给出了丙烷-丙烯分离三种方案
13、各部位详细的火用损失核算结果比较。热泵方案流程见图5-1，塔顶采用制冷循环的方案(也是一个CHP)流程见图5-8，常规流程操作压力1.65MPa，塔底再沸器用0.14MPa蒸汽加热，塔顶用环境温度T0下的冷却水冷却(该分析取T0=25)。30图5-8 丙烷-丙烯分馏塔塔顶制冷流程图31 表5-2 三种丙烷-丙烯分离方案的火用分析方案常规流程塔顶制冷流程热泵流程 过程火用损耗分馏塔1.901.161.16塔顶冷凝器2.321.79-再沸器13.931.482.22压缩机-1.161.37制冷冷凝器-1.37-节流阀-0.950.21小换热器0.32-0.11总火用 损耗18.467.915.06
14、热力学火用 差0.420.320.32总火用 耗18.888.235.3832 由表中数据的分析可见：(1)大部分的火用损耗，都是发生在传热过程中。(2)制冷流程火用损比常规流程小，主要是再沸器和冷凝器传热温差大大减小（特别是再沸器），尽管它多了一台工质冷凝器，增加了压缩机和节流阀。(3)热泵流程比制冷流程少了两台冷凝器，避免了两级传热火用损，是它总火用损更小的主要原因。由此可见，降低升级利用系统火用损的关键，一是尽可能减少单元传热过程火用损；二是简化流程，尽量减少单元过程的数目。33第二节 过程高温端的功热联产 由化学能转换为热能的过程火用损，占过程总火用损的最大比例。这是由于化学能转变为热
15、能时，燃烧、传热诸过程的火用 损所致。如何把1的燃料化学能，同0.5的工艺需要热能（250400）之间的降质火用 差利用起来，至今仍是不断开发的课题。磁流体发电技术，或把需要温位很高的冶金炉同石油化工加热炉结合起来，都是朝向这个方向的努力。但迄今已成熟用于工业生产的，尚只有燃气轮机功热联产。34一、燃气轮机功热联产技术及其应用 1、燃气轮机在石油化工厂应用的特点(1)炼厂用能构成中热多于功。燃机在炼厂的应用，不在于单纯的联合循环发电，而应是功热联产。(2)燃气轮机产生的热，可以加热工艺物流（代替原来的加热炉），也可用于产汽（代替原来的锅炉），所产蒸汽多半是经背压透平作功后作工艺用汽。(3)炼厂
16、用功量不很大,加上用热（汽）、功点分散，不可能集中由一台燃机供热，所以炼厂用燃机一般较小（10MW），效率也比大型机组低些。352、燃机功热联产基本模型（Generation of Work and Heat Cooperation）GWHC GWHC系统有两种基本的配套型式。I型 着眼于充分利用排气显热，如图。加热器基本上是纯对流传热，产 功/供 热 比（简称W/H）可达0.7左右。图 只利用烟气显热的(型)GWHC系统36 型 着眼于充分利用排气中含有的15%左右的氧气，作为炉子的高温助燃空气，如图5-10所示，W/H不到0.1。图5-10 利用排气中氧气助燃的(型)GWHC系统37 当压
17、气机压比不太大，出口温度T2不太高时，可用部分排气热量回热进燃烧室前的空气，如图，也可称之为型；其W/H可在一个较大的范围之内(0.20.4)。图5-11 部分排气热回热燃机燃烧空气的GWHC系统383.GWHC的应用 GWHC系统在国外炼油厂已经工业化，日 本 一 炼 厂1975年建的一个产生蒸汽的GWHC系统属于+型，见图5-12。发电 2 5 M W；W/H=0.17图5-12 用加热器出口的200排气作炉子的助燃空气的GWHC系统(虚线为旁路)39二、燃机功热联产省能原理和热力学分析1、第一定律分析 目前我国炼厂中压锅炉-凝汽机组发电效率约为30%。炼厂适用的中小型燃机产功效率目前还不
