石油化工節能之關鍵技術

魏 壽 彭

（北京化工大學， 北京 100029）

專家論壇

石油化工節能之關鍵技術

魏 壽 彭

（北京化工大學， 北京 100029）

討論了石油化工節能之關鍵技術，主要涉及裝置規模與節能，原料路線與節能，技術路線與節能，設備選型與節能，以及余熱回收與節能等重大節能之技術措施。還討論了化工熱力學與節能和化工系統工程與節能等重大理論問題在石油化工節能中的應用。

石油化工節能； 石油化工生產過程； 化工熱力學； 化工系統工程

化學工業是用化學變化的方法將原料轉化成產品的工業。石油化學工業是化學工業的一個重要分支。狹義的石油化學工業是指將石油轉化成汽油，煤油，柴油，潤滑油和化工原料，再將烴類（輕烴，石腦油，輕柴油和重油，渣油等）轉化成“三烯”（乙烯，丙烯和丁二烯），“三苯”（苯，甲苯和二甲苯），再進一步轉化成合成樹脂（塑料），合成纖維和合成橡膠的工業。廣義的石油化學工業則包括傳統的無機化工，有機化工，新興的精細化工，新材料化工，生物化工，現代煤化工和天然氣化工[1]。

生產石油化工產品的核心技術是化學反應，而原料和產物的提純和分離也是必不可少的步驟。生產石油化工產品的化學反應大多在高溫下進行，原料需要加熱，產物需要冷卻，為了工藝過程的需要，也為了節能，必須進行加熱，冷卻，蒸發，冷凝，換熱等操作。此外，為了保證生產的連續進行，必須使用機，泵輸送流體。顯然，有了反應設備，分離設備，換熱和設備和流體輸送設備即可組織石油化工產品的生產[2]。

為了使石油化工產品生產過程運行在最佳狀態，以其獲得最大經濟效益，使其成本最小化，降低單位產品的物耗和能耗最為關鍵[3]。這其中，反應過程和分離過程不但直接影響物耗，也影響能耗，而換熱過程和流體輸送過程則直接影響能耗。因此，研究反應過程，分離過程，換熱過程和流體輸送過程的規律，至關重要。理論研究表明：流體輸送過程為動量傳遞過程，換熱過程為動量傳遞過程和能量傳遞過程，分離過程為動量傳遞過程，能量傳遞過程和質量傳遞過程，而反應過程即包括動量傳遞過程，能量傳遞過程和質量傳遞過程，也包括化學反應過程。所以，研究動量傳遞過程，能量傳遞過程，質量傳遞過程和化學反應過程的規律，即“三傳一反” 的規律，對確保石油化工產品生產過程運行在最佳狀態具有重要意義[2]。

石油化工產品生產過程的節能，即可在理論指導下進行，也可憑經驗進行；即可定性地加以論述，也可定量地加以計算。下面，將對石油化工節能之關鍵技術加以論述。

1 定性的石油化工節能技術

1.1 裝置規模與節能[4,5]

隨著科學技術的發展，高新科技的采用，石油化工生產裝置規模的不斷擴大，“裝置規模越大，能耗越低”早已成為不爭的事實。

以乙烯生產為例，20世紀70年代，我國第一套引進的30 萬t/a乙烯裝置在北京燕山石化建成投產，第一套引進的11.5 萬t/a乙烯裝置在上海建成投產。這在當時條件下，其規模還是可以接受的。其后，隨著“改革開放”的進行，引進規模的擴大，引進裝置的規模也越來越大。原有裝置則不斷進行“擴能改造”。進入新世紀后，楊子巴斯夫60 萬t/a（2005年），福建80 萬t/a（2005年），稍后，茂名（2006年）獨山子（2009年）天津（2010年）鎮海（2010年）百萬噸/年級乙烯裝置相繼投產，各大型乙烯裝置也經新一輪改造擴能到60～80 萬t/a規模。其中，撫順乙烯擴能到100 萬t/a的裝置也將于年內投產。

