合同能源管理（EPC）在寧夏石化公司4116工段尾氣回收中的應(yīng)用

吳志炯，董秀成

（1.中國石油大學(xué)（北京）工商管理學(xué)院，北京 102249；2.中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750006）

合同能源管理（EPC）在寧夏石化公司4116工段尾氣回收中的應(yīng)用

吳志炯1，2，董秀成1

（1.中國石油大學(xué)（北京）工商管理學(xué)院，北京 102249；2.中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750006）

通過合同能源管理（EPC）模式，寧夏石化公司與北京一家節(jié)能公司進(jìn)行合作，實施了化肥一廠合成氨裝置液氮洗（4116）工段尾氣回收再利用項目，達(dá)到了降耗、減排的目的。本文對合同能源管理（EPC）背景、液氮洗（4116）尾氣回收改造和尾氣回收利用效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明:以合同能源管理（EPC）模式，對寧夏石化公司合成氨裝置液氮洗（4116）尾氣進(jìn)行回收再利用，既可以降低合成氨原料氣消耗，減少二氧化碳、氮氣的排放，又能得到很好的經(jīng)濟(jì)效益。

合同能源管理；液氮洗；尾氣；回收；減排；天然氣

寧夏石化公司化肥一廠合成氨裝置，1988年建成投產(chǎn)，設(shè)計能力為日產(chǎn)合成氨1 000 t，年產(chǎn)合成氨30× 104t[1]。原設(shè)計為以渣油為原料美國德士古部分氧化法氣化專利，后因原料供給問題，改造為以天然氣為原料的部分氧化法造氣?；室粡S液氮洗（4116）工段尾氣，在實施合同能源改造回收前，通常是通過減壓閥減壓，再氫氣分離罐（4116-V61）進(jìn)行氫氣分離，最后通過回收冷量后，經(jīng)液氮洗板式換熱器回收冷量，尾氣本身溫度升到常溫后，送到鍋爐燃燒系統(tǒng)。為了減少尾氣中有效氣體為CO、CH4、H2直接燃燒造成不必要的浪費，同時達(dá)到減排的目的，公司在2010年3月25日與北京水木能環(huán)科技有限公司通過合同能源管理（EPC）模式，簽訂節(jié)能合同，對化肥一廠合成氨裝置液氮洗（4116）尾氣進(jìn)行回收再利用。本文對寧夏石化公司化肥一廠4116尾氣回收再利用合同能源管理（EPC）項目應(yīng)用研究，希望為石油化工行業(yè)減排提供借鑒參考。

1 合同能源管理（EPC）背景

20世紀(jì)70年代中期的能源危機(jī)，美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家尋求能源保障，大力開展節(jié)能工作，探索出合同能源管理（EPC）這一基于市場的節(jié)能機(jī)制，通過節(jié)能公司為用能單位提供節(jié)能服務(wù)，保證用能單位節(jié)能量，提高用能單位能源效率。合同能源管理（EPC）作為一種先進(jìn)的能源管理模式，在國外發(fā)展已近40年的歷史，但發(fā)展迅速，特別是在美國、加拿大、歐洲和日本等國家或地區(qū)，合同能源管理（EPC）已發(fā)展成為一種新興的節(jié)能產(chǎn)業(yè)[2]。1997年，國家發(fā)改委同世界銀行等開發(fā)和實施了“世界銀行/全球環(huán)境基金中國節(jié)能促進(jìn)項目”，在北京、遼寧和山東成立了示范性能源管理公司，正式將合同能源管理模式引入中國[3]。

伴隨世界能源消耗增加的同時，全球二氧化碳排放持續(xù)增加，《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》[4～9]指出，2010－2015年二氧化碳排放增速放緩，但依然逐年增加。國家節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃[10]中指出，扎實推進(jìn)《國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委等部門關(guān)于加快推行合同能源管理促進(jìn)節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見的通知》（國辦發(fā)〔2010〕25號）的貫徹落實，支持重點用能單位采用合同能源管理方式實施節(jié)能改造。

中國石油、中國石化、中海油和中化等幾大石化企業(yè)對節(jié)能非常重視，與鋼鐵、水泥和有色金屬冶煉等高耗能行業(yè)相比，石化行業(yè)實施合同能源管理方面的成功案例較少[11]。但在石油化工行業(yè)，寧夏石化公司是合同能源管理（EPC）應(yīng)用的積極探索者，自2009年4月以來，寧夏石化公司先后實施了5個合同能源管理（EPC）項目，寧夏石化公司化肥一廠4116尾氣回收再利用合同能源管理（EPC）項目，是中國首筆通過排放權(quán)交易市場達(dá)成的合同能源管理項目[12]。