18、到此值，约在2025%之间，因此主要靠充分利用500左右的燃机排气热量才能提高GWHC系统的总效率。在图5-9的I型系统中，由于燃烧室中过剩空气系数达5左右，所以相对于单位燃料来说，排气热容很大。若T8为150200，排气热量中将有60%以上可被回收，占燃料热量的40%左右。这样，同功、热分别单产相比，总效率就高多了。40 型系统 如果T8与上述I型系统相同(150200)，那么相对于燃机用的燃料，1也是一样的；但相对于包括加热炉燃料在内的总燃料量来说，1便比I型低得多了。这是因为欲耗尽排气中的氧，炉子“补充”的燃料量差不多将是燃机燃料的四倍的缘故。而对于图5-11的流程；因用排气余热来回热压
19、气机出口空气，起着直接节省燃料的作用，所以1也较高。412、第二定律分析 GWHC系统节能的原理，正在于从传热、混合、转换传递等多方面降低了过程火用损耗DK。在I型系统中，对同一受热介质Q1，用温度T4约500的排气来加热，比在炉子中用约1000的直接火焰加热温差大大减小，从而降低了传热火用损。其次，压气机出口温度T2在通常压比下约在100200间，这使冷空气同高温烟气的混合火用损有所减少。带回热的型系统效率提高也是这个道理。42 在型系统中，则是利用高温排气来减少炉子用空气的混合火用损。从作功的角度说，在燃机中具有压力的高温气流绝热膨胀，直接使部分热火用 转换成功火用，相对于先换热产汽再经朗
20、肯循环来作功，也减少了若干中间转换环节的火用损。此外，由于过剩空气量大，化学不完全燃烧火用损也更低。这些是GWHC系统省能的本质。燃机本身的改进和整个GWHC系统的优化，都须在这个原理和思路指导下才能更好地实现。43能量升级利用的途径 目前已工业化的手段有热泵、低温朗肯循环、全流式透平。1、热泵（HPHeat Pump）(1)开式热泵或机械蒸汽再压缩(MVR)(2)闭式工质循环压缩式热泵(CHP)(3)吸收热泵(AHP)2、低温朗肯循环（LRC)(1)有机工质朗肯循环（闭式）(ORC)(2)非循环（开式）工质透平（OWT）3、汽液两相全流式透平（TPT)44 升级利用系统优化时要注意：在有条件
21、采用升级利用技术的地方，也并不是套用某种技术便可的。参数的优化、方案的优选对经济效益的影响很大。(1)参数的优化：如某精馏塔的热泵流程，塔顶气的压缩比同冷凝-蒸发器的传热温差这两个参数，作为系统优化的决策变量，优化结果对总费用影响甚大。(2)流程组合及大系统内升级利用安排的优化：升级利用安排与同级利用安排的协调。例：气分装置丙烯塔热泵精馏工艺与催化裂化装置整体优化45 联合后，催化主分馏塔顶循和塔顶油气低温热通过循环热水回收，供气分丙烯塔、脱乙烷塔再沸器作为热源，不用宝贵的中压汽，节能和经济效益都十分显著。46过程高温端的功热联产(cogeneration)1、燃气轮机在石油化工厂应用的特点2
22、、燃机功热联产基本模型 GWHC系统有两种基本的配套型式。I型 着眼于充分利用排气显热；产功/供热比（简称W/H）可达0.7左右。型 着眼于充分利用排气中含有的15%左右的氧气，作为炉子的高温助燃空气，W/H不到0.1。47 炼厂中压凝汽机组由燃料产功火用 效不过30%。即使是中压背压透平、背压汽作工艺用的系统，2也只有37%左右。相比之下，GW H C系统由于降低了火用 损，2可达60%以上，大大高于功热分产。当前在炼厂应用GWHC技术在我国比在其他任何国家都具有紧迫性和现实意义。而且也是我国炼厂运用GWHC技术的最好时机。48u过程工业采用联产技术的节能潜力有两个方面：一是供热比适中，过程
23、工业耗能中绝大部分是热能，动力能占比例一般很小。二是热阱温位分布较广，可为换热网络结构调优、高温段的热联供提供了基础。u燃气轮机热能动力联产节能的原理，一是大大减少传热温差；二是燃气在透平中直接作功减少了蒸汽透平系统中好几个中间转换传递过程的火用损；三是用高温排气作燃烧空气，大大减少过程的火用损。目前过程工业最重要、总体效益最高的联产方式。49u按供热对象主要有两种：(1)燃机与生产工艺用蒸汽的锅炉联合。这是技术最成熟、应用最多的。(2)燃机与工艺加热炉联合，如原油加热炉、造气炉、裂解炉，炉愈大愈经济。u采用燃机联产技术方案是否可行，在很大程度上不在机组本身而在整个系统的安排。由于控制系统复杂
