我国“十二五”期间石化行业节能技术方向
本文介绍了石油和化工行业“十二五”节能的主要措施，分析了技术节能在实现节能目标中的作用，重点介绍了适合石油和化工企业“十二五”期间推广的先进节能技术。
节能，技术改造，石油和化工，节能目标
1前言
石油和化学工业是能源工业和基本原材料工业，是生产农用化学品、有机和无机基本原料、合成材料、精细与专用化学品等多类产品的重要行业，为国民经济各部门提供能源和基础原材料及配套产品，在经济建设、国防事业和人民生活中发挥着极其重要的作用。
石油和化工行业同时又是高耗能行业，2009年石油和化学工业的终端消耗能源消费量达46387.50万tce。其中：化学原料及化学制品制造业能源消费量为28612.85万tce；石油天然气开采业能源消费量为3676.21万tce；石油加工、炼焦及核燃料加工业能源消费量为12753.72万tce；橡胶制品业能源消费量为1344.72万tce。石油和化工行业能源消费量占全国总量的15.12%，占工业能源消费量的22.59%。
根据国家确定的“十二五”节能减排约束性指标，石油和化学工业的节能任务非常艰巨。
2石油和化工行业节能主要措施
石油和化工行业节能的主要措施包括结构节能、管理节能、技术节能三个方面，在不同的发展阶段，企业应采取的方法措施不同。
2.1结构节能
结构节能包括产品结构调整和能源结构调整两个方面。高能耗、低增加值的产品在化工产品中所占的比重较大。产品生产过程投入原料、燃料很多，工业增加值较低，这样的产业结构是造成全行业单位工业增加值的能源消费量大的重要原因之一。精细化工产品、新型化工产品的单位产品能耗很低，但附加值高，在当今低碳发展时代，企业应不断调整产品结构，发展高附加值的新型产品，以降低全行业的能源消耗量。
由于不同能源的利用效率有很大差别，如天然气的利用效率比煤炭的利用效率高很多，所以进行能源结构调整，选用清洁能源可降低产品能耗量。但我国的国情决定，不可能将天然气、石油等作为主要能源，所以，在能源消费结构调整方面节能空间不大。
2.2管理节能
加强能源管理是企业投入少、收益大的节能措施。目前，石油和化王企业的能源管理水平比较粗放，与精细化管理还有很大差距，仍有一定的节能潜力。可采取的主要措施有：加强节能宣传，提高全员节能意识；设立节能岗位，配备专职能源管理人员；完善企业能源管理制度并严格执行；进一步提高能源计量仪表的配备率；加强能源计量统计，定期进行能源消耗水平的分析。
2.3技术节能
技术节能主要体现在工艺技术、装备上的重大变化，包括技术改造、淘汰落后设备和节能新技术的应用。
进入21世纪以来，石油和化学工业领域技术进步较快，主要产品能耗持续下降，与国际先进水平的差距缩小。加快技术进步，大力推广节能先进技术，降低单位产品能耗，是当前和今后相当长时期内节能的主攻方向，也是石油和化工企业能否实现“十二五”节能目标的关键。
3工艺节能技术
工艺节能技术是指通过生产工艺的创新和改进，达到节能效果的一种节能模式。由于生产工艺确定后，各项操作参数、对能源品质的要求也将相应确定，因此，工艺路线是各项节能措施实施的基础，同时，工艺节能也是潜力最大的节能措施。根据专家甄选结果，“十二五”期间，石油和化工企业应重点选用以下节能技术。
（1）炼油厂含氢尾气膜法回收技术
膜分离的基本原理就是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。推动力（膜两侧相应组分的分压差）、膜面积及膜的分离选择性，构成了膜分离的三要素。
（2）乙烯裂解炉扭曲片管强化传热技术
乙烯裂解炉扭曲片管强化传热技术是将扭曲片管加在裂解炉辐射段炉管上的一种管内带有扭曲片管的精密整铸管，它可以强迫裂解炉管内的流体从原来的柱塞流改变成旋转流，对裂解炉炉管管壁有强烈的横向冲刷作用，从而减薄炉管内的边界滞留层，减缓辐射段炉管内壁的结焦趋势，达到强化传热、延长裂解炉运转周期的目的。
（3）JX节能型尿素生产技术
