炼油是微利型企业，竞争很激烈，企业之间使用的是相似生产技术和生产相似产品，除了规模、管理、产品有所差别以外，相互之间的主要差异就在于能源利用效率。近年来，人们越来越清晰的认识到节能工作对提高炼油竞争力有很大帮助，特别是炼油企业的过程节能、装置之间的热联合及热进料避免了大量的换热损失，有利于提高能源利用效率。因此，最近几年新建的多数炼油企业在设计模式上有了大的改进，逐渐将单一加工装置为独立界区的设计模式改为建设大型联合装置，大力推广节能技术与设备，能源利用效率有了很大提高。目前，世界炼油厂的平均能耗约为“最佳技术”炼厂水平的两倍，这充分证明企业建设初期就重视节能是最为关键的，装置一旦建成，要解决能效不高的问题成本相当昂贵。

 

　　另外，对于已存在的炼油企业，虽然降低能量成本的动力是存在的，工艺装置采用节能措施和节能技术以后，如不进行大的改进而只单纯进行深度节能，投资的代价很大，往往造成节能不节钱的状态。

 

　　一般来说，炼油厂的能效提高主要与以下三个领域的效率有关：装置和系统热联合与效率;发电与电力输入;加热炉效率。

 

　　1、炼油厂节能技术的发展

 

　　1)热联合

 

　　第一次石油危机后，能源价格陡涨以及分析和改造预热流程方法的出现，使得许多炼油厂在20世纪80年代初期和中期大幅度改进了热联合流程。

 

　　热联合不仅是一种节能手段，也是一种降低新建装置基建投资的手段。热联合通过热量回收代替了单独的加热或冷却传热。使用适当的参数(如窄点温度)来确立回收程度，从而最大限度地降低传热设备(包括加热炉和冷却器)的基建总投资。这同样也适用于脱“瓶颈”改造。

 

　　以前的热量回收流程较为简单，热量回收程度低，损失到空气和水冷器中的热量较高。在系统中设计最少数量的换热器可简化配管和平面布置，然而通过降低温度推动力而不改变设计来提高系统热量回收量的方法会导致换热器因子变差，因而错过了后来窄点技术所提供的提高热量回收量并同时降低基建总成本的机遇。

 

　　装置规模也对换热流程有影响。对于能力达1000万吨/年的原油蒸馏装置而言，采用三段回流的方式比单段回流+塔顶冷凝系统的能效高，因为前者可提供高温位热量。

 

　　还有一个需要考虑的因素是与其它装置的一体化程度。过去，一套装置按独立系统设计和运转，通常采用独立的控制室。这不仅增加了基建成本(增设传热设备)，而且导致能量损失。相反，直接将高温常压重油作为减压塔进料可提高总能效。现在，原油加热流程回收减压塔回流和产品的热量，而这部分热量以前用于预热减压塔进料。

 

　　以前独立的原油蒸馏装置原油预热温度很少能达到250°C，通常仅略高于200°C。它一般要求整个系统的温度总推动力为60°C。窄点设计技术仅要求窄点换热器采用最低温度推动力，而不要求所有的换热器度采用最低温度推动力。

 

　　为达到相同的能量性能目标，窄点技术的特点是最低温度推动力高于60°C。与以前的独立装置设计相比，采用窄点技术的设计能效更高，加热炉负荷可降低18%，但换热器总面积为前者的150%。

 

　　2)热电联产

 

　　炼油厂能效的高低强烈依赖于其电能的供应方式。与热能相比，电能由于质优价高，因而在能耗中所占的“份量”较重。炼油厂特别适合热电联产。循环发电需要一种受热体以吸收热力学上不能转化为电能的过剩热量。而炼油厂可以提供这种“有用的”受热体(即蒸汽)，蒸汽吸热后可用于炼油厂工艺，而不必扔掉。这使得整个系统潜在效率很高。在一种组合燃气轮机、高压锅炉和背压蒸汽轮机的方案中，发出满足全厂所需电能的效率可达约80%。即单位能量的内部发电成本仅比燃料成本稍高，而另一方面，外购电力的成本总是远远高于燃料成本，通常是燃料成本的4～5倍。为什么仍然有许多炼油厂不在内部发电而外购电力呢?这主要与燃料和电力的相对价格PEE(输入电力的当量价格效率，是指相同单位燃料和电力的价格比)有关。