24、而精密、投资较高，加上规模效益，一般大机组(10MW级)比小机组(1MW级)的经济性要好。50 可以求出电、3.5MPa蒸汽、1.0MPa蒸汽的实际折算值为0.1321kg/kW.h,85.93kg/t,79.43kg/t。参见石油化工设计能耗计算标准GB/T50441200751工业加热炉的热联供对流段52u蒸汽和动力联产背压透平和抽汽透平是最普通的联产技术。在规模适宜条件下，尽可能建高压锅炉、逐级背压，可增加联产功的量。蒸汽-动力系统联产技术的主要关键是整个系统汽、电的产、需平衡的优化设计和优化调度、管理和控制。抽凝式透平的优点是灵活性大，但总有部分蒸汽凝汽作功，因而火用效率会稍低。53
25、压力燃烧的烟气透平联产 对催化裂化(FCC)装置，再生器的操作压力一般为0.250.3MPa(绝)，焦炭燃烧产生的烟气流动火用(压力能)通过烟气轮机作功。同时还有大量的热可以回收。FCC焦炭的化学能一部分通过循环催化剂供给裂化所需的反应热，转化为产品的化学能，另一部分通过烟机作功输出，还同时产生至少4MPa蒸汽，是一个高级的联产系统。对一个加工量为100万吨/年FCC而言，一台设计、制造和运转良好的烟气轮机约可产6MW的动力，不仅可用于驱动本装置空气压缩机，还可发电1.52MW输出供厂内其他装置使用。54 实现功热联产的有效形式 不同的一次能源的功热联产有不同的形式。(1)催化裂化焦炭的功热联
26、产是一个完整的功热联产系统。(2)延迟焦化焦炭的功热联产主要是通过CFB炉发生高压蒸汽，相当于一个高压蒸汽锅炉通过蒸汽的逐级利用来实现联产。(3)天然气的功热联产有两种形式。一种是先通过燃气轮机做功，余热进入加热炉作为助燃空气；另一种是燃气轮机的排气和锅炉联合。(4)煤的功热联产：包括产生煤汽化、发电动力、生产动力和热集成的多联产系统。IGCC5556 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。以煤为原料的多联产系统，除了煤汽化产生的合成气部分作为化工原料，部分通过燃
27、气轮机功热联产，使煤得到高效的洁净利用，也是炼油厂能够用煤作为能源和作为制氢的原料来源之一。IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%45%，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10。57第三节 生产装置节能改进的方法和途径 三环节模型从宏观上指出能量使用的平衡和制约关系。装置使用能量贯穿于整个过程中，能量品位降低，最后达到工程不能再回收利用的时候损失于环境，形成能量数量上的消耗。由火用平衡模型看到，能量贬值和损失是在三个不同
28、环节中逐步发生的。着手对装置进行节能改进时，应先着手工艺能量使用和回收环节的改进，当两者的改进确定后再考虑转换环节的改进，否则，节能改进的投资难以奏效。58一、改进工艺条件，降低工艺总用能 工艺总用能是衡量装置用能水平的重要指标，它是把原料变化到过程要求的条件下(温度、压力)所需要能量的数量。一般地说，工艺总用能可分为热、蒸汽和流动功三种形式，即用热工艺总用能、用汽工艺总用能和动力工艺总用能。59表 常减压工艺总用能的构成 单位：MJ/t原油（104kcal/t原油）装置名称(标定时间)S厂南常减压(1980年7月)N厂二套常减压(1981年5月)S厂南常改进方案(1982年5月)加热用能EN
