合同能源管理在裂解汽油加氫裝置節(jié)能改造中的應(yīng)用

楊帆

（中石化節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100013）

中國石化齊魯分公司烯烴廠第二裂解汽油加氫裝置建于1997年，采用國產(chǎn)化技術(shù)，裝置運(yùn)行能耗66.34 kgEO/t原料，比同類裝置平均能耗45 kgEO/t原料高出近22 kgEO/噸原料。針對這種情況，烯烴廠采用合同能源管理模式，使用成熟的裂解汽油加氫國產(chǎn)化工藝技術(shù)，對該裝置進(jìn)行了節(jié)能改造。

1 合同能源管理概述

根據(jù)《合同能源管理技術(shù)通則》（GB/T24915—2010），合同能源管理（Energy Performance Contracting，EPC）是指節(jié)能服務(wù)公司與用能單位以契約形式約定節(jié)能項(xiàng)目的節(jié)能目標(biāo)，節(jié)能服務(wù)公司為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)向用能單位提供必要的服務(wù)，用能單位以節(jié)能效益支付節(jié)能服務(wù)公司的投入及其合理利潤的節(jié)能服務(wù)機(jī)制。合同能源管理的業(yè)務(wù)運(yùn)行方式主要有節(jié)能效益分享型、節(jié)能量保證型、能源費(fèi)用托管型等。

采用合同能源管理進(jìn)行節(jié)能改造，用能企業(yè)在零投入、零風(fēng)險的情況下享受節(jié)能項(xiàng)目的高回報，節(jié)能公司承擔(dān)技術(shù)風(fēng)險、資金風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險和安全風(fēng)險。合同期結(jié)束后，資產(chǎn)由節(jié)能公司無償轉(zhuǎn)讓給用能企業(yè)，用能企業(yè)則能繼續(xù)享受項(xiàng)目帶來的節(jié)能收益。

2 裂解汽油加氫裝置節(jié)能改造

2.1 裂解汽油加氫裝置概況

齊魯分公司烯烴廠第二裂解汽油加氫裝置受當(dāng)時國產(chǎn)化技術(shù)水平和裝備制造水平限制，存在以下問題：加熱爐排煙溫度過高，達(dá)到400℃以上，熱效率較低；兩臺二段加熱爐給二段反應(yīng)器進(jìn)行加熱，換熱流程復(fù)雜，燃料消耗較高，熱量回收效果差；脫戊烷塔回流量大，BTX塔運(yùn)行欠穩(wěn)定等。同時隨著乙烯原料輕質(zhì)化，裂解汽油產(chǎn)量下降，裝置負(fù)荷降低，裝置能耗進(jìn)一步上升。

2.2 裂解汽油加氫裝置改造情況

節(jié)能項(xiàng)目的改造內(nèi)容主要包括：對脫戊烷塔和H2S氣提塔進(jìn)行整塔更換。BTX塔保留塔殼體，更換塔內(nèi)件。BTX塔塔釜再沸器由強(qiáng)制循環(huán)更換為熱虹吸式再沸器，以中壓蒸汽為熱源。塔釜循環(huán)泵拆除，新增了塔釜外送泵，更換了塔釜產(chǎn)品冷卻器。同時新增了BTX塔的抽真空系統(tǒng)。對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化。將H2S氣提塔的塔釜加氫汽油與脫戊烷塔的進(jìn)料進(jìn)行換熱。新增了二段反應(yīng)器的進(jìn)料加熱器。對二段加熱爐進(jìn)行了改造，停用了一臺加熱爐，剩余一臺加熱爐僅用于補(bǔ)充熱源。改造后的換熱網(wǎng)絡(luò)充分利用了工藝物料熱量，使熱回收率得到提高。改造后裂解汽油加氫裝置工藝流程見圖1。

圖1 改造后裂解汽油加氫裝置工藝流程（圖中云線部分為節(jié)能改造涉及設(shè)備）

3 裝置改造前、后用能狀況

改造充分考慮能量合理利用、蒸汽分級使用、改進(jìn)換熱流程、反應(yīng)器進(jìn)出料換熱采用高效換熱器、改進(jìn)并優(yōu)化分餾塔設(shè)計(jì)，上述多項(xiàng)節(jié)能措施的使用，改變了該裝置之前換熱流程復(fù)雜、能耗高的狀態(tài)，采用ST技術(shù)（中國石化專有技術(shù)），簡化流程、操作穩(wěn)定，改造后能耗和物耗均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

