熱點(diǎn)透視

專家觀點(diǎn)

1 SEPS 的結(jié)構(gòu)表征與制備應(yīng)用 /

莫錦濤

低碳技術(shù)

碳核算

8 油氣開采行業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算方法研究 /

田濤，尹迪，羅藝，馬坤，李志剛，白凌云

CO2 減排技術(shù)

13 煉油企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降碳實(shí)踐 /

冉曉鋒

綠色技術(shù)

過程優(yōu)化

20 芳烴裝置余熱蒸汽透平壓縮機(jī)節(jié)能應(yīng)用 /

尹志煒

25 多效精餾在甲醇回收工藝中的應(yīng)用 /

李凱

30 浮頂儲(chǔ)罐復(fù)合材料浮盤結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力學(xué)性

能影響研究 /

甄永乾，程慶利，李亮亮，楊珂，

王潔，李榮彬

35 乙烯裝置驅(qū)動(dòng)國產(chǎn)化替代方案研究 /

朱明璋

CONTENTS 目錄

2023 年 第 8 卷 第 6 期

主管單位 :

中國石油化工集團(tuán)有限公司

主辦單位 :

中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司

編委會(huì)名單

主 任 : 馬永生

副主任 : 趙日峰 張 涌 朱建民

孫煥泉 俞仁明 李成峰

戴寶華

委 員 :（按姓氏筆畫排序）

王北星 王麗娟 王國清

卞鳳鳴 孔德金 呂亮功

朱 兵 喬 凱 向文武

鄔智勇 孫麗麗 吳海君

吳德榮 張建平 張新明

陳廣衛(wèi) 陳清林 周 國

周成平 周紅軍 洪劍橋

聶 紅 傅 軍 焦 陽

主 編 : 傅 軍

常務(wù)副主編 : 王北星

責(zé)任編輯 : 馬俊睿 葛函雯

41 環(huán)丁砜 - 芳烴抽提蒸餾過程模擬與優(yōu)化 /

彭威建

47 天然氣加壓站電力控制系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行 /

黃云龍

清潔生產(chǎn)

51 環(huán)己酮裝置廢水 COD 減排研究與應(yīng)用 /

魯華

56 硫磺回收裝置廢熱鍋爐泄露原因分析及預(yù)

防措施 /

胡文昊

61 CFB 鍋爐啟動(dòng)過程中結(jié)焦原因分析 /

柴江華

企業(yè)巡禮

綠色低碳文化

66 某油田光熱開發(fā)利用情況及效果分析 /

孫玉杰，邢建軍，張愛民，顧永強(qiáng)

企業(yè)戰(zhàn)略

71 CCUS 產(chǎn)業(yè)在海洋石油企業(yè)實(shí)施路徑思考 /

饒偉，高波，張磊，閆曉東，鄭繼龍

Green Petroleum & Petrochemicals 雙月刊 出版日期：2023 年 12 月 20 日

聲 明

本刊已被 CNKI 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫收錄，其作者文章著作

權(quán)使用費(fèi)與本刊稿酬一次性給付。如作者不同意文章被收錄，請(qǐng)

在來稿時(shí)向本刊聲明，本刊將做適當(dāng)處理。未經(jīng)本刊許可，不得

轉(zhuǎn)載或復(fù)制本刊文章，本刊將保留追訴的權(quán)利。

編輯出版：《石油石化綠色低碳》編輯部

地址：北京朝陽區(qū)安外小關(guān)街 24 號(hào)

郵編：100029

電話：(010)52826306 52826187

傳真：（010)52826200

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國內(nèi)訂閱：全國各地郵局

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國外發(fā)行：中國國際圖書貿(mào)易集團(tuán)有限公司

國外發(fā)行代號(hào)：BM 9368

國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào)：ISSN 2096－126X

國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào)：CN 10－1378/TE

廣告發(fā)布登記號(hào)：京朝工商廣登字 20170204 號(hào)

國內(nèi)定價(jià)：30.00 元

國外定價(jià)：50.00 元

CONTENTS Green Petroleum & Petrochemicals Bimonthly Vol.8, No.6, Dec. 20, 2023

Hotspot

· Expert View ·

1 Structural Characterization and Preparation Application of SEPS /Mo Jintao

Low-carbon Technology

· Carbon Accounting ·

8 Research on Carbon Footprint Accounting of Crude Oil Products /

Tian Tao，Yin Di，Luo Yi，Ma Kun，Li Zhigang，Bai Lingyun

· CO2 Reduction ·

13 Practice of Energy Conservation and Carbon Reduction in Refining Enterprises /Ran Xiaofeng

Green Technology

· Process Optimization ·

20 Energy-saving Application of Steam Turbine Compressor with Waste Heat in Aromatics Unit /

Yin Zhiwei

25 Application of Multi-effect Distillation in Methanol Recovery Process /Li Kai

30 Influence of Structural Parameters on Composite Floating Roof Mechanical Properties /

Zhen Yongqian，Cheng Qingli，Li Liangliang，Yang Ke，Wang Jie，Li Rongbin

35 Study on Domestic Substitution Scheme of Driving Turbines in Ethylene Plant /Zhu Mingzhang

41 Simulation and Optimization of Sulfolane-Aromatic Hydrocarbon Extractive and Distillation Process /

Peng weijian

47 Optimize Operation of Power Control System of Natural Gas Pressurized Station /

Huang Yunlong

· Clean Production ·

51 Research and Application of COD Emission Reduction in Wastewater from Cyclohexanone Plant /

Lu Hua

56 Reason Analysis and Preventive Measures of Waste Heat Boiler Leakage in Sulfur Recovery Unit /

Hu Wenhao

61 Analysis of Coking Causes in CFB Boiler Start-Up Process /Chai Jianghua

Panaroma

· Green/Low-carbon Culture ·

66 Analysis of the Utilization and Effectiveness of Photothermal Development in a Certain Oilfield /

Sun Yujie，Xing Jianjun，Zhang Aimin，Gu Yongqiang

· Enterprise Strategy ·

71 Discussion on CCUS Industry Implementation Path in Offshore Oil Companies /

Rao Wei，Gao Bo，Zhang Lei，Yan Xiaodong，Zheng Jilong

摘? 要：概述了氫化苯乙烯–異戊二烯–苯乙烯嵌段共聚物（SEPS）的合成工藝、結(jié)構(gòu)表

征方法及其改性方法和新的應(yīng)用領(lǐng)域。采用陰離子聚合再經(jīng)均相鎳催化劑加氫是

SEPS最適宜工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法。該文通過傅里葉轉(zhuǎn)變紅外光譜（FTIR）、核

磁共振譜（NMR）、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMTA）、差式掃描量熱法（DSC）、掃描

電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等測(cè)試方法，系統(tǒng)地對(duì)SEPS的分

子鏈結(jié)構(gòu)、微相分離結(jié)構(gòu)及其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析。無機(jī)材料、熱塑性材料及熱

固新材料改性SEPS可獲得綜合性能更優(yōu)的復(fù)合材料。SEPS優(yōu)異的綜合性能使其

逐漸滲透到熱熔膠、醫(yī)療制品、氣體滲透膜、電池相變材料等應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：氫化苯乙烯–異戊二烯–苯乙烯嵌段共聚物（SEPS） 熱塑性彈性體 陰離子聚合

催化加氫 結(jié)構(gòu)表征 改性

SEPS 的結(jié)構(gòu)表征與制備應(yīng)用

莫錦濤

（中國石化巴陵石化公司，湖南岳陽 414014）

收稿日期：2022-08-04

作者簡(jiǎn)介：莫錦濤，學(xué)士，工程師。目前從事全公

司生產(chǎn)調(diào)度工作。通訊聯(lián)系人：莫錦濤，mojt.blsh@

sinopec.com。

氫化苯乙烯 – 異戊二烯 – 苯乙烯嵌段共聚物

（SEPS）是將苯乙烯–異戊二烯–苯乙烯嵌段共聚物

（SIS）中的共軛不飽和雙鍵選擇性加氫后得到的新

型熱塑性彈性體[1]。目前僅美國科騰、日本可樂麗

公司及中國的巴陵石化及浙江眾立具備SEPS工業(yè)

化生產(chǎn)能力 [2]。SEPS 優(yōu)異的抗氧化能力，優(yōu)良的

耐候、耐酸堿、耐磨和柔韌性，使得SEPS在實(shí)際

應(yīng)用中比普通的星型和線性SIS更加優(yōu)異，在醫(yī)療、

食品、5G通訊等領(lǐng)域前景廣闊，研究?jī)r(jià)值巨大[3]。

由于國內(nèi) SEPS 研究起步較晚，對(duì) SEPS 的合

成、結(jié)構(gòu)表征方法及新的應(yīng)用領(lǐng)域沒有系統(tǒng)闡述。

該文進(jìn)行相應(yīng)綜述，為該研究領(lǐng)域人員提供參考。

1 ??SEPS 的合成工藝

SEPS的合成工藝包括SIS的聚合和加氫兩步。

SIS與SEPS的化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1。

1.1???聚合

為得到 SEPS，首先需合成其前驅(qū)體 SIS，根

據(jù)引發(fā)劑不同，其合成方法也有所區(qū)別。若使用單

官能團(tuán)的引發(fā)劑，如正丁基鋰、仲丁基鋰等在環(huán)己

烷、苯等非極性溶劑中，通過3步加料，即可得到

分子量分布窄、性能好的SIS；但多次加料增加了

體系中產(chǎn)生雜質(zhì)的可能，影響性能[4]。若用雙官能

團(tuán)引發(fā)劑，如萘鋰、萘鈉先引發(fā)異戊二烯聚合，再

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >> 專家觀點(diǎn) <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

C4H9 x CH2 1

x1

x2

x2

C CH2 CH2 CH H

CH3

CH2 CH CH

圖1 SIS與SEPS的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

（a）SIS

（b）SEPS

C4H9 CH2 C CH2 CH2 CH H

CH3

CH2 CH CH2

y1

y1

- 2 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

添加苯乙烯單體，則只需要2步加料。但其引發(fā)劑

在非極性溶劑中溶解性較差，需添加極性調(diào)節(jié)劑來

提高聚合物中聚異戊二烯（PI）3，4–段的結(jié)構(gòu)含量，

也會(huì)相應(yīng)地影響[5]其性能。若使用單官能度引發(fā)劑

制得SI–

Li+

，再使用偶聯(lián)劑如氯化鈷、二氯乙烷得

到線性或星型SIS，可避免第三次加料可能帶來的

雜質(zhì)；但該種方法需要嚴(yán)格的化學(xué)計(jì)量，偶聯(lián)劑過

多過少都會(huì)使力學(xué)性能下降[6]。此外，根據(jù)異戊二

烯、苯乙烯競(jìng)聚率的不同，在特定溶劑中將兩種單

體混合加料，異戊二烯更傾向于自聚，全部聚合形

成嵌段后再引發(fā)苯乙烯，形成SIS；但異戊二烯并

非完全排斥與苯乙烯共聚，因此形成的異戊二烯嵌

段可能存在苯乙烯鏈而降低力學(xué)性能[7-10]。

除上述傳統(tǒng)的合成SEPS方式外，研究者們利

用活性陰離子聚合的特點(diǎn)，為SEPS的制備與應(yīng)用

提供了新的路線與建議。如崔維怡等 [11]將鹵化的

乙丙橡膠與苯乙烯的活性陰離子聚合產(chǎn)物通過接枝

的方式偶聯(lián)在一起，制得了具有更高潤滑油黏度指

數(shù)的乙苯 / 丙烯 – 苯乙烯嵌段共聚物（SEP）改進(jìn)

劑，其具有與SEPS相似的結(jié)構(gòu)，顯著提高了耐低

溫能力和黏溫性能。王東方等[12]將月桂烯引入SIS

體系中，制得了聚苯乙烯–月桂烯/異戊二烯–苯乙

烯（SIMS），并得到了氫化聚苯乙烯–月桂烯/異戊

二烯 – 苯乙烯（HSIMS），研究了月桂烯的含量對(duì)

HSIMS 力學(xué)性能、損耗因子的影響。任艷等 [13]將

丁二烯、異戊二烯與苯乙烯聚合成了多嵌段的苯乙

烯–丁二烯–異戊二烯–丁二烯–苯乙烯嵌段共聚物

（SBIBS）新型聚合物，其拉伸強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度相較

無規(guī)的三嵌段聚合物有了很大提升，也為SEPS的

進(jìn)一步發(fā)展提供了新的可能。

1.2???加氫

因SIS軟段中存在的雙鍵會(huì)對(duì)材料的耐熱、耐

腐蝕以及抗氧化能力帶來不利影響，為提高其耐老

化能力，通常需要通過催化加氫的方式，將含非共

軛雙鍵的 PI 鏈段氫化，變成含短支鏈的烷烴鏈結(jié)

構(gòu)。SIS的聚異戊二烯烴段在加氫過程中影響因素

較多，主要有催化劑種類、加氫溫度、體系中的雜

質(zhì)、氫氣壓力與質(zhì)量、反應(yīng)時(shí)間等[14]，其中催化劑

種類對(duì)加氫反應(yīng)影響最為明顯。加氫催化劑可分為

非均相、均相兩個(gè)體系。非均相催化劑容易從聚合

物中分離出來，但催化效率較低，且需要高溫、高

壓，用量多，選擇性差 [15]。而均相催化劑包含茂

金屬，如鎳、鈷等，其用料少、條件溫和，選擇性

也相應(yīng)更好。目前所報(bào)道的 SIS 催化加氫文獻(xiàn)中，

95%的選擇都是均相催化劑，這說明均相催化劑是

該技術(shù)未來的發(fā)展方向[10]。其中，鎳系催化劑雖然

活性較茂金屬低，但其具有合成路徑簡(jiǎn)單、廉價(jià)、

原料易得的優(yōu)勢(shì)，十分適用于SIS及SBIS加氫，也

是工業(yè)化中最常使用的催化體系。美國科騰、日本

可樂麗均采用鎳系催化劑，說明該體系具有巨大的

活力與潛力[16]。

鎳系催化劑是Ziegler型催化劑的一種。Yakubchik

等[17]率先使用Ziegler催化劑來進(jìn)行聚合物加氫，并

拓展了商業(yè)化應(yīng)用，此后，多種該類型催化劑逐

漸涌現(xiàn)。崔志勇等 [18]按照鋁鎳摩爾比6∶1 的比例

對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的SIS聚合物膠液在3.0 MPa下進(jìn)

行催化加氫，并通過碘量法測(cè)得加氫產(chǎn)物中 PI 段

具有99.1%的高加氫度，而聚苯乙烯（PS）段僅為

1.3%。賀小進(jìn)等[19]則以鋁鎳4∶1的摩爾比對(duì)質(zhì)量

分?jǐn)?shù)10%的SIS膠液在4.0 MPa下進(jìn)行加氫，最終得

到加氫度98.0%的SEPS產(chǎn)品。朱家順等[20]將環(huán)烷

酸鎳與三異丁基鋁配合作為均相催化劑，在環(huán)己烷

溶劑下成功對(duì)SIS加氫得到SEPS；討論了其中PI鏈

節(jié)與PS鏈節(jié)以及3，4–聚異戊二烯和1，4–聚異戊

二烯鏈節(jié)對(duì)于加氫的選擇性，并系統(tǒng)研究了鋁鎳摩

爾比、催化劑引入方式、溶液濃度、溫度等因素對(duì)

加氫效果的影響，為SEPS工業(yè)化提供豐富的科學(xué)

數(shù)據(jù)與依據(jù)。梁愛民[9]使用異辛酸鎳及三異丁基鋁

催化SIS加氫，并確定了催化劑制備方式及加氫SIS

的工藝條件，最終得到SEPS的PI加氫度大于98%，

PS段則小于5%，材料的力學(xué)性能與耐老化性能得

到顯著提高。

除鎳系催化劑外，目前采用其他體系進(jìn)行SIS

催化加氫的研究也有很多。如劉東妮等 [21]通過浸

漬還原法，以氯鉑酸和尿素為基礎(chǔ)制得了石墨相氮

化碳鉑（Pt/g–C3N4)，并用以進(jìn)行非均相催化加氫，

該種方式的選擇性與活性都十分優(yōu)異，其中SIS加

氫度85%的情況下，PI鏈段的C＝C鍵選擇性高達(dá)

95%。Bhattacharjee等[22]用乙酸鈀作為催化劑，在

1.4 MPa 氫壓下獲得了氫化度 90% 以上的 SEPS 產(chǎn)

品。雖然 SIS 的橡膠段較 SBS 多了一個(gè)甲基支鏈，

在茂金屬下同條件的催化難度難得多；但由于其用

2023 年.第 6 期 莫錦濤．SEPS 的結(jié)構(gòu)表征與制備應(yīng)用 - 3 -

量少，濃度低，產(chǎn)物無需脫催化劑，依然具有巨大

的市場(chǎng)潛力。為此，Carma 等 [23]用氯化亞甲基雙

（環(huán)戊二烯基）鈦二甲基鋁（Tebbe試劑）在仲丁基

鋰助催化環(huán)境，每100 g SIS加入1.4 mmol催化劑

（鋰鈦摩爾比 20∶1）的條件下僅得到 33.8% 氫化

度的產(chǎn)品，也說明其在茂金屬體系下加氫的難度。

Yasushi等[24]用二氯雙（環(huán)戊二烯基）鈦實(shí)現(xiàn)了對(duì)

氫化SIS的工業(yè)化，將1 000 g的SIS與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%

的無水環(huán)己烷溶液置于2 L高壓釜中，加入20 mL

1.0 mmol/100 mL的加氫催化劑甲苯溶液（鋰鈦摩

爾比4∶1），再加壓至0.5 MPa反應(yīng)2 h后，得到加

氫度98%，PS段加氫度小于1%的產(chǎn)品，證明二茂

鐵化合物選擇性和加氫效果較好，但其催化劑用量

及催化條件依然說明茂金屬催化劑催化SIS加氫的

困難。伊紹明等 [23]提出一種新型催化方式，四烴

基鈦類作主催化劑，含酯基或羥基的化合物為助催

化劑，實(shí)現(xiàn)SIS的高效高選擇性加氫。每100 g聚合

物，主催化劑僅需0.05～0.2 mmol，主、助催化劑

的摩爾比例為1∶0.1～1∶4.2。加氫1 h后，PI段加

氫度即達(dá)98%以上，而PS段加氫度小于2%。這解

決了催化過程中主催化劑活性逐漸下降的問題，具

有高度選擇性。

2 ??SEPS 的結(jié)構(gòu)及性能表征

SIS分子結(jié)構(gòu)中的軟段由異戊二烯組成，加氫

得到的SEPS中EP段甲基更短，不易結(jié)晶，其柔順

性更佳，相較SBS的加氫產(chǎn)物具有更好的柔韌性以

及彈性[24]。高軍等[25]發(fā)現(xiàn)，相同分子量和相同苯乙

烯含量情況下，其相較聚苯乙烯–乙烯–丁二烯–苯

乙烯（SEBS）模量更低，但拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率

更高，黏合性和耐熱性也更好，即使拉伸到5倍以

上，也不會(huì)因取向而結(jié)晶。同時(shí)，SEPS也具有苯

乙烯類熱塑性彈性體獨(dú)特的微相分離結(jié)構(gòu)；其中PS

段為材料提供熱塑性，EP段則作為橡膠段提供高彈

性。常溫下，EP段形成連續(xù)相，PS段則作為分散

相起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，形成物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)。因

二者互不相容，在材料中形成了兩相結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度

升至 PS 段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上時(shí)，作為

硬段的PS段在剪切作用下發(fā)生流動(dòng)，破壞其物理交

聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而具有加工能力；溫度降低時(shí)，其物理

交聯(lián)點(diǎn)的作用重新恢復(fù)，為體系提供強(qiáng)度和硬度[8]。

在此基礎(chǔ)上，F(xiàn)TIR、NMR、DMTA、DSC、SEM、

TEM等相關(guān)測(cè)試也常用來表征和了解SEPS的分子

鏈結(jié)構(gòu)、微相分離結(jié)構(gòu)及其他相關(guān)結(jié)構(gòu)。

Munteanua 等 [26] 利用 FTIR、核磁共振碳譜

（13C–NMR）、DMTA 和 DSC 分析了線性和星型

SBS嵌段共聚物的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)之間的關(guān)系，通

過分析線性和星型聚合物的FTIR譜圖中，PS、PB

段的特征譜帶消光系數(shù)的區(qū)別，可得到其星型與線

性的共聚物結(jié)構(gòu)；同時(shí)根據(jù) 13C–NMR 譜圖，可確

定星型和線性的共聚物組成。此外，通過 DSC 與

DMTA的熱分析，對(duì)其超分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行反映，檢測(cè)

到微相分離結(jié)構(gòu)的域破壞溫度。該種方式同樣可以

引入至 SIS 及 SEPS 體系中，對(duì)判斷 SEPS 的星型、

線性結(jié)構(gòu)，微相分離域破壞溫度具有明確的指導(dǎo)

意義。Edge等[27]研究了臭氧對(duì)SEBS的氧化過程，

并通過 FTIR 監(jiān)測(cè)雙鍵及聚合物的氧化過程；對(duì)

SEBS臭氧環(huán)境下的氧化機(jī)理做出系統(tǒng)解釋，提出

了SEBS氧化過程中的氧化活性位點(diǎn)，且證明氧化

主要在聚合物表面形成，為包含SEPS在內(nèi)的SBC

的抗氧化及熱穩(wěn)定提供了理論支持。胡坪等[28]利用

尺寸排阻色譜法測(cè)定得到SBS、SIS三嵌段共聚物

及其氫化產(chǎn)品中 PS 單元的含量及分子量；利用共

聚物及共混物紫外光譜（UV）中在261 nm處PS單

元的峰面積，可以得到共混體系中摻雜的共聚物含

量；利用可測(cè)定UV和折射率（RI）的尺寸排阻色

譜儀，得到UV、RI信號(hào)與PS的良好線性關(guān)系；準(zhǔn)

確測(cè)得共聚物及共混物中的 PS 單元含量，并建立

PS與共聚物重均分子量的函數(shù)關(guān)系，從而得出共聚

物中 PS 段的分子量。通過驗(yàn)證，該種方法的結(jié)果

比NMR方法更準(zhǔn)確。Vega等[29]對(duì)嵌段共聚物的相

行為、黏彈性與纏結(jié)的關(guān)系進(jìn)行研究，得出在聚合

物含量低時(shí)，通過對(duì)中間嵌段具有高度選擇性的溶

劑，可以使三嵌段聚合物產(chǎn)生宏觀相分離，再通過

在角鯊?fù)橹邢蛳抡{(diào)節(jié)橋連鏈密度，最終得到模量極

低，無相分離的光學(xué)透明凝膠，證明鏈纏結(jié)的重要

性。Politakos等[30]利用原子力顯微鏡對(duì)SIS、SEPS

及其他 SBC 的微觀形態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并得到溶劑性

質(zhì)、溶液濃度、退火溫度等條件對(duì)包含SEPS在內(nèi)

的SBC共聚物有序性的影響，建立其與共聚物納米

結(jié)構(gòu)的相關(guān)聯(lián)系，從而獲得具有不同取向和納米結(jié)

構(gòu)有序度的聚合物。Rankin等[31]利用小角X射線衍

- 4 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

射的方法從納米尺度角度研究了三嵌段聚合物嵌段

比不同的情況下，凝膠網(wǎng)絡(luò)連接的變化；證明增加

網(wǎng)絡(luò)連接會(huì)使凝膠模量顯著增長，但對(duì)于納米載體

的釋放速率影響不大。Krishnan等[32]使用選擇性共

溶劑化的方式測(cè)定了均聚物、兩嵌段共聚物和形成

網(wǎng)絡(luò)的三嵌段共聚物的時(shí)間成分疊加（tCS）能力，

可在等溫條件下系統(tǒng)地改變成分來獲得廣泛拓展時(shí)