以天津乙烯為例，由于采用新工藝和新技術，乙烯綜合能耗僅為580 kg標油/t，已達到國際先進水平。另據全球領先的基準評比公司Solomon發布的全球乙烯裝置績效評價結果，上海賽科2010年已擴建到109百萬t/a級的乙烯裝置能耗水平在全球108套乙烯裝置中名列第二。

不過，就整體水平而言，我國乙烯與國際先進水平相比，還存在一定差距。例如，在裝置規模方面，世界最大的乙烯生產聯合體Jam石油化工聯合體，日前在伊朗建設的年產132.1萬t乙烯裝置已投產。中東在建的乙烯裝置為150萬t/a，擬建的乙烯裝置為180萬t/a。加拿大已投產的以輕烴為原料的乙烯裝置為170萬t/a，美國以石腦油輕柴油為原料的乙烯裝置為130萬t/a。

又如，我國臺灣臺塑六輕現有乙烯原料年產能達170萬t，為臺灣最大的乙烯生產廠商；六輕四期計劃，擬再增建一套年產能乙烯達120萬t的輕油裂解廠，擴建計劃完成后，六輕的乙烯年產能將達到290萬t，躍居為遠東地區最大的乙烯生產基地。

1.2 原料路線與節能[4]

仍以乙烯為例，在乙烯裝置產品成本的構成中，原料約占60%～80%，因此，乙烯裝置原料路線的選擇至關重要。乙烯裝置原料路線的選擇取決于原料和產品的市場價格，原料和裂解方案確定后的產品分布。世界各國和地區多有所不同。例如，美國和北美多使用石腦油為原料，西歐用乙烷和輕烴，我國則使用天然氣凝析油，輕烴，石腦油，輕柴油和加氫尾油等。不過技術經濟分析表明：裂解原料的輕質化可獲得更大的經濟效益。

由于油氣資源豐富，中東各國主要以直接來自氣田和油田的乙烷、丙烷、丁烷、凝析油以及液化石油氣等輕質烴為原料生產下游石化產品。這些原料稍經液化分離即可得到，價格遠比需要經原油煉制才能得到的石腦油等原料便宜。中東的乙烯生產成本最低達100美元/t，而美國墨西哥灣沿岸為250美元/t，亞太地區（如馬來西亞、澳大利亞、印度）采用乙烷為原料生產的乙烯成本為200～240美元/t。而我國用石腦油裂解裝置生產乙烯的平均成本高達530美元/t，比中東地區高出4倍多。

不言而喻，裂解原料的輕質化不僅可以獲得很大的經濟效益，同時，還可以明顯地降低單位產量的能耗。

1.3 技術路線與節能[4]

技術路線的科學性，先進性和合理性是低物耗和低能耗的先決條件。

仍以乙烯為例，理論分析表明裂解反應的特點是：強吸熱反應，因此，無論從熱力學角度，還是從動力學角度，反應溫度必須要高，根據動力學數據優化計算的結果表明：停留時間越短，乙烯收率越高。又由于裂解反應是體積增加反應，所以，降低烴分壓有利于反應向生成乙烯方向進行。于是“高溫，短停留時間，降低烴分壓”就是乙烯裂解反應的技術關鍵，也是選擇乙烯裂解反應關鍵設備——裂解爐的指南[3]。

目前，世界上乙烯生產裝置在技術路線上的主要區別在于選擇不同型式的管式裂解爐和不同的分離流程[4]。

乙烯裂解爐通常是根據工藝特點定制的。目前國內的乙烯裝置多是購買國外的先進工藝技術專利，裂解爐根據工藝設計由設計方指定的幾個廠家進行投標產生。管式裂解爐的主要爐型有[1]：

