第四節  石油化工企業的節能監測

一、石油化工工業的主要工藝流程與能耗分析

通常把以石油、天然氣為基礎的有機合成工業，即石油和天然氣為起始原料的有機化學工業稱為石油化學工業，簡稱石油化工。

石油化工按其加工和用途可分為兩大分支：①石油經過煉制，生產各種燃料油、潤滑油、石蠟、瀝青、焦炭等石油產品;②把蒸餾得到的餾分油進行裂解，分解成基本原料，再合成生產各種石油化學制品。前一分支是石油煉制工業體系，后一分支是石油化工體系。煉油和化工兩者是相互依存、相互聯系的，是一個龐大而復雜的工業部門。

石油化工，是化學工業的重要組成部分，生產石油化工產品的第一步是對原料油和氣(如丙烷、汽油、柴油等)進行裂解，生產以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯為代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生產多種有機化工原料(約200種)及合成材料(塑料、合成纖維、合成橡膠)。這兩步產品的生產屬于石油化工的范圍。有機化工原料繼續加工可制得更多品種的化工產品，習慣上不屬于石油化工的范圍。

(一)石油簡介

石油又稱原油，是從地下深處開采的棕黑色可燃黏稠液體，是古代海洋或湖泊中的生物經過漫長的演化形成的混合物。石油和天然氣是生物有機體在沉積過程中、在缺氧的還原性環境和一定的壓力和溫度條件下生成的不溶于有機溶劑的物質，在成巖過程的晚期經過熱解作用生成的。

石油的性質因產地而異，密度一般為0.8～1.0g/cm3.凝固點差別很大(-60～30℃)，沸點范圍從常溫至500℃以上，可溶于多種有機溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。

石油組成：C(83%～87%)、H(11%～14%)、S(0.06%～0.826)、N(0.02%～1.7%)、O(0.08%～1.82%)、Ni、V、Fe。碳氫化合物(烴類)是石油的主要成分，占95%～99%。

烴類中主要包括烷烴、環烷烴、芳香烴。以烷烴為主的石油——石蠟基石油，以環烷烴、芳香烴為主的石油一環烴基石油，介于兩者之間的稱為中間基石油。

煉油企業總能耗包括新鮮水、電、汽、催化燒焦、工藝爐燃料以及熱輸出六項。其中催化燒焦和工藝爐燃料所占比例最大，均占煉廠總能耗的1/3左右，因此必須注意提高爐子的熱效率，加強催化裝置的能量回收和利用。中國石化作為我國最大的煉化企業，其能耗數據最能代表我國煉油行業的水平，從其統計數據看，近年來在煉油綜合能耗和單因能耗上都呈現下降趨勢，2008年其平均煉油綜合能耗達63.93kg/t。

(二)石油煉制的主要工藝及其流程

石油工業是通過油氣勘探、開發把油氣資源從地下提升到地面，然后通過油氣處理、輸送將純凈油、氣輸送至目的地，將分離后污水注入地下目的層的過程。整個工作涉及勘探、開發、油氣處理、輸送、地面工程建設、供配電、供水、供熱、井下作業等。

從地層開采石油可分為兩大類：①利用地層本身能量來舉升原油，稱為自噴采油;②利用機械能量補給或完全依靠機械提供能量的原油舉升方式，稱為人工舉升開采油，通俗地講為機械采油。機械采油方式根據工作原理可分為氣舉采油、有桿泵采油和無桿泵采油三種方式。氣舉采油是自噴采油方式的延續，其原理將高壓氣注入井下，增加被采液體的能量，形成井下和地面的壓力差，以能量釋放的形式采油。機械采油系統、注水系統、集輸系統、供配電系統以及熱力系統是石油企業生產耗能的五大系統。

石油煉制是按原油中各組分沸點的差別，由蒸餾的方法，使原油得到分離。初餾時，通常把石油按沸點的不同“切割”成幾個部分，即所謂的餾分。餾分的含義為餾出的部分，它仍是一種復雜混合物，但所含組分數比原油少很多。

1.石油的預處理

原油中的鹽大部分溶于所含水中，故脫鹽脫水是同時進行的。為了脫除懸浮在原油中的鹽粒，在原油中注入一定量的新鮮水(注入量一般為5%)，充分混合，然后在破乳劑和高壓電場的作用下，使微小水滴逐步聚集成較大水滴，借重力從油中沉降分離，達到脫鹽脫水的目的，這通常稱為電化學脫鹽脫水過程。

原油乳化液通過高壓電場時，在分散相水滴上形成感應電荷，帶有正、負電荷的水滴在做定向位移時，相互碰撞而合成大水滴，加速沉降。水滴直徑越大，原油和水的相對密度差越大，溫度越高，原油黏度越小，沉降速度越快。在這些因素中，水滴直徑和油水相對密度差是關鍵，當水滴直徑小到使其下降速度小于原油上升速度時，水滴就不能下沉，而隨油上浮，達不到沉降分高的目的。

