我国能源形势与石化工业节能分析.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,我国能源形势与石化工业节能分析,讲 课 内 容,一、我国能源形势,二、石化工业节能的战略地位,三、我国石化工业存在的主要问题,四、我国石化工业的节能潜力,五、我国石化工业合理用能的基本原则,六、我国石化企业能量系统优化和节能改造的,具体内容,七、我国石化企业节能的基本途径,一、我国能源形势,（一）能源供需现状,（二）未来20年我国能源形势,（三）能源利用现状,（四）我国能源政策,（一）能源供需现状,2002年，中国一次能源产量为13.87亿吨标准煤。其中煤炭产量13.8亿吨，原油1.67亿吨，分别居世界第一位和第五位；发电量达16540亿千瓦时，居世界第三位。能源使用排放的温室气体仅次于美国居第二位。,2001年，全国一次能源消费量为13.2亿吨标准煤，其中煤炭占67.0%，石油24.6%，天然气2.5%，水电6.4%，核电0.4%。,（一）能源供需现状,2001,年全国能源费用支出达,1.25,万亿元，占国内生产总值的,13%,，美国仅占,7%,。,我国一次商品能源人均消费量为901公斤标准煤，相当于美国的8%，经济合作与发展组织国家平均值的1/7，世界平均值的44%，全国城乡居民生活人均年用电量为132千瓦时，仅为美国的3.1%。煤炭占一次能源消费量的比重由1996年的74.7%下降到2001年的67%，石油天然气则从19.8%上升到27.1%,。,（一）能源供需现状,图1 2001年全国一次能源消费量各项比例,（一）能源供需现状,图2 中国与世界的人均能源占有量对比,（二）未来,20,年我国能源形势,2020,年,一次能源需求约,22,30,亿吨标准煤,其中石油,4.3,5.2,亿吨，煤炭,21,24,亿吨,比,2000,年增加,70%,130%,用电需求将达4.2万亿千瓦时,发电装机容量达9亿千瓦,比2000年增长1.8倍,能源需求的大幅增长，势必大大提高对石油进口的依存度，并给环境带来巨大的压力。,（三）能源利用现状,我国能源消费存在极大的浪费现象，整体能源利用效率约,31%,，与世界先进水平的,52%(,日本,),还有很大距离；如考虑能源开采效率,(32%),，即能源系统总效率仅为,10.3%,，不到发达国家一半。,以此估算，我国目前能源浪费达,每年,2.8,亿吨标准煤,。,如不改变能源低效利用的现实,到,2020,年此项浪费将达每年,4,亿吨标准煤,多排放,CO,2,达,2.56,亿吨、,SO,2,达,720,万吨,这样的环境污染是我国和国际社会都难以接受的。,（三）能源利用现状,图3 中国与日本整体能源利用效率对比,（四）我国能源政策,我国政府将能源政策确定为：,资源节约和开发并举，把节约放在首位,2004年6月能源中长期发展规划纲要（2004,2020年）（草案）提出：,坚持把节约能源放在首位，实行全面、严格的节约能源制度和措施，显著提高能源的利用效率,2004年11月，国家发改委又通过了一个关于节,能的中长期能源发展规划，第一次把节能作为,专门的规则,（四）我国能源政策,从能源利用方面看，我国能源消费集中在工业部门，其中化工、冶金和建材等8个高耗能工业行业的能源消费占工业部门能耗总量的73%，而其单位产品能耗平均比世界先进水平高47%。,因此，我国节能的主要潜力在电力、高耗能工业部门和各种低温余热的开发利用等工程应用领域。,（四）我国能源政策,图4 中国与世界单位产品能耗对比,二、石化工业节能的战略地位,进入新的世纪，我国经济持续快速发展的势头仍将继续；国民经济对石油及其产品的需求也会相应快速增长。,2000年，我国原油消耗2.2亿吨，（自产1.62亿吨，净进口6千万吨）；国内加工2.02亿吨，占92%，（加工能力2.7亿吨/年，开工率75%）。,预计到2010年，我国原油需求量将达到2.9亿吨，(进口原油将占4成以上)。按照同样的加工率和开工率估算，2010年我国原油加工能力应达到3.5亿吨/年。