该技术是在吸纳国内外尿素生产技术的基础上，集成创新出的一种全新的水溶液全循环尿素生产技术。该技术在国际同类型尿素生产工艺中处于领先水平，具有能耗低、干净环保等明显特性，吨尿素单耗为：氨570kg、蒸汽905kg、循环水77m3、电125kWh。该技术的创新点有：开发液相逆流换热式尿素合成塔，构成关键物料合成路径，提高合成转化率；发明了一种尿素中压接纳塔；开发一种二次加热——降膜逆流换热的尿素中压合成工艺；开发一种低水碳比——三段接纳——蒸发式空冷的尿素生产中压工艺。
（4）膜极距复极式离子膜电解槽
膜极距复极式离子膜电解槽对阴极电极结构进行了创新。阴极电极设计为具有弹性的电极结构，柔性阴极网采用镍丝编织网，整台电解槽组装后，柔性阴极网与弹性电极结构在外力作用下，阴极电极表面与阳极电极表面的距离只有离子膜的厚度，这样就使得阴、阳电极间的极间距达到最小，由现有电极极间距的2-5mm缩小到几乎为0，有效地降低了电极间的极间距阻抗，从而达到降低电解电耗的目的。
（5）氯化氢合成余热利用技术
本技术中，副产中压蒸汽合成炉在高温区段，使用钢制水冷壁炉筒；在合成段顶部和底部钢材容易受腐蚀的区段，采用石墨材料制作。采用这种方法既克服了石墨炉筒强度低和使用温度受限制的缺点，又克服了合成段的顶部和底部容易腐蚀的缺点，从而使氯化氢合成的热能利用率提高到70%，副产蒸汽压力可在0.2-1.4MPa间任意调节，可并入中、低压蒸汽网使用，使热能得到充分利用。
（6）联碱不冷碳化技术
联碱不冷碳化技术，取消了传统碳化塔生产过程中必须使用的冷却水箱，实现不冷碳化，适用于联碱法制碱工程项目中的碳化工序。
采用不冷碳化技术可显著节省煅烧蒸汽消耗。同时，该技术的核心设备不冷碳化塔内部没有任何形式的冷却器，根除了结疤最严重的部位，塔内构件少而简单，塔内容易造成结晶堆积的死角少，延长了碳化塔作业周期，大幅度降低了洗塔次数，从而大幅度降低污水排放量。
（7）电石炉、黄磷炉尾气净化提纯生产甲酸钠技术
黄磷是重要的化工原料，生产过程产生的尾气中含有85%-90%的CO，目前，国内多数企业在处理尾气时是直接通过火炬燃烧放空，既浪费能源又造成了环境污染。
该技术是先将黄磷炉尾气进行净化，再用压缩机压缩CO气体进入合成反应器，与烧碱溶液合成甲酸钠。
净化工序中，从沉淀池中起获的炭泥和干法脱尘得到的粉尘混合后，送入燃煤锅炉燃烧，不存在固体废弃物的环境污染。
（8）炭黑生产过程余热利用和尾气发电（供热）技术
炭黑生成反应后的烟气温度约1050℃，而炭黑收集滤袋的可承受温度约为280℃，烟气余热利用的空间较大。原有炭黑生产过程采用650℃空气预热器，回收750-530℃区间烟气余热以加热助燃空气，而1050-750℃和530-350℃温度区间则采用喷水降温，不仅余热末得到充分利用，而且浪费了大量宝贵的水资源，同时加大了后部设备负荷及酸雾腐蚀，降低了炭黑尾气热值，不利于其综合利用。
该技术采用850℃空气预热器回收高温烟气余热，回收烟气温度区间为950-630℃。因空气预热器烟气出口温度较高，同时配套余热锅炉回收中温烟气余热，回收烟气温度区间为600-350℃，可使有效余热利用率从33.8%提高到87.6%。提高助燃空气温度可减少燃料消耗，提高装置产能，增设余热锅炉所产蒸汽可满足炭黑装置用汽需求，减少燃煤消耗。
4热力节能技术
热力系统的节能技术很多，很多技术已被企业接受并在企业中成功应用，本文仅介绍几种与石油和化工企业紧密相关，且推广潜力较大的节能技术。
（1）蒸汽蓄热器
蒸汽蓄热器是一种新型节能产品，是以水为载热体间接储蓄蒸汽的压力容器，适用于汽负荷波动较大而要求压力较稳定的单位。工业锅炉在低负荷、超负荷或是负荷急剧变化的工况下运行，都会大幅降低热效率，而锅炉只有在额定蒸发量的工况附近稳定运行时效率才能达到最高。采用蓄热器是保证锅炉稳定运行、增大锅炉供汽能力、节省固定投资、节省锅炉燃料消耗的最佳方法之一。
（2）纳米陶瓷多空微粒绝热节能材料涂层技术
该技术采用纳米级的多空陶瓷微粒为主要原料，具有低导热系数（k=0.0159）及高辐射率（88%）、高反射率（97%）等特点。将该产品喷涂到设备表面，使设备表面热辐射及红外温度迅速反射及辐射掉，不会或减低形成温度场。其关键技术是纳米陶瓷多空微粒绝热技术、附加复合防腐性能设计、水性环保涂料工艺、超长耐老化及使用年限、具有耐高温性能及防静电设计等。