我國各煉廠大都采用兩級脫鹽脫水流程。原油自油罐抽出后，先與淡水、破乳劑按比例混合，經加熱到規定溫度，送人一級脫鹽罐，一級電脫鹽的脫鹽率在9026～95%之間，在進入二級脫鹽之前，仍需注入淡水，一級注水是為了溶解懸浮的鹽粒，二級注水是為了增大原油中的水量，以增大水滴的偶極聚結力。

2.常減壓流程

把原油蒸餾分為幾個不同的沸點范圍(即餾分)叫一次加工;一次加工裝置有常壓蒸餾或常減壓蒸餾。將一次加工得到的餾分再加工成商品油叫二次加工;二次加工裝置有催化、加氫裂化、延遲焦化、催化重整、烷基化、加氫精制等。將二次加工得到的商品油制取基本有機化工原料的工藝叫三次加工。三次加工裝置由裂解工藝制取乙烯、芳烴等化工原料。一般把原油中從常壓蒸餾開始餾出的溫度到200℃之間的餾分稱為汽油餾分(也稱輕油或石腦油餾分)，常壓蒸餾200～3500C之間的中間餾分稱為煤柴油餾分或稱常壓瓦斯油(簡稱AGO)，350～500℃的高沸點餾分或稱減壓餾分(簡稱VGO)，而減壓蒸餾后殘留的大于500℃的油稱為減壓渣油(簡稱VR)。我國主要油田原油中的大于500℃減壓渣油的含量都較高，小于200℃的汽油餾分含量較少。原油中的汽油餾分含量低、渣油含量高是我國原油餾分組成的一個特點。

常減壓蒸餾是常壓蒸餾和減壓蒸餾在習慣上的合稱，常減壓蒸餾基本屬于物理過程。原料油在蒸餾塔里按蒸發能力分成沸點范圍不同的油品(稱為餾分)。常減壓裝置產品主要作為下游生產裝置的原料，包括石腦油、煤油、柴油、蠟油、渣油以及輕質餾分油等。

常減壓工序是不生產汽油產品的，其中蠟油和渣油進入催化裂化環節，生產汽油、柴油、煤油等成品油;石腦油直接出售由其他小企業生產溶劑油或者進入下一步的深加工，一般是催化重整生產溶劑油或提取萃類化合物;減一線可以直接進行調劑潤滑油。常壓蒸餾從正常原油中拔出的輕餾分，一般只占原油總量的25%～40%，從常壓塔底部出來的油，占原油的60%以上。

將原油先按不同產品的沸點要求，分割成不同的直餾餾鈴油，然后按照產品的質量標準要求，除去這些餾分油中的非理想組分;或者通過化學反應轉化，生成所需要的組分，進而得到一系列合格的石油產品。

典型的三段原油常減壓蒸餾工藝流程如下(見圖4-23)：

(1)-段蒸餾。原油蒸餾流程是拔頭蒸餾，只有一個精餾塔，僅經過一次汽化，則就是一段蒸餾。

(2)二段蒸餾。原油的蒸餾流程是常減壓蒸餾，有兩個精餾塔，經過了兩次汽化，就稱為二段精餾。

(3)三段蒸餾。在常減壓蒸餾塔的最前面再設一個初餾塔，原油加工流程方案中就有了三個精餾塔，則稱為三段蒸餾。

常減壓蒸餾流程是每個煉油廠必須有的煉油加工的第一道工序，也是最基本的石油煉制過程。它采用蒸餾的方法反復地通過冷凝與汽化將原油分割成不同沸點范圍的油品或半成品，得到各種燃料和潤滑油餾分，有的可直接作為產品調和出廠，但大部分是為下一道工序提供原料。該流程通常由電脫鹽、初餾、常壓和減壓蒸餾等工序組成。

作為煉油廠原油加工的第一道工序，常減壓裝置的能耗一般占全廠總能耗的14%左右，其用能水平的高低直接關系到整個煉油廠的能耗水平和經濟效益。在常減壓蒸餾裝置能耗構成中，燃料消耗所占比例超過70%，蒸汽和電分別占整個裝置能耗的10%～15%，因此在保證產品收率和質量的前提下，應盡可能地降低加熱爐燃料消耗，這對常減壓蒸餾裝置節能至關重要。用于該裝置的先進節能措施包括優化加熱爐操作，提高效率和降低燃料消耗;用夾點技術優化換熱流程，提高原油換熱終溫;采用預閃蒸等節能型流程，降低常壓爐負荷;降低爐用燃料的含硫量，減輕露點腐蝕，促進煙氣余熱回收;應用新型換熱器、高效塔盤和高效規整填料等;采用系統化技術，優化減壓蒸餾操作方式，推廣應用組合式抽真空系統降低蒸汽消耗;實行熱聯合，回收利用裝置低溫余熱;采用變頻調速技術，降低裝置電耗等。