間（或頻率）內(nèi)的機(jī)械性能；并得出三嵌段共聚物

具有均聚物和兩嵌段共聚物所不具有的優(yōu)異tCS能

力與流變特性，且該種特性與共聚物的化學(xué)組成及

中間嵌段的選擇性助溶劑具有良好的聯(lián)系。吳芮

等[33]利用二維核磁分析的手段對(duì)SEBS、SEPS與苯

乙烯– [乙烯–（乙烯–丙烯）] –苯乙烯嵌段共聚物的

結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，明確其軟段結(jié)構(gòu)中，氫化1，2–

丁二烯單元、氫化1，2–異戊二烯單元、氫化1，4–

異戊二烯單元及氫化 3，4– 異戊二烯單元的含量，

通過其在側(cè)鏈上的區(qū)別，得到計(jì)算側(cè)基含量及單元

含量的明確方法，建立了側(cè)基比例與分子鏈柔性及

力學(xué)性能的關(guān)系。

3 ??SEPS 改性方法

雖然SEPS本身具有良好的綜合性能，但在一

些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景下，其性能需要進(jìn)一步強(qiáng)化。為

此，有必要對(duì)SEPS進(jìn)行針對(duì)性的改性以獲得滿足

特定場(chǎng)合要求的復(fù)合材料。按照改性的材料種類可

將改性方法分為以下3大類。

3.1???無機(jī)納米粒子改性

無機(jī)納米粒子如二氧化硅、碳酸鈣等經(jīng)常用于

對(duì)聚合物的填充改性，以增加材料的機(jī)械性能、熱

學(xué)性能，賦予聚合物功能性。Acevede等[34]將納米

陶土加入SEPS材料中，而納米填料較大的層間距

可增加彈性體與填料的接觸面積，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物的

良好填充。陸甲明等[35]引入納米氧化鋅填料，填料

的均勻分散增加了材料內(nèi)部的物理交聯(lián)點(diǎn)，有效提

高了SEPS材料的拉伸強(qiáng)度。

3.2???共混改性

SEPS作為一種新型熱塑性彈性體，優(yōu)異的特性

使其可以與各種材料進(jìn)行改性，彌補(bǔ)性能缺陷、降

低成本的同時(shí)制備得到性能優(yōu)異的共混材料。王炫

捷等[8]利用SEPS優(yōu)異的耐水解、耐紫外老化和電氣

絕緣性能，將熱塑性聚醚彈性體（TPEE）與 SEPS

進(jìn)行熔融共混，解決了TPEE柔順性較差問題，得

到具有高強(qiáng)度高彈性的新型電纜保護(hù)套材料。宋晶

晶等[36]通過擠出成型方式，得到丙烯腈/丁二烯/苯

乙烯（ABS）、聚丙烯（PP）與SEPS的共混材料，

并對(duì)共混物的多種性能進(jìn)行表征測(cè)試，最終得到綜

合性能優(yōu)良的配方。張海濤等[1]將 SEPS與聚碳酸

酯（PC）材料共混，彈性體的加入使得材料缺口

在受到?jīng)_擊時(shí)由典型的脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂，

進(jìn)而大幅提高了 PC 厚制品的抗沖擊性能。張通姍

等 [37]針對(duì)廢棄高抗沖聚苯乙烯（HIPS）的處理問

題，選擇使用SEPS等彈性體材料對(duì)其進(jìn)行共混增

韌，此類彈性體與基體材料有良好的相容性，因此

在提升廢棄HIPS方面具有極大優(yōu)勢(shì)。Donal等[38]將

SEPS與尼龍6進(jìn)行共混，并對(duì)共混物的拉伸性能、

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和流變性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，

將尼龍6加入到SEPS中，尼龍6提高了SEPS材料

在拉伸過程中的抗變形能力。因此可獲得收縮性能

優(yōu)異和更高抗拉強(qiáng)度的材料。

3.3???熱固性材料改性

熱固性材料例如乙烯基酯樹脂（VER）因具有

極高的反應(yīng)活性，優(yōu)異的物化性能而被廣泛關(guān)注。

陸甲明等 [35]在 SEPS 原有的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，

通過原位自由基聚合VER，得到一種新型的物理交

聯(lián)與化學(xué)交聯(lián)互穿的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，有望在高性能

纖維樹脂的復(fù)合材料中得到使用。劉沛瑩等[39]考慮

到SEPS與環(huán)氧樹脂之間較差的相容性，采用叔丁基

鋰對(duì)SEPS中苯環(huán)進(jìn)行鋰化改性，隨后開環(huán)聚合環(huán)氧

乙烷，增長聚乙二醇（PEG）支鏈，最后再與環(huán)氧

樹脂進(jìn)行混合改性，實(shí)現(xiàn)與熱固性材料的良好結(jié)合。

4 ??SEPS 應(yīng)用領(lǐng)域

SEPS 特殊的結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的綜合性能，在

許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，包括熱熔膠、醫(yī)療制品、氣

體滲透膜、電池相變材料等等。

4.1???熱熔膠領(lǐng)域

SEPS室溫下的高強(qiáng)度和高溫下的良好流動(dòng)性，

非常適用于熱熔膠領(lǐng)域；與其他材料良好的相容性

則可以讓它作為膠黏劑的基底物質(zhì)。陳品松等[40]以

SEPS為基體樹脂，以丙烯基聚烯烴彈性體為改性材

料，制備出具有優(yōu)異初黏性和低溫柔性的熱熔壓敏

膠，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

2023 年.第 6 期 莫錦濤．SEPS 的結(jié)構(gòu)表征與制備應(yīng)用 - 5 -

4.2???醫(yī)用領(lǐng)域

SEPS 具有無毒環(huán)保的特點(diǎn)，可以與人體直接

接觸使用，甚至廣泛應(yīng)用于歐美的化妝品市場(chǎng)。此

外，苯乙烯類熱塑性彈性體在醫(yī)療器械領(lǐng)域也較為

常見，例如在醫(yī)療制品領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的外用貼

劑。白振民等[41]以SEPS和C5石油樹脂為主體，利

用溶液涂膜法得到不同配比的基質(zhì)膜，在得到溶液

濃度適宜的配比后，進(jìn)一步引入聚氧化乙烯進(jìn)行靜

電紡絲得到雙親性的纖維膜材料，為SEPS類材料

在醫(yī)療制品領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用提供了發(fā)展方向。

除了醫(yī)療器械以外，SBC在生物體內(nèi)的藥物與

血液的運(yùn)輸、軟組織的替代和體內(nèi)植入等方面也得

到應(yīng)用。李曉萌等 [42]為了解決彈性體與組織血液

接觸時(shí)的相容性問題，使用表面接枝策略，將PEG

與生物活性大分子透明質(zhì)酸引至彈性體表面，構(gòu)建

出具有良好生物相容性的SBC材料。Birgit等[43]將

SEPS在血管移植物的管腔表面覆蓋一層薄層，進(jìn)一

步通過與羧基的共聚過程進(jìn)行功能化；羧基與硫酸

乙酰肝素類（HS）半合成分子共價(jià)結(jié)合，最后將半

合成硫酸肝素包被和未包被的移植物植入綿羊頸動(dòng)

脈來檢測(cè)內(nèi)膜增生。

4.3???氣體滲透膜領(lǐng)域

為擴(kuò)展SEPS材料的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)SEPS材料的

本體化學(xué)改性同樣引起人們注意。Maria等[44]以二

乙醇胺為載體分子對(duì)SEPS進(jìn)行磺化改性處理，隨

著磺化時(shí)間的延長和磺化基團(tuán)的增加，采用溶液鑄

造法制備的多孔膜的孔隙率也進(jìn)一步增加，提高了

SEPS膜的滲透性和選擇性。

4.4???電池相變材料領(lǐng)域

過去幾十年中作為電動(dòng)汽車的心臟，動(dòng)力電池

如鋰離子電池，因其能量、功率密度高的特性受到

極大關(guān)注，而鋰離子電池的性能和安全性與溫度密

切相關(guān)。在電池的熱管理策略中，相變材料（PCM）

冷卻一直受到高度關(guān)注。與傳統(tǒng)形態(tài)穩(wěn)定的PCM通

常表現(xiàn)出加工困難的缺點(diǎn)不同，熱致柔性的PCM可

有效降低不良接觸所引起的高接觸電阻問題。2022

年，Lin 等 [45]采用 SEPS 作為支撐材料，簡(jiǎn)化了柔

性PCM的制備。在該柔性材料中，有機(jī)石蠟分子局

限于SEPS的空間結(jié)構(gòu)中，因此在液態(tài)時(shí)表現(xiàn)為固

態(tài)凝膠；隨后，通過保留膨脹石墨的整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)

一步設(shè)計(jì)了一種高導(dǎo)熱柔性PCM[46]。結(jié)果表明，導(dǎo)

熱系數(shù)為2.67～10.02 W/mK的復(fù)合PCM在正常和

動(dòng)態(tài)應(yīng)力試驗(yàn)循環(huán)下，可以穩(wěn)定地將電池溫度控

制在50 ℃內(nèi)。因此，利用SBC類材料例如SPES，

用于制備具有優(yōu)異熱性能和理想柔韌性的相變材

料，是電池?zé)峁芾淼陌l(fā)展趨勢(shì)。

5 ??結(jié)論

（1）陰離子聚合是SEPS前驅(qū)體SIS傳統(tǒng)的合成

方法，接枝具有特殊官能團(tuán)的聚合物可以合成特殊

結(jié)構(gòu)的SEPS。均相鎳催化劑SEPS是最宜于商業(yè)化

生產(chǎn)的加氫催化劑。

（2）SEPS 的分子鏈結(jié)構(gòu)、微相分離結(jié)構(gòu)是主

要的分子結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合 FTIR、NMR、DMTA、

DSC、SEM、TEM等測(cè)試方法系統(tǒng)地進(jìn)行表征。

（3）為拓寬SEPS的應(yīng)用領(lǐng)域，無機(jī)材料、熱

塑性材料及熱固新材料改性方法已成為SEPS改性

最主要的方法。

（4）SEPS在熱熔膠、醫(yī)療制品、氣體滲透膜、

電池相變材料等新領(lǐng)域的應(yīng)用呈逐漸增長趨勢(shì)。

（5）國內(nèi)對(duì) SEPS 應(yīng)用技術(shù)研究起步晚，加

工技術(shù)相對(duì)落后，在一定程度上制約了SEPS應(yīng)用

領(lǐng)域的拓展。國內(nèi)SEPS裝置和產(chǎn)能的擴(kuò)大會(huì)帶動(dòng)

下游制造成本的降低，SEPS 有望在更多領(lǐng)域得到

應(yīng)用。

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Structural Characterization and Preparation Application of SEPS

Mo Jintao

（SINOPEC Baling Petrochemical Co., Ltd，Yueyang，Hunan 414014，China）

Abstract: This paper summarizes the synthesis process, structural characterization methods, modification

methods, and new application fields of hydro-styrene-isoprene-styrene block copolymers (SEPS). The use of anionic

polymerization followed by homogeneous nickel catalyst hydrogenation is the most suitable synthesis method for

industrial production of SEPS. This paper systematically characterizes and analyzes the molecular chain structure,

microphase separation structure, and other structures of SEPS through testing methods such as FTIR, NMR, DMTA,

DSC, SEM and TEM. Inorganic materials, thermoplastic materials, and thermosetting new materials modified SEPS

can obtain composite materials with better overall performance. The excellent comprehensive performance of SEPS

gradually penetrates into applications such as hot melt adhesives, medical products, gas permeation membranes, and

battery phase change materials.

Keywords: hydro-styrene-isoprene-styrene block copolymer (SEPS)；thermoplastic elastomer anionic

polymerization；catalytic hydrogenation；structure characterization；modification

摘? 要：開展原油生產(chǎn)過程的碳足跡核算方法研究對(duì)推動(dòng)石化行業(yè)及其下游產(chǎn)業(yè)碳足跡評(píng)

價(jià)、完善全產(chǎn)業(yè)鏈核算具有重要意義。該文以原油開采與生產(chǎn)過程的注水井、油

井、集輸管線和聯(lián)合站構(gòu)成的基本單元流程為基礎(chǔ)，分析了注水環(huán)節(jié)、機(jī)械采油

環(huán)節(jié)物料的投入產(chǎn)出情況，不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的物料構(gòu)成關(guān)系，提出了原油生

產(chǎn)過程碳足跡核算方法。以某油田采油廠數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算其碳足跡為154.090

kgCO2/t；對(duì)比了集輸環(huán)節(jié)水分配碳排放的不同方法對(duì)碳足跡結(jié)果的影響，分析認(rèn)

為，按照采出水不分配碳排放的評(píng)價(jià)結(jié)果更體現(xiàn)碳足跡影響。

關(guān)鍵詞：碳足跡 原油 驅(qū)油物 采出液 機(jī)械采油 集輸

油氣開采行業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算方法研究

田濤1

，，尹迪 2

，羅藝 2

，馬坤 2

，李志剛 3

，白凌云 1

（1. 中石化節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100120；2. 中國石化勝利油田分公司，山東東營 257001；

3. 石化盈科信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100007）

“雙碳”目標(biāo)的提出對(duì)石油化工行業(yè)形成巨大

挑戰(zhàn)，在此背景下，越來越多的石油公司繪制了碳

中和路線圖，制定了碳中和戰(zhàn)略路徑，其中開展碳

足跡核算是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要措施。作為一項(xiàng)

評(píng)價(jià)產(chǎn)品或服務(wù)生命周期內(nèi)直接和間接溫室氣體排

放總量的指標(biāo)，碳足跡日益受到社會(huì)各界的高度重

視，眾多學(xué)者開展了石化產(chǎn)品碳足跡研究。田濤[1–4]

等依據(jù)PAS2050提出了以總流程為基礎(chǔ)、以工藝裝

置為單元、以質(zhì)量分配為規(guī)則的石化產(chǎn)品碳足跡評(píng)

價(jià)方法，并研究己內(nèi)酰胺、聚丙烯、航煤、對(duì)二

甲苯等產(chǎn)品碳足跡；孫瀟磊[5]研究了瀝青產(chǎn)品碳足

跡，以某企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品為評(píng)價(jià)對(duì)象，計(jì)算瀝

青產(chǎn)品碳足跡為2.957 5 tCO2/t；王陶[6-7]等研究了汽

油、柴油等產(chǎn)品碳足跡。上述研究的內(nèi)容中側(cè)重于

煉化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)上游原料生產(chǎn)過程碳足跡評(píng)價(jià)研

究較少。原油作為石化工業(yè)的重要原材料，其碳足

跡數(shù)據(jù)存在于各類數(shù)據(jù)庫中，但該數(shù)據(jù)是針對(duì)行業(yè)

平均水平，對(duì)具體企業(yè)進(jìn)行原油碳足跡評(píng)價(jià)的核算

方法尚未有相關(guān)報(bào)道。

目前，我國70%原油產(chǎn)量來自已經(jīng)進(jìn)入高含水、

高采出程度開發(fā)階段的老油田，地下油水關(guān)系復(fù)雜，

研究原油注水開采過程的碳足跡核算方法對(duì)建立我

國原油產(chǎn)品碳足跡核算方法具有重要意義。

1 ??碳足跡核算方法

碳足跡評(píng)價(jià)的對(duì)象是為獲取單位功能產(chǎn)品所

產(chǎn)生的碳排放量，主要包括原料帶入排放、能源消

耗排放以及工藝排放，其碳足跡核算可按以下過程

進(jìn)行。

1.1???構(gòu)建單元流程

基于B2B模式的碳足跡評(píng)價(jià)以客戶（銷售至下

游油庫）獲取的產(chǎn)品為追溯界區(qū)，建立原油生產(chǎn)的

單元流程，包括注水、機(jī)械采油、油氣集輸、污水

處理等過程。

其生產(chǎn)過程包括：驅(qū)油物（水、氣、CO2）注

入環(huán)節(jié)，例如注水是通過高壓泵將介質(zhì)水注入地

層，以補(bǔ)充油藏能量；機(jī)械采油環(huán)節(jié)以潛油電泵、

收稿日期：2023-06-19

作者簡(jiǎn)介：田濤，碩士，正高級(jí)工程師。從事石油石

化行業(yè)能量系統(tǒng)優(yōu)化、綠色低碳等相關(guān)研究。通訊聯(lián)

系人：田濤，tiantao.sem@sinopec.com。

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >> 碳核算 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

2023 年.第 6 期 田濤，等．油氣開采行業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算方法研究 - 9 -

合物等，可暫時(shí)忽略。目前，雖然有各種數(shù)據(jù)庫公

布了部分原料和輔助材料的碳排放因子，但這些數(shù)

據(jù)多屬于行業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)，對(duì)企業(yè)而言依然無法獲取具

體材料的排放數(shù)據(jù)，因此現(xiàn)階段進(jìn)行組織盤查基礎(chǔ)

上的碳足跡評(píng)價(jià)是較為可行的方法。

能源消耗排放是指原油生產(chǎn)過程中采油泵的

電耗、輸油管線保溫、輸油泵電耗等產(chǎn)生的碳排

放[8，9，10]，可根據(jù)能源消耗量與能源介質(zhì)的碳排放

因子計(jì)算。

1.4???排放分配

碳足跡評(píng)價(jià)需要對(duì)單元過程的碳排放在共生

產(chǎn)品之間進(jìn)行分配，其中集輸環(huán)節(jié)產(chǎn)出原油、伴生

氣和采出水，其碳排放為輸油泵和處理設(shè)施消耗電

力，可按照質(zhì)量分配原則進(jìn)行分配。

1.5???碳足跡計(jì)算

對(duì)生產(chǎn)流程中的任意加工過程，依據(jù)物料平

衡和排放清單可以計(jì)算原油碳足跡，公式如式（1）

所示。

CFP，i＝ MP，i

∑CFF，j

×MF，j

×?j＋ECO2

×?i j （1）

式中：CFP，i為某生產(chǎn)過程內(nèi)產(chǎn)品 i 的碳足跡，

kgCO2/t；CFF，j為某生產(chǎn)過程內(nèi)投入原材料j的碳足

跡，kgCO2/t；MF，j為某生產(chǎn)過程內(nèi)投入原材料j的

投入量，t；?j為該生產(chǎn)過程原料j的碳排放在產(chǎn)品

i中的分配系數(shù)，%；ECO2為該生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排

放量，包括能耗排放、工藝排放以及各種輔助材料

排放，kgCO2；?i為該生產(chǎn)過程因生產(chǎn)產(chǎn)品i的碳排

放在總排放量中的分配系數(shù)，%；MP，i為該生產(chǎn)過

程的產(chǎn)品i的數(shù)量，t。

由于原油生產(chǎn)過程具有流程性特點(diǎn)，即上游

生產(chǎn)過程的產(chǎn)品，會(huì)作為下游生產(chǎn)過程的原料，這

種流程性特點(diǎn)體現(xiàn)了物料在生產(chǎn)過程的生命周期。

因此，基于 B2B 的產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)需要依據(jù)原油

生產(chǎn)中物料依次經(jīng)過的不同環(huán)節(jié)累計(jì)碳排放，如

下式：

CFi＝∑j=1

j=i–1CEj （2）

式中：CFi為第i個(gè)過程的產(chǎn)品碳足跡，kgCO2/t；

CEj為上游第j個(gè)過程的碳足跡，kgCO2/t。

最終碳足跡是物料產(chǎn)品流出企業(yè)邊界為止的碳

排放數(shù)據(jù)。

螺桿泵、抽油機(jī)為舉升設(shè)施完成地層油氣水的舉

升；集輸環(huán)節(jié)則是將油井采出液輸送至聯(lián)合站并進(jìn)

行油氣水分離、處理和外輸。輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的碳排

放較小，主要由修井作業(yè)、辦公等環(huán)節(jié)產(chǎn)生。

1.2???物料平衡

對(duì)于原油生產(chǎn)過程，油氣集輸和油水分離環(huán)節(jié)

的物料平衡關(guān)系較為明確，但注水和機(jī)采環(huán)節(jié)需要

做一定處理。

油氣生產(chǎn)雖具有一定連續(xù)性，但與一般流程

工業(yè)又存在較大差異：一是高含水油田生產(chǎn)過程存

在大量采出水、注入水的循環(huán)，注水環(huán)節(jié)的原料投

入為水（包括采出水、新鮮水等），產(chǎn)出則為注入

地層的水，這與流程工業(yè)中，所處理物料存在顯著

工藝變化有所不同；二是機(jī)采環(huán)節(jié)投入的原料是地

層的油氣水混合物，產(chǎn)出是地面井口的油氣水混合

物，機(jī)采過程實(shí)現(xiàn)油氣水混合物由地層到地面的空

間轉(zhuǎn)移；三是驅(qū)油物注入環(huán)節(jié)所注入的驅(qū)油物與

機(jī)采環(huán)節(jié)的原料并非完全平衡與對(duì)應(yīng)。雖然油田

生產(chǎn)過程會(huì)通過注水、蒸汽、聚合物、CO2等措施

促進(jìn)原油開采，但實(shí)際注入水和各種驅(qū)油物與地

層水和油藏的關(guān)系極為復(fù)雜，注入環(huán)節(jié)的產(chǎn)出——

即注入地層的各種驅(qū)油物與機(jī)采環(huán)節(jié)的原料——地

層油氣水混合物并無明確物料上的投入–產(chǎn)出連接

關(guān)系。

另一方面，由于油田生產(chǎn)過程注入驅(qū)油物的

作用是維持和補(bǔ)充地層壓力，促進(jìn)原油在地層的流

動(dòng)，其效果是實(shí)現(xiàn)壓力由注水泵到油井的傳遞，注

入水和地層水是機(jī)采環(huán)節(jié)的重要加工對(duì)象；同時(shí)，

我國目前大部分油田的含水率超過 70%，部分達(dá)

到90%以上，雖然驅(qū)油物作為補(bǔ)充地層能量和改善

油藏條件的介質(zhì)并未構(gòu)成產(chǎn)品主體，但機(jī)采環(huán)節(jié)在

舉升地層油水混合物的能耗中，采出水所占比例較

大。因此基于上述情況，將原油產(chǎn)量與注入水量作

為機(jī)采環(huán)節(jié)的原料投入量，采出液作為機(jī)采環(huán)節(jié)的

產(chǎn)出，以此構(gòu)建不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物料連接關(guān)系。

1.3???排放清單

原油生產(chǎn)過程的碳排放包括原料排放、輔助材

料排放、能源消耗排放以及工藝排放。原料排放和

輔助材料排放是指原料或輔助材料獲取過程產(chǎn)生的

碳排放。對(duì)原油生產(chǎn)而言包括注入油井的各種驅(qū)油

物獲取過程的排放，對(duì)數(shù)量較小同時(shí)缺乏數(shù)據(jù)的聚

- 10 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

2 ??應(yīng)用案例

某油田采油廠年生產(chǎn)原油167.5萬t，生產(chǎn)天然

氣10 231萬m3

，年注水量2 665.7萬m3

，能源消耗約

合6.8萬tce/a。油氣生產(chǎn)過程包括驅(qū)油物注入、油氣

舉升、油氣集輸、油氣處理和污水處理。以該采油

廠原油生產(chǎn)過程為例，計(jì)算其碳足跡。

2.1???構(gòu)建單元流程

該采油廠下設(shè) 8 個(gè)管理區(qū)、1 個(gè)油氣集輸管理

中心，共有7座聯(lián)合站，生產(chǎn)運(yùn)行油井2.4萬口、注

水井1.1萬口。

將該廠所有注水井、油井、聯(lián)合站歸并為一個(gè)

