一體化煉化企業低溫熱利用潛力分析與構架

任永剛

（福建聯合石化有限公司，福建泉州 362000）

1 企業概況

某聯合石油化工有限公司是由中方與外方分別以50%：50%的股比出資共同設立的一體化大型石油化工企業，2007年成立，2011年商業運營，2012－2014年完成原油適應性改造以及乙烯脫瓶頸項目。公司秉承煉化一體化設計理念，煉油與化工裝置布局緊湊，技術先進，能耗基本合理。

1.1 能耗現狀

隨著國家宣布“2030年CO2排放量達到峰值，2060年實現碳中和”的雙碳目標，我國對綠色、低碳、節能等要求越來越高，如何深層次挖掘節能潛力，是擺在節能管理者面前的一道課題。目前福建聯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（轉化為蒸汽）等；其次是電能，這兩項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。正常熱能的利用應當遵循“高質高用、低質低用”的原則[1-2]，只有形成能量多次梯級利用的用能結構，才能實現能量的高效利用。

某聯合石化作為國內建設較早的大型煉油化工一體化企業，生產結構布局緊湊、能源供給與消耗緊密相連，加上后期外購蒸汽與LNG的引入，能源結構優化靈活。但作為一體化企業在能量梯級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合優化外，公司整體能量利用方面大多數情況下還相互孤立，這就導致“高質低用、低質排棄”的低效能量利用現象?，F利用經典的能量分析理論找出公司用能的薄弱環節，根據低溫余熱利用的原則與特性，挖掘低溫熱利用潛力并提出具體實施方案。

1.2 能量“三環節“模型

能量三環節分析模型[3]是由華南理工大學華賁教授提出的系統能量優化技術。該理論從能量利用的本質出發，從源頭入手解決問題，可對煉化企業全廠或單元裝置的能量利用、回收和轉換三個環節進行系統優化。低溫熱回收利用主要是對能量回收環節進行分析優化，通過全方位診斷分析，對能量利用環節的工藝參數及設備結構進行優化，實現能耗大幅降低。

3 煉油與化工低溫熱綜合利用分析與方案

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，進入混合器與部分溶劑（40 t/h、110℃）混合稀釋，經進料冷卻器冷卻，再經混合器與部分溶劑（96 t/h、 110℃）混合稀釋，進入DAO抽提器（D102）上部。與下部進入的溶劑進行萃取分離。在DAO分離器（D104）內實現溶劑和脫瀝青油的分離后，84%的溶劑通過超臨界分離回收?；厥杖軇┙浉邏喝軇Q熱器（E102，E101）后分成三股，一股進DAO抽提器（D102），一股進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，一股進入D203，大部分溶劑經流量控制與空冷A101前的溶劑一起進入DAO抽提器（D102）下部。低壓溶劑（70 t/h、33℃），經E115與原料油換熱后，與A101冷后高壓溶劑匯合，分別進入D102、D203、M101、M102。從D104頂部出來經兩組換熱器后，144℃高壓溶劑進空冷器A101冷卻至112℃，存在低溫熱損失。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、膠質汽提塔C202塔頂、瀝青汽提塔C103塔頂的汽提溶劑和水蒸汽，以244℃先后進入空冷器A102A-H、水冷器E113A-D，冷卻至32℃進入低壓溶劑罐D105。從C101、C103、C202塔頂抽出的混合后汽提溶劑（244℃）進空冷器A102冷卻，存在熱量損失。低溫熱源分析見表1。

表1 低溫熱源

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產品與部分裂解汽油產品組成。C40404塔底物料流量71 t/h（包括C4產品37 t/h，部分裂解汽油產品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C4送至脫異丁烷塔II（C02002）作為進料。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℃，存在能量高質低用問題。乙烯MTBE聯合裝置丁烯-1精餾塔C02003使用0.45 MPa蒸汽加熱，而塔底溫度66℃，存在能量的高質低用問題，詳見表2。

表2 低溫熱阱情況

圖4 MTBE與丁烯-1用熱工藝流程

3.5 低溫熱回收工藝設計

首先在公用IGCC裝置設立熱水站，將熱水罐中的熱媒水送至溶劑脫瀝青裝置回收低溫熱，回收低溫熱后的熱媒水作為乙烯C40404塔底熱源；然后將換熱后的熱媒水繼續輸送至MTBE，作為C02001與C02003塔底熱源。MTBE兩臺再沸器（E02003A與E02005A）換熱后的兩股熱煤水匯合后，返回到低溫熱水系統中的熱水站。

1）高壓溶劑進空冷器A101A-D前，新增兩臺換熱器E131A/B，將從全廠低溫熱水系統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熱源負荷總計為20.93 MW，表2顯示乙烯裝置脫丙烷塔及MTBE兩塔低溫熱阱需求負荷總計為12.96 MW，熱源滿足熱阱的熱量需求。改造后溶劑脫瀝青低溫熱替代乙烯裝置部分蒸汽工藝流程見圖5。

圖5 改造后溶劑脫瀝青低溫熱替代乙烯裝置部分蒸汽工藝流程

4 經濟效益測算

該煉油與化工低溫熱回收系統改造實施后，預計可取得如下效益。

1）回收溶劑脫瀝青裝置低溫熱替代乙烯裝置脫丙烷塔底蒸汽、MTBE裝置丁烯-1部分精餾塔塔底蒸汽優化，可以節約0.45 MPa蒸汽21.6 t/h，每小時可以節約空冷器用電量180 kW。0.45 MPa蒸汽按100元/t、電價按0.5元/kW·h計算，實現經濟效益 1 890萬元/年。

2）溶劑脫瀝青裝置年開工按8 400 h計算，可節約標煤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 結論

煉化一體化企業隨機、分散的低溫余熱較多，為了合理利用這些熱量，按照能量梯級利用的原則，應在全局范圍內收集低溫熱余熱，并使其與分散在各處的熱阱進行優化匹配。在保證裝置安穩長優運轉前提下，充分對余熱回收利用。福建聯合石化溶劑脫瀝青與乙烯裝置低溫熱回收方案表明，在全廠范圍內尋找裝置間的低溫熱聯合利用，搭建一個經濟合理的低溫熱回收利用系統，可使企業的能耗較大幅度降低[4]。