 

　　在第一次石油危机之前，炼油厂毛利高，能量成本低，电力价格所占绝对份额相对较低。而且，当时可以用于热电联产的唯一技术是蒸汽轮机，而其潜力有限(背压发电数量有限，凝气轮机发电效率低)。在第一次石油危机期间，尽管燃料和电力价格都在上涨，但电力成本上涨速度慢于燃料，因而相对于燃料成本来说，电力成本降低了。许多炼油厂采取了改造预热流程和热量回收流程、升级加热炉和节省蒸汽等措施，而投资基建成本高的热电联产流程炼厂并不多。

 

　　在20世纪90年代，形势对热电联产有利(燃料价格下降，电力价格仍较高)，工业燃气轮机技术已经成熟(其联合发电装置的热效率可达到50%左右)，然而此时炼油厂又面临诸如炼油能力过剩、毛利微薄、清洁燃料和环保等问题，使得它们不能对热电联产和节能投入更多的资金。

 

　　然而，近年来随着各国电力行业逐步解除管制，热电联产又引起了人们的关注。一些国家甚至鼓励炼油厂输出电力。尽管安装热电联产装置会使当地的排放增加，但全球环境所获得的好处却远远超过这些缺陷。

 

　　3)全厂一体化

 

　　近几年，窄点技术已经扩展应用于整个炼油厂的工艺和公用工程设施，这使得考察所有工艺与公用工程设施之间的联系和能量一体化成为可能。同时应注意工艺和公用工程设施之间的协同效应，尤其是蒸汽与电力和工艺热源之间的协同效应。最近大量的能量研究结果表明，多数回报率较高的机遇通常是通过优化这些系统获得的。

 

　　对于多个工艺装置的情况而言，对单个装置进行窄点分析以确定最优方案是不必要的，在这种情况下，工艺之间可通过换热直接关联，也可通过蒸汽系统间接联系。全厂优化需要考虑许多不同、有时甚至是相互矛盾的参数，例如公用工程的选择、工艺一体化路线的选择以及装置是否开工等。

 

　　4)能量合作

 

　　一些公用工程公司意识到如果过剩的热量可输出给工业消费者，则可以降低发电成本，并正在寻求这方面的合作。而对于工业消费者而言，这也是一个很有吸引力的业务机遇。公用工程公司不仅愿意提供长期的电力价格优惠，而且也为节能项目提供资金，尤其是以炼油厂和石化厂附近的热电联产设施的形式，从而降低消费者的操作费用。

 

　　二者之间工艺和业务一体化的程度很关键。KBC认为：能量合作方案的双方均将得益于一个一开始就高度一体化的方案，在这个方案中，公用工程公司应完全参与炼油厂的能量优化工作。最有效的合作策略远不止简单地建立一座公用工程建筑，在炼油厂旁边建一座联产装置并向其供应电力和蒸汽。最佳的合作要求每天都对合作运营及双方设施的长期扩建和能效规划进行优化。KBC公司最近研究的一种方法是“资源共享”方案，由一位“中立专家”牵头成立由炼油厂和投资伙伴组成的能量合资公司。投资伙伴可以公开选择，一般是公用工程公司，也不排除信用机构或风险投资集团。

 

　　2、高能效炼油厂采取的一些通用措施

 

　　设计实践随着建设高能效设施的推动力和可获得的技术而变化。就目前最佳设计而言，要求设计的炼油厂内部发电完全满足自身所需，发电效率应达到80%，加热炉的效率在92%左右，预热流程采用窄点技术进行优化设计，工艺和公用工程设施按照全厂优化方案进行一体化。同时应采用其它节能工艺措施，如催化裂化(FCC)装置能量回收、加氢处理和加氢裂化装置高温分离器、优化急冷、高效塔器内构件、优化回流量、最佳绝缘、冷凝液回收等。

 