（3）液化天然气（LNG）冷能空分技术
LNG是一种优质能源，具有热值高、洁净、燃烧污染小等特点，并含有大量高品位低温冷量（LNG站高压泵后的LNG温度一般在-150℃左右）。在LNG使用过程中，必须耗费大量的热能、电能使其转化为常温天然气。
通常的做法是以海水作为热源将LNG中潜在的冷能吸收后返流入海中。按返回的海水温度降低5℃计算，则汽化300万tLNG一年约需1.2亿1223的海水吸收冷能。如果利用其冷能建设2套3万m3/h的空分装置，则可年产气氧28.6万t，气氮2万t，液氧6.86万t，液氮10万t，液氩1.25万t，实现产值2亿多元。
5电气节能技术
近年开发成功了不少电气节能技术，有很多技术已在企业得到推广应用。笔者认为以下节能技术受石油和化工企业重视不够，节能潜力远没有充分发挥出来。
（1）动态谐波抑制及无功补偿综合节能技术
低压配电网普遍存在功率因数低的问题，而电容器无法对动态无功功率进行补偿，造成电网损耗量大。
该技术检测采用FBD法，控制算法为无差拍电流控制，针对负载需要进行单补无功功率、抑制全部谐波、补偿无功和抑制谐波、抑制某些次谐波、补偿三相不平衡。实时检测电网无功和谐波电流，并输出反向电流以抵消无功和谐波电流。
（2）复式三维永磁电机抽油机
复式三维永磁电机抽油机采用直接驱动技术，它的设计完全改变了传统驱动系统的间接驱动方式，所以节电效果明显。所谓间接驱动，就是电机输出的动力需要通过皮带轮、齿轮箱或连杆、或链条、或钢丝绳等部件构成的中间转换传动机构才能达到工作目的。所以，许多能量在整个系统复杂的转换中被消耗。直接驱动技术以其结构简单、体小量轻、高效节能的明显优势近年来得以快速发展。
（3）矿热炉、电弧炉节电专家系统
该技术在分析设备实际生产经验数据基础上，采用计算机技术精确测定电极和溶头位置，自动调控电极的升降，保证生产工艺连续稳定；另一方面，由计算机调整加料方法，改变电极插入深度，通过干烧及补充辅料等措施保持料面的设定温度，从而达到控制操作电阻的目的。通过控制电极的端部放电间隙和操作电阻，以取得矿热炉高效稳定运行，达到节能高产的目的。
6其他节能技术
企业能源管理中心技术和功热电联产节能技术在“十二五”期间有大范围推广的潜力。
（1）能源管理中心技术
能源管理中心是采用现代计算机技术、网络通信技术和分布控制技术，实现能源系统的实时监视、控制、调整，具有故障分析诊断、能源平衡预测、系统运行优化、高速数据采集处理及归档等功能，提高能源管理水平；及时发现能源系统故障，加快故障处理速度，使能源系统更安全；使能源系统的运行监视、操作控制、数据查询、信息管理实现图形化，直观化和定量化。
（2）功热电联产节能技术
目前我国大部分氮肥企业的能源消耗水平要比国外同类企业高30%以上。其中，氮肥生产过程中大量的高中压蒸汽在生产过程中压力能的浪费更是触目惊心。
当前氮肥厂蒸汽压力能浪费最大的体现在以下几个方面：一是部分没有发电设备的企业，其各种锅炉产生的3.8MPa的蒸汽直接降至1.3MPa供尿素生产使用所造成的浪费；二是一些生产甲醇的企业，将3.8MPa的蒸汽或1.3MPa的蒸汽直接降至0.6MPa左右供甲醇生产使用所造成的浪费；三是多数企业，将1.3MPa的蒸汽或0.4MPa左右的蒸汽直接降至0.1MPa以下供造气使用所造成的浪费。
据测算：30t/h左右3.8MPa的蒸汽通过热功转换降至1.3MPa具有1000kW以上的节电能力；30t/h左右1.3MPa的蒸汽通过热功转换降至0.6MPa具有900kW以上的节电能力；30t/h左右0.6MPa的蒸汽通过热功转换降至0.1MPa以下具有1150kW以的节电能力。
考虑到目前小型发电项目审批难、投资大的现实，“功热电联产”节能技术采用“功热电联产”汽动装置直接拖动化肥企业的各种动力设备并同时拖动异步电动机，实现既节电又发电，节能效果非常显著，并且投资很小，一般3-5个月便可回收全部投资。