29、H原油装置内换热外部热流供热常压炉油负荷减压炉油负荷小计：原油进装置温度，校正到40加热负荷406.1(9.70)213.1(5.09)311.9(7.45)112.6(2.69)1043.8(24.93)461056.3(25.23)630.5(15.06)-310.2(7.41)157.0(3.75)1097.8(26.22)421102.0(26.32)494.0(11.80)239.9(5.73)166.6(3.98)98.0(2.34)998.6(23.85)461011.1(24.15)蒸汽用能ENS流动用能ENP工艺总用能EN 92.9(2.22)13.4(0.32)1162.7
30、(27.77)78.3(1.87)17.6(0.42)1197.8(28.61)32.3(0.77)12.6(0.30)1055.9(25.22)60影响常减压EN的因素很多而且很复杂。分析如下：1、原油性质的影响 主要是油品的化学组成和馏分组成，具体体现在拔出率、比重和特性因数三个性质上。原油性质对ENH影响不过2%左右。2、装置本身具体条件的影响 (1)装置产品方案类型：燃料型和润滑油型 (2)对产品的质量要求和收率要求 (3)装置所在的地理位置和装置规模：表面散热的影响3、操作、控制和管理因素的影响 61改进工艺过程自身减少供能是节能的根本途径 为什么说减少对工艺过程的供入能是节能的根本
31、途径呢？(1)真正为完成工艺过程的任务而必须消耗的能量只占供入能的很小的比例，一般不大于5%。因此，供给工艺过程的能量越多，待回收的能量也越多。(2)无论从热力学第一定律的角度还是从热力学第二定律的角度来看，在能量回收过程中，必然会发生损失。待回收的能量越大，能耗也越大。62 (3)供给工艺过程用的能是由一次能源提供，主要是燃料。燃料是能级很高的能源，在转化为工艺过程用的热能时，火用损失很大，工艺过程用能量越大，这部分的损耗也越大。如何减少工艺过程用能的需要量呢?最根本的办法是采用新技术。可通过采用新技术、高效催化剂、助剂等来降低供入能。如反应过程采用高活性催化剂，分离过程采用超临界抽提或膜分
32、离工艺等。63一、改进工艺条件，降低工艺总用能 工艺总用能是衡量装置用能水平的重要指标，它是把原料变化到过程要求的条件下(温度、压力)所需要能量的数量。一般地说，工艺总用能可分为热、蒸汽和流动功三种形式，即用热工艺总用能、用汽工艺总用能和动力工艺总用能。641降低用热工艺总用能 (1)改进流程：采用新的节能型工艺流程是降低用热工艺总用能的一个重要方面。(2)改进催化剂：使反应温度和压力降低，节省工艺总用能。如重整过程、加氢精制等过程采用高活性催化剂。(3)采用新型塔盘或采用新型填料减小塔的压降，意味着闪蒸温度降低，要求的加热炉出口温度也低，从而减少了工艺总用能。(4)减小回炼比、回流比：塔的回
33、流比大小直接与工艺总用能有关。应在保证产品质量前提下，减小回流比，从而减少工艺总用能。65图 初馏塔过汽化油直接抽出流程66 2减少用汽工艺总用能 蒸汽是石油化工生产广为使用的载能工质，通常把蒸汽使用分为8种：汽提蒸汽和再沸器加热用汽；工艺流体加热用汽；喷嘴雾化用汽；作为反应物参与完成反应过程用汽；作动力使用的蒸汽；惰性介质及保护用汽；伴热、采暖用汽；吹扫、消防用汽等。除雾化和动力用汽外，其它形式用汽均进入工艺能量使用环节，属于用汽工艺总用能。67 减少蒸汽总用能途径：(1)改进操作加强管理 汽提蒸汽是工艺用汽的主要内容，在保证产品质量前提下，减少吹汽量是减少蒸汽总用能的主要手段，这需要结合工
34、艺操作条件和设备的流体力学状况统筹考虑。吹扫、事故、消防用汽，其用量没有固定标准。实际中往往是吹汽时间和用汽量都大于实际需要，只有靠加强管理来减少。伴热和采暖用汽也属管理内容，排汽的相态和温度、室内取暖温度以及可否停用伴热都可通过加强管理得到改进。68 (2)代用 许多汽提用汽可用重沸器代替。加热、伴热用汽，可用适宜的低温热代替。有人提出用惰性气体代替塔底吹汽、用松动风代替催化裂化U型管松动汽等。(3)取消伴热 轻质油管线输送过程中不需伴热，如柴油等，完全可以停用伴热。提高产品出装置温度，可使某些产品的伴热取消。693减少动力总用能 (1)选择机泵时注意不要留过大裕量。流量变化频繁的机泵，可采