　　此外，同等重要的还有最佳操作实践。尽管改进原有低效设计成本昂贵，而且通常也不经济，但引入最佳实践经验仅需要很少的投入(如仪表和监测工具)及程序和组织的变化。尽管先进炼油厂的组织结构各有不同，但就能效而言，它们通常具有如下共同点：

 

　　1)组织结构与所有权：有一位责任和权力明确的全职能量经理，由他对影响能量成本的问题进行决策。由于运作不良导致的能量性能下降和经济损失应向管理层报告并采取行动加以解决。操作人员了解现场能量目标和改进计划，他们应参与提高效率的工作。定期实施能量培训计划，定期进行能量研究以寻找提高能效的机遇并开发实施计划。

 

　　2)蒸汽和电力系统：采用实时蒸汽和电力价格计算来确定维持最佳蒸汽和电力平衡的操作目标，包括发电机/轮机切换、降低负荷和无功功率控制等。由此生成一个包括冷凝液回收在内的炼油厂实时蒸汽平衡，产生一个包含炼油厂输出/输入及消耗/产量细目的炼油厂实时电力平衡。锅炉根据包括排污优化、过剩空气、烟灰吹扫频率、火嘴配置和清洁等在内的程序和目标运转。对大型工艺轮机、交流发电机、燃气轮机和发动机的效率进行实时监测。最佳负荷和清洁频率部分根据该监测活动确定。对于维护，定期对全厂蒸汽泄漏、汽阱性能、冷凝液回收进行检查，制定维修计划并区分维修的先后次序。为维持精确的蒸汽平衡，流量计应置零，应定期检查。

 

　　3)燃料系统策略：采用实时边际燃料价格计算结果作为蒸汽和电力价格计算和操作策略的输入值。实时监测包括所有气体和液体燃料在内的燃料平衡(总值应大于97%)。火炬损失作为炼油厂燃料平衡的一部分进行监测，按收入损失上报。蒸汽系统流量计置零，定期检查，定期标定分析仪。

 

　　4)明火加热炉：将加热炉出力和过剩空气设定为目标值。定期检查火嘴配置，定期清洁。操作人员能熟练查找空气泄漏处并进行维修。加热炉实时效率计算结果在现场显示，按月上报，偏离目标值按收入损失上报。分析仪定期标定。

 

　　5)预热流程：预热流程模型化，并定期监测，同时监测换热器结垢。该模型用于优化清洁周期。在设定最佳回流负荷与流量时应考虑对分馏的影响。

 

　　3、炼油厂节能工作的发展动向

 

　　为满足预期的产品规格要求，未来的炼厂流程将发生变化，并将导致炼厂的能耗(燃料和动力)明显增加。据估计，目前一座以催化裂化装置为基础的炼厂，其自用能耗约为原油加工量的10%左右。因此，在不远的将来，优化炼厂自用能对于降低炼油成本更加关键。

 

　　今后可以改善能量效率的途径包括：

 

　　1)改进工艺装置内部单位热能利用

 

　　例如，可将渐次蒸馏概念应用于分馏部分;改善烟道气废热回收;利用窄点技术优化换热流程等。

 

　　2)工艺装置之间的热联合

 

　　避免连续的工艺装置之间工艺物流的冷却和加热，将上游的热产品直接作为进料送入下游装置，改善产生热能装置和消耗热能装置之间的热联合。

 

　　3)改进工艺技术节能

 

　　改进催化剂，使加氢装置在较低的氢分压下运转;提高循环氢的氢含量。

 

　　4)采用先进的工艺设备

 

　　选用高效换热器;利用透平回收高压液流的动力。

 

　　5)采用热电联产

 

　　通过采用热电联产技术，用燃气透平发电，同时用烟道气加热工艺物流，减少CO2排放和燃料消耗。利用现场热电联产装置取代工艺装置中常规的高负荷主加热炉;用一套热电联产装置将整个工艺装置需要的所有热量联系起来。

 

　　6)采用联合循环(IGCC、TGCC)

 

　　这类技术的能效明显高于多数现有炼厂常规公用工程发生系统(约高80%)。

 

　　通过上述六项改进，可使炼厂自用能耗占原油加工量的比例下降2%~3%，为炼厂节省可观的成本。