生產(chǎn)單元，其中聯(lián)合站是該采油廠原油產(chǎn)品最終的

流出環(huán)節(jié)，同時(shí)也是采出液的重要處理環(huán)節(jié)。

2.2???物料平衡

該采油廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)物料平衡數(shù)據(jù)可以由主要

生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如表1所示。

表 1 原油生產(chǎn)環(huán)節(jié)物料平衡

生產(chǎn)環(huán)節(jié) 投入 /t 產(chǎn)出 /t

驅(qū)油物注入

采出水 26 656 790 注水量 26 656 790

注蒸汽量 1 001 注蒸汽量 1 001

機(jī)采環(huán)節(jié)

采出水 25 711 327 采出液 27 468 051

原油 1 675 200 – –

天然氣 81 524 – –

輔助環(huán)節(jié) 采出液 27 468 051 采出液 27 468 051

集輸環(huán)節(jié)

采出液 27 468 051 原油 1 675 200

– – 采出水 25 711 327

– – 天然氣 81 524

表 2 原油生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放

生產(chǎn)環(huán)節(jié) 能源介質(zhì) 單位 消耗量 碳排放量 /t

注汽系統(tǒng)

天然氣 萬 m3 7.0 151.3

小計(jì) tce 9.1 151.3

集輸系統(tǒng)

天然氣 萬 m3 707.42 15 294.4

電 萬 kW·h 1 368.0 7 797.6

小計(jì) 萬 tce 1.09 23 092.0

機(jī)采系統(tǒng) 電 萬 kW·h 26 538.0 151 266.6

注水系統(tǒng) 電 萬 kW·h 15 555.0 88 663.5

作業(yè)、辦公及

輔助系統(tǒng)

柴油 萬 t 0.011 3 356.0

汽油 萬 t 0.019 3 590.6

天然氣 萬 m3 184.43 3 987.4

電 萬 kW·h 908.0 5 175.6

熱力 萬 tce 0.16 559.9

小計(jì) 萬 tce 0.56 10 669.4

合計(jì) 萬 tce 6.83 273 842.8

圖1 原油生產(chǎn)過程碳足跡評(píng)價(jià)結(jié)果

（水不作為集輸環(huán)節(jié)產(chǎn)品）

采出液 單位：kgCO2/t 天然

原油

回注

輔助系統(tǒng) 聯(lián)合站

油藏 油井

注水井

3.332

8.626

9.014 154.090

采出

2.4???計(jì)算碳足跡

由上述碳排放和物料平衡數(shù)據(jù)可以計(jì)算原油生

產(chǎn)過程碳足跡，如圖1所示。

表1中，機(jī)采環(huán)節(jié)的采出水由該環(huán)節(jié)的采出液

量與原油和天然氣產(chǎn)量差值計(jì)算，該值與注水量并

不完全一致。機(jī)采環(huán)節(jié)原料包括原油、天然氣和注

水，注水排放因子由注水環(huán)節(jié)的碳排放計(jì)算，而原

油和天然氣作為油藏自然資源，其排放因子為 0。

另外，對(duì)比機(jī)采環(huán)節(jié)采出水量和注水環(huán)節(jié)注水量，

其相差945 463 t即為注入地層而未被采出的水。

2.3???排放清單

該采油廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放量可以由能源消耗

與相應(yīng)排放因子計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，該采油廠全年合計(jì)消耗能源6.8萬t

標(biāo)煤，碳排放量為27.38萬t。

由圖1可以看出，驅(qū)油物注入環(huán)節(jié)、機(jī)采環(huán)節(jié)

和輔助系統(tǒng)環(huán)節(jié)碳足跡均小于10 kgCO2/t，主要原

因在于這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)的輸出物——產(chǎn)品（完成工業(yè)

生產(chǎn)）包含大量水，其產(chǎn)量大于2 000萬t，因此碳

足跡并不大；但在集輸環(huán)節(jié)，采出液中的水被分離，

產(chǎn)品僅包括原油和天然氣，因此其碳足跡明顯增加，

達(dá)到154.090 kgCO2/t。

由圖 1 可知，對(duì)于聯(lián)合站的油氣水分離過程，

如果將水作為該過程產(chǎn)品，則需要分配該過程的碳

2023 年.第 6 期 田濤，等．油氣開采行業(yè)產(chǎn)品碳足跡核算方法研究 - 11 -

合站構(gòu)成的注入、機(jī)械采油和集輸環(huán)節(jié)是原油開采

與生產(chǎn)的基本單元流程，在該單元流程內(nèi)不同碳排

放源的生產(chǎn)功能具有組合性，以此進(jìn)行碳足跡評(píng)價(jià)

體現(xiàn)了產(chǎn)品獲取過程的碳排放代價(jià)。

高含水油田生產(chǎn)過程存在大量采出水、注入水

的循環(huán)，注水環(huán)節(jié)的原料投入為水（包括采出水、

新鮮水等），該環(huán)節(jié)的產(chǎn)出則為注入地層的水，水

作為注入環(huán)節(jié)的原料由地面經(jīng)注水泵注入地下，即

完成該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)；機(jī)械采油環(huán)節(jié)的生產(chǎn)對(duì)象是自

然界的地層油藏，該環(huán)節(jié)將地層油氣水混合物舉升

到地面，其投入的原料是地層的油氣水混合物，其

產(chǎn)出是地面井口的油氣水混合物；雖然驅(qū)油物并未

構(gòu)成原油產(chǎn)品的主體，但機(jī)采環(huán)節(jié)在舉升地層油水

混合物的能耗中，采出水所占比例較大，因此可將

原油與注入水作為機(jī)采環(huán)節(jié)的原料投入，采出液作

為機(jī)采環(huán)節(jié)的產(chǎn)出，由此構(gòu)建不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物料

連接關(guān)系。

計(jì)算某油田某采油廠碳足跡為154.090 kgCO2/t，

對(duì)于集輸環(huán)節(jié)水是否進(jìn)行碳排放分配對(duì)該結(jié)果并

無影響，但不同分配方法對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳足跡會(huì)有

較大差別，水不作為產(chǎn)品分配的評(píng)價(jià)結(jié)果更具有體

現(xiàn)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 田濤，韋桃平，王北星．石化產(chǎn)品全生命周期碳足

跡評(píng)價(jià)研究 [J]．石油石化綠色低碳，2016，1（2）：

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[2] 田濤，朱明璋，姜曄．石化產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)研究與實(shí)

踐[J]．油氣與新能源，2022，34（5）：100-108．

[3] 田濤，姜曄，李遠(yuǎn)．石油化工行業(yè)產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)研

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[J]．石油煉制與化工，2017，48（12）：88-92．

[6] 王陶，張志智，孫瀟磊．煉化企業(yè)汽油及柴油生產(chǎn)階段

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[7] 王陶，張志智，孫瀟磊．汽油產(chǎn)品碳足跡研究[J]．當(dāng)

代化工，2020，49（7）：1428-1432+1436．

圖2 原油生產(chǎn)過程碳足跡評(píng)價(jià)結(jié)果

（水作為集輸環(huán)節(jié)產(chǎn)品）

采出液 單位：kgCO2/t 天然

原油

回注

輔助系統(tǒng) 聯(lián)合站

油藏 油井

注水井

157.422

152.861

154.090

153.249 154.090

采出

由圖2可知，機(jī)采環(huán)節(jié)碳足跡小于注水環(huán)節(jié)，主

要是由于水作為注入環(huán)節(jié)輸入物的碳足跡后，對(duì)于

注入地層而未開采出來的水（合計(jì)945 463 t），存在

“原料”損失，使得機(jī)采環(huán)節(jié)采出液碳足跡降低。

以上兩種方法計(jì)算的原油產(chǎn)品碳足跡均為

154.090 kgCO2/t。但該采油廠的碳排放量273 842.8 t，

油氣產(chǎn)量計(jì)算的單位油氣碳排放強(qiáng)度155.883 kgCO2/t，

與碳足跡略有不同；這主要是由于注入水?dāng)y帶的碳

足跡注入地層后未分配到原油產(chǎn)品所致。實(shí)際對(duì)原

油生產(chǎn)的基本單元流程而言，注入地層而未被采出

的水是該流程的“產(chǎn)品”，因此注入水未采出會(huì)導(dǎo)

致注水環(huán)節(jié)的無效電耗。

由上述兩種方法可知，水是否作為集輸環(huán)節(jié)產(chǎn)

品參與過程碳排放分配，對(duì)最終計(jì)算的油氣產(chǎn)品碳

足跡并無影響，但水作為集輸環(huán)節(jié)產(chǎn)品參與過程碳

排放分配時(shí)需要迭代計(jì)算碳足跡，同時(shí)由此計(jì)算的

過程物流碳足跡數(shù)據(jù)與過程能耗相比相差較大，因

此水不作為產(chǎn)品分配的評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合評(píng)價(jià)的實(shí)

際情況。

3 ??結(jié)論及建議

油氣生產(chǎn)行業(yè)是重要的資源開采部門，提出原

油生產(chǎn)過程的碳足跡核算方法對(duì)推動(dòng)石化行業(yè)及其

下游產(chǎn)業(yè)碳足跡評(píng)價(jià)、完善全產(chǎn)業(yè)鏈核算具有重要

意義；同時(shí)，產(chǎn)品作為經(jīng)濟(jì)體系中連接生產(chǎn)側(cè)和消

費(fèi)端的中間紐帶，評(píng)價(jià)其碳足跡數(shù)據(jù)對(duì)于引導(dǎo)石油

石化行業(yè)供、需兩端的低碳轉(zhuǎn)型具有重要作用。

對(duì)含水油田而言，由注水井、油井、集輸和聯(lián)

排放，并且該碳排放會(huì)作為注入環(huán)節(jié)的原料排放，

由此方法計(jì)算的原油碳足跡需要對(duì)注入水和產(chǎn)出水

進(jìn)行迭代計(jì)算，其收斂的結(jié)果如圖2所示。

- 12 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

Research on Carbon Footprint Accounting of Crude Oil Products

Tian Tao1

，Yin Di2

，Luo Yi2

，Ma Kun2

，Li Zhigang3

，Bai Lingyun1

（1. SINOPEC Energy Management Co., Ltd，Beijing 100120，China；

2. SINOPEC Shengli Oilfield Company，Dongying，Shandong 257001，China；

3. Petro-CyberWorks Information Technology Co., Ltd，Beijing 100007，China）

Abstract: Proposing a carbon footprint accounting method for the crude oil production process is of great

significance for promoting the carbon footprint evaluation of the petrochemical industry and its downstream

industries, and improving the entire industry chain accounting. This article is based on the basic process of water

injection wells, oil wells, gathering pipelines, and joint stations in the process of crude oil extraction and production.

The material input and output of the water injection process and mechanical oil extraction process was analyzed in

this paper, as well as the material connection relationship between different production processes. A carbon footprint

accounting method for crude oil production process is proposed. Using data from an oil extraction plant in a certain

oilfield, the carbon footprint was calculated to be 154.090 kgCO2/t, and the impact of different methods of watersaving distribution of carbon emissions in the gathering and transportation environment on the carbon footprint

results was compared.

Keywords: carbon footprint；crude oil；oil displacement products；produced fluids；mechanical oil

recovery；gathering and transportation

[8] 陳洪波，楊來．“雙碳”目標(biāo)和能源安全下中國油氣

資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略選擇[J]．城市與環(huán)境研究，2022

（3）：56-69．

[9] 邴紹獻(xiàn)，趙偉，李振泉，等．油田注水開發(fā)系統(tǒng)能耗

整體優(yōu)化方法[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2019，5（26）：

103-106．

[10] 鄒昌明，馬金喜，黃巖，等．渤海邊際油田開發(fā)碳排

放影響[J]．中國海洋平臺(tái)，2019，34（2）：54-58．

八面來風(fēng)

背接觸微米光伏電池顯著提高太陽能電池性能

據(jù)報(bào)道，渥太華大學(xué)的研究人員與國內(nèi)和國際合作伙伴共同制造了首個(gè)背接觸微米光伏電池。該

電池的尺寸是頭發(fā)絲厚度的兩倍，與傳統(tǒng)太陽能技術(shù)相比，具有顯著優(yōu)勢(shì)，可以減少95%的電極產(chǎn)生

的陰影，并可能將能源生產(chǎn)成本降低三分之二。微型光電電池的制造工藝涉及渥太華大學(xué)、魁北克舍

布魯克大學(xué)和法國格勒諾布爾微型電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室之間的合作。微米級(jí)光伏電池具有極小尺寸和顯著

減少陰影的優(yōu)勢(shì)，使其可以應(yīng)用于多種領(lǐng)域，例如電子設(shè)備的致密化和太陽能電池等，可用于太空探

索的輕型核電池以及電信和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的小型化。該技術(shù)突破將為社會(huì)帶來重大利益。更廉價(jià)、更強(qiáng)

大的太陽能電池將有助于加速能源轉(zhuǎn)換。輕量化核電池將促進(jìn)太空探索，設(shè)備小型化將有助于物聯(lián)網(wǎng)

的發(fā)展，并推動(dòng)更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)發(fā)展。

摘? 要：該文以某中等規(guī)模煉油企業(yè)為例，結(jié)合當(dāng)前“雙碳”目標(biāo)背景，介紹了該企業(yè)能

源消耗情況與碳排放現(xiàn)狀，概括了煉油企業(yè)節(jié)能降碳的三個(gè)方向。從技術(shù)方面系

統(tǒng)介紹煉油企業(yè)節(jié)能降碳的實(shí)施過程，列舉了部分已完成的節(jié)能降碳項(xiàng)目實(shí)例，

如對(duì)柴油加氫裝置實(shí)施增加熱高低分流程節(jié)能改造，對(duì)常減壓裝置新增初餾塔側(cè)

線改造，通過裝置間熱聯(lián)合停運(yùn)航煤加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，實(shí)施加熱爐余熱

回收改造，進(jìn)行爐內(nèi)強(qiáng)化傳熱改造、爐外壁噴涂保溫涂料，實(shí)施低溫?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化，

提升轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備能效等。企業(yè)通過系統(tǒng)性實(shí)施節(jié)能降碳舉措，煉油綜合能耗降低了

11.98%，單因能耗降低了7.3%，碳排放總量降低了5.13%，節(jié)能管理水平大幅提升。

關(guān)鍵詞：煉油企業(yè) 能耗 節(jié)能 降碳 碳排放

煉油企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降碳實(shí)踐

冉曉鋒

（中韓（武漢）石油化工有限公司，湖北武漢 430000）

煉油行業(yè)的發(fā)展為人類社會(huì)現(xiàn)代化奠定了堅(jiān)實(shí)

的物質(zhì)基礎(chǔ)，石油及石化產(chǎn)品已應(yīng)用到現(xiàn)代社會(huì)的

各個(gè)領(lǐng)域[1]。石油化工企業(yè)以技術(shù)密集、能源消耗

集中為特點(diǎn)[2]，既是生產(chǎn)二次能源的行業(yè)，又是流

程工業(yè)領(lǐng)域的耗能及碳排放大戶，其耗能量在我國

行業(yè)耗能中僅次于冶金、建材、化工和電力[3]。由

于目前油源緊缺化、原油劣質(zhì)化、環(huán)?？量袒?、油

品質(zhì)量國際化、石化產(chǎn)品高附加值化和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激

烈化趨勢(shì)[4]，做好節(jié)能降耗工作對(duì)提高企業(yè)的節(jié)能

管理水平、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ??形勢(shì)及背景

越來越多的人認(rèn)為大量使用化石能源造成大氣

中二氧化碳濃度快速升高是全球氣候變暖的主要原

因。加快發(fā)展可再生能源，推動(dòng)能源低碳化轉(zhuǎn)型已

不可逆轉(zhuǎn)[5]。2020年9月，我國提出了二氧化碳排

放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前

實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。這一目標(biāo)的提出，將加快我國

能源需求結(jié)構(gòu)向可再生能源轉(zhuǎn)型[6]。石油化工產(chǎn)業(yè)

是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高耗能高

排放行業(yè)之一，石化產(chǎn)業(yè)除有與能源相關(guān)的直接碳

排放外，還有生產(chǎn)工藝本身產(chǎn)生的過程碳排放 [7]。

2019 年我國石化產(chǎn)業(yè)能耗總量約 1.7 億 t 標(biāo)煤，碳

排放總量約4.7億t

[8]，約占工業(yè)部門碳排放比例的

10%[9]，是我國實(shí)現(xiàn)減排降碳的重要工業(yè)部門。

在此背景下，煉油企業(yè)必須采取有效措施，以

碳達(dá)峰、碳中和為目標(biāo)導(dǎo)向，加強(qiáng)節(jié)能管理，提高

能源利用效率，控制能源消費(fèi)總量，踐行綠色低碳發(fā)

展戰(zhàn)略，積極推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)，持續(xù)推進(jìn)

生產(chǎn)過程低碳化，努力邁向凈零排放的終極目標(biāo)。

2 ??企業(yè)能耗及排放現(xiàn)狀

某企業(yè)煉油部分綜合配套能力為850萬t/a，主

要加工勝利原油和阿曼原油的混合油（混合比為

1∶1），共有 25 套主要生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)汽煤柴油、

石油焦、硫磺芳烴及聚丙烯等產(chǎn)品。

該企業(yè)能耗的主要組成為水、電、蒸汽、燃料

收稿日期：2022-02-13

作者簡(jiǎn)介：冉曉鋒，學(xué)士，高級(jí)工程師。目前主要從

事煉油節(jié)能節(jié)水降碳管理工作。通訊聯(lián)系人：冉曉鋒，

ranxf.zhsh@sinopec.com。

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >>CO2 減排技術(shù) <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

- 14 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

表 1 2022 年煉油能耗統(tǒng)計(jì)

序號(hào) 項(xiàng)目 單位 實(shí)物量 實(shí)際能量換算系數(shù) 能耗 /（kgEO/t） 能耗占比

1

水 t 335 360 024 – 1.750 3.17%

其中：新鮮水 t 563 5103 0.061 4 0.041 –

循環(huán)水 t 329 828 399 0.044 1 1.721 –

除氧水 t 0 6.5 0 –

除鹽水 t -103 478 1 -0.012 –

2 電 kW·h 436 567 406 0.23 11.881 21.50%

3

蒸汽 t 518 253 – 5.326 9.64%

其中：39 kg t 516 852 88 5.382 –

10 kg t -55 980 76 -0.503 –

3.5 kg t 57 381 66 0.448 –

4

工藝爐燃料 t 187 409 – 20.103 36.38%

其中：燃料干氣 t 0 1 000 0 –

脫乙烯干氣 t 187 409 – 20.103 –

制氫吸附廢氣 t 133 109 950 14.963 –

煤 t 54 300 800 5.140 –

石油焦 t 0 200 0 –

5 催化燒焦 t 0 480 0 29.32%

6 能耗合計(jì) – 0 800 0 –

表 2 2022 年主要裝置能耗 kgEO/t

序號(hào) 裝置 能耗 耗水 耗電 耗蒸汽 耗燃料 燒焦 熱輸入

1 1# 常減壓蒸餾 8.78 0.34 1.36 0.86 6.54 0 -0.31

2 2# 常減壓蒸餾 9.03 0.20 1.44 0.57 7.50 0 -0.69

3 1# 催化 50.19 3.06 3.07 15.73 0 59.26 -30.94

4 2# 催化 50.51 5.12 5.14 -3.86 0 71.41 -27.29

5 1# 延遲焦化 32.05 1.88 8.39 9.47 13.31 0 -1

6 2# 延遲焦化 20.85 1.05 6.83 3.56 10.40 0 -1

7 汽油吸附脫硫 4.90 0.27 1.41 0.14 3.08 0 0

8 2# 柴油加氫 14.75 1.23 5.55 5.72 2.24 0 0

9 3# 柴油 +1# 航煤加氫 10.06 0.86 3.96 1.02 4.23 0 0

10 加氫裂化 15.61 0.93 9.65 1.02 4.91 0 -0.91

11 蠟油加氫 5.63 0.58 4.42 -0.09 0.72 0 0

及催化燒焦，其中水耗、電耗、蒸汽消耗、燃料消耗

及催化燒焦占總能耗的比例分別為3.17%、21.50%、

9.64%、36.38%和29.32%。能耗統(tǒng)計(jì)見表1，主要

裝置能耗見表2。

2023 年.第 6 期 冉曉鋒．煉油企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降碳實(shí)踐 - 15 -

表 3 2022 年主要排放設(shè)施排放情況

排放設(shè)施 排放量 / 萬 t 排放占比

催化燒焦 51.80 29.70%

燃料燃燒 41.92 24.04%

外購電力 30.17 17.30%

制氫裝置 27.36 15.69%

外購熱力 19.84 11.38%

硫磺 2.38 1.36%

火炬 0.85 0.49%

逸散 0.04 0.02%

移動(dòng) 0.02 0.01%

S Zorb 0.01 0.01%

匯總 174.39 100%

序號(hào) 裝置 能耗 耗水 耗電 耗蒸汽 耗燃料 燒焦 熱輸入

12 焦化汽油 +2# 航煤加氫 10.30 0.97 3.46 3.43 2.43 0 0

13 重整 49.68 3.39 11.39 -9.85 44.74 0 0

14 苯抽提 20.40 1.01 3.25 16.14 0 0 0

15 1# 制氫（停工狀態(tài)） – – – – – – –

16 2# 制氫 599.86 6.17 16.41 -364.11 907.36 0 34.03

17 氫氣提純 2 254.46 19.22 737.79 1497.45 0 0 0

18 氣體分餾（五塔） 30.1 4.34 3.77 1.92 0 0 20.07

19 烷基化（離子液） 0 – – – – – –

20 MTBE（在建） 177 10.27 8.22 158.51 0 0 0

21 2# 硫磺回收 125.05 27.25 69.45 -1.82 30.17 0 0

22 3# 硫磺回收 -52.69 37.14 87.8 -212.21 34.58 0 0

23 溶劑再生 3.74 0.07 0.45 3.22 0 0 0

24 常壓污水汽提 9.71 -0.12 0.44 9.38 0 0 0

25 干氣提濃 34.57 2.42 31.48 0.68 0 0 0

續(xù)表

該企業(yè)2022年度溫室氣體排放總量為174.39萬t，

排放類別包含固定排放、移動(dòng)排放、制程排放、逸

散排放和間接排放。主要排放源是催化燒焦、燃料

燃燒、外購電力、制氫裝置及外購熱力，占排放總

和的98.11%。主要排放設(shè)施排放情況見表3。

程、生產(chǎn)操作進(jìn)行了深入調(diào)整，煉油裝置的技術(shù)改

造和新裝置陸續(xù)投產(chǎn)，原有的工藝流程、運(yùn)行參數(shù)

發(fā)生了變化，產(chǎn)生了諸多優(yōu)化需求。且隨著節(jié)能工

作不斷深入，企業(yè)節(jié)能潛力逐步降低，單套裝置節(jié)

能潛力更是難以挖掘，企業(yè)本身亦存在節(jié)能管理不

成體系、節(jié)能項(xiàng)目投入不夠、職工節(jié)能意識(shí)不足等

問題。為了進(jìn)一步降低企業(yè)能源消耗，提高企業(yè)用

能水平和綜合競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)利用大檢修及專項(xiàng)行動(dòng)

契機(jī)，開展全面的用能分析與優(yōu)化工作，大力推進(jìn)

系統(tǒng)性節(jié)能降碳舉措。

3 ??節(jié)能降碳實(shí)踐

化學(xué)工業(yè)的節(jié)能方法主要包括以下三方面：結(jié)

構(gòu)節(jié)能、管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能。

3.1???結(jié)構(gòu)節(jié)能

結(jié)構(gòu)節(jié)能指對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)