35、用调速装置节约扬程，避免大量节流损失；(2)系统管线各处的节流阀，在保证调节质量下尽量减少调节阀压降；(3)对管线系统进行优化设计，选取经济管径，降低流动阻力。(4)改进工艺方法和催化剂，降低反应器压力，以降低动力用能。(5)改进工艺流程，避免物流反复加压、节流，缩短工艺路线均可降低动力工艺总用能；(6)减少反应系统未转化原料的循环量，可减少动力工艺总用能。重整装置采用双金属或多金属催化剂后，系统压力可由2.53.0MPa降至1.21.5MPa，而采用超低压连续重整技术，可降至0.30.5MPa。70二、降低工艺能量使用环节的过程火用损 在确定工艺总用能的情况下，降低能量使用环节的过程火用损，
36、则意味着可提高待回收能的火用值。1.减少分馏塔的过程火用损 (1)调整塔的回流取热比例 塔各部位取热比例优化，使回流取热尽可能在高温下取出 进一步优化改进，应把塔和换热网络的优化一起考虑。(2)缩小回流取热的离返塔温差、提高取热的平均温度 改变回流量以提高取热的平均温位存在着多回收热能和多耗功之间的优化关系。生产装置应视泵压头的富裕情况，确定回流量大小。7172 2减少反应设备的过程火用损 火用损往往是反应过程不可逆过程传热造成的，减少反应过程火用损的途径也在于致力使反应设备传热过程火用损减少。(1)流化催化裂化反应油气是高温过热状态，与催化裂化分馏塔存在着很大温差。如何利用反应油气热能是个值
37、得重视的节能问题 (2)对于反应油气的压力能，由于处于高温下，其膨胀功远大于气压机的低温下压缩功，可以考虑反应油气压力膨胀功的回收利用，但应考虑工程和经济因素。73 3物流的降压火用损的利用 液相压力能多不予回收，只有当操作压力较高，可回收的压差大于1MPa以上时，才考虑回收。气相物流的压力能则由于是压缩比的函数，而膨胀功又与物流温位关系极为密切，已重视低压高温催化再生烟气压能的利用。石油化工装置压差利用的另一方面是蒸汽压力利用。做到蒸汽逐级利用；采用蒸汽再压缩法。4避免混合火用损加氢精制、加氢裂化装置设置液力透平回收物流的压力能，如设置热高分液液力透平，循环氢脱硫塔底富胺液设置液力透平回收能
38、量。74 三、提高能量回收率，减少排弃能量及火用损 回收利用环节节能改进的任务是在待回收能中尽可能的多回收能量，减少排弃能量。待回收能量也可分为热、蒸汽、动力三种形式。一般地说，动力和蒸汽待回收能难以利用。提高能量回收率重点在提高热量回收率上，即充分回收待回收热，降低冷却负荷，达到装置节能的目的。1减少散热量 减少散热的途径是改进保温，按照确定经济保温层厚度方法对设备管线、阀门进行优化保温。装置散热能耗约占总能耗的1020，减少散热量是重要的节能措施之一，其投资不多，收效却很显著。752优化换热系统减少传热火用损 换热系统的优化，一是设备结构的优化，使设备处于最佳工况下传热，使换热器的对数平均
39、温差修正系数趋近于1。二是合理安排换热流程，使冷换物流匹配合理，避免过度的不可逆传热。经济温差的确定要借助于热经济学的方法和原理。应以技术经济条件为基础，确定合理的换热温差和网络。换热系统的优化，应有着眼于大系统的观念。低温热利用 76 3降低冷却排弃能 一般来说，换热网络优化后的冷却负荷明显低于优化前，但也还有可资利用的潜力。对于存在的70以上的物流显热及潜热，应寻找合适的热阱加以利用，作锅炉预热水的热源，也可作其它用途。降低冷却排弃能的另一措施是与系统结合，提高产品出装置温度，以降低本装置冷却负荷，减少冷却介质，而且增加了装置输出热能，对储运系统，相应节省了罐区的加热、伴热能耗。77 四、