（1）CBL型裂解爐，即國產乙烯裂解爐。

（2）SRT型裂解爐（魯姆斯公司）：短停留時間裂解爐。

（3）USC型裂解爐（斯通-韋伯斯特公司S.W）：超選擇性裂解爐。

（4）毫秒爐（凱洛格公司 Kellogg），停留時間極短，可控制在0.1 s內。

（5）GK型裂解爐（KTI公司），停留時間控制在0.2 s內。

裂解爐是乙烯裝置的能耗大戶，其能耗占裝置總能耗的50%～60%。降低裂解爐的能耗是降低乙烯生產成本的重要途徑之一。裂解爐的能耗在很大程度上取決于裂解爐系統本身的設計和操作水平，近年來，裂解爐技術向“高溫、短停留時間、大型化和長運轉周期”方向發展。通過改善裂解選擇性、提高裂解爐熱效率、改善高溫裂解氣熱量回收、延長運轉周期和實施新型節能技術等措施，可使裂解爐能耗顯著下降。

目前，可供實行的乙烯裂解爐的節能措施有[1]：

1.3.1 改善裂解選擇性

（1）采用新型裂解爐。新型裂解爐均采用高溫，短停留時間與低烴分壓的設計。由于停留時間大幅度縮短，毫秒爐裂解產品的乙烯收率大幅度提高。

（2）選擇優質的裂解原料。在相同的工藝技術水平的前提下，乙烯收率主要取決于裂解原料的性質。不同裂解原料，其綜合能耗相差較大。裂解原料的選擇在很大程度上決定乙烯生產的能耗水平。通過適當調整裂解原料配置結構，優化煉油加工方案，增加優質乙烯原料如正構烷烴含量高的石腦油，改善原料結構和整體品質，在提高乙烯收率的同時，還能達到節能降耗的目的。

（3）優化工藝操作條件。通過優化裂解爐工藝操作條件，不僅能使原料消耗大幅度降低，也能夠使乙烯生產能耗明顯下降。不同的裂解原料對應于不同的爐型，具有不同的最佳工藝操作條件。

（4）裂解爐單元配套建設空氣預熱器，可以節約燃料氣、回收急冷水的熱量，達到充分利用低溫熱節能的目的，在取得較明顯的節能效果和經濟效益的同時還可以減排大量的煙氣，實現清潔生產。1.3.2 延長裂解爐的運行周期

（1）優化原料結構與工藝條件

裂解原料組成與性質是影響裂解爐運行周期的重要因素。一般氫含量高、芳烴含量低的原料具有良好的裂解性能，是裂解爐長周期運行的必要條件。對不飽和烴含量較高的原料進行加氫處理，是提高油品質量的有效途徑。當裂解原料一定時，工藝條件是影響裂解爐運行周期的主要因素。低烴分壓、短停留時間和低裂解溫度有利于延長裂解爐運行周期。

（2）采用在線燒焦。裂解爐在線燒焦是在爐管蒸汽-空氣燒焦結束后，繼續對廢熱鍋爐實施燒焦。與傳統的燒焦方式相比，在線燒焦具有明顯的優勢。一是裂解爐沒有升降溫過程，可以延長爐管的使用壽命，并可節省裂解爐升降溫過程中燃料與稀釋蒸汽的消耗；二是由于在線燒焦，裂解爐離線時間短，可以提高開工率，并可增加乙烯與超高壓蒸汽的產量。目前BASF在線燒焦程序已在國內外乙烯裂解爐上成功應用了多年，事實證明，采用在線燒焦可大大減少廢熱鍋爐的機械清焦次數，有效地降低乙烯裝置的能耗。

其次，在分離流程的選擇方面，目前最具競爭力的有3種：順序分離流程、前脫乙烷前加氫流程和前脫丙烷前加氫流程。采用順序分離流程的有魯姆斯公司（Lummus）和凱洛格公司 (Kellogg)，采用前脫乙烷的有林德公司（Linde），采用前脫丙烷的有斯通-韋伯斯特公司S.W。

采用何種分離流程最佳的影響因素很多，如：裝置規模，原料路線，技術路線，設備選型，加工方案，裝置負荷，操作的穩定性，操作周期，控制方案等，須視具體情況而定。

1.4 設備選型與節能[6]