圖1 液氮洗（4116）尾氣回收工藝流程示意圖

2 改造前液氮洗（4116）工段尾氣利用狀況

2.1 改造前液氮洗（4116）工段尾氣流程

寧夏石化公司化肥一廠合成氨裝置建成于1988年，設(shè)計能力為日產(chǎn)合成氨1 000 t，年產(chǎn)合成氨30× 104t。裝置包括空氣分離（4111）、氣化（4112）、碳黑水回收（4113）、一氧化碳變換（4114）、酸性氣體脫除（4115）、液氮洗（4116）、氨合成（4117）、氨冷凍及儲存（4118）等八個主要工段。目前天然氣部分氧化法造氣是采用美國德士古的專利，空氣分離、低溫甲醇洗及液氮洗均采用德國林德公司專利，氨合成塔采用托普索專利[1]。

液氮洗（4116）工段洗滌塔4116-C1塔底部排出的CO餾分，溫度-192.4℃，壓力7.45 MPaG，流量為7 412（標(biāo)）m3/h，通過LICA-2控制減壓到2.1 MPaG，進(jìn)入4116-V61（氫氣分離罐）進(jìn)行氫氣分離，從4116-V61罐底出來的CO餾分通過TIC-19閥再減壓到0.25 MPaG，節(jié)流后產(chǎn)生的冷量在4116-E3-C、4116-E3-A.B和4116-E4-A.B換熱器中加以回收，尾氣本身升到常溫后送入鍋爐燃料系統(tǒng)（改造前尾氣去向見圖1黑線部分）。

2.2 液氮洗（4116）尾氣應(yīng)用情況

正常設(shè)計合成氨100%負(fù)荷生產(chǎn)，液氮洗（4116）尾氣經(jīng)液氮洗板式換熱器回收冷量后，流量為7 412m3/h，尾氣中主要有一氧化碳、甲烷、氫氣、氮氣和氬氣（取樣分析尾氣體積含量見表1），其中有效氣體為CO、CH4、H2。正常情況下，尾氣全部或部分送往鍋爐系統(tǒng)助燃，或直接送到火炬燃燒。對于合成氨裝置來講，有效氣體中的CH4、H2可作為合成氨的原料氣；CO、CH4燃燒會增加CO2的排放；另外，非燃燒氣N2也可作為合成氨的原料。所以，未經(jīng)回收利用的液氮洗（4116）尾氣送鍋爐或火炬系統(tǒng)燃燒，不僅造成合成氨原料氣體浪費，且對環(huán)境造成一定污染。

表1 液氮洗（4116）尾氣組成表

3 液氮洗（4116）尾氣回收再利用改造

3.1 合同能源管理（EPC）項目合同簽訂與實施

為了減少化肥一廠合成氨裝置液氮洗（4116）工段尾氣直接燃燒造成有效氣體的浪費，降低對環(huán)境造成的污染。寧夏石化公司與北京水木能環(huán)科技有限公司多次交流，在確保對方技術(shù)可靠、方案可行、節(jié)能量可計量、項目不會對生產(chǎn)構(gòu)成威脅的前提下，于2010年3月25日，通過合同能源管理（EPC）方式，與北京水木能環(huán)科技有限公司（乙方）、天津排放權(quán)交易所有限公司（丙方）共同簽訂了《化肥工藝尾氣增壓回收再利用技術(shù)服務(wù)合同》，項目由乙方總投資2 300萬元，由丙方對甲乙雙方進(jìn)行合同的簽訂協(xié)調(diào)等事宜[7]。項目包括一臺進(jìn)口壓縮機(jī)、相關(guān)的管線、儀表等。

該項目于2010年10月具備施工條件開始施工，2011年5月18日具備初步試車條件，并開始進(jìn)行調(diào)試工作。2011年7月29日啟動運行加負(fù)荷至100%運行，期間安排連續(xù)運行一個多月，各項參數(shù)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，后期出現(xiàn)了壓縮機(jī)振動、系統(tǒng)超壓（剛投用，隨尾氣帶入惰氣多，造成系統(tǒng)壓力波動）等一些影響項目正常運行的問題。2011年10月停運進(jìn)行整改，2012年5月相關(guān)問題整改后，項目投入正常運行。