40、提高能量转换环节效率，减少装置供入能耗1停用或合用加热炉 当装置节能改进后炉子热负荷减少时，可停用或合用加热炉。2提高加热炉效率 提高加热炉效率是工艺装置节能改造的主要方面，大中型加热炉热效率均在8090，而火用效率低达4050，说明燃料化学火用的半数左右在转换为热的过程中损失了。因此，提高效率重点在提高加热炉火用效率上，而且潜力很大。78 (1)重视空气预热器的节能作用 在安排炉子排烟热回收时，应把空气预热放在其它措施(如发汽、冷进料、预热水等)之前，优先采用。其次，应注意降低过剩空气系数，尤应避免冷风渗漏，加强看火孔及对流管箱的堵漏及管理。(2)燃气轮机-加热炉联合供电供热 为提高加热炉火
41、用效率，采用燃气轮机-加热炉联合供电供热是一项重大节能措施。这是石油化工装置加热炉改进的方向。79 3采用自动调速设施 机泵在能量转换环节中作用是将电能转变为流体流动动能。目前，机泵总效率在50左右，选用新型高效节能泵是节能的重要措施。4合理选择蒸汽动力的驱动方式 能量转换环节的机泵除电驱动外，还有许多是蒸汽动力驱动的，如蒸汽往复泵、凝汽或背压式蒸汽轮机、蒸汽喷射泵(抽空器)等。在选择蒸汽动力的驱动方式时，要重视背压式蒸汽轮机的选用，进行蒸汽动力系统的优化。80 5催化裂化再生器排烟能量的回收利用(1)回收再生烟气中的压力能：烟气能量回收机组的普遍推广应用，是催化裂化装置节电的重要措施。设置烟
42、气轮机回收烟气压能，虽可大幅度降低装置的电耗，但机组投资较高。(2)回收烟气中的一氧化碳化学能：CO助燃剂不仅充分利用了CO化学能，而且可改善产品收率。烟气CO化学能回收的传统方法是采用CO锅炉，但需要补充大量燃料，目前CO锅炉已处于转折和停滞，有的则改为余热锅炉。81 综上所述，石油化工装置节能改进是有规律可循的，以用能分析三环节模型为基础的节能改进方法，反映了这种客观规律及节能改进各用能环节的相互制约关系，启发我们从全装置甚至全厂的大局出发，提出系统的节能改进途径和措施。82图4-5 某炼厂联合装置常减压1980年7月能流图单位：MJ/t原油（万kcal/t原油）U=86.91%；T=9.
43、73%；R=64.5%；EN=1178.6MJ/t83第四节 辅助设施节能 电力和蒸汽的发生、传输及使用问题。炼厂消耗的燃料中约40%是消耗在发电和发生蒸汽上，节约电力和蒸汽对炼厂节能有重要意义。84 1.电能 炼厂中电能的损失量约占总用电量的15%。据某个炼厂的统计，所损失的15%的分布大致如下：电机 610%变压器 2 3%电缆 2 3%照明 2 3%其它 1.2 2.5%采用调速电机提高马达效率。选用低损耗的变压器是应当重视的。传输电缆可考虑使用直径偏大一些的。注意选择合适的灯源以免造成浪费。852.蒸汽 炼油厂中的蒸汽用量很大，据国内炼厂调查，用于蒸汽的能耗约占炼厂总能耗的3035%，
44、有很大的节能潜力。炼厂的蒸汽主要用于工艺蒸汽（汽提、雾化等）、加热（再沸器、保温等）和动力（蒸汽透平、蒸汽喷射泵等），这几部分蒸汽的节约主要是依靠生产装置的技术改进和加强管理。另一个重要的损失是蒸汽管网损失，占总蒸汽量的6.7%。针对各项损失采取了必要的措施后，管网的损失可由原来的6.7%降至约3%。86第五节 大系统用能优化方法和改进途径 对于许多装置排出的中、低温位热能应纳入到全厂系统中加以利用，这就提出在更大系统内进行全局用能优化问题。一般地，石油化工厂特别是炼油厂在提供过程需要的功和热的过程中，各生产单元自成体系，从全局出发考虑单元之间与系统的优化较少。这就可能造成某一环节能量供需匹配
45、不合理，导致全厂能耗增加。87一、改进生产流程 生产总流程优化，是以最大利税为目标函数，装置及全厂能耗是以加工费用的形式影响目标函数。对于现有企业来说，装置组成及数目都已相对确定，但合理安排生产流程对节能降耗也将起到关键作用。1装置的生产负荷率 装置能耗按其随生产负荷率变化的性质，分为固定能耗和可变能耗。低负荷率生产时，单位原料(产品)的固定能耗上升，使总能耗增加，因此提高装置负荷率是全厂生产调度中应加以解决的问题。88 2选择合理加工路线 在装置组成一定、原料和产品品种数量均已确定的情况下，选择不同的加工路线，对加工费用和能耗有一定影响，是总流程优化考虑的一个内容。在相同的产品效益情况下，优