除裝置規模，原料路線和技術路線外，設備選型同樣對裝置的節能有重要影響。

下面，分別討論反應設備，分離設備，換熱設備和流體輸送設備的節能。

1.4.1 反應設備的節能

通常，反應設備即是用能大戶，又是余熱供應大戶。仍以乙烯裂解為例，前已述及裂解爐的遴選規則，這里再對裂解設備的差異略加論述。事實上，裂解設備的差異主要反映在爐型上。管式裂解爐型有很多種，但從輻射段爐管的結構形式上分，它們可分為兩大類：直通式和分支式。Lummus和Linde是分支式爐型，S.W則是直通式。兩大類爐型結構各不相同，應用效果則取決于各家對不同原料裂解機理的掌握和在工程化實踐經驗的區別上。在實現大型化的途徑方面，一種是通過加寬輻射室的寬度，以容納更多組爐管；一種是通過采用兩個輻射室（雙爐膛）共用一個對流段來容納雙倍數量的爐管；有的公司則兩者兼而用之。

在回收裂解氣的余熱方面，乙烯裝置都盡可能地提高急冷油塔的塔底溫度，以便發生更多的稀釋蒸汽。要提高急冷油塔的塔底溫度，首先遇到的問題就是急冷油的粘度問題。為此，在急冷單元增加減粘系統，用乙烷裂解氣汽提或高壓蒸汽汽提的方法實現急冷油減粘，即可實現急冷油塔底急冷油溫度的優化控制。

談到反應設備的節能，不能不涉及加熱爐的節能，特別是管式加熱爐的節能。管式加熱爐是煉油生產裝置的主要設備之一，又是煉油生產裝置的能耗大戶。據統計，中國石化集團公司現有600多臺煉油加熱爐，總熱負荷超過5 000 MW。從煉油綜合能耗的組成看，燃料油和燃料氣的消耗占第一位。因此，開發節能型加熱爐對于企業節能是重要的發展方向。通常，管式加熱爐的節能可以從以下幾方面入手：改造爐管布局，提高輻射傳熱能力；降低過剩空氣系數，提高對流換熱能力；采用螺紋管，擾流子，熱管等空氣予熱器組件，提高余熱回收能力；優化改造燃燒器，應用新型節能燃燒器，以強化燃燒等。

1.4.2 分離設備的節能

分離設備的節能，對于石油化工產品的生產而言，主要是指精餾塔的節能，包括單塔的節能和精餾塔序列的節能[6]。

單塔的節能效果主要依靠降低回流比（需增加塔板數），降低塔的操作壓力（降低回流比），改變進料位置，改變進料狀態，采用高效塔板或填料，采用熱泵系統，設置中間冷凝器和中間再沸器等方法來實現。

精餾序列節能措施有：

（1）多效精餾，如：德國Hoechs公司在5萬t/a酒精裝置中采用四效精餾方案,可節省蒸汽70%。

（2）低溫精餾的熱泵系統

例如：（A）用外部丙烷致冷劑的熱泵循環低溫精餾分離丙烯-丙烷；（B）用塔頂蒸汽壓縮的熱泵循環低溫精餾分離丙烯一丙烷；（C）用再沸器液體閃蒸的熱泵循環低溫精餾分離丙烯—丙烷；三種熱泵系統的熱力學效率η均高于普通低溫精餾，公用工程費用也明顯低于普通精餾。流程（C）的η最高,公用工程費用最低。

（3）設置中間冷凝器和中間再沸器的精餾，如常減壓裝置中的“常一中”,“常二中”,“常三中”和減壓塔的“減一中”,“減二中”等中間冷凝器。1.4.3 換熱設備的節能