,这就是说，今后6 年，我国还要新增8千万吨/年的原油加工能力；因此我们还面临着是否仍然,“,先抢时间建成新装置、扩大产量，等流程定型了，再来抓节能改造,”,的战略抉择。,二、石化工业节能的战略地位,过去十年许多炼油厂新建装置和扩产项目中，往往前期工作匆忙而浮浅，并且常常服从于领导意图及其它非经济因素的考虑，等待审批时间却拖得很长，一旦批下来后给设计和施工留下的时间又极其紧迫，这也是总体规划方案中缺乏能量综合优化统筹考虑的重要原因。,另一个原因是一些企业领导认为,“,新装置不断在建，等流程基本定型了再考虑全面节能规划,”,。,结果新建项目需要热量就建加热炉、或要蒸汽而增加锅炉，需要电就上发电机组或者变压器增容外购，较少考虑与现有系统的热集成匹配。,现有装置和系统的节能改造也一拖再拖。以至不断扩建，能耗不断增加。新装置投产几年之后再来做节能改造；经济效益的损失，是数以十亿元计的。,我们应该吸取这些教训，再不能把扩产同节能这两件并行不悖的事分割、对立起来，浪费资材、损失效益了。,三、我国石化工业存在的主要问题,（一）设计环节存在问题,（二）组织管理存在问题,（三）观念和技术问题,（一）设计环节存在问题,（,1,）在决策层方面，前期工作时间仓促，经费、人力少，内容重工艺轻能量优化，设计时间也很短；,（,2,）在炼厂方面，急于上工程，只委托设计院做装置设计，缺乏与全局节能协同优化的观念；,（,3,）在设计院方面，急于赶任务，也没有节能和优化的压力。因此可以说，本质上不是技术原因，而是体制和观念因素所致,。,（二）组织管理存在问题,迄今还没有一个厂的节能办有从扩产、基建的项目和全局规划的角度考虑节能的职能和权利。,节能不光是生产调度或任何一个单独部门的事。它是牵涉全厂所有部门，从设计、运行到控制各个层面的系统性、全局性的重要工作；应当由主要技术领导直接负责抓，并协调各个职能部门配合运作。,因此，可以说，当前我国炼油工业发展提出的以节能降耗求经济效益的挑战，强烈呼唤着相应的节能组织管理的创新。,（三）观念和技术问题,（1）传统的对能量只从数量上认识，缺乏质量概念，致使火用在转换、利用、回收过程中效率很低。,（三）观念和技术问题,（2）除无谓损耗外，设计中缺乏在损耗和投资之间权衡的意识以及技术经济优化的设计观点与技术手段，主要靠经验，难以达到设计优化。,（三）观念和技术问题,（3）由于条件的局限，设计中对能量的利用多是分散、孤立考虑的，缺乏系统的观念，也未采用能量综合优化的设计思想、观念和技术。,（三）观念和技术问题,（4）,单元操作过程和设备技术本身相对陈旧落后，设计水平相对较低。,锅炉发电机组都是六、七十年代的产品；,加热炉、塔器等设备服役时间过长；,反应工艺过程、催化剂、分离过程等设计水平落后。,（5）我国过程工业的内、外条件发生了重大变化。,内部：加工深度，能耗构成，产品格局；,外部：国家能源形势，经济全球化和加入,WTO，,技术进步，市场价格变化,四、我国石化工业的节能潜力,四、我国石化工业的节能潜力,按照认为我国原油加工能耗比国外先进水平高,15,kgEO/t,的观点，以,2000,年,2,亿,t/a,加工量计，节能的潜力是,300,万吨标油,/,年，经济效益则至少,40-50,亿元,/,年。,应当承认，我国现有炼油加工与国外先进水平还有相当差距。从炼油装置来说，除了蒸馏装置与国际先进水平差距不是太大以外，其他装置特别是催化裂化装置、延迟焦化装置，以及重整装置和润滑油装置潜力也相当大，无论跟国外的先进水平相比,还是从国内的先进落后比较来看都是如此，参见下表,四、我国石化工业的节能潜力,我国炼油厂的节能工作从七十年代末至八十年代，取得了巨大的进展；炼油能耗从,1978,年的,105.4,kgEO/t,原油左右降低到,1988,年的,69.3,kgEO/t,，,降低了,34.3%,。其中常压蒸馏装置从,28,kgEO/t,降低到了,13,kgEO/t,左右，降低了一半以上。