和地區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到節(jié)能目的，主要

適用于政府宏觀調(diào)控及企業(yè)自身發(fā)展規(guī)劃。

3.2???管理節(jié)能

管理節(jié)能主要有：宏觀調(diào)控和企業(yè)經(jīng)營管理

兩個(gè)層次。宏觀調(diào)控層次的節(jié)能管理主要是指國家

通過法律、法規(guī)對(duì)企業(yè)發(fā)展進(jìn)行規(guī)范，通過價(jià)格政

策、稅收等手段對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行調(diào)控，以降低能源

2020 年以前，該企業(yè)煉油綜合能耗及單因耗

能對(duì)比先進(jìn)企業(yè)還存在不小差距。近年來，嚴(yán)苛的

排放標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái)，企業(yè)對(duì)全廠工藝流

- 16 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

消耗。企業(yè)經(jīng)營管理層次的節(jié)能管理主要包括建立

健全能源管理機(jī)構(gòu)、建立企業(yè)的能源管理制度、合

理組織生產(chǎn)、加強(qiáng)計(jì)量管理等。

3.3???技術(shù)節(jié)能

技術(shù)節(jié)能主要通過對(duì)反應(yīng)部分、分離部分及換

熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)能目的。技術(shù)節(jié)能方法

主要有化工單元操作設(shè)備節(jié)能技術(shù)及系統(tǒng)節(jié)能方法。

化工單元操作設(shè)備節(jié)能技術(shù)指對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化

或更新；系統(tǒng)節(jié)能方法是指以能量系統(tǒng)為對(duì)象，通

過一定的策略和方法來處理能量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制

及運(yùn)行等問題，使獲得的結(jié)果最優(yōu)。

3.3.1???核心用能環(huán)節(jié)優(yōu)化

核心用能環(huán)節(jié)一般指反應(yīng)器和分餾塔等，通過

優(yōu)化反應(yīng)條件、優(yōu)化分餾塔的中段回流取熱分配等

措施，提高裝置內(nèi)高溫位能量的利用率，以達(dá)到降

低能量消耗的效果。

示例1：160萬t/a汽柴油加氫精制裝置增加熱

高低分流程節(jié)能改造項(xiàng)目。優(yōu)化提高對(duì)熱量的回收

利用，對(duì)原有冷高分流程進(jìn)行增加熱高低分流程改

造，回收反應(yīng)產(chǎn)物空冷器耗費(fèi)的部分熱量，降低原料

油和混合氫進(jìn)入反應(yīng)爐的溫升，節(jié)省燃?xì)庀?，并?/p>

用余熱發(fā)生蒸汽，達(dá)到節(jié)能減排目的。經(jīng)核查，該項(xiàng)

目年節(jié)能量為8 386 t標(biāo)準(zhǔn)煤，碳排放降低21 802 t。

示例 2：投用新增的常減壓裝置初餾塔側(cè)線。

在滿足初常頂石腦油質(zhì)量前提下，將初餾塔側(cè)線引

至常壓塔頂循，可降低常壓加熱爐負(fù)荷，節(jié)約瓦斯

30 kg/h，每年降低碳排放量554 t。

示例3：S Zorb再生器取熱盤管以前采用熱水

取熱，因取熱量小，易導(dǎo)致再生器內(nèi)取熱盤管水擊

現(xiàn)象，甚至干燒，導(dǎo)致盤管泄漏，造成吸附劑結(jié)

塊。后將熱水取熱改為氮?dú)馊?，并將原直排氮?dú)?/p>

改為返回總管。改造后每年節(jié)約氮?dú)?252 萬 Nm3

，

節(jié)電50 400 kW·h，創(chuàng)效92萬元。

示例4：蠟油加氫裝置停運(yùn)分餾塔。蠟油加氫

裝置未生產(chǎn)柴油，可以停運(yùn)分餾塔，脫氣塔底泵出

口跨至分餾塔底泵出口，停用分餾塔底泵、回流

泵、水泵、分餾塔頂空冷，停分餾塔汽提蒸汽。每

年節(jié)約電費(fèi)94.3萬元，碳排放降低912 t。

3.3.2???系統(tǒng)能量回收及升級(jí)利用

（1）裝置換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及余熱回收

通過“夾點(diǎn)技術(shù)”分析裝置的最優(yōu)夾點(diǎn)溫差，

并根據(jù)現(xiàn)狀及經(jīng)驗(yàn)對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，通過不斷

嘗試調(diào)整，使裝置改造工程量最小，夾點(diǎn)溫度達(dá)到

或接近最優(yōu)夾點(diǎn)溫差，減少冷、熱公用工程用量[10]。

（2）裝置聯(lián)合優(yōu)化

將全廠視為一個(gè)大系統(tǒng)，在大系統(tǒng)內(nèi)尋找合適

的熱匹配，達(dá)到能量?jī)?yōu)化利用目的，而不是將裝置

孤立起來進(jìn)行內(nèi)部熱量利用，避免“高熱低用”以

及反復(fù)加熱、冷卻所帶來的能源消耗[11]，提高能量

與熱量使用的效率，減少浪費(fèi)。

示例5：充分利用常減壓、加氫裂化裝置之間

的熱聯(lián)合，經(jīng)調(diào)整，常減壓減二線汽包減少蒸汽發(fā)

汽2.0 t/h，提高輕蠟油至加裂進(jìn)料溫度，加氫裂化

裝置加熱爐瓦斯耗量減少約300 Nm3

/h。

示例 6：汽柴油混合加氫裝置改造為 30 萬 t/a

焦化汽油加氫裝置后，在確保焦化汽油產(chǎn)品質(zhì)量的

前提下，優(yōu)化調(diào)整臨氫系統(tǒng)換熱流程。充分利用熱

聯(lián)合換熱器，將航煤反應(yīng)進(jìn)料直接加熱至正常反應(yīng)

溫度，熄滅航煤反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，每月減少燃料氣

260 t。同時(shí)焦化汽油加氫裝置改原料熱直供，停運(yùn)

原進(jìn)料加熱爐，每月減少燃料氣108 t。

（3）儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)用能優(yōu)化

對(duì)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的用能進(jìn)行優(yōu)化，通過降低儲(chǔ)量、

優(yōu)化儲(chǔ)運(yùn)參數(shù)、改變加熱介質(zhì)等措施，達(dá)到降低工

藝總用能、回收低溫?zé)?、減少蒸汽消耗和節(jié)省泵功

耗的目的。主要措施包括降低儲(chǔ)量，加強(qiáng)保溫，提

高進(jìn)罐溫度和用低溫?zé)峒訜?，降低維溫蒸汽用量；

通過優(yōu)化揚(yáng)程和流量、縮短混合時(shí)間和提高調(diào)合效

率等措施，節(jié)約機(jī)泵用電等[12]。

（4）低溫?zé)岽笙到y(tǒng)優(yōu)化利用

在熱出料和熱聯(lián)合基礎(chǔ)上，以“溫度對(duì)口，梯

級(jí)利用”的能量利用原則為指導(dǎo)[13]，構(gòu)建低溫?zé)峄?/p>

收利用大系統(tǒng)。以除鹽水為中間介質(zhì)，從熱源回收

熱量用于熱阱，可以替代熱阱裝置部分更高品質(zhì)的

熱量消耗，通過能量的梯級(jí)利用，節(jié)約蒸汽或燃料。

示例7：催化低溫?zé)崃鞒虄?yōu)化，解決氣分熱源

不足問題。氣分停脫異丁烷塔后，催化低溫?zé)崴疅?/p>

量富余較大，同時(shí)氣分丙烯塔熱源不足，裝置操作

受限。通過流程優(yōu)化，將催化低溫?zé)崴⑷氤p壓

低溫?zé)崴到y(tǒng)，向氣分丙烯塔供熱。解決了氣分丙

烯塔熱源不足的問題，丙烯精度提高至99%。同時(shí)

停用了催化空冷以及熱水泵，降低了裝置電耗。

2023 年.第 6 期 冉曉鋒．煉油企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能降碳實(shí)踐 - 17 -

示例8：S Zorb裝置低溫?zé)崴ㄟ^換熱器的升

溫，低溫?zé)犴?xiàng)目施工完后，裝置內(nèi)原有蒸汽伴熱全

部改為低溫?zé)崴闊?，降低了裝置伴熱用低壓蒸汽

消耗約2.0 t/h，年伴熱投用按4個(gè)月算，每年節(jié)約蒸

汽5 760 t，降低碳排放2 160 t。

示例 9：對(duì)低溫?zé)嵯嚓P(guān)裝置（S Zorb、催化、

氣分）換熱流程進(jìn)行優(yōu)化，至氣分低溫?zé)崴疁囟扔?/p>

94 ℃提高至100 ℃，氣分減少熱水旁通量，更換凝

結(jié)水泵出口調(diào)節(jié)閥，蒸汽凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥為小流量調(diào)

節(jié)閥，對(duì)凝結(jié)水流量孔板量程進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，將氣

分低壓汽消耗量由10 t/h降至3.5 t/h，節(jié)約蒸汽消耗

6.5 t/h，每年降低碳排放20 475 t。

（5）公用工程系統(tǒng)優(yōu)化

針對(duì)熱出料、低溫?zé)帷?chǔ)運(yùn)優(yōu)化后全廠蒸汽的

新格局，結(jié)合當(dāng)前蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)存在的問題，對(duì)全

廠的產(chǎn)汽、用汽和蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行全面優(yōu)化。盡量多

產(chǎn)高等級(jí)蒸汽；爭(zhēng)取少用汽及使用低等級(jí)的蒸汽[14]。

通過優(yōu)化燃料構(gòu)成降低產(chǎn)汽成本，優(yōu)化產(chǎn)汽設(shè)備負(fù)

荷、汽輪機(jī)匹配來消除減溫減壓和散熱損失等方面

問題，提高蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的能量利用效率。

示例10：針對(duì)柴油加氫裝置自產(chǎn)蒸汽后路不暢

只能現(xiàn)場(chǎng)直排的問題，通過優(yōu)化裝置自產(chǎn)蒸汽并入

1.0 MPa系統(tǒng)蒸汽管網(wǎng)，避免了蒸汽現(xiàn)場(chǎng)直排，同

時(shí)通過調(diào)節(jié)自產(chǎn)蒸汽量實(shí)現(xiàn)精制柴油出裝置溫度的

卡邊操作。項(xiàng)目實(shí)施投用后，裝置在150 t/h處理量

時(shí)可產(chǎn)汽4.5 t/h，每年節(jié)約動(dòng)力費(fèi)480.9萬元，降低

碳排放14 175 t。

示例11：新鮮水系統(tǒng)根據(jù)末端用戶供水壓力情

況，將供水壓力由0.42 MPa降至0.39 MPa運(yùn)行，根

據(jù)水量避免開大軸流轉(zhuǎn)輸泵。新鮮水場(chǎng)較以往同期

減少耗電量6萬kW·h，降低碳排放3 486 t。

示例12：空壓站運(yùn)行3臺(tái)大機(jī)組，凈化風(fēng)壓力

0.53 MPa，富余壓力較大。經(jīng)過分析研判，企業(yè)決

定將凈化風(fēng)壓力由0.53 MPa降至0.50 MPa，降低電

流，減少機(jī)組負(fù)荷輸出，仍可滿足全廠管網(wǎng)風(fēng)壓要

求。調(diào)整后凈化風(fēng)管網(wǎng)壓力降低0.5 kg，每小時(shí)節(jié)

電500 kW·h，每年降低碳排放2 440 t。

3.3.3???分析能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的使用情況

（1）機(jī)泵節(jié)電

對(duì)機(jī)泵本身及泵進(jìn)出口管道、閥門、調(diào)節(jié)設(shè)備

等壓力損失進(jìn)行分析和計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量

數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算進(jìn)行修正，找出該輸送系統(tǒng)的問題進(jìn)行

針對(duì)性改造。

示例13：調(diào)節(jié)閥開度整治。通過變頻改造、葉

輪切削及葉輪減級(jí)，整治截流嚴(yán)重的調(diào)節(jié)閥；通

過高效機(jī)泵排查及標(biāo)識(shí)，最大程度實(shí)現(xiàn)裝置節(jié)電。

2021 年完成 55 臺(tái)機(jī)泵葉輪切削，每年節(jié)電 576 萬

kW·h，創(chuàng)效400萬元，每年降低碳排放3 346 t。

（2）壓縮機(jī)、汽輪機(jī)效率評(píng)估及優(yōu)化

通過采集壓縮機(jī)、汽輪機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)模擬評(píng)估

機(jī)組運(yùn)行效率，選擇合理的節(jié)能方式。

示例14：干氣提濃裝置K8201B機(jī)組增加無級(jí)

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)明顯改善，振動(dòng)較

改造前大幅降低，實(shí)現(xiàn)60%～100%負(fù)荷無級(jí)調(diào)節(jié)，

電機(jī)功率降低795 kW，每年降低碳排放3 879 t。

示例15：S Zorb裝置往復(fù)式壓縮機(jī)國產(chǎn)無級(jí)氣

量調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用。這兩臺(tái)機(jī)組實(shí)際工藝需求量與額

定量偏差較大，運(yùn)行中流量調(diào)節(jié)不便且能耗高。過

去無級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)只能使用進(jìn)口設(shè)備，且一機(jī)一

配，設(shè)備采購成本、設(shè)備維護(hù)成本都居高不下。公

司首次提出“一拖二”技術(shù)應(yīng)用，探索利用一套控

制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)機(jī)組流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制方式，

不僅減少了設(shè)備投入，還使得生產(chǎn)調(diào)節(jié)更為便利。

經(jīng)過開機(jī)實(shí)測(cè)，兩臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的功率由430 kW

降至310 kW，每年節(jié)約電費(fèi)約65萬元，降低碳排

放586 t。

（3）加熱爐效率核算及優(yōu)化

通過采集加熱爐運(yùn)行數(shù)據(jù)及燃料氣的分析組

分，測(cè)算加熱爐熱效率，對(duì)于熱效率低的加熱爐找

出原因并采取相應(yīng)的節(jié)能措施。

示例16：制氫廢熱鍋爐增加省煤器。將鍋爐給

水引至制氫轉(zhuǎn)化爐的對(duì)流室中進(jìn)行加熱（煙氣溫度

為280 ℃），新增一段鍋爐給水加熱段，加熱至溫度

為200 ℃后的鍋爐給水再返回至原鍋爐給水管道，

鍋爐給水加熱段的壓降要求控制在 100 kPa 以內(nèi)。

項(xiàng)目年節(jié)能量約為5 000 t標(biāo)煤，降低碳排放13 000 t。

示例 17：重整四合一爐利用強(qiáng)化均衡輻射傳

熱節(jié)能技術(shù)提高加熱爐效率?；谥卣b置四合一

加熱爐的熱力學(xué)特性，在加熱爐輻射段鋪設(shè)熱輻射

元件，增強(qiáng)加熱爐在輻射段的熱量利用率，從而

減少燃料氣的使用量。項(xiàng)目實(shí)施后節(jié)能率分別達(dá)到

3.32%、13.48%、8.60%，年節(jié)能量1 095 t標(biāo)煤，降

- 18 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

低碳排放2 847 t。

示例18：焦化車間加熱爐外壁新型保溫涂料應(yīng)

用，該涂料屬于阻隔型隔熱保溫涂料，是一種以減

少涂層內(nèi)部熱傳導(dǎo)為主要目的的涂料，依據(jù)熱量在

空氣中的傳導(dǎo)速率遠(yuǎn)小于固體材料中傳導(dǎo)速率的原

理，通過將密度小、氣孔率高、導(dǎo)熱系數(shù)低的功能

填料——多孔道陶瓷微粒摻加入涂層體系中，從而

降低涂層的導(dǎo)熱系數(shù)，達(dá)到隔熱保溫目的[15]。在焦

化加熱爐輻射段及對(duì)流段噴涂新型保溫涂料，總外

表面積約為5 000 m2

，涂層厚度2 mm，涂料總用量

15 t，其余稀釋劑等材料按比例配制。經(jīng)審核該項(xiàng)

目年節(jié)能量達(dá)1 139 t標(biāo)煤，降低碳排放661 t。

4 ??實(shí)施效果

通過系統(tǒng)的節(jié)能降碳實(shí)踐，企業(yè)能效水平得到

顯著提高。2021年，該公司煉油累計(jì)綜合能耗53.98

kgEO/t，比上年同期下降了8.49個(gè)單位，企業(yè)能耗水

平達(dá)歷史最佳。排除大檢修低負(fù)荷年份，與正常生

產(chǎn)年相比，超過80%的裝置能耗呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，企

業(yè)取得了煉油綜合能耗降低11.98%、單因能耗降低

7.30%、碳排放總量降低5.13%的好成績(jī)。近5年能

耗及排放數(shù)據(jù)見表4。

表 4 近 5 年能耗及排放數(shù)據(jù)

項(xiàng)目 2018 年 2019 年 2020 年（檢修年） 2021 年 2022 年

加工量 / 萬 t 861.31 876.91 651.51 918.82 845.13

煉油綜合能耗 /（kgEO/t） 61.79 60.43 63.62 54 55.264 7

單因能耗 /（kgEO/t ·因數(shù)） 8.32 8.12 8.73 7.83 7.85

碳排放量 / 萬 t 197.08 191.83 161.99 185.12 174.39

圖5 近五年碳排放量趨勢(shì)

200

195

190

185

180

175

170

165

160

155

150

碳排放量 /萬 t

2018年 2019年 2020年

（檢修年）

2021年 2022年

碳排放量

圖4 近五年能耗趨勢(shì)

70

68

66

64

62

60

58

56

54

52

50

9.0

8.8

8.6

8.4

8.2

8.0

7.8

7.6

7.4

7.2

7.0

煉油綜合能耗 /（kgEO/t）

煉油綜合能耗

單因能耗 /（kgEO/t·因數(shù)）

2018年 2019年 2020年

（檢修年）

2021年 2022年

單因能耗

5 ??結(jié)論

（1）通過科學(xué)的管理模式，系統(tǒng)的節(jié)能降碳實(shí)

踐，企業(yè)能源消耗大幅縮減，碳排放量大幅下降，

能源管理水平跨越式提升。

（2）企業(yè)目前還存在部分裝置長期負(fù)荷率偏低

的問題，導(dǎo)致部分裝置用能單耗偏高，企業(yè)能效水

平較國家發(fā)改委等部門下發(fā)的《石化化工重點(diǎn)行業(yè)

嚴(yán)格能效約束推動(dòng)節(jié)能降碳行動(dòng)方案（2021—2025

年）》中規(guī)定的能效標(biāo)桿值還有一定差距；另外，

催化投產(chǎn)后帶來的碳排放量增加，以及企業(yè)以天然

氣制氫為主的現(xiàn)狀，都不利于碳減排規(guī)劃的落實(shí)。

（3）未來需持續(xù)改進(jìn)節(jié)能降碳工作，進(jìn)一步加

強(qiáng)節(jié)能管理，按照“雙碳”目標(biāo)各級(jí)要求推動(dòng)公司

節(jié)能降碳行動(dòng)落實(shí)落地。

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Practice of Energy Conservation and Carbon Reduction in Refining Enterprises

Ran Xiaofeng

（SINOPEC-SK (Wuhan) Petrochemical Company Limited，Wuhan，Hubei 430000，China）

Abstract: Taking a medium-sized oil refinery as an example and combining with the current background of

\"carbon peaking and carbon neutrality\" target, this paper introduces energy consumption and carbon emission status

of the refinery, and summarizes three directions of energy conservation and carbon reduction in refining enterprises.

From the technical aspect, the implementation process of energy conservation and carbon reduction in refineries is

systematically introduced, and some completed projects are listed, such as adding hot high pressure separator process

in diesel hydrogenation unit, adding the side draw to the primary distillation tower in atmospheric and vacuum

distillation unit, shutting down the feed heating furnace in jet fuel hydrogenation unit by heat integration, modifying

waste heat recovery of heating furnaces, enhancing heat transfer inside the furnaces, adding insulation coating on the

furnace outer wall, optimizing the low heat system, improving energy efficiency of rotating equipment and so on.

Through systematic implementation of energy conservation and carbon reduction measures, comprehensive energy

consumption of the refinery is reduced by 11.98%, single factor energy consumption is reduced by 7.3%, total carbon

emission is reduced by 5.13%, and energy conservation management level has been greatly improved.

Keywords: refining enterprise；energy consumption；energy conservation；carbon reduction；carbon emission

摘? 要：隨著石油化工企業(yè)在節(jié)能環(huán)保上越來越重視，芳烴裝置大量低溫余熱的回收利用

成為了芳烴裝置在節(jié)能環(huán)保上的探索方向。近年新建芳烴裝置做了大量?jī)?yōu)化，使

裝置能耗有所降低，裝置競(jìng)爭(zhēng)力也不斷提高。國內(nèi)某新建芳烴裝置首次采用了低

溫余熱發(fā)生0.45 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)方案，優(yōu)化裝置余熱蒸汽流

程，提高裝置余熱蒸汽的利用率，進(jìn)一步降低芳烴裝置的能耗。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗 芳烴裝置 余熱 透平應(yīng)用

芳烴裝置余熱蒸汽透平壓縮機(jī)節(jié)能應(yīng)用

尹志煒

（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦 578101）

目前，石油化工裝置朝綠色低碳發(fā)展是大趨勢(shì)。

芳烴聯(lián)合裝置余熱在整個(gè)煉化企業(yè)中最多，合理利

用低溫余熱降低能耗成為提高經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力的

必然發(fā)展方向 [1–5]。目前國產(chǎn)化芳烴裝置采用低溫

熱水發(fā)電、低壓蒸汽發(fā)電等節(jié)能應(yīng)用方案，使裝置

能耗水平處于世界前列。某企業(yè)有兩套芳烴裝置，

其中新建國產(chǎn)化芳烴裝置在原裝置基礎(chǔ)上做了很多

優(yōu)化，使裝置能耗相比原芳烴裝置降低了20%。首

套芳烴裝置中為回收大量低溫余熱，創(chuàng)新性采用低

溫?zé)崴l(fā)電和低低壓蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，但熱電轉(zhuǎn)化效

率不高，造成了一定程度的浪費(fèi)[6]。故某企業(yè)在新

建芳烴裝置中優(yōu)化了蒸汽網(wǎng)絡(luò)，利用低溫余熱發(fā)生

0.45 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)透平，有效

提高了芳烴裝置的低溫余熱回收利用率[7]。

1 ??裝置余熱利用情況簡(jiǎn)介

芳烴聯(lián)合裝置具有工藝流程長、分餾塔數(shù)目多、

塔頂?shù)蜏責(zé)岫嗟奶攸c(diǎn)[8–9]。傳統(tǒng)芳烴聯(lián)合裝置產(chǎn)生的

低溫余熱，因溫位低很難被回收利用，一般通過空

冷冷卻處理，不僅造成熱能和電能浪費(fèi)，而且產(chǎn)生

空氣熱污染，不利于節(jié)能環(huán)保[10–11]。在首套芳烴聯(lián)

合裝置中，通過抽出液塔和抽余液塔的提壓操作，

提高塔頂余熱溫位，以便于利用低溫余熱產(chǎn)生低壓

蒸汽并利用低壓蒸汽發(fā)電，降低裝置能耗。

某企業(yè)新建芳烴裝置，在首套芳烴裝置基礎(chǔ)上

做了進(jìn)一步優(yōu)化。首先將抽余液塔頂?shù)恼羝l(fā)生器

增至5臺(tái)，不僅能更好地控制抽余液塔塔壓，而且進(jìn)

一步提高了抽余液塔的低溫余熱利用率。其次在首

套芳烴聯(lián)合裝置中將低溫余熱自產(chǎn)的0.45 MPa余熱

蒸汽全部用于發(fā)電，而在新建芳烴裝置中則是利用

自產(chǎn)0.45 MPa余熱蒸汽驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)透平

（首套芳烴裝置異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)采用3.5 MPa蒸汽

驅(qū)動(dòng)透平），剩余的蒸汽則用于發(fā)電，這樣減少了

裝置3.5 MPa蒸汽用量，進(jìn)一步降低了芳烴裝置能

耗，提高了熱能的利用率，經(jīng)濟(jì)效益明顯高于蒸汽

發(fā)電[12–13]。新建芳烴裝置的低溫余熱情況見表1。

收稿日期：2022-12-08

作者簡(jiǎn)介：尹志煒，學(xué)士，工程師。目前主要從事芳

烴裝置生產(chǎn)技術(shù)工作。通訊聯(lián)系人：尹志煒，yinzw.