換熱設備的節能主要是指單臺換熱設備的節能和換熱網絡的節能。

單臺換熱設備的節能可在付立葉導熱方程的指導下進行。根據付立葉微分導熱方程，傳熱的推動力為溫度梯度，即溫度沿傳熱方向的差，顯然，冷熱物流換熱溫差越大，單位時間內傳遞的熱量越大，但熱量的有效能損失也越大。根據付立葉導熱方程可知，單位時間內傳遞的熱量與總傳熱系數成正比，與總傳熱面積成正比。提高總傳熱系數的方法有很多，例如，選擇傳熱系數大的材質，如銅明顯優于鋼，但設備造價高，設備折舊費用大；又如，在石油化工產品生產過程中經常使用的管殼式換熱器中設置折流板和擋流板制造湍流以增大總傳熱系數；再如，定期清洗換熱設備以減少結垢熱阻對降低總傳熱系數的影響。同樣，采用螺紋管，翅片管，擾流子，熱管等也可強化換熱過程。

換熱網絡的節能則比單臺換熱設備的節能要復雜的多，通常可在“夾點技術”[7,8]的指導下進行。1.4.4 流體輸送設備的節能

流體輸送設備的節能主要是指壓縮機和泵的節能。如乙烯生產中的能耗大戶——“三機”——裂解氣壓縮機，乙烯壓縮機和丙烯壓縮機的節能。泵和壓縮機也是高分子合成材料成型加工過程中的耗能大戶。

現以裂解氣壓縮機為例，討論壓縮機的節能。由于裂解氣壓縮為非理想壓縮過程，即絕熱或多變壓縮過程，比等溫壓縮過程功耗大得多。增加壓縮機的段數，進行段間冷卻，可以減少過程的不可逆性，使其接近等溫壓縮過程，因此，裂解氣壓縮機通常設計成四段或五段。對于以石腦油為原料的乙烯裂解，林德公司的分析表明：五段優于四段。當采用五段壓縮流程時，合理地設計其出口流程，還可獲得進一步的節能效果。例如，將裂解氣壓縮機五段出口的冷凝液從一次閃蒸改為二次閃蒸，將第一次閃蒸的氣體返回壓縮機五段出口，將第二次閃蒸的氣體返回壓縮機五段入口，就可實現節能之目的。

1.5 余熱回收與節能[9]

余熱回收是最重要的節能技措之一。石油化工生產過程的余熱主要來原于：化學反應的放熱，例如，乙烯裂解爐的出口物料，催化裂化反-再系統的燒焦煙氣，延遲焦化的熄焦氣體；高溫工藝熱物流；工藝加熱爐和大型蒸氣鍋爐排放的煙氣；燃氣輪機排放的尾氣；背壓式透平或抽汽式透平排放的蒸氣；低溫位工藝熱物流以及通過水冷卻器和空氣冷卻器所排放的低溫位水和空氣。

高溫位的余熱，由于溫度高，可作功能力強，有效能值大，可回收價值高，因而早以引起人們的廣泛重視，高溫位余熱的回收和利用也已取得了很大成功。特別是“有效能分析方法”和“夾點技術”的大面積和卓有成效的應用，更是為高溫位余熱的合理利用和分級利用，即“按質用能”奠定了基礎。隨著科學技術的不斷發展與進步和“節能減排”工作的不斷深入，低溫位余熱的回收和利用也已提到日程，并且受到越來越多的重視。不過，低溫位余熱的回收和利用在很大程度上受技術經濟指標的約束。技術上先進，經濟上合理，操作上可行，環保上認可，是考慮低溫位余熱回收和利用的先決條件。目前，低溫位余熱的回收和利用在同級利用方面主要是用于予熱空氣和水，以及產生低壓蒸汽和用于提供熱水和冬季采暖。在升級利用方面主要是用于“熱泵”和“制冷”。

2 定量的石油化工節能技術

2.1 化工熱力學與節能[10,11]

應用化工熱力學原理指導節能主要是應用“焓平衡分析”，“熵平衡分析”和“有效能平衡分析”來指導節能。

“焓平衡分析”，即通常所說的“熱平衡分析”，是熱力學第一定律的具體運用。其實質是盡可能減少熱損失，如：減少“跑，冒，滴，漏”，加強保溫，以減少散熱損失；在保證燃料完全燃燒的情況下，降低過剩空氣系數，以減少排煙散熱損失；在防止露點腐蝕的情況下，用煙氣余熱予熱空氣或鍋爐給水，以回收熱量等。