3.2 改造后液氮洗（4116）尾氣回收利用流程

來自化肥一廠合成氨液氮洗（4116）板式換熱器（4116-E4）熱端送出的壓力0.3 MPa，溫度30℃的尾氣，進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)（4116-K2）一段缸，先后進(jìn)行三段壓縮冷卻。三段出口冷卻器的壓力為3.8 MPa，溫度42℃的壓縮氣體，進(jìn)入4116-K2尾氣緩沖罐，由緩沖罐出口壓力調(diào)節(jié)閥4116-PICA20a控制緩沖罐壓力在3.5 MPa～3.8 MPa，由該調(diào)節(jié)閥將尾氣送入氣化工段（4112）天然氣總管，進(jìn)入天然氣壓縮機(jī)（4112-K1/K2）入口，經(jīng)天然氣壓縮機(jī)加壓后，作為氣化爐原料氣（改造后流程見圖1紅線部分）。

3.3 改造后液氮洗（4116）尾氣回收利用情況

根據(jù)寧夏石化公司生產(chǎn)實際，按照雙方約定，改造后正常情況液氮洗（4116）尾氣回收利用量為5 000 m3/h?；厥瘴矚庵械腃H4、CO、H2進(jìn)入合成氨氣化工段進(jìn)行非催化部分氧化反應(yīng)，最終成為合成氨原料氣；回收尾氣中未參與非催化部分氧化反應(yīng)的惰性氣體N2亦可作為合成氨原料氣。液氮洗（4116）尾氣回收再利用系統(tǒng)異常或多余未回收利用尾氣，可通過改造前后管線調(diào)整進(jìn)入鍋爐或火炬系統(tǒng)燃燒。

4 液氮洗（4116）尾氣回收再利用效果

從2011年9月投運初期的數(shù)據(jù)來看，合成氨裝置98%生產(chǎn)負(fù)荷條件下，液氮洗（4116）尾氣回收并入系統(tǒng)5 200 m3/h，噸合成氨天然氣消耗合計降低36.11 m3/t.NH3，同等負(fù)荷投入尾氣前后天然氣消耗對比（見表2）。

表2 98%負(fù)荷條件下尾氣回收對比表

2015年1月，尾氣壓縮機(jī)4116-K2停機(jī)維保，通過同等裝置負(fù)荷條件下尾氣投用前后對比，95%負(fù)荷條件下并入系統(tǒng)尾氣4 500 m3/h，噸合成氨天然氣消耗合計降低28.78 m3/t.NH3，同等負(fù)荷投入尾氣前后天然氣消耗對比（見表3）。

表3 95%負(fù)荷條件下尾氣回收對比表

通過分析，化肥一廠合成氨裝置負(fù)荷在保持氧氣流量恒定條件下，液氮洗（4116）尾氣經(jīng)過尾氣壓縮機(jī)（4116-K2）增壓，進(jìn)入合成氨氣化爐參與非催化部分氧化反應(yīng)，由于尾氣中的CH4、CO氧化生成部分H2和CO2，進(jìn)而體現(xiàn)出單耗下降、CO2產(chǎn)量增加。經(jīng)過核算，通過合同能源管理（EPC）模式約定，正常情況下，向化肥一廠合成氨裝置并入流量5 000 m3/h，天然氣單耗下降約為35 m3/t.NH3，回收N2近2 000 m3/h（N2、H2為合成氨原料氣），減少二氧化碳排放600 m3/h左右（CO2為合成尿素原料氣）。

通過合同能源管理（EPC）模式實現(xiàn)液氮洗（4116）尾氣回收再利用。一方面，可以降低噸合成氨天然氣單耗，減少了尾氣直接燃燒形成CO2排放和回收惰性氣體N2排放造成原料氣浪費。另一方面，按照98%負(fù)荷計算每日可節(jié)省原料天然氣940 t×35 m3=32 900 m3，節(jié)省天然氣費用為32 900立方米/天×1.55元/立方米= 5.099 5萬元/天，每月可節(jié)約天然氣費用達(dá)150萬元以上，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。截至2016年9月1日，經(jīng)合作雙方共同確認(rèn)，累計回收尾氣為71 054 510 m3。

5 結(jié)語

寧夏石化公司與節(jié)能服務(wù)公司合作，并由節(jié)能服務(wù)公司投資，以合同能源管理（EPC）模式，對寧夏石化公司化肥一廠合成氨裝置液氮洗（4116）尾氣，進(jìn)行回收再利用，減少了尾氣直接燃燒形成CO2排放，回收惰性氣體N2排放造成合成氨原料氣浪費，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。國家積極倡導(dǎo)節(jié)能減排，中國石油投資壓力日益加大的情況下，寧夏石化公司以合同能源管理（EPC）模式，實施了化肥一廠合成氨裝置液氮洗（4116）尾氣回收再利用項目，該項目的創(chuàng)新實踐，為石油化工企業(yè)節(jié)能減排提供了很好的借鑒。

［1］寧夏石化公司.化肥一廠合成氨裝置操作規(guī)程［G］.2016-01.