hnlh@sinopec.com。

表 1 精餾塔余熱情況

名稱 塔頂壓力 /

MPa

塔頂溫度 /

℃

蒸汽發(fā)生器

熱負(fù)荷 / MW

蒸汽發(fā)生器 /

臺(tái)

抽余液塔 0.25 185.9 102.2 5

抽出液塔 0.28 195.1 30.3 2

常壓塔 0.04 140.0 – –

綜合 – – 132.5 7

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

2023 年.第 6 期 尹志煒．芳烴裝置余熱蒸汽透平壓縮機(jī)節(jié)能應(yīng)用 - 21 -

由表 1 可知，抽余液塔和抽出液塔在提壓后，

塔頂溫度提高至185～195 ℃，足以產(chǎn)生0.45 MPa蒸

汽，以回收低溫余熱。而采用常壓操作則塔頂溫度

為140 ℃左右，其溫位不足產(chǎn)生0.45 MPa蒸汽。其

中兩個(gè)塔的塔頂蒸汽發(fā)生器熱負(fù)荷相加為132.5 MW，

其熱能相當(dāng)可觀，若高效回收利用，不僅能降低裝

置能耗，而且能創(chuàng)造效益，提高芳烴裝置競(jìng)爭(zhēng)力。

2 ??余熱蒸汽系統(tǒng)流程

新建芳烴裝置的余熱蒸汽系統(tǒng)是利用抽余液

塔和抽出液塔塔頂?shù)挠酂?，通過蒸汽發(fā)生器加熱除

氧水產(chǎn)生 0.45 MPa 蒸汽，再將蒸汽送入加熱爐的

對(duì)流段進(jìn)行過熱；過熱后的蒸汽一路送至異構(gòu)化循

環(huán)氫壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)機(jī)組透平做功，另一路則送至發(fā)

電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電；經(jīng)發(fā)電機(jī)組和異構(gòu)化壓縮機(jī)組做

功后的透平凝結(jié)水，進(jìn)入精密過濾器過濾，再送入

除氧器脫氧；最后再循環(huán)回蒸汽發(fā)生器，繼續(xù)產(chǎn)生

0.45 MPa蒸汽。其中系統(tǒng)的補(bǔ)水為除鹽水，來自除

鹽水總管。整個(gè)0.45 MPa蒸汽系統(tǒng)的壓力由管網(wǎng)末

端的壓力控制閥控制，當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時(shí)開啟壓控

閥并連接消音器進(jìn)行放空泄壓。余熱蒸汽系統(tǒng)流程

見圖1。

縮機(jī)透平，將自產(chǎn)0.45 MPa蒸汽全部用于發(fā)電。而

在新建芳烴裝置設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榉紵N裝置處于全廠公

用工程的末端，3.5 MPa蒸汽量不足，故采用0.45

MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化壓縮機(jī)透平。這樣不僅優(yōu)化了

全廠蒸汽平衡，而且進(jìn)一步降低了芳烴裝置能耗。

現(xiàn)對(duì)新建芳烴裝置0.45 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)透平壓縮

機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。其設(shè)計(jì)參數(shù)與3.5 MPa蒸汽

驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見表2。

表 2 0.45 MPa 蒸汽與 3.5 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的

設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

項(xiàng)目 單位 0.45 MPa 蒸汽

驅(qū)動(dòng)機(jī)組 K2701

3.5 MPa 蒸汽

驅(qū)動(dòng)機(jī)組 K701

額定進(jìn)汽壓力 MPa（A） 0.45 3.4

額定進(jìn)汽溫度 ℃ 180 340

蒸汽流量 t/h（額定） 104.2 26

排汽壓力 MPa（A） 0.02 0.018

正常功率 kW 8 210 5 477

額定功率 kW 12 738 6 024

額定轉(zhuǎn)速 rpm 4 804 6 060

壓縮機(jī)軸功率 kW

（SOR/EOR） 8 250/3 496 5 477/3 553

壓縮比 （SOR/EOR） 1.42/1.13 1.49/1.15

圖1 余熱蒸汽系統(tǒng)流程

?? ???? ???

???

??≤

??? ???

?亦?

???

?亦?

???

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???

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???

??

???

?

?

?

└

?

3 ??余熱蒸汽透平壓縮機(jī)應(yīng)用評(píng)價(jià)

在芳烴裝置中，利用裝置余熱產(chǎn)生0.45 MPa蒸

汽并用來驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)是首次應(yīng)用。芳烴裝置余熱

蒸汽回收利用方式的選擇，需要考慮全廠蒸汽平衡

問題。在首套芳烴裝置建設(shè)時(shí)，考慮到全廠3.5 MPa

蒸汽有富余，故選擇用3.5 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化壓

由上表可知，用0.45 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)

的額定蒸汽用量遠(yuǎn)大于利用3.5 MPa，這是0.45 MPa

蒸汽的溫位和效率都較低的原因。而0.45 MPa蒸汽

透平壓縮機(jī)的額定功率與正常功率的比值，也遠(yuǎn)大

于3.5 MPa的比值，這是考慮到當(dāng)對(duì)二甲苯的效益

較好時(shí)，裝置大幅提高負(fù)荷的需求，同時(shí)考慮當(dāng)反

應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)再生燒焦等氮?dú)夤r時(shí)分子量遠(yuǎn)大于氫

氣的情況。因?yàn)樾陆ǚ紵N裝置開車時(shí)間不長，異構(gòu)

化反應(yīng)催化劑活性較強(qiáng)，目前壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為 4 200

rpm/min，機(jī)組壓縮比為1.52，高于設(shè)計(jì)值，充分證

明了其設(shè)計(jì)能力滿足正常生產(chǎn)的需求。余熱蒸汽透

平壓縮機(jī)振動(dòng)和位移數(shù)據(jù)見圖2和圖3。

目前余熱蒸汽透平壓縮機(jī)K2701因工藝需要轉(zhuǎn)

速為4 200 rpm/min，進(jìn)汽壓力為0.41 MPa，進(jìn)汽溫

度為190 ℃，排氣壓力為0.02 MPa。在該進(jìn)汽工況

下汽輪機(jī)與壓縮機(jī)的振動(dòng)、位移均比較低，且在運(yùn)

行的2個(gè)多月內(nèi)，振動(dòng)和位移都非常平穩(wěn)，遠(yuǎn)低于汽

- 22 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

MPa蒸汽的單價(jià)，計(jì)算出創(chuàng)效情況[12]。

汽輪機(jī)的效率采用汽輪機(jī)的做功與蒸汽做功焓

降的比值來計(jì)算，其中汽輪機(jī)所用蒸汽做功的焓降

＝（過熱蒸汽焓值–冷凝水焓值）×蒸汽的質(zhì)量流

量；汽輪機(jī)的發(fā)電量則需要通過采用發(fā)電機(jī)的效率

與汽輪機(jī)所用蒸汽做功焓降的乘積來計(jì)算得出。其

推導(dǎo)公式如下：

η1＝P1×K/H （1）

H＝Q1×（H1–H2） （2）

Q2＝P2×K/η1/（H1 –H2） （3）

W＝η2×Q3×（H3–H4）/K （4）

其中：η1為3.5 MPa蒸汽透平效率，%；P1為

K701的汽輪機(jī)功率，kW；K為功率折蒸汽做功系

數(shù)，取3 600 kJ/kW·h；H為3.5 MPa蒸汽做功的焓

降，kJ；Q1為K701蒸汽用量，kg/h；H1為3.5 MPa

蒸汽焓值，kJ/kg；H2為0.45 MPa蒸汽焓值，kJ/kg；

Q2為 K2701 采用 3.5 MPa 蒸汽的量，kg/h；P2為

K2701的汽輪機(jī)功率，kW；W為K2701汽輪機(jī)發(fā)電

量，kW·h；η2為0.45 MPa蒸汽透平效率，%；Q3為

K2701采用0.45 MPa蒸汽用量，kg/h；H3為K701凝

結(jié)水焓值，kJ/kg；H4為K2701冷凝水焓值，kJ/kg；

K701為首套芳烴裝置3.5 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化循環(huán)

氫壓縮機(jī)；K2701為新建芳烴裝置余熱蒸汽驅(qū)動(dòng)異

構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)。

根據(jù)工藝運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)，可得到已

知參數(shù)如表3所示。

現(xiàn)將已知參數(shù)代入式（1）–（4）中，聯(lián)解上

式可求得3.5 MPa蒸汽透平效率η1為35.4%，K2701

若采用 3.5 MPa 驅(qū)動(dòng)透平需要消耗的蒸汽量 Q2為

28.3 t/h，若將K2701的0.45 MPa蒸汽用量送去發(fā)

電，發(fā)電量W為7 707 kW·h。

現(xiàn)將采用3.5 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)透平K2701消耗的

蒸汽量所產(chǎn)生的能耗減去采用0.45 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)透

平K2701所消耗的蒸汽量送去發(fā)電所節(jié)約的能耗，

則可以計(jì)算出采用0.45 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)比采用

3.5 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)所節(jié)約的總能耗，效益核

算同理。結(jié)果如表4所示。

綜上所述，在新建芳烴裝置中采用自產(chǎn) 0.45

MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化透平壓縮機(jī) K2701 的余熱蒸

汽流程優(yōu)化方案，將使芳烴聯(lián)合裝置降低能耗

7.29 kgEO/t PX，創(chuàng)造效益217.36萬元/年。

圖2 汽輪機(jī)振動(dòng)和位移

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

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0.50

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10.00

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20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

2019.11.10

2019.11.13

2019.11.16

2019.11.19

2019.11.22

2019.11.25

2019.11.28

2019.12.1

2019.12.4

2019.12.7

軸位移/mm 軸振動(dòng)/mm

汽輪機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)軸位移

0.00

0.05

0.10

0.15

0.00

5.00

10.00

15.00

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2019.11.28

2019.12.1

2019.12.4

2019.12.7

軸位汽輪機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)軸位移

0.00

0.05

0.10

0.00

5.00

10.00

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2019.12.1

2019.12.4

2019.12.7

汽輪機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)軸位移

0.00

0.05

0.10

0.00

5.00

10.00

2019.11.10

2019.11.13

2019.11.16

2019.11.19

2019.11.22

2019.11.25

2019.11.28

2019.12.1

2019.12.4

2019.12.7

汽輪機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng) 汽輪機(jī)軸位移

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0.50

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0

軸振動(dòng) /μm

軸位移 /mm

2019/11/10

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2019/12/01

2019/12/04

2019/12/07

汽輪機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)

汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)

汽輪機(jī)軸位移

時(shí) 間

圖3 壓縮機(jī)振動(dòng)和位移

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

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5

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2019.11.19

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2019.12.1

2019.12.4

2019.12.7

軸位移/mm

軸振動(dòng)/mm

壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)軸位移

0

0.005

0.01

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2019.11.28

2019.12.1

2019.12.4

2019.12.7

軸位移/mm

軸振動(dòng)/mm

壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)軸位移

0

0.005

0.01

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2019.12.4

2019.12.7

軸位移/mm

軸振動(dòng)/mm

壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)軸位移

0

0.005

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2019.11.19

2019.11.22

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2019.12.1

2019.12.4

2019.12.7

軸位移/mm

軸振動(dòng)/mm

壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)軸位移

50

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軸振動(dòng) /μm

軸位移 /mm

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2019/12/01

2019/12/04

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壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng)

壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng) 壓縮機(jī)軸位移

時(shí) 間

輪機(jī)和壓縮機(jī)的振動(dòng)報(bào)警值和聯(lián)鎖值，表明0.45 MPa

蒸汽驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)能滿足工藝要求，運(yùn)行良好。

4 ??余熱蒸汽驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)節(jié)能分析

在首套芳烴裝置中異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī) K701

采用了3.5 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)透平，而在新建芳烴裝置

中異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī) K2701 采用了 0.45 MPa 蒸

汽驅(qū)動(dòng)透平。若要計(jì)算K2701對(duì)比K701的節(jié)能降

耗情況和創(chuàng)造效益情況，首先需計(jì)算出3.5 MPa蒸

汽驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)的效率η1，從而推導(dǎo)出K2701采

用3.5 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)透平需要消耗的蒸汽量Q2；再

得出將K2701的0.45 MPa蒸汽用量送去發(fā)電的發(fā)電

量W；最后通過3.5 MPa蒸汽和0.45 MPa蒸汽能耗

系數(shù)算出優(yōu)化后的節(jié)能情況，并通過發(fā)電量和 3.5

2023 年.第 6 期 尹志煒．芳烴裝置余熱蒸汽透平壓縮機(jī)節(jié)能應(yīng)用 - 23 -

表 3 工藝運(yùn)行及設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

項(xiàng)目 數(shù)值 項(xiàng)目 數(shù)值

3.5 MPa 透平進(jìn)汽壓力 / MPa 3.3 0.45 MPa 透平進(jìn)汽壓力 / MPa 0.41

3.5 MPa 透平進(jìn)汽溫度 /℃ 358 0.45 MPa 透平進(jìn)汽溫度 /℃ 190

3.5 MPa 蒸汽焓值 /（kJ/kg） 3 126.26 0.45 MPa 蒸汽焓值 （/ kJ/h） 2 831.38

k701 透平凝結(jié)水溫度 / ℃ 42 k2701 透平凝結(jié)水溫度 /℃ 45

k701 透平凝結(jié)水焓值 /（kJ/kg） 176.41 k2701 透平凝結(jié)水焓值 /（kJ/kg） 176.41

k701 蒸汽用量 Q1/（kg/h） 18 900 k2701 蒸汽用量 Q2（/ kg/h） 75 000

k701 汽輪機(jī)功率 P1 / kW 5 477 k2701 汽輪機(jī)功率 P2/kW 8 210

0.45 MPa 蒸汽透平效率 η2，% 14

表 4 采用 0.45 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)能耗和效益對(duì)比

項(xiàng)目 用氣量 /（t/h） 能耗系數(shù) /

（kgEO/t）

節(jié)約能耗 /

（kgEO/t PX）

發(fā)電量 /

（kW·h） 單價(jià) / 元 創(chuàng)造效益 /

（萬元 / 年）

若將 0.45 MPa 蒸汽去發(fā)電 75 -0.23 -17.99 7 707 -0.60 -3 699.36

采用 3.5 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng) 28.3 88 25.28 – 173 3 916.72

采用 0.45 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng) – – 7.29 – – 217.36

注：PX 產(chǎn)量按 98.5 t/h 計(jì)算，每年按 8 000 h 計(jì)算

5 ?應(yīng)用中遇到的問題及對(duì)策

5.1???吸附系統(tǒng)和異構(gòu)化系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)易相互影響

抽出液塔和抽余液塔頂?shù)恼羝l(fā)生器，在產(chǎn)生

0.45 MPa蒸汽后經(jīng)加熱爐過熱送至異構(gòu)化壓縮機(jī)和

發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)透平做功，當(dāng)抽余液塔或抽出液塔波動(dòng)

時(shí)，容易造成蒸汽管網(wǎng)波動(dòng)。而蒸汽管網(wǎng)的波動(dòng)容

易造成異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)操作不穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)

異構(gòu)化壓縮機(jī)停車，從而造成整個(gè)異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)

的停車。反之，當(dāng)壓縮機(jī)故障停機(jī)時(shí)，將造成蒸汽

管網(wǎng)壓力升高，從而造成抽余液塔和抽出液塔壓升

高，若控制不好容易造成解吸劑污染，從而導(dǎo)致PX

產(chǎn)品純度和收率的降低。

對(duì)策：（1）加強(qiáng)抽余液塔回?zé)捨锪系拿撍芾恚?/p>

嚴(yán)防回?zé)捨锪蠋?/p>

（2）抽余液塔和抽出液塔穩(wěn)定操作，避免塔壓

大幅波動(dòng)。

（3）加強(qiáng)壓縮機(jī)的管理、維護(hù)、隱患排查治理，

保證機(jī)組長周期運(yùn)行。

5.2???0.45?MPa 蒸汽管網(wǎng)易帶水

0.45 MPa蒸汽溫位低，蒸汽品質(zhì)差，加熱爐過

熱段易積灰，過熱不充分，0.45 MPa蒸汽管網(wǎng)過熱

后經(jīng)常帶水，若水隨蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)將損傷汽輪機(jī)

葉片。

對(duì)策：（1）加強(qiáng)蒸汽管網(wǎng)在加熱爐前和加熱爐

后疏水管線的疏水，嚴(yán)防蒸汽管網(wǎng)帶水。

（2）加強(qiáng)汽輪機(jī)入口分液包的脫水。

5.3???低低壓蒸汽驅(qū)動(dòng)透平非正常工況時(shí)驅(qū)動(dòng)力不夠

0.45 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng)的透平壓縮機(jī)，因蒸汽品

質(zhì)和溫位都比較低，造成汽輪機(jī)效率較低，蒸汽消

耗量也較大。當(dāng)汽輪機(jī)在非正常工況，如催化劑再

生、氮?dú)夤r時(shí)，因系統(tǒng)的氣體分子量遠(yuǎn)大于正常

工況時(shí)氫氣分子量，導(dǎo)致即使汽輪機(jī)主汽門全開，

壓縮機(jī)推動(dòng)力依然不夠，無法滿足工藝要求。

具體措施：（1）適當(dāng)提高抽出液塔和抽余液塔

頂溫位，增加蒸汽取熱量，提高蒸汽溫位。

（2）減少進(jìn)發(fā)電機(jī)蒸汽量，適當(dāng)提高0.45 MPa

蒸汽管網(wǎng)壓力。

（3）在非正常工況運(yùn)行時(shí)，工藝允許條件下盡

量降低反應(yīng)系統(tǒng)壓力。

6 ??結(jié)論

新建芳烴裝置采用 0.45 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng)透平壓

- 24 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

縮機(jī)組，運(yùn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行工況良好，優(yōu)化

了全廠蒸汽平衡，滿足工藝需求，同時(shí)降低了芳烴

裝置能耗，為芳烴裝置創(chuàng)造效益。但也存在吸附與

異構(gòu)化系統(tǒng)之間相互影響、蒸汽管網(wǎng)容易帶水、氮

氣工況驅(qū)動(dòng)力不足的問題。裝置之間關(guān)聯(lián)度的進(jìn)一

步提高，對(duì)裝置工藝操作和工藝管理提出了更高要

求，對(duì)生產(chǎn)中波動(dòng)調(diào)整和異常處理帶來了更嚴(yán)格的

考驗(yàn)。采用余熱蒸汽驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了最

初設(shè)計(jì)目標(biāo)，在綠色低碳、節(jié)能降耗方面提供了示

范案例，為芳烴裝置在綠色低碳方向上的探索做出

了貢獻(xiàn)。

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[J]．節(jié)能技術(shù)，2011，29（1）：61-65．

Energy-saving Application of Steam Turbine Compressor

with Waste Heat in Aromatics Unit

Yin Zhiwei

（SINOPEC Hainan Refining and Chemical Co., Ltd，Yangpu，Hainan 578101，China）

Abstract: With more attention to energy conservation and environmental protection in petrochemical

enterprises, the recovery and utilization of large amount of low-temperature waste heat become the exploration

direction of energy conservation and environmental protection in aromatics unit. New aromatics unit are greatly

optimized in recent years, which further reduces the energy consumption and improves the competitiveness. For the

first time, 0.45 MPa steam produced by low temperature waste heat is used to drive the isomerization cycle hydrogen

compressor, optimizes the process of waste heat steam, improves the utilization ratio of waste heat steam, and further

reduces the energy consumption of aromatics unit.

Keywords: energy saving；aromatics unit；waste heat；turbine application

摘? 要：該文以某廠生物柴油生產(chǎn)裝置中的甲醇回收單元為考察對(duì)象，采用熱集成多效精

餾工藝對(duì)現(xiàn)裝置進(jìn)行模擬優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)選用不同工藝下的綜合經(jīng)濟(jì)

效益及CO2排放量進(jìn)行計(jì)算分析；對(duì)比發(fā)現(xiàn)熱集成多效精餾工藝的年投資總費(fèi)用

較常規(guī)流程低28.33%，碳排放量也比常規(guī)流程低41.06%，熱集成多效精餾節(jié)能降

耗效果明顯。

關(guān)鍵詞：多效精餾 生物柴油 甲醇回收 熱集成 節(jié)能降耗

多效精餾在甲醇回收工藝中的應(yīng)用

李凱

（長嶺煉化岳陽工程設(shè)計(jì)有限公司，湖南岳陽 414000）

收稿日期：2023-05-07

作者簡(jiǎn)介：李凱，碩士，工程師。目前從事石油煉制、

精細(xì)化工裝置類工程設(shè)計(jì)工作。通訊聯(lián)系人：李凱，

lk20190204@126.com。

生物柴油是一種環(huán)保的綠色能源，在世界多

國都引起了高度重視 [1–2]。目前真正用于生物柴油

工業(yè)生產(chǎn)并具備實(shí)用價(jià)值的生產(chǎn)方法主要是化學(xué)法

[3]?；瘜W(xué)法生產(chǎn)生物柴油的工業(yè)步驟主要有油脂醇

解反應(yīng)，包括甘油酯的酯交換反應(yīng)和脂肪酸的酯化

反應(yīng)、循環(huán)甲醇的回收、粗脂肪酸甲酯的提純、甘

油提純[4]。在甲醇的精餾回收工藝中，現(xiàn)階段工業(yè)

生產(chǎn)中多采用常規(guī)常壓精餾的方式[5]。因此，通過

合理的技術(shù)手段優(yōu)化甲醇精餾工藝，提高裝置節(jié)能

效益效果明顯。尤其是當(dāng)前國內(nèi)明確“碳達(dá)峰”和

“碳中和”的發(fā)展目標(biāo)后，蒸汽、電等多種公用工

程價(jià)格持續(xù)上漲 [6]。采取高效、可行的節(jié)能措施，

不僅可以降低企業(yè)的運(yùn)行成本，同時(shí)也可以增強(qiáng)該

裝置的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)的優(yōu)良發(fā)展提供強(qiáng)有力

的保障措施。

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例，采取熱集成的精餾方法，通

過Aspen Plus軟件進(jìn)行流程模擬計(jì)算，并通過HTRI

Xchanger Suite及Aspen EDR等軟件對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行

計(jì)算，從經(jīng)濟(jì)效益、能耗和CO2排放等多個(gè)方面進(jìn)

行分析，獲取新工藝可行性及節(jié)能降耗的理論依據(jù)。

1 ??工藝優(yōu)化原理

熱集成多效精餾主要是通過擴(kuò)展分離流程，

以多塔精餾代替單塔精餾，充分利用高壓塔的塔

頂氣相潛熱，有效實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，減少精

餾過程中的熱量損失，同時(shí)還可以提高裝置的經(jīng)濟(jì)

效益[7]。

熱集成多效精餾是在常規(guī)變壓精餾的基礎(chǔ)上進(jìn)

行熱量有效集成的技術(shù)，由多個(gè)操作壓力不同的塔

組成，且塔的操作壓力依次降低，并將前塔的塔頂

蒸汽作為后塔的重沸器熱源，而第一個(gè)塔則采用額

外的熱源加熱，如蒸汽、導(dǎo)熱油[8]。

熱集成多效精餾中最簡(jiǎn)單的方式是由兩塔組

成，主要根據(jù)操作體系的相對(duì)揮發(fā)度、進(jìn)料組成及

狀態(tài)分布、現(xiàn)有廠區(qū)的公用條件等多種因素來確定

多效精餾的流程及操作條件[9]。尤其是在操作壓力

的選取上，過高的操作壓力會(huì)導(dǎo)致塔釜溫度升高，

對(duì)于熱敏性物質(zhì)還會(huì)有產(chǎn)生分解、聚合或結(jié)焦的可

能；同時(shí)，過高的操作壓力還會(huì)提高設(shè)備的材質(zhì)要

求，增加裝置的設(shè)備投資費(fèi)用。

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

- 26 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

2 ??基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1???基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