“熵平衡分析”則是應用熱力學第二定律，從減少過程的不可逆性出發，從研究過程的不可逆熵增出發，尋求節能的有效措施。比“熵平衡分析”更加實用的節能分析方法則是“有效能平衡分析”。“有效能平衡分析”也簡稱為“有效能分析”[7-8]。

化工熱力學指出: 熱量是低質能量，它不能像電能和機械能那樣100%地作功，它只能部分地作功，另一部分將做為廢熱散發到環境中去。熱量在給定環境下所能作出的最大有用功是為有效能（火用）。不能作功的部分是為無效能（無用）。

有效能具有以下特性：

①根據熱力學第一定律，在一切過程中，有效能和無效能的總量不變；

②根據熱力學第二定律，自然界中一切過程都是具有方向性和不可逆性的，同樣有效能的變化也具有方向性和不可逆性：在可逆過程中，有效能守恒；在不可逆過程中，有效能向無效能轉化，有效能不斷減少。

由過程不可逆性引起的有效能轉化為無效能的損失，稱為有效能損失。它是能量變質的量度。不可逆性主要來源于摩擦、流體流動的壓力差、傳熱的溫差、擴散的濃度差以及不平衡化學反應的化學勢差等。

減少過程壓力差、溫度差或濃度差，可以減少有效能損失，是過程節能的重要途徑。但是在許多情況下,有效能損失是有價值或效益的，并非越小越好。

有效能效率也稱熱力學效率，是過程熱力學完善程度的一種量度，因而也是過程用能好壞的重要評價指標。根據效率的普遍定義：有效能效率＝有效能效益／有效能消耗有效能消耗＝有效能效益＋有效能損失

在有效能分析基礎上可以找到減少能量變質以

及降低能耗減少有效能損失的途徑。它的主要特點是節能于變廢之前，而不是利用于變廢之后。

“有效能分析”的最大成就之一是“夾點技術”[7]的提出和所獲得的廣泛應用與取得的具大經濟效益。鑒于此類論文和專著已大量見諸于世，本文將不再贅述，須要指出的是：目前，“夾點技術”已不僅用于節能，“水夾點技術” 已用于節水，“氫夾點技術” 已用于合理用氫[8]。

順便指出，本文前述的節能技措，大多也以化工熱力學為指導。

2.2 化工系統工程與節能[2，12]

化工系統工程是一門新興的正在發展中的化工應用學科,它應用化學工程和系統工程的基本原理,采用建模,模擬和優化的方法,以電子計算機為工具,在對化工過程進行工藝和經濟計算的基礎上,對化工過程進行技術經濟評價,最終實現化工過程優化設計, 優化操作, 優化控制和優化管理之目的[2]。

從化工系統工程的角度研究節能，就是要站在全局的高度，全面地、系統地、科學地研究能量系統優化的基本思路,找到實現能量系統優化的途徑。按照化工系統工程的觀點，化工產品的生產過程應盡可能地簡單，即反應應盡可能地不使用催化劑，在不得不使用催化劑時，應盡可能地使催化劑具有最好的活性，選擇性，收率和壽命；化工產品的生產流程應盡可能地短，分離過程應盡可能地簡單，緊湊；換熱流程應盡可能地做到合理布局，科學用能，合理用能，按質用能；機泵應盡可能地做到高效，緊湊，節能。

應用化工系統工程基本原理指導節能就是通過建立石油化工生產過程的數學模型，建立石油化工生產過程的流程模擬軟件，再通過過程模擬實現生產過程的優化，降低石油化工生產過程的物耗和能耗[12]。

例如，清華大學開發的“EPSOS”（工程過程模擬與優化系統）就是一個可視化的這類軟件，國外的ASPEN PLUS ,HYSYS,PRO-Ⅱ也屬同類軟件，已有許多成功案例用于石油化工生產過程的節能，且有專著出版[1，12]。