改造后，經(jīng)標(biāo)定后測算該裝置的綜合能耗由2 557 MJ/t原料降低至1 631 MJ/t原料，能耗降低36%，節(jié)能效果顯著。

4 項(xiàng)目節(jié)能量分析

改造前后能耗基準(zhǔn)核實(shí)情況見表1。改造后，第二裂解汽油加氫裝置在加工量100%負(fù)荷下，原料能耗為1 631 MJ/t，比改造前能耗降低926 MJ/t，其中中壓蒸汽、鍋爐給水、低壓蒸汽以及凝液的輸出占該裝置總能耗的84%，其主要用戶為脫戊烷塔、H2S汽提塔和BTX塔的循環(huán)氫壓縮機(jī)和再沸器；燃料氣的消耗占裝置總能耗的4.5%；用電量和循環(huán)水，分別占總能耗的3.4%和6.4%。

1）中壓蒸汽、鍋爐給水（除氧水）、低壓蒸汽及凝液輸出。

表1 改造前后能耗基準(zhǔn)核實(shí)情況

中壓蒸汽用于再沸器加熱和驅(qū)動循環(huán)氫壓縮機(jī)透平做功，其中壓縮機(jī)消耗中壓蒸汽并對外輸出低壓蒸汽；脫戊烷塔、BTX塔、H2S氣提塔等三個塔的再沸器消耗飽和中壓蒸汽，鍋爐給水用于將過熱蒸汽脫過熱為飽和蒸汽，該股中壓蒸汽用后輸出凝液。

蒸汽及凝結(jié)水的能耗為1 374.9 MJ/t，改造前這部分的能耗為2 001.8 MJ/t，降低幅度為31%。主要原因是：

①脫戊烷塔整塔和BTX塔內(nèi)件更換后，提高了塔的分離效率，降低了回流比，節(jié)省了蒸汽用量。

②原料預(yù)熱器的投用，整個系統(tǒng)工藝物料的熱量得到充分地回收，塔進(jìn)料溫度提高，最終降低了脫戊烷塔和H2S汽提塔的蒸汽用量。

2）燃料氣

燃料氣能耗從改造前的691.9 MJ/t下降到改造后的73.6 MJ/t，降低了89.3%。主要是對二段反應(yīng)系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)流程進(jìn)行了優(yōu)化，拆除了1臺加熱爐和4臺換熱器，簡化了換熱流程同時明顯提高了反應(yīng)熱的回收效率，大大減少了燃料氣的消耗。

3）循環(huán)水

循環(huán)水能耗從改造前的176 MJ/t下降為改造后的104.2 MJ/t，降低幅度為40.7%。主要原因是：

①改造后裝置的二段進(jìn)出料換熱器的熱回收效率提高，同時二段氣液分離采用熱高分技術(shù)，換熱器熱負(fù)荷減小。

②更換了脫戊烷塔和BTX塔的塔內(nèi)件，提高了分離效率，降低了回流比，塔頂冷凝器的循環(huán)水用量大大降低。

4）電耗

裝置電耗從改造前的110.4 MJ/t下降到改造后的55.6 MJ/t，降幅達(dá)到49%。主要是因?yàn)锽TX塔釜循環(huán)泵GA-604拆除、二段進(jìn)料泵進(jìn)行了更換。

5）其他

氮?dú)狻⒐I(yè)風(fēng)等用量較小，對綜合能耗影響不大，改造前后用量基本沒有變化。

5 合同能源管理的應(yīng)用分析

5.1 合同能源管理項(xiàng)目實(shí)施

該項(xiàng)目改造采用節(jié)能效益分享型的合同能源管理模式，烯烴廠與節(jié)能公司于2014年簽署合同能源管理合同，由節(jié)能公司負(fù)責(zé)全部投資。項(xiàng)目建設(shè)完成后，節(jié)能公司與烯烴廠按四種主要耗能工質(zhì)——燃料氣、電、1.5 MPa蒸汽和循環(huán)水——共同確定節(jié)能量，按照合同約定比例，即節(jié)能公司和烯烴廠按85∶15的比例，分享節(jié)能效益。

該項(xiàng)目于2014年11月開始施工，2015年1月裝置一次開車成功，產(chǎn)出合格產(chǎn)品。2015年4月，對裝置的設(shè)備處理能力、生產(chǎn)操作狀況和產(chǎn)品質(zhì)量情況以及耗能情況進(jìn)行了標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果顯示，裝置的處理量、產(chǎn)品收率和能耗均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，裝置綜合能耗由2 557 MJ/t原料降低至1 631 MJ/t原料，能耗降低36%，節(jié)能效果顯著。項(xiàng)目通過烯烴廠驗(yàn)收后，節(jié)能公司于2015年7月正式開始分享節(jié)能效益。

5.2 合同能源管理項(xiàng)目節(jié)能量計(jì)算

按照節(jié)能公司和烯烴廠共同確定的某第三方標(biāo)定機(jī)構(gòu)出具的《項(xiàng)目現(xiàn)場審核報告》，項(xiàng)目節(jié)能量計(jì)算依據(jù)《節(jié)能項(xiàng)目節(jié)能量審核指南》的產(chǎn)品單耗法，計(jì)算公式如下：