,但在,90,年代以来，中国的炼油企业竞相抓炼油厂的扩建、深加工和加工多种原油的装置配套工作，炼油厂节能工作相对来说没有得到重视。,2001,年，在二次加工比例有所增大情况下，全国炼油能耗为,85.9,kgEO/t,，,比,1988,年增加了,24%,。,四、我国石化工业的节能潜力,国内炼油装置能耗比较,就整个炼油能耗来说，同国外先进的炼油厂相比，我国吨原油能耗大致还高1020公斤标油左右，所以不能说我们国家的炼油能耗达到了国际先进水平。,四、我国石化工业的节能潜力,单因能耗,指按照每个装置的能耗同原油蒸馏装置能耗的比例制定一个,“,能耗系数,”,，同时按照各装置的加工量占原油总加工量的比例，来计算整个炼厂的,“,能量因数,”,。,“,单因能耗,”,就是单位能量因数的炼油能耗。,在,80,年代通过评比来推动节能工作的时候,单因能耗的指标对于促进我国练厂节能起到了重要的作用。,但是，装置的,“,能耗系数,”,是应当随着若干因素的变化而及时调整的；而从,80,年代规定能耗系数指标以来，一直没有修改。此外，,“,单因能耗,”,只考虑了对装置构成因素对能耗的修正，没有考虑系统能耗的影响，所以也并不全面。因此，不宜由单因能耗的数据得出我国炼油能量利用已经很先进的结论。,四、我国石化工业的节能潜力,衡量节能的标准,节能的合理限度是技术经济优化，即看实现先进的能耗指标所付出的经济代价是否合理。,1973年前，原油每桶1美元，加热炉排烟温度400,C；,原油每桶10美元时，投资改造对流段把加热炉排烟温度降到250,o,C,合算；原油每桶20-30美元，合理的加热炉排烟温度是160,o,C,左右。,所以不能简单的认为节能工作越深入投资效益就降低。事实证明，最近几年，许多炼油厂节能项目的投资内部收益率在3050，甚至更高，远远超过新建装置投资的内部收益率。,四、我国石化工业的节能潜力,技术经济的规律,我国能源的价格与国际市场基本上接近，在某些地区的电价甚至更高，但是我们的设备的价格，特别是节能改造所需的化工设备像换热器、管道、普通机泵等的价格还远低于国外市场的价格。,此外，我国的人工费用也便宜。所以，在同样装置组成和同样的加工条件下，我国炼厂的能耗应该比国外低；因而我们付出同样多的设备和人工费用的投资所节约的能源应比国外多；这才符合技术经济的规律。说中国炼油厂节能过分是不符合经济规律的。,四、我国石化工业的节能潜力,低温热利用,目前在我国炼油厂中还有大量低温热阱尚未得到充分利用，例如发生蒸汽用的脱盐水和原水的预热，乃至除氧水的预热，还有生活、采暖用热，储罐、管线保温伴热用热。,这些热阱目前大部分还是在消耗1,MPa,蒸汽。把它们利用起来，在全厂范围作优化匹配，低温热利用是大有所为的。,四、我国石化工业的节能潜力,蒸汽动力系统,蒸汽动力系统是在,80,年代节能工作当中没有系统和完整地抓的一个炼厂节能的潜力。,普遍存在的问题是，机组小而陈旧、发电油耗和成本高、联产效率低、对汽,/,电需求变化适应性差，冬季减温减压、夏季低压汽放空现象程度不同地存在。对南、北方十余个炼厂调查表明，蒸汽动力系统的优化大约会占我国炼油厂节能的潜力的三分之一以上。,四、我国石化工业的节能潜力,综上所述，我国现有石化企业的节能潜力还是很大的。,五、我国石化工业合理用能基本原则,（一）最小外部损失原则,（二）最佳推动力原则,（三）能量优化利用原则,（一）最小外部损失原则,外部损失，即有形损失，包括：,由废气、废渣、冷却水、各种中间物或产品带走能量造成的损失；,跑，冒，滴，漏造成的损失；,保温和保冷不良造成的散热和散冷损失等。,虽然这些外部损失的能量能级不太高，但它们都是由投入系统的高级能源因过程的不可逆性转化而来的。所以在设计和生产中，应力求使排出系统而未利用的余热降低到最低的限度，做到能量的充分利用。,具体措施是：堵塞漏洞，减少余热排放，余热回收。,（一）最小外部损失原则,（1）减少跑、冒、滴、漏。跑、冒、滴、漏造成的损失，不容忽视。