值得一提的是：應用化工熱力學原理指導節能工作的進一步深入，已將其從“焓平衡分析”，“熵平衡分析”和“有效能平衡分析”發展到應用化工系統工程基本原理指導節能的“總能分析”，即從化工系統工程基本原理出發，站在全局的高度，全面，系統，完整地分析石油化工生產過程用能的基本規律，實現“合理用能”，“按質用能”，“分級用能”，以實現最大限度節能之目的。

例如，大連理工大學化工系統工程研究所[13]以熱力學為基礎，以化工系統工程理論為指導，提出了“過程系統用能一致性原則”。從用能本質的角度把系統中反應、分離、換熱、熱機、熱泵等過程的用能特性抽提出來，轉化為當量的熱源流股和熱阱流股，使得大規模、復雜的全過程系統從用能的本質上統一為整體，將能量集成問題轉化為相應的有約束換熱網絡系統的最優化綜合問題。

大連理工大學化工系統工程研究所將“夾點技術”的應用進一步擴大，在多過程的全局夾點分析基礎上，引入全局組合曲線上蒸汽負荷加減原則和負荷移動原則，對多個過程及其換熱網絡與公用工程系統進行全局能量集成。

與此同時，大連理工大學化工系統工程研究所還對全局過程節能改造的能量集成方法進行了分析研究；提出了改進的頂層分析法，對公用工程系統剩余熱的熱功轉化途徑進行了分析和改進；采用了全局過程產用蒸汽等級優化，使過程改造的全局能量實現集成。

所謂全局系統能量集成是指在各生產過程換熱網絡綜合的基礎上，通過安排過程之間的熱量交換，合理配置熱機作功和背壓蒸汽加熱的關系，以使全局系統總能耗最小。

又如，華南理工大學[14]以能量的合理利用為核心，提出了“三環節理論節能”的概念。

他們認為：本質上存在著“用能三環節”過程：

（1）過程用能的主要形式是熱、流動功和蒸汽，它們一般是通過轉換設備（如爐、機泵）等轉換過來的；

（2）轉換設備提供的熱、功、蒸汽等形式的能量進入工藝核心環節（塔、反應器），連同回收循環能量一起推動工藝過程完成后，除部分能量轉入到產品中外，其余均進入能量回收系統；

（3）能量在工藝核心環節完成其使命后，質量下降，但仍具有較高的壓力和溫度，可以通過換熱設備、換功設備等回收利用。但受工程和經濟條件約束，回收不能到底，最終通過冷卻、散熱等排棄到環境中。

“三環節理論節能”認為：首先應選用或改進工藝過程，減少工藝用能；再考慮經濟合理地回收；其不足部分再由轉換設備提供。

實質上，這是以“合理用能”為核心，從“備能，用能，節能”三個方面系統地討論石油化工生產過程的節能問題。

再如，將熱和功集成，實行熱電聯產，應用R-曲線分析，實現公用工程的總體節能，也是應用化工系統工程基本原理指導節能的成功案例和前瞻性案例[15,16]。

熱電聯產在煉化企業公用工程系統中占有重要地位，R-曲線是評價公用工程系統熱電轉化效率的一個工具。

熱電聯產過程的轉化效率η定義如下：

相應地，電熱比定義如下：

式中：W —表示透平發電量；

Qheat— 表示凈蒸汽熱量，包括蒸汽加熱用量及工藝過程（如汽提塔、蒸汽變換等）用蒸汽量；Qfuel— 燃料的能量。

R-曲線是針對某一特定的公用工程系統，在系統處于最優狀態下，繪制出的理論曲線。將工廠實際的電熱比及實際轉化效率與R-曲線進行對比，可以得到此公用工程系統與最優狀態之間的差距，進而為優化熱電聯產提供指導方向。