［2］高青松，彭丹.合同能源管理研究進(jìn)展及評述［J］.環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2015，（1）:4-10.

［3］王樹茂.合同能源管理在我國的發(fā)展及存在的問題［J］.中國能源，2008，30（2）:21-23.

［4］BP世界能源統(tǒng)計年鑒（2010）［EB/OL］.http://wenku.baidu. com/view/c14e9574581b6bd97e19ea27.html，2011-06.

［5］BP世界能源統(tǒng)計年鑒（2011）［EB/OL］.http://wenku.baidu. com/view/23808e2abcd126fff7050b12.html，2012-06.

［6］BP世界能源統(tǒng)計年鑒（2012）［EB/OL］.http://wenku.baidu. com/view/8795226cf46527d3240ce096.html，2013-06.

［7］BP世界能源統(tǒng)計年鑒（2013）［EB/OL］.http://wenku.baidu. com/view/fe61103df7ec4afe05a1df12.html，2014-06.

［8］BP世界能源統(tǒng)計年鑒（2014）［EB/OL］.http://wenku.baidu. com/view/b3027799fc4ffe473368abf5.html，2015-06.

［9］BP世界能源統(tǒng)計年鑒（2015）［EB/OL］.http://wenku.baidu. com/view/a5c5bcea844769eae009edf8.html,2016-06.

［10］中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃的建議［EB/OL］.http://www.china.com.cn/policy/txt/ 2010-10/28/content_21216295_5.htm.

［11］董志勇，邢定峰，王明勇.石油化工行業(yè)合同能源管理模式研究［J］.能源與節(jié)能，2013，89（2）:10-20.

［12］陳慶濱.首筆基于交易所平臺能源管理項目［N/OL］.http:// news.sina.com.cn/o/2010-01-12/134119451869.shtml.

長慶六大“氣虎”氣勢非凡

截至4月4日，長慶油田今年年初至今生產(chǎn)天然氣突破百億立方米，達(dá)到102.813 7億立方米，占中國石油同期生產(chǎn)天然氣總量的35.88%。

作為目前我國最大的天然氣生產(chǎn)基地，長慶油田已成功開采靖邊、榆林、蘇里格、子洲、米脂、神木六大氣田。目前承擔(dān)著向北京、天津、西安、銀川、呼和浩特等40多個大中城市供氣任務(wù)，惠及民眾5億多人。

去年四季度以來，長慶油田在全面落實氣田冬防保溫、隱患排查、保供方案編制等生產(chǎn)保障措施的同時，針對老氣田集輸及生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，提前安排15座凈化（處理）廠、300座集氣站檢修、管道清管和冬防保溫工作，為新年安全平穩(wěn)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

（摘自中國石油新聞中心2017-04-11）

Energy performance contracting applied in the tail gas recycling of 4116 unit of Ningxia petrochemical company

WU Zhijiong1，2，Dong Xiucheng1
（1.College of Business Administration，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.PetroChina Ningxia Petrochemical Company，Yinchuan Ningxia 750006，China）

Through energy performance contracting mode,Ningxia petrochemical company cooperated with an energy service company in Beijing,implemented tail gas recycling project of the liquid nitrogen washing（4116）unit of the synthetic ammonia plant in Ningxia petrochemical company,to save raw gas and reduce emissions.In this paper,the background of energy performance contracting（EPC）,the transformation and effect of tail gas recycling were studied.The results showed the tail gas of the liquid nitrogen washing（4116）unit of the synthetic ammonia plant in Ningxia petrochemical company was recycled by energy performance contracting model,which can save the raw gas of synthetic ammonia,reduce carbon dioxide and nitrogen emissions,and can obtain good economic benefit.

energy performance contracting；liquid nitrogen washing；tail gas；recycling；emission reduction；nature gas

TE992.1

A

1673-5285（2017）04-0141-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.035

2017－03-03

吳志炯（1969-），中國石油大學(xué)（北京）工商管理學(xué)院博士研究生，研究方向為戰(zhàn)略與管理創(chuàng)新，中國石油寧夏石化公司高級工程師，企管法規(guī)處負(fù)責(zé)人，郵箱:zhjwu@petrochina.com.cn。