,例如，每小时泄漏423,K,的饱和蒸汽15，相当于每年损失标准煤,1.64,10,4,16.4,t,（2）,减少废弃物和污染物的排放量，减少可燃气体和有用气体的放空。,（3）减少散热和散冷损失等。设备、管道保温和保冷不良，由于系统和环境的热交换而造成散热和散冷损失。,（,4,）余热的回收利用。首先要调查余热的数量、质量及稳定性，看余热回收是否必要和用途，在此基础上确定余热回收的方法。,（二）最佳推动力原则,从能量利用的观点看，一切石油化工过程都是能量的传递和转化过程，都是在一定的热力学势差（如温度差、压力差、电位差、化学位差等）推动下进行。过程进行的速率与推动力成正比，没有热力学势差，就没有推动力的过程，实际上是无法实现的。由于任何热力学势差都是不可逆因素，都会导致过程的火用损失。,能量利用的中心环节是，在技术和经济条件许可的前提下，采取各种措施，寻求过程进行的最佳推动力，以提高能量的有效利用率。,（二）最佳推动力原则,（1）,按需供能，按质用能。正确使用能源是能量有效利用的首要问题，它的基本原则是按需供能，按质用能。,（,2,）能量的多次梯级利用。石油化工过程的能源，主要是高能级的电能和石化燃料。为了防止能量的无功降级，应根据用户对输入能的不同能级要求，使能源的能级逐次下降，对能量进行梯级利用，只有系统无法再使用的低温余热才加以废弃，做到能尽其用。,（3）适当减少过程的推动力,（二）最佳推动力原则,图5 自热维持,（三）能量优化利用原则,在化工生产中，原料与产品通常在常温常压下存放，而反应过程常在高温或高压下进行。因而原料、中间物与产品需反复进行升压、降压、加热、冷却、增湿和减湿。除了输入一次能源外，化工过程中还有各种二次能源如化学反应和物理变化的热效应可以利用，这就构成了复杂的用能系统：一次能源与二次能源、热量与冷量、电能、高压流体的机械能等共存的系统。因此，各种形式能量的相互匹配、综合利用，使之各尽其能就具有特别重要的意义。,（三）能量优化利用原则,例如，用燃料燃烧的热能在锅炉中产生蒸汽，蒸汽用于加热工艺物料，而工艺物料的显热或潜热，又要冷却（通常是水冷），这样不仅余热未利用，反面需要消耗冷却剂，增加能耗。如果采用热电联产，将高压蒸汽先通过蒸汽透平作功或发电，然后用背压蒸汽作为工艺蒸汽或热源加热工艺物料；生产过程中放出的热量也按能级高低回收利用，以减少外供能源，这就构成了按能量能级高低综合利用的系统，称为总能系统。该系统，能量的有形损失和不可逆损耗将大为减少，从而将会达到相当高的能量有效利用率。,六、我国石化企业能量系统优化和节 能改造的具体内容,（一）改进生产流程,（二）装置及系统的热联合,（三）低温热回收利用,（四）搞好蒸汽逐级利用,（一）改进生产流程,（,1,）装置的生产负荷率,装置能耗按其随着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。,（,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的影响，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,（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。,实现热联合受工程和生产条件约束：,一、开停工,同步的问题，应考虑相应的措施加以弥补；,二、各装置一般是独立车间，应搞好互相协调。,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，节省燃料或蒸汽。,（二）装置及系统的热联合,图6 某炼油厂常减压催化焦化装置,（三）低温热回收利用,低温热回收利用可分为两类：,（1）低温热同级利用（直接利用）,生产用低温热,生活科研用热,（2）,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。这类用热有三种形式：,热泵,制冷,发电,（四）搞好蒸汽逐级利用,开展蒸汽逐级利用的步骤为：,（1）动力锅炉根据厂区的蒸汽系统情况发生中压或高压蒸汽避免发生低压蒸汽。