3 結束語

綜上所述，石油化工生產過程的節能是一項經濟效益和社會效益巨大的系統工程，即可在理論指導下進行，也可憑經驗進行。通常，在理論指導下，理論聯系實際進行，并且，工程實踐經驗往往是決定成敗的關鍵。它即可定性地加以論述，也可定量地加以計算。在應用熱力學第一定律熱平衡計算和應用熱力學第二定律熵平衡計算時，定量地加以計算對節能分析至關重要，而在應用熱力學第二定律進行有效能分析時，結合工程實踐經驗進行成功的附合實際的定性分析，則往往是決定成敗的關鍵。這是因為：只要工藝過程進行，就必然伴隨著有效能的損失，關鍵是有效能的損失是否合情合理，是否值得，而絕非有效能損失越低越好。通常，必須在“有效能損失降低帶來的節能效果”與“設備折舊費用增加”之間進行權衡，決定取舍。特別需要指出的是：通過案例分析研究，舉一反三，往往是積累工程實際經驗，解決工程技術領域節能實際問題，并取得成功的關鍵。

[1] 魏壽彭，丁巨元. 石油化工概論［M］.北京：化學工業出版社，2011.

[2] 魏壽彭. 石油化工生產過程最優化［M］.北京：中國石化出版社，1994.

[3] 魏壽彭. 過程系統優化技術［M］.北京：中國石化出版社，1995.

[4] 王松漢，何細藕.乙烯工藝與技術［M］.北京：中國石化出版社，2000.

[5] 許江.乙烯裝置規模大型化的研究與探討［J］. 現代化工， 2011（4）.

[6] 蘭州石油機械研究所. 現代塔器技術［M］.二版.北京：中國石化出版社，2005.

[7] 伊恩，著. 楊友麒，等譯. 能量的有效利用：夾點分析與過程集成［M］.北京：化學工業出版社，2010.

[8] 馮霄. 化工節能原理與技術［M］.三版.北京：化學工業出版社， 2009.

[9] 賈振航. 企業節能技術［M］.北京：化學工業出版社，2006.

[10] 史密斯. 化工熱力學導論［M］.原著第七版.北京：化學工業出版社，2008.

[11] 朱自強. 化工熱力學［M］.三版.北京：化學工業出版社，2009.

[12] 曹湘洪. 石油化工流程模擬技術進展及應用［M］. 北京：中國石化出版社,2010.

[13] 尹洪超, 張英, 李振民. 改進的全局能量集成法［J］.大連理工大學學報, 2001,41（5）.

[14] 華賁. 煉油廠能量系統優化技術研究與應用［M］. 北京：中國石化出版社，2009.

[15] 楊友麒. 企業公用工程系統節能減排的發展現狀［M］.現代化工，2010，30（12）.

[16] 黃雪琴， 龔燕， 朱宏武，等.煉化企業蒸汽動力系統優化分析方法進展［J］. 化學工程， 2010，29（5）.

Energy Saving Techniques in Petrochemical Production Processes

WEI Shou-peng
（Beijing university of chemical technology，Beijing 100029，China）

Energy saving techniques in petrochemical industry were introduced, including the scale of plants, raw materials, technological scheme, production equipment and waste heat recovering methods. Applications of thermodynamic analysis methods and chemical process systems engineering methods were discussed.

Energy saving techniques； Petrochemical production processes； Thermodynamic analysis； Chemical process systems engineering

TQ 083+.4

A

1671-0460（2011）12-1211-07

2011-08-08

魏壽彭，男，教授，“首都五一勞動獎章”獲得者，國務院政府特殊津貼享有者，北京市第十屆人民代表大會代表。1960年畢業于莫斯科石油學院,1988-1989年曾以高級訪問學者身份赴英國倫敦帝國理工學院。長期從事石油化工、化工系統工程、管理科學與工程方面的教學與科研工作。領導并從事過國家自然科學基金、化工部、中石化總公司等科研項目十余項。指導化學工程與管理工程研究生二十余屆，發表論文七十余篇，出版《石油化工生產過程最優化》、《過程系統優化技術》《石油化工概論》專著三冊。所提出的“裝置模擬與優化”調優法曾分獲化工部與中石化總公司科技進步獎，并被列入國家“八五”重點推廣新技術。E-mail：weishoupeng@sohu.com。