以某生物柴油生產(chǎn)裝置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)依

據(jù)，油脂醇解反應(yīng)后的出口產(chǎn)物流量為17 300 kg/h，

其中甲醇占比 26%，水占比 1%，游離脂肪酸占比

1%，丙三醇占比1%，脂肪酸甲酯占比68%，脂肪

酸甘油酯占比1%，其他重質(zhì)油占比2%；循環(huán)甲醇

蒸汽流量為5 200 kg/h，其中甲醇占比91%，水占比

5%，脂肪酸甲酯占比4%?，F(xiàn)裝置甲醇回收單元對(duì)

甲醇回收采用單塔常壓操作，要求回收甲醇的純度

達(dá)到99.9%以上，回收率在99%以上。

2.2???經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

工藝優(yōu)化后，為了更加客觀的分析比對(duì)兩種工

藝，參考Douglas經(jīng)濟(jì)計(jì)算模型[10]，基于綜合經(jīng)濟(jì)

效益即年總費(fèi)用最小化作為兩種工藝的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

其中年總費(fèi)用主要包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，計(jì)算

公式如下：

TAC＝CV＋

FCI

P （1）

式中：TAC為年總費(fèi)用，元/a；FCI為固定設(shè)備

投資費(fèi)用，元，包括精餾塔、換熱器及其他設(shè)備費(fèi)

用（購買費(fèi)及安裝費(fèi)）；CV為操作費(fèi)用，元/a，包

括循環(huán)水、電及蒸汽；P為投資回收期，a；為簡(jiǎn)化

計(jì)算，僅考慮部分主要設(shè)備及公用工程消耗的投資

費(fèi)用，忽略諸如罐、泵、閥門、管件、管道等低成

本設(shè)備。

2.3???環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)科技部、國家發(fā)改委等9部門發(fā)布的《科

技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022—2030 年）》

相關(guān)政策，CO2 排放量成為環(huán)境評(píng)價(jià)的一個(gè)重要

指標(biāo)。依托《石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T

50441–2016）、《綜合能耗計(jì)算通則》（GB/T 2589–

2020）及《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求 第10部分：

化工生產(chǎn)企業(yè)》（GB/T 32151.10–2015）等標(biāo)準(zhǔn)中的

能耗指標(biāo)，對(duì)該文中的公用工程進(jìn)行能耗折算。

3 ??流程模擬與結(jié)果

采用Aspen Plus軟件進(jìn)行流程模擬計(jì)算。由于

進(jìn)料物中存在大量的甲醇、水和丙三醇等非理想極

性物質(zhì)，選用NRTL為物性計(jì)算方法。

圖 1（a）為現(xiàn)有裝置甲醇回收單元所采用的

工藝流程，采用單塔操作，通過常壓精餾對(duì)反應(yīng)后

物料中的甲醇進(jìn)行回收，其中精餾塔頂氣相產(chǎn)品直

接冷卻至40 ℃后回收，塔底直接使用1.0 MPa（G）

過熱蒸汽作為重沸器熱源，該操作方式不利于能源

的回收利用。圖1（b）為優(yōu)化后工藝示意流程，采

圖1 工藝流程示意

（a）優(yōu)化前 （b）優(yōu)化后

99.9%

B

99.9%

B

99.9%

B

4% 91% 5%

A B D

4% 91% 5%

A B D

68% 26%

2%

1%

A BC D

68% 26%

2%

1%

A BC D

0.2% 90% 3.3%

2.6%

B A C D

0.2% 90% 3.3%

2.6%

B A C D

流量單位：kg/h

質(zhì)組成代號(hào)

A：脂肪酸甲酯

B：甲醇

C：重質(zhì)油

D：水介

E-101

E-203 E-202

E-201 E-204

T-201 T-202

T-101

E-102

E-205

A-101

A-201

13 300

17 300

5 200

3 750

18 750

5 200

9 375

13 125 12 807.5

7 357.5

5 450

19 320

10 120 9 200

13 300

17 300

2023 年.第 6 期 李凱．多效精餾在甲醇回收工藝中的應(yīng)用 - 27 -

用兩塔式熱集成多效精餾，其中 T–201 為高壓塔，

塔頂飽和甲醇?xì)庵苯幼鳛榈蛪核–202的重沸器熱

源，充分利用甲醇?xì)獾臐摕?，換熱后的甲醇液與進(jìn)

料充分換熱后部分回流，剩余部分通過循環(huán)水冷凝

后直接外送，低壓塔T–202按單塔的操作模式對(duì)原

料中的剩余甲醇進(jìn)行回收。相關(guān)模擬操作參數(shù)見表

1，模擬結(jié)果見表2，產(chǎn)品指標(biāo)見表3。

餾。由表2～3可知，優(yōu)化流程后沒有降低甲醇的回

收指標(biāo)，但有效降低了裝置的蒸汽耗量及用電量。

4 ??經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)及能耗分析

該文以Aspen Plus軟件的模擬數(shù)據(jù)為依據(jù)，通

過HTRI Xchanger Suite及Aspen EDR等軟件對(duì)相關(guān)

設(shè)備進(jìn)行選型計(jì)算，選型結(jié)果見表4。

表 1 兩種流程的操作參數(shù)

項(xiàng)目

常規(guī)流程 優(yōu)化流程

甲醇回收塔 高壓甲醇

回收塔

低壓甲醇

回收塔

塔徑 /mm 1 800 1 400 1 600

塔高 /mm 22 700 22 700 19 300

塔頂操作壓力 /

MPa（G） 0.07 1.4 0.07

塔頂溫度 /℃ 78 153 78

塔底溫度 /℃ 123 160 121

回流比 1.1 2.5 1.35

塔型 填料塔 填料塔 填料塔

塔內(nèi)件 BX 金屬絲網(wǎng)

填料

BX 金屬絲網(wǎng)

填料

BX 金屬絲網(wǎng)

填料

表 2 兩種流程的模擬結(jié)果

項(xiàng)目

常規(guī)流程 優(yōu)化流程

甲醇回收塔 高壓甲醇

回收塔

低壓甲醇

回收塔

再沸器負(fù)荷 /kW 4 592 2 690 3 128

空冷器負(fù)荷 /kW 6 087 – 4 107

冷凝器負(fù)荷 /kW 367 794；245 170

循環(huán)水耗量 /（t/h） 31.75 21.12 14.69

電耗量 /kW·h 84.78 – 56.48

蒸汽耗量 （/ t/h） 7.91 4.63 –

表 3 兩種流程的產(chǎn)品質(zhì)量

項(xiàng)目 常規(guī)流程 優(yōu)化流程

精制甲醇量 /（t/h） 9 200 9 200

精制甲醇純度，% 99.9 99.9

甲醇回收率，% 99.0 99.0

由表1可知，在原有流程的基礎(chǔ)上新增一個(gè)高

壓塔，將塔頂操作壓力定位為 1.4 MPa（G）即可

形成有效的熱集成傳熱溫差，兩塔式熱集成多效精

表 4 相關(guān)設(shè)備選型

方案 設(shè)備 數(shù)量 類型

操作溫度 / ℃

型號(hào) 換熱面積

進(jìn)口 出口

常規(guī)流程

E-101 1 BKU 管：220

殼：95

管：184

殼：122 ?700/1 400 mm×6 000 mm 220

E-102 1 BEU 管：32

殼：55

管：42

殼：40 ?500 mm×6 000 mm 100

A-101 6 鼓風(fēng)式 78.5 55 GP9×3-6-193-1.6S-23.4/DR-II –

優(yōu)化流程

E-201 1 BJU 管：220

殼：160

管：184

殼：163 ?800 mm×6 000 mm 282

E-202 2 BEU 管：70

殼：151

管：130

殼：105 ?500 mm×4 000 mm 134

E-203 1 BEU 管：105

殼：32

管：40

殼：42 ?400 mm×3 500 mm 42

E-204 1 BKU 管：153

殼：95

管：153

殼：121 ?800/1 400 mm×6 000 mm 300

E-205 1 BEU 管：32

殼：55

管：42

殼：40 ?400 mm×6 000 mm 63

A-201 4 鼓風(fēng)式 78.5 55 GP9×3-6-193-1.6S-23.4/DR-II –

- 28 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)依托Douglas經(jīng)濟(jì)計(jì)算模型[6]，該

項(xiàng)目主要計(jì)算的固定設(shè)備費(fèi)含精餾塔、換熱器及空

冷器，其中精餾塔的費(fèi)用計(jì)算公式如下：

TF＝113 000D1.066H0.802 （2）

式中：TF 為精餾塔費(fèi)用，元；D 為塔徑，m；

H為塔高，m；詳細(xì)參數(shù)由Aspen Plus計(jì)算出，結(jié)果

見表1。

換熱器的費(fèi)用計(jì)算公式如下：

HF＝467 00A0.65 （3）

式中：HF為換熱器費(fèi)用，元；A為換熱器的面

積，m2

，詳細(xì)參數(shù)結(jié)果見表4。

空冷器費(fèi)用參考某空冷器制造廠商報(bào)價(jià)，詳見

表5。

操作費(fèi)用即為低壓蒸汽、循環(huán)水和電，該類費(fèi)

用以某煉廠的價(jià)格為計(jì)算依據(jù)，其中低壓蒸汽按照

150 元 /t 計(jì)算，循環(huán)水按照 0.25 元 /t 計(jì)算，電按照

0.62元/度計(jì)算，同時(shí)操作時(shí)間按8 000 h/a考慮，設(shè)

備的投資回收周期按5年考慮。

詳細(xì)的TAC計(jì)算結(jié)果見表5，由表5可知優(yōu)化

后方案的 TAC 值比優(yōu)化前低了 28.33%。該結(jié)果表

明，雖然優(yōu)化后的流程增加了固定設(shè)備投資費(fèi)用

4 086 086元，但熱集成多效精餾有效地減少了裝置

的公用工程耗量，降低了操作費(fèi)用4 068 248元/a，

是更加經(jīng)濟(jì)型的操作方式。綜上所述，優(yōu)化后的流

程更優(yōu)。

根據(jù)表2中模擬所得的結(jié)果，依據(jù)《石油化工

設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50441–2016）及《綜

合能耗計(jì)算通則》（GB/T 2589–2020）及《溫室氣

體排放核算與報(bào)告要求 第10部分：化工生產(chǎn)企業(yè)》

（GB/T 32151.10–2015）標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)指標(biāo)，對(duì)優(yōu)化

前后的甲醇回收流程進(jìn)行能耗計(jì)算，詳細(xì)能耗參數(shù)

見表 6。由表 6 可知，當(dāng)達(dá)到同樣的處理量和分離

精度時(shí)，采用熱集成多效精餾工藝后的節(jié)能效果明

顯，優(yōu)化后流程的能耗及CO2排放量比常規(guī)流程低

41.06%。

表 5 兩種方案的 TAC 計(jì)算結(jié)果

方案 設(shè)備 設(shè)備費(fèi)用 /

元

操作費(fèi)用 /

（元 /a）

投資回

收期 /a

TAC/×104

（元 /a）

常規(guī)

流程

T-101 2 586 614 – – –

E-101 1 555 577 9 492 000 – –

E-102 931 788 63 500 – –

A-101 2 400 000 420 509 – –

合計(jì) 7 473 979 9 976 009 5 1 147

優(yōu)化

流程

T-201 1 978 717 – – –

T-202 2 003 029 – – –

E-201 1 828 011 5 556 000 – –

E-202 1 127 029 – – –

E-203 530 187 42 240 – –

E-204 1 903 030 – – –

E-205 690 062 29 380 – –

A-201 1 500 000 280 141 – –

合計(jì) 11 560 065 5 907 761 5 822

表 6 能耗分析

方案 項(xiàng)目

消耗量 能耗折算值 總能耗 單位能耗 碳排放因子 碳排放量

單位 數(shù)量 單位 數(shù)量 kgEO/h kgEO/t 單位 數(shù)量 kgCO2e/h

常規(guī)流程

循環(huán)水 t/h 31.75 kgEO/t 0.06 1.91 0.08 kgCO2e/t 0.21 6.67

電 kW·h 84.78 kgEO/kW 0.22 18.65 0.83 kgCO2e/ kW 0.78 66.13

蒸汽 t/h 7.91 kgEO/t 76 601.16 26.72 kgCO2e/t 270 2 135.70

合計(jì) – – – – 621.72 27.63 – – 2 208.5

優(yōu)化流程

循環(huán)水 t/h 35.81 kgEO/t 0.06 2.15 0.10 kgCO2e/t 0.21 7.52

電 kW·h 56.48 kgEO/kW 0.22 12.43 0.55 kgCO2e/ kW 0.78 44.05

蒸汽 t/h 4.63 kgEO/t 76 351.88 15.64 kgCO2e/t 270 1 250.10

合計(jì) – – – – 366.45 16.29 – – 1 301.67

注：甲醇回收單元總進(jìn)料量按 22.5 t/h 計(jì)算。

2023 年.第 6 期 李凱．多效精餾在甲醇回收工藝中的應(yīng)用 - 29 -

5 ??結(jié)論

該文基于常規(guī)精餾法和熱集成多效精餾法模擬

了生物柴油甲醇回收單元的部分工藝流程，以TAC

為目標(biāo)函數(shù)對(duì)比了兩方案的經(jīng)濟(jì)性，以單位能耗及

碳排放量對(duì)兩方案做了能耗比對(duì)分析，得出了以下

結(jié)論：

（1）采用熱集成多效精餾工藝，不會(huì)降低油脂

甲酯化反應(yīng)后甲醇的回收量及回收指標(biāo)。

（2）對(duì)比兩種精餾方案，發(fā)現(xiàn)熱集成精餾方案

的 TAC 比常規(guī)流程低 28.33%，具備更好的經(jīng)濟(jì)效

益。

（3）對(duì)比兩種精餾方案，發(fā)現(xiàn)熱集成精餾方案

的能耗及 CO2排放量比常規(guī)流程低 41.06%，有效

降低裝置的運(yùn)行成本，且更加具備裝置低碳運(yùn)行的

能力。

參考文獻(xiàn)

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進(jìn)展[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2010，32（07）：213-216．

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狀、挑戰(zhàn)與對(duì)策[J/OL]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科

學(xué)版），2023，45（2）：1-10．

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[8] 李群生，葉詠恒．多效精餾的原理及其應(yīng)用[J]．化工

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[10] Douglas J M．Conceptual design of chemical processes[M]．

New York：McGraw-Hill，1988．

Application of Multi-effect Distillation in Methanol Recovery Process

Li Kai

（Changling Petro-chemical Engineering Design Co., Ltd，Yueyang，Hunan 414000，China）

Abstract: The methanol recovery unit in an existing biodiesel plant was optimized in this paper by using a

thermally integrated multi-effect distillation process. The comprehensive economic benefits and CO2 emissions were

calculated and analyzed under different processes. By comparison, it was found that the total annual investment cost

of heat integrated multi-effect distillation process is 28.33% lower than the conventional process, and the carbon

emission is also 41.06% lower than the conventional process, which directly reflects that heat integrated multi-effect

distillation is an important energy-saving and consumption reduction pathway.

Keywords: multi-effect distillation；biodiese；methanol recovery；heat integration；energy saving

摘? 要：為分析復(fù)合材料浮盤結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)浮盤力學(xué)性能的影響，以玻璃鋼板—聚丙烯蜂窩

芯制成的蜂窩梁為模型，基于有限元建模和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)比了蜂窩梁在橫力彎曲

時(shí)的變形曲線，驗(yàn)證了有限元模型的正確性。在此基礎(chǔ)上對(duì)蜂窩梁的有限元模型

進(jìn)行了參數(shù)化，分析了蜂窩高度和蜂窩壁厚參數(shù)對(duì)蜂窩梁力學(xué)性能的影響。結(jié)果

表明，蜂窩的高度主要影響蜂窩梁的應(yīng)力和抗彎剛度，蜂窩的壁厚主要影響蜂窩

的抗剪切性能。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)罐 浮盤 復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)參數(shù) 力學(xué)性能

浮頂儲(chǔ)罐復(fù)合材料浮盤結(jié)構(gòu)參數(shù)

對(duì)力學(xué)性能影響研究

甄永乾，程慶利，李亮亮，楊珂，王潔，李榮彬

（中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266071）

在油品儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，油品進(jìn)出油罐以及環(huán)境晝夜

溫差都會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)部氣相空間壓力變化，產(chǎn)生儲(chǔ)

罐大小“呼吸”[1–2]。儲(chǔ)罐“呼出”的油氣不但污

染環(huán)境，也導(dǎo)致大量油品損耗 [3–5]。浮盤是立式儲(chǔ)

罐中隨罐內(nèi)液位上下浮動(dòng)的盤狀裝置，其通過隔絕

空氣與罐內(nèi)介質(zhì)來減少蒸發(fā)空間，是抑制儲(chǔ)罐內(nèi)介

質(zhì)揮發(fā)損耗的重要措施 [6–8]。據(jù)調(diào)查研究，浮盤的

應(yīng)用能夠降低儲(chǔ)罐因大小“呼吸”產(chǎn)生的95%以上

的油品損耗。

隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度加大，國務(wù)院相繼發(fā)

布了“大氣十條”等環(huán)保文件，油氣儲(chǔ)運(yùn)過程中的

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）揮發(fā)問題是治理重點(diǎn)。根

據(jù)生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于加快解決當(dāng)前揮發(fā)性有機(jī)物治

理突出問題的通知》（環(huán)大氣〔2021〕65號(hào)）的要

求，對(duì)于儲(chǔ)存汽油、航空煤油、石腦油以及苯、甲

苯、二甲苯等內(nèi)浮頂罐罐頂氣未收集治理的，宜配

備新型高效浮盤與配件，選用“全接液高效浮盤＋

二次密封”結(jié)構(gòu)[9]。其中，全接液高效浮盤包括不

銹鋼焊接裝配式全接液高效浮盤、鋁合金裝配式全

接液高效浮盤、玻璃鋼全接液高效浮盤等。為積極

響應(yīng)國家政策，國內(nèi)石油石化企業(yè)面臨儲(chǔ)罐浮盤升

級(jí)改造的迫切需求。

目前，浮盤主要材質(zhì)為鋼或鋁的金屬浮盤，具

有較高強(qiáng)度；但耐腐蝕程度較弱，如全接液鋁浮盤

因浮箱焊縫口腐蝕開裂、浮盤拼縫、鋼浮盤腐蝕穿

孔等，造成罐內(nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)揮發(fā)量增大，甚至導(dǎo)致卡

盤、沉盤問題[10–13]。近年來隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)

展，復(fù)合材料浮盤具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能。通過對(duì)

玻璃鋼基體樹脂阻燃特性改造，浮盤具備耐火測(cè)試

2 h不發(fā)生沉盤的能力，在5 000 m3

以下浮頂儲(chǔ)罐中

展現(xiàn)出一定的應(yīng)用前景[14-16]。浮盤結(jié)構(gòu)影響浮盤的

整體安全性，但復(fù)合材料浮盤技術(shù)在我國尚處于起

步應(yīng)用階段，國內(nèi)對(duì)其結(jié)構(gòu)安全性研究較少。鑒于

此，該文通過分析復(fù)合材料浮盤結(jié)構(gòu)與受力特點(diǎn)，

研究復(fù)合材料浮盤潛在失效形式，為復(fù)合材料浮盤

開發(fā)、優(yōu)化及浮盤應(yīng)用管理提供參考依據(jù)。

收稿日期：2023-02-13

作者簡(jiǎn)介：甄永乾，碩士，高級(jí)工程師。現(xiàn)從事油品

儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)工作。通訊聯(lián)系人：甄永乾，420672933@

qq.com。

基金項(xiàng)目：中國石化科技部項(xiàng)目（32**58）。

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

2023 年.第 6 期 甄永乾，等．浮頂儲(chǔ)罐復(fù)合材料浮盤結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力學(xué)性能影響研究 - 31 -

1 ??復(fù)合材料浮盤

復(fù)合材料浮盤由多個(gè)浮盤浮力單元拼接而成，

結(jié)構(gòu)示意見圖1。浮盤浮力單元主要由上板、蜂窩

夾層和下板膠合而成。當(dāng)浮盤表面承受載荷時(shí)，上、

下板主要承受彎曲正應(yīng)力，蜂窩夾層主要承受剪應(yīng)

力。其中，上、下板一般采用彈性模量和拉壓強(qiáng)度

較大的玻璃鋼復(fù)合材料；蜂窩夾層采用重量輕、剪

切強(qiáng)度高的蜂窩聚丙烯材料。通過在兩塊板之間設(shè)

置蜂窩夾層，提高了浮盤整體結(jié)構(gòu)的慣性矩和抗彎

剛度，從而提升其抗彎強(qiáng)度和抗撓曲變形能力。

2 ??浮盤受力狀態(tài)分析

根據(jù)GB50341–2014《立式圓筒形鋼制焊接油

罐設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，浮盤在支撐狀態(tài)和漂浮狀態(tài)下，

內(nèi)浮頂上任何部位均應(yīng)能承受在0.1 m2

范圍內(nèi)不小

于2.2 kN的集中活載荷。在承載該載荷時(shí)，要求浮

盤應(yīng)具有足夠強(qiáng)度和剛度，防止其材料破壞或變形

過大。此外，浮盤運(yùn)行過程中，過大的受力變形會(huì)

影響浮盤的邊緣密封，因此浮盤運(yùn)行時(shí)要求其受力

變形遠(yuǎn)小于浮盤厚度，因此浮盤在集中載荷下的受

力問題可視為薄板的小撓度彎曲問題。

浮盤有限元模型承受局部載荷時(shí)的撓曲變形示

意見圖2。由于浮盤支腿均勻分布，浮盤在局部載

荷作用下的影響區(qū)域僅為以支腿為連線的封閉區(qū)域

內(nèi)，其他區(qū)域基本不受影響。

根據(jù)薄板小撓度彎曲理論，浮盤在撓曲變形

時(shí)所受主要應(yīng)力為彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，次要

應(yīng)力為橫向剪應(yīng)力和載荷對(duì)浮盤表面的壓應(yīng)力。一

般來說，薄板的強(qiáng)度校核主要根據(jù)彎曲正應(yīng)力計(jì)算。

其中，浮盤撓曲變形時(shí)的主要應(yīng)力及其分布如圖 3

所示。

圖2 浮盤承受局部載荷時(shí)的撓曲變形

圖3 浮盤撓曲變形時(shí)的主要應(yīng)力及其分布

圖1 復(fù)合材料浮盤單元示意

下板

蜂窩夾層

上板

應(yīng)力公式如式（1）和（2）所示。

fi

fi

fi

ff

fi

fi

fi

ffl

ffi

= fl

= fl

= fl

z t

12M

z t

12M

z t

12M

3

xy

xy

3

y

y

3

x

τ

σ

σ x

（1）

fi

fi

fi

ff

fi

fi

fi

ffl

ffi

 fl





? ?? ?

? ?