,（2）装置（单元）的过剩热量，应在装置换热流程优化的基础上，发生相应参数的蒸汽，并受全厂蒸汽平衡的制约，避免产用不平衡造成排空浪费现象；大中型催化裂化循环油浆发生中压蒸汽化为发生高压蒸汽可多回收功率3000,kW,左右。,（3）核准全厂总的蒸汽用量及参数，从而根据用汽量及余热发汽量安排动力锅炉的产汽量。,（4）调查可以利用蒸汽背压式透平的动力机械的功率参数、耗汽量等。,（5）制定蒸汽逐级利用方案。,（,6,）对方案进行技术经济评价和优化。,七、我国石化企业节能的基本途径,（一）结构节能,（二）管理节能,（三）技术节能,（一）结构节能,结构节能主要是指节约由于经济结构不合理所引起的能源浪费。经济结构包括：,（,1,）产业结构,调整、转型、升级,在今后的发展中，应增加省能型工业的比重，减少耗能型工业的比重。,（,2,）产品结构,产业链、深加工、高附加值,（,3,）企业结构,调整生产规模结构是节能降耗的重要途径。,（,4,）地区结构,地区结构的调整主要是指资源的优化配置，调整部分耗能型工业地区结构。,（二）管理节能,国家宏观调控；企业经营管理：,（1）,建立健全能源管理机构,（2）建立企业的能源管理制度。,（3）合理组织生产,（,4,）加强计量管理,企业能源管理体系认证,（三）技术节能,（1）,工艺节能,（,2,）化工单元操作设备节能,（,3,）化工过程系统节能,（4）控制节能,（1）,工艺节能,采用新技术，新工艺：,催化剂,（新工艺、反应条件、选择性）,化学反应工程,（减小阻力、吸放热合理利用）,分离工程,（分离方法的选择）,改进工艺方法和设备,（,干法熄焦,）,（乙烯脱甲烷塔顶，将富甲烷尾气节流阀改为膨胀机）,（,2,）化工单元操作设备节能,流体输送机械,对可变负荷的设备，采用调速控制。,换热设备,换热设备的节能方法有：加强设备保温，防止结垢，传热温差合理，强化传热；对锅炉和加热炉还有控制过量空气，提高燃烧特性，预热燃烧空气，回收烟气余热；采用高效率设备，如热管换热器等。,蒸发设备,节能措施有：预热原料，多次蒸发，热泵蒸发等。,塔设备,塔设备的节能途径有：减少回流比，预热进料，塔顶热的利用，使用串联塔，采用热泵，采用中间再沸器和中间冷凝器等。,干燥设备,控制和减少过量空气，余热回收，排气的再循环，热泵干燥等。,（,3,）化工过程系统节能,化工过程系统节能是指从系统合理用能的角度，对生产过程中与能量的转换、回收、利用等有关的整个系统所进行的节能工作。,以前的节能工作主要着眼于局部，但系统各部件之间是有着有机的联系。随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。,用一个石油化工企业的一个例子可以说明该方法的优越性：一个由乙烯厂及其下游产品构成的联合企业，如果每个分厂自选优化节能改造，需投资220万英镑，年效益为144万英镑，投资回收期18个月。而整个企业整体优化节能改造，需投资330万英镑，可得到266万英镑的年效益，投资回收期15个月。,（,3,）化工过程系统节能,目前常用的化工过程系统节能方法主要有：,热力学分析法,(,第一、第二定律分析法、熵分析法）,热经济学分析法,三环节理论,夹点技术,Linnhoff,全局能量集成（全局夹点）,数学规划法,Grassmann,顶层分析法,夹点技术与数学规划法结合的能量集成综合优化方法,（,3,）化工过程系统节能,三环节理论,（,4,）控制节能,控制节能包括两方面：,一是节能需要操作控制；,另一是通过操作控制节能。,节能需要操作控制，以加强仪表计量工作为主，做好生产现场的能量衡算和用能分析，为节能提供基本条件。特别是节能改造之后，回收利用了各种余热，物流与物流、设备与设备等之间的相互联系和相互影响加强了，使得生产操作的弹性缩小，更要求采用控制系统进行操作。,另外，搞好生产运行中的节能，必须加强操作控制。,控制节能投资小、潜力大、效果好，目前已引起中石化的足够重视。,谢谢！,2018.3.11,