46、先选用加工路线短、能耗低的节能生产流程。3减少不必要的重复加工能耗89二、装置及系统的热联合 装置热联合打破了用能自成体系的局面，做到互相协调，取长补短。装置热联合应着眼于大系统，其原则如下：(1)首先预热本装置原料，减少炉子热负荷，节约燃料。在用过剩热加热本装置原料时，应保持传热温差的合理性。(2)供出过剩热量作其它装置原料的加热源、节省燃料用量。(3)用本装置的中低温过剩热量，作其它中小装置的加热源(包括重沸器)，节省燃料或蒸汽。90 关于热联合 在热能回收利用中，冷、热流的合理匹配不仅取决于燃料和设备的价格、先进的传热技术和优化设计，很重要的一点就是要打破装置界线，在尽可能大的系统内进行
47、优化匹配，达到能量多次利用和减少重复的冷却和加热带来的火用损耗。这是炼油厂节能的重大潜力之一，也是节能的一个重要原则。可能的热联合途径如下：(1)原油蒸馏与催化裂化的热联合。蒸馏装置中间馏分或渣油直接进催化裂化采用热进料，催化裂化主分馏塔的余热可以加热蒸馏装置的原油或初馏塔底油。9192全厂性节能措施-装置之间的热联合9292常减压蒸馏减压渣油170 渣 油 加 氢加氢裂化轻重蜡油150 柴油加氢精制直馏柴油100 93 关于热联合 (2)催化裂化与其后加工装置的热联合。气体分馏和脱硫、烷基化、污水汽提等装置需要的都是低温热，催化裂化主分馏塔顶、顶循环回流、柴油等的余热完全可以作为这些装置的热
48、源。如催化裂化顶循环回流取热给气体分馏丙烯塔再沸器作热源。(3)蒸馏装置与重整装置的热联合。如蒸馏装置初馏塔侧线直接出重整预加氢进料，两个装置的进料量要相互配合。u装置采用热联合后，各装置的相互依存度和制约性增加，增大了流程、设备、操作控制系统和运行管理的复杂性。94三、低温热回收利用 低温热利用是炼油厂普遍关注的课题，不是简单地给低温热寻找用户，而是以低温热的数量、质量及其技术评价为依据进行热源与热阱的双向优化以后方能制订出低温热利用的最佳方案。所谓低温热是指装置经过优化改造并实现热联合后仍无法利用的热量。低温热回收利用，需要在全厂建立配套的回收系统，通过一种载能工质(通常为水)把热从装置取
49、出。低温热利用可分为两类：95 (一)低温热同级利用(直接利用)根据低温热回收的温位，选择适宜的用户，不仅改变了用户原使用高、中温热源所造成的过大能量传递损失，而且把高、中温热源顶替下来，是低温热利用中最具吸引力的方案，节能效益尤为显著。1生产用低温热 利用低温热取代生产中使用高中温位热源的场合，不仅可直接减少生产能耗，而且生产用热大多属连续、负荷稳定的情况，节能幅度大，效益高。在安排低温热方案时，应优先考虑。96 这类用热有：气分、烷基化等低温加工装置原料及塔底重沸器加热；催化剂分厂洗涤水加热；本厂动力系统补充化学水加热；油品储运系统、油罐、加热等。如柴油罐的保温等 2生活科研用热 厂区办公
50、和生活区采暖。生活用热水。一般来说，同级匹配利用总是比升级利用合理，经济上有利。9798(二)低温热升级利用 低温热在优先考虑连续、稳定的热负荷用户之后，就应考虑过剩低温热的升级利用。低温热回收利用是石油化工厂深入节能的一个重要方面。升级利用，大体有用热、制冷和作功三种利用方式。热泵。目前多用于轻烃分离，温度一般低于常温。(1)吸收制冷：国内已有成套设备供应，一般可利用15070的低温热获得040的冷量。如有些炼油厂特别是有脱蜡装置的炼油厂可以用低温热制冷供工艺用，以减少氨压缩机负荷。99(3)吸收热泵：目前可用于工业装置，可使80150的低温热升级2050，获得100200的热量。(4)低温