? ?

t

z 1

t

z

-

2

1 -2q

-z 4

t

t

6F

-z 4

t

t

6F

2

z

2

2

3

Sy

yz

2

2

3

Sx

xz







（2）

式中：σx、σy和τxy為薄板的主要應(yīng)力；τxz、τyz、

和σz為次要應(yīng)力；Mx、My為側(cè)面的彎矩，Mxy為側(cè)

面的扭矩，F(xiàn)Sx為側(cè)面的剪力，q 為表面上的壓力；

由于板狀或盤狀構(gòu)件的強(qiáng)度難以用實(shí)驗(yàn)方法精確測(cè)

試，根據(jù)梁的橫力彎曲可知，薄板彎曲應(yīng)力公式中

的 σx和 τxz即為梁受橫力彎曲時(shí)的彎曲正應(yīng)力和橫

- 32 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

向剪應(yīng)力。薄板的小撓度彎曲就是將梁的橫力彎曲

拓展到二維結(jié)構(gòu)的撓曲變形，因此分析梁的橫力彎

曲，可以反映結(jié)構(gòu)相同薄板的受力情況。通過對(duì)蜂

窩梁結(jié)構(gòu)的分析，獲取蜂窩梁參數(shù)變化時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)受

力的影響，能夠應(yīng)用于蜂窩浮盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

3 ??浮盤蜂窩結(jié)構(gòu)有限元分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

首先采用有限元對(duì)蜂窩梁結(jié)構(gòu)建模，并對(duì)有限

元模型在常溫常壓下進(jìn)行三點(diǎn)彎曲數(shù)值模擬分析。

再按照有限元模型尺寸制作蜂窩梁實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行測(cè)

試，驗(yàn)證有限元模型的正確性。

3.1???蜂窩梁有限元建模與三點(diǎn)彎曲模擬

1 200 mm×100 mm×100 mm的蜂窩梁三維及

有限元模型見圖4。在該模型中，由于蜂窩都是薄

面片，若采用Solid單元建模，劃分網(wǎng)格時(shí)需在面片

厚度方向至少劃分2個(gè)網(wǎng)格，會(huì)因過細(xì)的網(wǎng)格密度

導(dǎo)致計(jì)算量很大，甚至無法計(jì)算。基于此，有限元

仿真模型全部采用6自由度的Shell181單元，并在

ANSYS workbench中手動(dòng)定義殼厚度。其中，所有

的蜂窩面片厚度調(diào)節(jié)基于middle方式，兩側(cè)的玻璃

鋼面片厚度調(diào)節(jié)采用top和bottom方式，即根據(jù)實(shí)

際情況調(diào)整面片，使厚度方向向外側(cè)增加。

表 1 蜂窩梁三點(diǎn)彎曲數(shù)值模擬結(jié)果

壓力 /kN 2 4 6 8

最大變形（mm） 8.8 17.6 26.5 35.3

圖6 蜂窩梁三點(diǎn)彎曲測(cè)試

圖4 蜂窩梁結(jié)構(gòu)及其有限元模型

固定約束

位移約束

其中上、下板為玻璃鋼復(fù)合材料，蜂窩夾層為

聚丙烯材料，玻璃鋼彈性模量8 GPa，聚丙烯彈性

模量0.89 GPa。蜂窩梁一側(cè)底面固定約束，另一側(cè)

底面滑動(dòng)約束，在梁的中心區(qū)域施加載荷，使其發(fā)

生彎曲變形，分析其應(yīng)力和變形情況。

蜂窩梁中心區(qū)域添加4 kN和8 kN的載荷時(shí)蜂

窩梁三點(diǎn)彎曲數(shù)值模擬示意見圖5?？梢钥闯?，隨

著載荷增大，蜂窩梁變形越來越大，其中蜂窩梁中

心位置變形最大。

表1是蜂窩梁中心區(qū)域施加不同載荷時(shí)對(duì)應(yīng)的

最大垂直變形。隨著壓力增大，蜂窩梁的最大變形

逐漸增大，且大致呈線性關(guān)系。

3.2???蜂窩梁三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)

根據(jù)有限元模型制作大尺度蜂窩梁三點(diǎn)彎曲實(shí)

驗(yàn)試樣，采用MTS電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)蜂窩梁試樣進(jìn)

行三點(diǎn)彎曲測(cè)試，過程見圖6。電子萬能試驗(yàn)機(jī)壓

頭位于實(shí)驗(yàn)試樣的中心位置，壓頭下壓移動(dòng)速率為

5 mm/min，直到蜂窩梁發(fā)生破壞，實(shí)驗(yàn)過程中記錄

壓頭壓力與位移之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

圖5 蜂窩梁三點(diǎn)彎曲數(shù)值模擬結(jié)果

35.315

31.391

27.467

23.543

19.62

15.696

11.772

7.8478

3.9239

0

8 kN 壓力變形

分析 /mm

17.658 Max

15.696

13.734

11.772

9.8098

7.8478

5.8859

3.9239

1.962

0 Min

4 kN 壓力變形

分析 /mm

實(shí)驗(yàn)過程中，蜂窩梁在壓頭壓力下逐漸變形。

壓頭壓力達(dá)到8 kN時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破壞，隨

后下板玻璃鋼與蜂窩的粘合界面發(fā)生剝離，上板和

下板玻璃鋼未見破壞跡象。

3.3???數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

有限元仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的壓力位移曲線對(duì)比詳

見圖7，其中位移即壓頭的位移和蜂窩梁中心的垂

直變形值。由圖可知，雖然蜂窩梁是各向異性和空

心結(jié)構(gòu)，但其與各項(xiàng)同性材料組成的實(shí)體梁結(jié)構(gòu)具

2023 年.第 6 期 甄永乾，等．浮頂儲(chǔ)罐復(fù)合材料浮盤結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力學(xué)性能影響研究 - 33 -

有相同的彈性變形階段，在該階段內(nèi)，壓力位移曲

線近似為一條直線。當(dāng)壓力小于 3 kN 時(shí)，蜂窩梁

仿真分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果完全一致；當(dāng)壓力在3～7

kN時(shí)，兩者最大誤差為6.8%。

根據(jù)理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比結(jié)果，說明在小

撓度彎曲時(shí)，蜂窩梁有限元模型能夠真實(shí)反映蜂窩

梁彎曲時(shí)的受力情況。

4 ??蜂窩參數(shù)對(duì)蜂窩梁力學(xué)性能的影響分析

為探索蜂窩結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對(duì)蜂窩梁撓曲時(shí)應(yīng)力

和變形的影響，將蜂窩梁有限元模型參數(shù)化。根據(jù)

當(dāng)前國外公布的參數(shù)，蜂窩梁蜂窩六邊形的邊長設(shè)

為定值8 mm，將蜂窩梁壁厚和高度設(shè)為可變參數(shù)。

其中，蜂窩壁厚t，蜂窩高度h。對(duì)其進(jìn)行三點(diǎn)彎曲

仿真分析，獲得不同參數(shù)時(shí)的蜂窩梁三點(diǎn)彎曲的應(yīng)

力及彎曲變形值。

4.1???應(yīng)力分析

由于蜂窩梁為上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此上板應(yīng)力與

下板應(yīng)力基本相等。蜂窩壁厚及高度變化對(duì)蜂窩梁

應(yīng)力影響曲線見圖 8（a），可以看出蜂窩壁厚 t 在

0.2～1.2 mm變化時(shí)，下板的應(yīng)力幾乎沒有變化；當(dāng)

蜂窩壁厚為0.2 mm、高度h從6 cm到10 cm變化時(shí)，

下板的應(yīng)力變化很大，從17.8 MPa降到10.5 MPa。

這是由于與增加蜂窩壁厚相比，增加蜂窩高度能夠

極大提高蜂窩截面慣性矩，從而快速提高梁的抗彎

性能。

如圖8（b）所示，蜂窩梁高度變化時(shí)，對(duì)蜂窩

結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響較小，且隨著蜂窩高度逐漸增加，應(yīng)

力和撓度的敏感性降低；蜂窩壁厚從 0.2 mm 增加

到 0.6 mm 時(shí)，蜂窩上的應(yīng)力大大降低；蜂窩壁厚

從0.6 mm增加到1.2 mm時(shí)，蜂窩上的應(yīng)力變化較

小。由于蜂窩梁三點(diǎn)彎曲時(shí)，蜂窩夾層主要承受剪

應(yīng)力，剪應(yīng)力的大小與蜂窩壁的截面積直接相關(guān)。

出現(xiàn)這種情況的原因?yàn)椴牧系姆蔷€性變形。當(dāng)

壓力小于3 kN時(shí)，蜂窩梁發(fā)生小撓度變形，此時(shí)其

聚丙烯和玻璃鋼材料都處于彈性變形范圍內(nèi)，彈性

模量為常量，有限元節(jié)點(diǎn)的幾何矩陣為常數(shù)矩陣，

有限元模型的剛度矩陣也為常數(shù)矩陣；當(dāng)壓力大于

3 kN時(shí)，蜂窩梁的部分聚丙烯板面發(fā)生了很小的塑

性形變或較大的幾何變形，彈性模量不再為常量，

有限元節(jié)點(diǎn)的幾何矩陣不再為常數(shù)矩陣，此時(shí)這部

分材料處于材料非線性或幾何非線性變形階段，從

而導(dǎo)致實(shí)際的蜂窩梁彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果不再按照線性方

式變化。蜂窩結(jié)構(gòu)浮盤設(shè)計(jì)時(shí)，要求所有材料都處

于小撓度的線性彈性變形范圍內(nèi)，因此大于3 kN時(shí)

的非線性變形區(qū)域可不予考慮。

圖7 有限元仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

8

6

4

2

0

壓力 /kN

0 10 20 30 40 50 60 70

位移 /mm

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

仿真結(jié)果

圖8 蜂窩壁厚及高度變化對(duì)蜂窩梁應(yīng)力影響曲線

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

下板應(yīng)力 / MPa

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

蜂窩壁厚 /mm

（a） （b）

蜂窩高度 10 cm

蜂窩高度 6 cm 蜂窩高度 8 cm 12

10

8

6

4

2

0

下板應(yīng)力 / MPa

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

蜂窩壁厚 /mm

蜂窩高度 10 cm

蜂窩高度 6 cm

蜂窩高度 8 cm

- 34 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

4.2???變形分析

蜂窩壁厚及高度變化對(duì)蜂窩梁撓曲變形影響見

圖9?？梢钥闯龇涓C壁厚增大時(shí)，蜂窩梁變形逐漸

減小，但減小幅度不大；而蜂窩梁高度變化時(shí)，蜂

窩梁的變形變化很大。這是由于蜂窩高度的增加能

夠極大提升蜂窩梁的抗彎截面模量，從而提高蜂窩

梁的抗彎剛度，提高蜂窩梁的抗變形能力。

3974-3982．

[2] 林立，魯君，何校初，等．中美儲(chǔ)罐呼吸排放量計(jì)算

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圖9 蜂窩壁厚及高度變化對(duì)蜂窩梁變形影響曲線

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

撓曲變形 / mm

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

蜂窩壁厚 /mm

蜂窩高度 10 cm

蜂窩高度 6 cm

蜂窩高度 8 cm

增加蜂窩壁厚時(shí)，蜂窩重量急劇增大。因此蜂

窩浮盤設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先考慮蜂窩高度對(duì)整個(gè)蜂窩浮

盤強(qiáng)度和剛度的影響，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)合理的蜂

窩壁厚，使蜂窩結(jié)構(gòu)滿足應(yīng)用時(shí)的剪切要求。

5 ??結(jié)論與建議

復(fù)合材料浮盤解決了傳統(tǒng)金屬浮盤不耐腐蝕及

結(jié)構(gòu)拼縫問題，有效抑制儲(chǔ)罐VOCs揮發(fā)，提高浮

盤整體使用壽命并減少浮盤檢維修頻次，符合當(dāng)下

“雙碳”戰(zhàn)略的發(fā)展需求，具有廣闊應(yīng)用前景。鑒于

該浮盤在國內(nèi)尚屬新生事物，該文針對(duì)該浮盤的結(jié)

構(gòu)和受力特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：蜂窩夾層的

高度能夠顯著影響截面慣性矩，對(duì)浮盤上、下板的

應(yīng)力和浮盤撓曲變形具有決定性影響；當(dāng)蜂窩壁厚小

于0.4 mm，橫力彎曲時(shí)，蜂窩上的應(yīng)力急劇增加。建

議浮盤設(shè)計(jì)時(shí)蜂窩高度大于8 cm，壁厚大于0.4 mm，

其整體結(jié)構(gòu)應(yīng)使浮盤受力時(shí)玻璃鋼和聚丙烯同時(shí)達(dá)

到屈服極限，從而最大限度發(fā)揮材料的性能。

參考文獻(xiàn)

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排放特征與反應(yīng)活性[J/OL]．化工進(jìn)展．2022，41（7）： （下轉(zhuǎn)第 40 頁）

摘? 要：評(píng)估乙烯驅(qū)動(dòng)透平機(jī)組的能耗并提升乙烯驅(qū)動(dòng)透平機(jī)組的效率，是乙烯裝置節(jié)能

改造關(guān)鍵。該文介紹了針對(duì)某石化乙烯裝置驅(qū)動(dòng)透平能耗評(píng)估的方法，并提出國

產(chǎn)化替代方案。通過性能評(píng)估計(jì)算其內(nèi)效率約為70%，低于現(xiàn)有平均水平。通過

對(duì)蒸汽透平進(jìn)行高效通流設(shè)計(jì)、優(yōu)化汽封以及動(dòng)靜葉結(jié)構(gòu)等技術(shù)改造，提高驅(qū)動(dòng)

透平能效水平。對(duì)比實(shí)施改造前后，汽耗率可降低15%左右，機(jī)組內(nèi)效率提升效

果明顯。

關(guān)鍵詞：乙烯裝置 蒸汽透平 能耗評(píng)估 節(jié)能改造 國產(chǎn)化替代技術(shù)

乙烯裝置驅(qū)動(dòng)國產(chǎn)化替代方案研究

朱明璋

（中石化節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100120）

收稿日期：2023-06-12

作者簡(jiǎn)介：朱明璋，碩士，工程師。目前主要從事能

量系統(tǒng)優(yōu)化方面工作。通訊聯(lián)系人：朱明璋，zhumz.

sem@sinopec.com。

乙烯工業(yè)被譽(yù)為石油化工“龍頭”產(chǎn)業(yè)，其發(fā)

展?fàn)顩r總體上代表了一個(gè)國家石油化學(xué)工業(yè)的水平[1]。

近年來國家節(jié)能降碳的要求日益驅(qū)嚴(yán)，2021 年 10

月國家發(fā)改委針對(duì)石化化工領(lǐng)域?qū)ｉT發(fā)布《石化化

工重點(diǎn)行業(yè)嚴(yán)格能效約束推動(dòng)節(jié)能降碳行動(dòng)方案

（2021—2025年）》，提出到2025年，通過實(shí)施節(jié)能降

碳行動(dòng)，煉油、乙烯、合成氨、電石行業(yè)達(dá)到標(biāo)桿水

平的產(chǎn)能比例超過30%。根據(jù)GB 30250《乙烯裝置單

位產(chǎn)品能耗限額》中對(duì)乙烯裝置能效約束規(guī)定，新建

乙烯裝置能耗不應(yīng)高于640 kgEO/t。而蒸汽驅(qū)動(dòng)透

平作為乙烯裝置的重點(diǎn)高耗能設(shè)備，其效率的提高

是降低乙烯裝置能耗的關(guān)鍵[2]。

工業(yè)汽輪機(jī)（又稱蒸汽透平）具有良好的適應(yīng)

性和明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括驅(qū)動(dòng)用汽輪機(jī)與自備電

廠發(fā)電用汽輪機(jī)，其中驅(qū)動(dòng)用汽輪機(jī)廣泛用于石油

煉制、石油化工、冶金等工業(yè)中。乙烯裝置的生產(chǎn)

工藝中使用了大量的蒸汽驅(qū)動(dòng)透平設(shè)備，如裂解氣

壓縮驅(qū)動(dòng)透平、乙烯壓縮驅(qū)動(dòng)透平、丙烯壓縮驅(qū)動(dòng)透

平等，其過程中的蒸汽耗量約占乙烯裝置生產(chǎn)總能耗

的10%～20%[3–4]。因此，通過合理應(yīng)用工業(yè)汽輪機(jī)，

可以提高能源利用效果，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源目的。

該文針對(duì)某70萬t乙烯廠的蒸汽驅(qū)動(dòng)透平展開調(diào)研

和性能評(píng)估工作，并提出國產(chǎn)化的改造方案。

1 ??國內(nèi)外驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1???國外具備較高水平

國外的汽輪機(jī)生產(chǎn)廠商主要集中在美國、歐

洲、日本、俄羅斯等國家。其中，工業(yè)汽輪機(jī)作為

整個(gè)汽輪機(jī)行業(yè)的一部分，不少企業(yè)在生產(chǎn)一般電

站汽輪機(jī)的同時(shí)也生產(chǎn)工業(yè)汽輪機(jī)。目前工業(yè)汽輪

機(jī)可歸納為沖動(dòng)式工業(yè)汽輪機(jī)和反動(dòng)式工業(yè)汽輪機(jī)

兩大體系，在生產(chǎn)、運(yùn)行過程中積累了豐富的技術(shù)

經(jīng)驗(yàn)，因此具有高轉(zhuǎn)速、高效率和可靠性等優(yōu)勢(shì)，

其性能及可靠性等均己達(dá)到較高水平。

1.2???國產(chǎn)化技術(shù)水平與國際相當(dāng)

我國工業(yè)汽輪機(jī)最初主要作為發(fā)電使用。近

年來隨著發(fā)展革新已產(chǎn)生一大批技術(shù)精湛的服務(wù)商

和產(chǎn)品供貨商。工業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用范圍變得更加廣

泛，在驅(qū)動(dòng)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逐漸明顯，通過提高其

運(yùn)行效率可達(dá)到節(jié)能效果。這些國產(chǎn)化制造的工業(yè)

汽輪機(jī)長期運(yùn)行表現(xiàn)優(yōu)良，目前我國工業(yè)汽輪機(jī)的

生產(chǎn)技術(shù)與國際處于相同水平[2]。

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

- 36 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

為改良提升國內(nèi)汽輪機(jī)性能，汽輪機(jī)的提效

節(jié)能技術(shù)也在不斷發(fā)展中。汽輪機(jī)效率主要由機(jī)組

動(dòng)靜葉片決定。早期葉片設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，都是基于

平面葉柵的二維設(shè)計(jì)；隨著三元流理論的建立和發(fā)

展，汽輪機(jī)動(dòng)靜葉片開始向準(zhǔn)三維和三維設(shè)計(jì)技術(shù)

發(fā)展，葉片效率大幅提升[5]；近年來，數(shù)值計(jì)算等

技術(shù)促進(jìn)了葉片設(shè)計(jì)進(jìn)入了全流場(chǎng)和非定常精確設(shè)

計(jì)階段，汽輪機(jī)通流效率有了進(jìn)一步提高，因此通

流提效技術(shù)非常適用于現(xiàn)階段的一些老舊設(shè)備節(jié)能

改造[6]。

2 ??驅(qū)動(dòng)透平性能評(píng)估及原因分析

2.1???驅(qū)動(dòng)透平性能評(píng)估方法

目前，驅(qū)動(dòng)透平試驗(yàn)均按照 ASME PTC–6 中

的規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行。與發(fā)電設(shè)備不同的是機(jī)械功率輸

出的測(cè)量，應(yīng)用吸收式測(cè)功計(jì)（反作用扭矩測(cè)量系

統(tǒng)）或傳輸式測(cè)功計(jì)（軸扭矩計(jì)）進(jìn)行[7]。

驅(qū)動(dòng)透平機(jī)組的效率計(jì)算見公式（1）[8]：

H0 –H2 ?＝ H0 –H2S

（1）

注：①各焓值采用工業(yè)用水和水蒸汽熱力性質(zhì)計(jì)算公

式IAPWS–IF97計(jì)算得到。

②該計(jì)算公式為國際通用效率公式。

式中：H0為主汽焓，kJ/kg，由主汽閥前蒸汽壓

力 P0和溫度 T0根據(jù)水蒸汽性質(zhì)表查得；H2為排汽

焓，kJ/kg，由排汽口處蒸汽壓力P2和溫度T2根據(jù)

水蒸汽性質(zhì)表查得；H2S為等熵排汽焓，kJ/kg，由

主汽閥前蒸汽壓力P0和溫度T0、排汽壓力P2根據(jù)水

蒸汽性質(zhì)表查得。

因凝汽式機(jī)組排汽口的濕蒸汽為汽液共存的混

合物，排汽焓及等熵排氣焓無法依據(jù)排汽口處蒸汽

壓力和溫度直接得到，可按照ASME PTC-6的試驗(yàn)

方法通過迭代法測(cè)算[9]。

2.2???驅(qū)動(dòng)透平當(dāng)前性能評(píng)估

該文主要針對(duì)某石化企業(yè)乙烯裝置中兩臺(tái)具有

代表性的背壓式蒸汽驅(qū)動(dòng)透平機(jī)組（A和B）進(jìn)行

性能評(píng)估和節(jié)能改造分析。兩臺(tái)蒸汽透平的驅(qū)動(dòng)介

質(zhì)均為來自管網(wǎng)的11.0 MPa超高壓蒸汽，其中A為

驅(qū)動(dòng)裂解氣壓縮機(jī)蒸汽透平，B為丙烯壓縮機(jī)蒸汽

驅(qū)動(dòng)透平。根據(jù)調(diào)研獲取的背壓式驅(qū)動(dòng)透平A和B

機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行性能分析，分析結(jié)果如表

1所示。

通過分析表1中背壓式機(jī)組的參數(shù)可以得出如

下結(jié)論：

（1）裂解氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平A的進(jìn)汽量為16.85

t/h，排汽量為107.94 t/h偏差較大。參考A的原機(jī)組

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，初步計(jì)算可知A的效率70.78%，根據(jù)排

汽量推算輸出軸功率10 355.9 kW。

（2）丙烯壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)透平 B 僅有進(jìn)汽流量，

沒有排汽流量。初步計(jì)算可知B的效率69.27%，根

據(jù)進(jìn)汽量推算輸出軸功率4 672.8 kW，推算的輸出

軸功率高于設(shè)計(jì)值。對(duì)于運(yùn)行多年的老機(jī)組而言，盡

管整套設(shè)備存在超發(fā)，但超發(fā)量明顯偏大，由此可推

定目前的進(jìn)汽流量存在較大偏差。

表 1 背壓式驅(qū)動(dòng)透平 A 和 B 參數(shù)

指標(biāo)名稱 單位 具體參數(shù) 指標(biāo)名稱 單位 具體參數(shù)

進(jìn)汽壓力 MPa（A） 11.09 進(jìn)汽壓力 MPa（A） 11.05

進(jìn)汽溫度 ℃ 480.79 進(jìn)汽溫度 ℃ 491.78

進(jìn)汽流量 t/h 16.85 進(jìn)汽流量 t/h 47.53

進(jìn)汽焓 kJ/kg 3 308.72 進(jìn)汽焓 kJ/kg 3 338.85

排汽壓力 MPa（A） 1.65 排汽壓力 MPa（A） 1.55

排汽溫度 ℃ 270.58 排汽溫度 ℃ 278.40

排汽焓 kJ/kg 2 963.33 排汽焓 kJ/kg 2 984.92

效率 % 70.78 效率 % 69.27

輸出功率（預(yù)估） kW 10 355.90 輸出功率（預(yù)估） kW 4 672.84

設(shè)計(jì)功率 kW 12 000.00 設(shè)計(jì)功率 kW 4 347.00

2023 年.第 6 期 朱明璋．乙烯裝置驅(qū)動(dòng)國產(chǎn)化替代方案研究 - 37 -

2.3???影響驅(qū)動(dòng)透平性能的主要因素分析

驅(qū)動(dòng)透平通流內(nèi)部細(xì)節(jié)見圖1。通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)兩

臺(tái)機(jī)組的測(cè)繪工作，深入研究分析出影響透平性能

的原因主要有以下五點(diǎn)[10]：

圖1 驅(qū)動(dòng)透平通流內(nèi)部細(xì)節(jié)