節(jié)能量=（技改前產(chǎn)品單耗－技改后產(chǎn)品單耗）×技改前產(chǎn)品產(chǎn)量

項(xiàng)目節(jié)約的能源包括燃料氣、電、1.5 MPa蒸汽和循環(huán)水。選用2012年單耗作為技改前產(chǎn)品單耗，2015年7月至2016年6月單耗作為技改后產(chǎn)品單耗，2012年粗裂解汽油量作為技改前產(chǎn)品產(chǎn)量計(jì)算該項(xiàng)目節(jié)能量。經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目年節(jié)約燃料氣2 767.94 t、電230 293.91 kW·h、1.5 MPa蒸汽32 906.56 t、循環(huán)水3 431 386.73 t，年節(jié)能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤7 624.34 tce，詳見表2。

表2 改造后裝置節(jié)能情況

5.3 合同能源管理項(xiàng)目節(jié)能效益計(jì)算

根據(jù)節(jié)能公司和烯烴廠簽訂的合同能源管理項(xiàng)目合同的約定，以2012年單耗作為技改前噸原料耗能工質(zhì)單耗，該項(xiàng)目每月節(jié)能效益的計(jì)算方法如下：

節(jié)能效益（元）=（技改前噸原料耗能工質(zhì)單耗－技改后噸原料耗能工質(zhì)單耗）×技改后粗裂解汽油月進(jìn)料量×耗能工質(zhì)價格

其中：耗能工質(zhì)單耗=耗能工質(zhì)月消耗量/粗裂解汽油月進(jìn)料量

以某月實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，該月粗裂解汽油進(jìn)料量為20 200.7 t，燃料氣消耗量22 t，1.5 MPa蒸汽消耗量17 800 t，耗電量19萬kW·h，循環(huán)水用量65萬t，詳見表3。

表3 改造后裝置各工質(zhì)單耗情況

改造后，第二裂解汽油加氫裝置中壓蒸汽及凝結(jié)水的消耗比改造前降低31%，燃料氣降低89%，循環(huán)水降低41%，電耗降低49%。綜合上述四種耗能工質(zhì)，第二裂解汽油加氫裝置的年節(jié)能效益約為1 400萬元。

5.4 實(shí)施合同能源管理的優(yōu)勢

采用合同能源管理模式進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)能公司為烯烴廠提供了包括節(jié)能咨詢、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、工程施工、設(shè)備安裝調(diào)試、節(jié)能量確認(rèn)和保證等一整套節(jié)能服務(wù)。烯烴廠在項(xiàng)目初期無需資金投入，同時節(jié)能效益分享期內(nèi)還能分享效益。該項(xiàng)目概算含稅投資3 600萬元，實(shí)際含稅投資2 200萬元，項(xiàng)目年節(jié)能效益約為1 400萬元。根據(jù)國家相關(guān)稅收減免優(yōu)惠政策，該項(xiàng)目所得稅部分實(shí)行“三免三減半”的優(yōu)惠政策，即項(xiàng)目前三年免收所得稅，后三年執(zhí)行所得稅減半的政策。2016年，該項(xiàng)目成功獲得國家關(guān)于合同能源管理的財政獎勵資金176萬元。

節(jié)能公司的服務(wù)使項(xiàng)目整合度得到提高，首先使整個節(jié)能項(xiàng)目的審批流程得到了簡化，加快了項(xiàng)目的推進(jìn)；其次節(jié)能公司統(tǒng)籌整個項(xiàng)目規(guī)劃和建設(shè)，有效降低了項(xiàng)目投資；再次，合同能源管理能享受到多項(xiàng)國家稅收優(yōu)惠政策和國家及地方的財政獎勵，大大增加了節(jié)能項(xiàng)目的盈利能力。

6 結(jié)論

該項(xiàng)目是齊魯分公司與節(jié)能公司合作，由節(jié)能公司投資，以合同能源管理模式對齊魯分公司裂解汽油加氫裝置進(jìn)行節(jié)能改造。改造后裝置綜合能耗由2 557 MJ/t原料降低至1 631 MJ/t原料，能耗降低36%，年節(jié)能效益約1 400萬元。改造后裝置處理量、產(chǎn)品收率和能耗均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化使燃?xì)庀牧枯^改造前降低了89%。

該項(xiàng)目通過合同能源管理的成功實(shí)踐，為實(shí)施節(jié)能項(xiàng)目改造的用能單位和節(jié)能公司都帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)收入和環(huán)保效益，而且裂解汽油加氫裝置的高溫?zé)煔夂投趸寂帕肯鄳?yīng)大幅降低，達(dá)到節(jié)能減排的目的。節(jié)能公司在合同期內(nèi)收回全部項(xiàng)目投資并獲得經(jīng)濟(jì)效益，用能單位裝置能耗降低的同時也獲得實(shí)際的收益，為石油化工企業(yè)采用合同能源管理模式進(jìn)行節(jié)能改造提供了很好的借鑒。