（1）機(jī)組投運(yùn)時(shí)間長，原有機(jī)組老化嚴(yán)重；前、

后軸封中分面密封不嚴(yán)密，蒸汽吹掃痕跡明顯，有

明顯漏汽現(xiàn)象。

（2）驅(qū)動(dòng)透平設(shè)計(jì)成型年代早，機(jī)型的葉片型

線設(shè)計(jì)技術(shù)比較落后，通流葉型損失、二次流損失

較大，壓力級(jí)效率低。

（3）透平子午面通流光順程度較差，流動(dòng)損失

較多；葉頂均采用鉚接圍帶，葉頂漏汽損失大。

（4）驅(qū)動(dòng)機(jī)組匹配存在較大問題，整套裝置多

數(shù)超負(fù)荷運(yùn)作，驅(qū)動(dòng)機(jī)組長期偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行，驅(qū)

動(dòng)透平熱效率較低，用汽量高于設(shè)計(jì)值。

（5）因蒸汽品質(zhì)較差，水處理不徹底使大量有

害成分遺留在蒸汽中，導(dǎo)致葉片表面積垢、葉片表

面腐蝕嚴(yán)重。

3 ??國產(chǎn)化替代方案

3.1???替代目標(biāo)和原則

該文提出的驅(qū)動(dòng)透平機(jī)組國產(chǎn)化替代方案的主

要目標(biāo)是在滿足工藝需求的前提下，采用成熟、可

靠和先進(jìn)的技術(shù)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域核心驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行改

造，大幅提高機(jī)組通流效率以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

驅(qū)動(dòng)透平的替換原則是在不影響安全和改造效

果的前提下，盡可能利用原有設(shè)備，減少改造工作

量。通過先進(jìn)的透平改造技術(shù)對(duì)原透平進(jìn)行局部技術(shù)

改造。對(duì)于已超過使用壽命的機(jī)組，則需對(duì)已超期透

平的部分可用的部套壽命進(jìn)行評(píng)估，確定可利舊部件

范圍；若均已過壽命期，則需考慮整體更換。

3.2???具體方案

在不影響機(jī)組運(yùn)行性能的前提下，先評(píng)估機(jī)組

壽命，再根據(jù)蒸汽邊界條件，盡可能利用原有部件，

采用當(dāng)今最先進(jìn)、最成熟、最可靠的透平通流設(shè)計(jì)技

術(shù)對(duì)原透平機(jī)組進(jìn)行通流改造[11]。

國內(nèi)主流的蒸汽驅(qū)動(dòng)透平平均效率應(yīng)在82%以

上，A和B兩臺(tái)蒸汽透平效率只有70%，較平均水

平差距12%，具有較大改造空間。

由于A機(jī)組運(yùn)行壽命不到20年，通過對(duì)通流尺

寸進(jìn)行整體優(yōu)化，調(diào)整部分根徑，優(yōu)化通流各級(jí)焓

降和速比，以提高通流效率。B 已運(yùn)行超過30年，

大部分部件均超過壽命，應(yīng)考慮進(jìn)行整體更換。背

壓蒸汽透平A和B的改造范圍如表2所示。

表 2 背壓機(jī) A 和 B 國產(chǎn)化替代方案

項(xiàng)目 A B

改造范圍

（1）轉(zhuǎn)子及動(dòng)葉片

（2）噴嘴組

（3）隔板（含靜葉片）

（4）隔板套

（5）前后汽封體

（1）汽缸

（2）轉(zhuǎn)子及動(dòng)葉片

（3）主調(diào)閥

（4）噴嘴組

（5）隔板（含靜葉片）

（6）隔板套

（7）前后軸承箱

（8）前后軸承

（9）汽機(jī)整體底盤

（10）油擋

（11）前后汽封體

（12）土建基礎(chǔ)

由表 2 可知，A、B 機(jī)組可保留前后軸承箱及

軸承，更換汽機(jī)轉(zhuǎn)子主軸、動(dòng)靜葉片、隔板、前后

汽封等部件，改造后兩驅(qū)動(dòng)透平的性能參數(shù)如表 3

所示。

4 ??國產(chǎn)化替代技術(shù)特點(diǎn)及措施

4.1???高效通流設(shè)計(jì)——整體優(yōu)化

為獲得更合理的焓降分配和速比，改造中根據(jù)

最佳速比設(shè)計(jì)原則重新調(diào)整通流級(jí)數(shù)，并通過調(diào)整

葉片高度和角度優(yōu)化汽機(jī)通流；同時(shí)為了獲得更好

的速比匹配，對(duì)葉片級(jí)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4.1.2???通流光順

如圖2所示，該改造方案對(duì)動(dòng)葉片均采用自帶

冠結(jié)構(gòu)形式，使動(dòng)葉片整圈聯(lián)接。同時(shí)，動(dòng)葉圍帶

采用內(nèi)斜外平結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)流道形狀進(jìn)行定制化

光順設(shè)計(jì)。

改造后，驅(qū)動(dòng)透平通流子午面形成幾何光滑的

錐形膨脹通流截面，錐形擴(kuò)張角按全四維的驅(qū)動(dòng)透

平設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)以減少流動(dòng)損失。

- 38 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

4.1.3???動(dòng)靜葉型線優(yōu)化

替換方案中所有的動(dòng)、靜葉型線均采用全四維

氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，所有型線均采用經(jīng)四維技術(shù)優(yōu)化后

的“后加載”高效葉型。該葉型除具有很小的型損

外，還具有很好的攻角適應(yīng)性，葉型效率在較寬的

攻角范圍內(nèi)變化很小，因而能使機(jī)組在很大的負(fù)荷

變化范圍內(nèi)都可以保持高效率運(yùn)行。通過優(yōu)化動(dòng)葉

靜型線，驅(qū)動(dòng)透平可以在工況變化較大的運(yùn)行范圍

內(nèi)仍保持較高效率，同時(shí)也能夠明顯降低動(dòng)葉的激

振力水平，提高機(jī)組安全性[10]。

4.2???內(nèi)漏優(yōu)化—蒸汽泄漏控制

改造根據(jù)機(jī)組參數(shù)采用可退讓汽封結(jié)構(gòu)。該汽

封結(jié)構(gòu)通過對(duì)轉(zhuǎn)子上的汽封高低槽齒與汽封環(huán)的長

短齒進(jìn)行匹配，形成了迷宮式汽封；而汽封環(huán)則采

用機(jī)械可退讓調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu)。目前該汽封結(jié)構(gòu)已普遍

應(yīng)用于各類機(jī)組中[12]。

該方案也對(duì)密封凸臺(tái)和汽封齒數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

圖3 汽封蒸汽泄漏流動(dòng)分析

其中，動(dòng)葉片增加葉頂汽封齒數(shù)；動(dòng)葉圍帶和轉(zhuǎn)子

相關(guān)部位加工成凹凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，特殊的凸臺(tái)設(shè)計(jì)強(qiáng)化

阻汽效應(yīng)，具有良好的密封效果。隔板汽封與獨(dú)特

的轉(zhuǎn)子凸臺(tái)配合，同樣具有良好的密封效果。如

圖3所示，汽封設(shè)計(jì)的優(yōu)化將隔板汽封、圍帶汽封

以及平衡孔結(jié)構(gòu)真實(shí)納入到葉片流場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析

中，通過進(jìn)行多通道、多級(jí)聯(lián)算，可對(duì)蒸汽泄漏通

道部件進(jìn)行優(yōu)化；既保證最小的蒸汽泄漏量，又可

使泄漏蒸汽對(duì)主流干擾最小，從而提高機(jī)組通流

效率[13]。

表 3 背壓機(jī) A 和 B 國產(chǎn)化替代后性能參數(shù)

機(jī)組參數(shù) 單位

A B

改造前 改造后 改造前 改造后

功率 kW 10 355.9 11 860 4 672.8 4 347

汽耗率 kg/（kW·h） 10.53 8.85 10.17 9.12

主蒸汽壓力 MPa（A） 11.09 11.4 11.05 11.4

主蒸汽溫度 ℃ 480.79 515 491.78 515

主蒸汽流量 t/h 109.0 105 47.53 39.6

背壓 MPa（A） 1.65 1.75 1.55 1.75

排汽流量 t/h 107.94 104 47.17 39.3

供熱流量 t/h 107.94 104 47.17 39.3

內(nèi)效率 % 70.78 ＞ 81 69.27 ＞ 81

圖2 自帶冠動(dòng)葉片內(nèi)斜外平的整體圍帶結(jié)構(gòu)

4.3???結(jié)構(gòu)優(yōu)化

4.3.1???動(dòng)葉強(qiáng)度

方案所有的動(dòng)葉片均采用整體圍帶葉片結(jié)構(gòu)，

裝配后形成整圈連接，能顯著降低動(dòng)應(yīng)力。通過圍

帶內(nèi)斜外平、頂部車出高低齒，與汽封圈形成了高

低齒迷宮式汽封結(jié)構(gòu)。

4.3.2???轉(zhuǎn)子軸系

方案設(shè)計(jì)中，背壓透平機(jī)組的轉(zhuǎn)子采用目前

最為廣泛使用的無中心孔整鍛轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式。整鍛

2023 年.第 6 期 朱明璋．乙烯裝置驅(qū)動(dòng)國產(chǎn)化替代方案研究 - 39 -

轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)轉(zhuǎn)子靜態(tài)特性、臨界轉(zhuǎn)

速、軸系穩(wěn)定性、不平衡質(zhì)量響應(yīng)進(jìn)行分析，保證機(jī)

組臨界轉(zhuǎn)速避開率＞15%；制造過程中，按照 API

612–2003中對(duì)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的要求，控制進(jìn)行的高

速動(dòng)平衡軸振動(dòng)速度＜1.2 mm/s，將不平衡量降到

最小[13]。

4.3.3???隔板

在機(jī)組A和B的國產(chǎn)化替換方案中均采用了反

動(dòng)式的設(shè)計(jì)，其隔板工藝徹底去除所有焊接量，完

全采用冷裝方式，最大程度保證隔板的喉部寬度、

安裝角等最終成形尺寸，以精確控制隔板通流面

積，從而保證實(shí)際性能提升效果。

5 ??改造效果

如表3所示，通過國產(chǎn)化替代技術(shù)改造方案，預(yù)

計(jì)蒸汽透平的汽耗率可分別由改造前的10.53 kg/kW·h

和 10.17 kg/kW·h 降低至 8.85 kg/kW·h 和 9.12 kg/

kW·h；在當(dāng)前額定功率12 000 kW工況下，機(jī)組內(nèi)

效率可提升10個(gè)百分點(diǎn)，預(yù)計(jì)節(jié)省11.0 MPa超高壓

蒸汽量為12 t/h；按全年運(yùn)行8 400 h計(jì)算，預(yù)計(jì)每年

可節(jié)約超高壓蒸汽量100 800 t，折標(biāo)煤量13 248 t，

折合CO2碳排放量42.71 t。

6 ??結(jié)論

石化行業(yè)中，運(yùn)行幾十年以上的汽輪機(jī)組大

量普遍存在，受限于建設(shè)初期的設(shè)計(jì)、制造和加工

水平，老舊機(jī)組效率普遍偏低。當(dāng)前，我國汽輪機(jī)

技術(shù)發(fā)展已十分成熟，改造案例豐富，在國產(chǎn)化的

研發(fā)、設(shè)計(jì)水平和制造加工能力等方面都已積累了

豐富的經(jīng)驗(yàn)和業(yè)績(jī)。因此，工業(yè)驅(qū)動(dòng)透平性能提升

上，通過以上國產(chǎn)化替代方案中針對(duì)乙烯蒸汽驅(qū)動(dòng)

透平的內(nèi)部通流結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、汽封結(jié)構(gòu)以及動(dòng)靜

片、轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù)改造手段[14]，能夠使乙

烯裝置蒸汽透平的能效得到顯著提升的同時(shí)大幅降

低機(jī)組的汽耗率，達(dá)到節(jié)能降碳的目的。通過分析

該文中調(diào)研的兩臺(tái)機(jī)組，國產(chǎn)化替代方案改造可將

機(jī)組效率提升至80%以上，具有較大的節(jié)能改造潛

力[15]。同時(shí)，也可以為石化行業(yè)汽輪機(jī)組國產(chǎn)化替

代提升增效降耗改造提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，助力實(shí)現(xiàn)石化

領(lǐng)域“雙碳”目標(biāo)，提供節(jié)能降碳的方向。

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- 40 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

Study on Domestic Substitution Scheme of Driving Turbines in Ethylene Plant

Zhu Mingzhang

（SINOPEC Energy Management Co., Ltd，Beijing 100120，China）

Abstract: Evaluating the energy consumption of the ethylene steam turbine units and improving the efficiency

of the ethylene steam turbine units become the key to the energy saving of the ethylene plant. This paper introduces

a method of energy consumption assessment for the steam turbine of the ethylene plant, and puts forward an

localization alternative method. According to performance evaluation, the internal efficiency is calculated to be

about 70%, which is lower than the existing market average level. The energy efficiency level of the steam turbine is

improved through efficient flow design of the steam turbine, optimization of the steam seal and the structure of the

rotor and stator blades. Compared to before and after the implementation of the renovation, the steam consumption

rate can be reduced by about 15%, and the internal efficiency of the unit can be improved significantly.

Keywords: ethylene plant；steam turbine；energy consumption assessment；energy-saving retrofit；

localization of alternative technology

Influence of Structural Parameters on Composite Floating Roof Mechanical Properties

Zhen Yongqian，Cheng Qingli，Li Liangliang，Yang Ke，Wang Jie，Li Rongbin

（SINOPEC Research Institute of Safety Engineering Co., Ltd，Qingdao，Shandong 266071，China）

Abstract: In order to analyze the influence of structural parameters of composite material floaters on their

mechanical performance, this paper established a honeycomb beam model made of GFRP plates and polypropylene

honeycomb cores. The deformation curves of honeycomb beams under transverse bending were compared in detail

through finite element modeling and experimental testing, which verified the correctness of the finite element model.

Furthermore, the finite element model was parameterized, and the effects of honeycomb height and wall thickness

on its mechanical performance were analyzed. The results indicated that the height of the honeycomb mainly

affected the stress and bending stiffness of the honeycomb beam, while the wall thickness primarily affected its shear

resistance.

Keywords: tank；floating roof；composite material；structural parameters；mechanical properties

（上接第 34 頁）

摘? 要：該文基于某石化15萬t/a芳烴抽提蒸餾裝置，根據(jù)環(huán)丁砜–芳烴氣液平衡、環(huán)丁

砜–烷烴液液平衡數(shù)據(jù)，利用UNIQUAC活度系數(shù)模型回歸得到各組分間的二元

交互參數(shù)；在此基礎(chǔ)上利用Aspen Plus流程模擬軟件建立芳烴抽提蒸餾工藝模型。

模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果誤差在2%以內(nèi)，表明該模型可以準(zhǔn)確計(jì)算環(huán)丁砜–芳烴

抽提蒸餾過程。同時(shí)考察了回流比、進(jìn)料苯含量、溶劑比和助溶劑比等操作參數(shù)

對(duì)分離效果和能耗的影響，獲得了較優(yōu)的操作參數(shù)。

關(guān)鍵詞：芳烴抽提 環(huán)丁砜 二元交互參數(shù) 模擬

環(huán)丁砜 - 芳烴抽提蒸餾過程模擬與優(yōu)化

彭威建

（中國石油化工股份有限公司廣州分公司，廣東廣州 510725）

收稿日期：2023-05-02

作者簡(jiǎn)介：彭威建，碩士，工程師。從事催化重整與芳

烴抽提工藝管理工作。通訊聯(lián)系人：彭威建，pengwj.

gzsh@sinopec.com。

芳烴是重要的有機(jī)化工原料，如苯、甲苯、二

甲苯、乙苯、異丙苯、丁基苯等，主要用于生產(chǎn)化

纖、塑料和橡膠等產(chǎn)品。目前，芳烴的大規(guī)模工業(yè)

生產(chǎn)主要通過現(xiàn)代化的芳烴聯(lián)合裝置實(shí)現(xiàn)，芳烴抽

提過程是芳烴聯(lián)合裝置的重要環(huán)節(jié)。芳烴抽提，是

指在粗芳原料中加入適宜種類和比例的溶劑，利用

溶劑與芳烴、烷烴、環(huán)烷烴或烯烴之間的不同作

用，分離出芳烴產(chǎn)品的過程。目前國內(nèi)芳烴抽提主

要以重整生成油和乙烯裂解汽油為原料。

相平衡數(shù)據(jù)是化工工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；目前國內(nèi)

很多裝置都采用以環(huán)丁砜為溶劑的抽提工藝。王凌

燕等[1]通過改進(jìn)NRTL方程第三參數(shù)回歸抽提體系

各組分間二元交互參數(shù)，并利用正規(guī)溶液理論估算

缺失的二元交互參數(shù)，但該方法模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)

果誤差較大。李春利等[2]采用UNIFAC-Dortmund基

團(tuán)貢獻(xiàn)模型估算出UNIQUAC方程中的二元交互參

數(shù)，并運(yùn)用流程模擬軟件對(duì)環(huán)丁砜芳烴體系進(jìn)行了

模擬，但其對(duì)回流比及塔壓的模擬結(jié)果存在與一般

理論結(jié)果相悖的地方，且分析解釋不合理，說明其

回歸的二元交互參數(shù)不完全正確。天津大學(xué)黃壘[3]

通過自制的實(shí)驗(yàn)裝置，獲得了芳烴—環(huán)丁砜六個(gè)二

元體系的常壓氣液平衡數(shù)據(jù)和烷烴—環(huán)丁砜?jī)蓚€(gè)二

元體系的液液平衡數(shù)據(jù)，利用活度系數(shù)模型NRTL

和UNIQUAC方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并對(duì)缺失的二元交互

參數(shù)進(jìn)行估算。

某石化15萬t/a芳烴抽提蒸餾裝置應(yīng)用某研究

院開發(fā)的環(huán)丁砜抽提蒸餾（SED）工藝，采用溶劑

＋助溶劑的復(fù)合溶劑體系，抽提原料為重整生成油

中 C6餾分。技術(shù)難點(diǎn)是利用文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的較少和不

全面的二元體系相平衡數(shù)據(jù)，選用合適的物性方

程回歸 SED 系統(tǒng)二元交互參數(shù)，并以實(shí)際生產(chǎn)數(shù)

據(jù)驗(yàn)證。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的芳烴–環(huán)丁砜氣液平衡數(shù)

據(jù)[3]和烷烴 – 環(huán)丁砜液液平衡數(shù)據(jù) [4]，利用通用活

度系數(shù)方程UNIQUAC回歸各組分間二元交互參數(shù)，

并運(yùn)用Aspen Plus流程模擬軟件模擬和優(yōu)化相關(guān)操

作參數(shù)，為實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 ??流程模擬

1.1???芳烴抽提蒸餾工藝流程

芳烴抽提蒸餾工藝流程如圖1所示，重整生成

油經(jīng)穩(wěn)定塔及脫己烷塔后，在脫己烷塔頂?shù)玫胶?/p>

2023 年 12 月·第 8 卷·第 6 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

- 42 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

C6餾分，C6餾分在抽提原料中間罐中配苯后進(jìn)入抽

提蒸餾塔第57#

塔板，貧溶劑環(huán)丁砜從第17#

塔板進(jìn)

入抽提蒸餾塔，塔頂抽余油送出裝置，塔釜富溶劑

進(jìn)入溶劑回收塔，經(jīng)減壓精餾塔頂?shù)玫奖疆a(chǎn)品，塔

釜貧溶劑部分再生后循環(huán)至抽提蒸餾塔。

回歸結(jié)果顯示，除甲苯–環(huán)丁砜文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

不符合熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)外，其余氣液相體系均符

合檢驗(yàn)，證明文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性；同時(shí)，所有回歸

結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值最大誤差不超過 3%，證明所選

UNIQUAC物性方法可以準(zhǔn)確的模擬該文芳烴抽提

體系。

表2為抽提塔和回收塔主要操作參數(shù)，模擬值

與測(cè)量值的比較列于表3。由表3可知，模擬結(jié)果組

成與實(shí)際結(jié)果非常接近，T701第68#

靈敏板溫度為

127.8 ℃，模擬結(jié)果為128.24 ℃，誤差不超過0.3%，

塔釜溫度誤差不超過1.2%，說明應(yīng)用上述回歸參數(shù)

表 1 抽提進(jìn)料和貧溶劑組成

類別 組分 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

C6 進(jìn)料

苯 24.28

甲苯 0.29

C8+ 芳烴 ＜ 0.01

助溶劑 ＜ 0.01

正己烷 14.53

正庚烷 4.11

異構(gòu)烷烴 53.56

烯烴 3.23

貧溶劑

苯 0.68

甲苯 0.37

非芳 ＜ 0.01

助溶劑 8.91

水 ＜ 0.01

環(huán)丁砜 90.04

圖1 芳烴抽提工藝流程

C6

原料

溶劑

苯 冷卻器

T701

T702

圖2 苯–環(huán)丁砜T-xy和正己烷–環(huán)丁砜T-xx（101.33 KPa）

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

溫度 /℃

C6H6 質(zhì)量分率

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

實(shí)驗(yàn)值 Y C6H6

回歸值 Y C6H6

實(shí)驗(yàn)值 X C6H6

估計(jì)值 X C6H6

160

140

120

100

80

60

40

20

溫度 /℃

N-C6H14 質(zhì)量分率

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

實(shí)驗(yàn)值 x2 NC6H14

估計(jì)值 x2 NC6H14

實(shí)驗(yàn)值 x1 NC6H14

估計(jì)值 x1 NC6H14

1.2???模型參數(shù)的計(jì)算

芳烴抽提蒸餾系統(tǒng)采用環(huán)丁砜作溶劑，因?yàn)榄h(huán)

丁砜與 C6餾分沸點(diǎn)相差較大，且 C6餾分中組分較

多，存在部分互溶體系，因此涉及氣液和液液相平

衡的計(jì)算。表 1 為抽提進(jìn)料組成，為了簡(jiǎn)化模擬，

減少二元交互參數(shù)個(gè)數(shù)，將C6進(jìn)料中異構(gòu)烷烴和烯

烴全部以正己烷代替，助溶劑以對(duì)二甲苯代替，這

樣就只需要用到苯、甲苯、對(duì)二甲苯、正己烷、正

庚烷、水和環(huán)丁砜之間的二元交互參數(shù)。因芳烴抽

提蒸餾體系為強(qiáng)非理想體系，所以采用通用活度系

數(shù)模型UNIQUAC來回歸各組分間二元交互參數(shù)。

根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，用UNIQUAC方程回歸得到各

組分間二元交互參數(shù)。回歸的苯–環(huán)丁砜氣液平衡

T–xy、正己烷–環(huán)丁砜液液平衡T–xx如圖2所示。

2023 年.第 6 期 彭威建．環(huán)丁砜 - 芳烴抽提蒸餾過程模擬與優(yōu)化 - 43 -

模擬該文芳烴抽提體系是比較準(zhǔn)確的。

2 ??工藝優(yōu)化

根據(jù)裝置長期運(yùn)行結(jié)果，影響芳烴抽提操作的

主要工藝參數(shù)概括回流比、進(jìn)料苯含量、溶劑比和

助溶劑含量。

2.1???回流比

在一般的精餾操作中，回流比是控制塔頂產(chǎn)品

質(zhì)量的重要參數(shù)。在保持塔頂采出不變的情況下，

作T701回流比靈敏度分析，不同回流比操作對(duì)塔頂

抽余油苯含量、再沸器熱負(fù)荷（熱負(fù)荷越高，塔釜

再沸器2.2 MPa蒸汽耗量，越大）和塔釜溫度的影

響如圖3所示。根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，回流比越大，

塔頂抽余油苯含量越大；在0.35左右達(dá)到拐點(diǎn)，超

過0.35抽余油苯含量增加速度變慢。再沸器熱負(fù)荷

隨回流比增大而增大，塔釜溫度則基本保持不變。

回流比增大，導(dǎo)致非芳烴在塔內(nèi)比重增大，間

接降低了進(jìn)料苯含量，影響溶劑對(duì)芳烴的選擇性，

從而使得抽余油中苯含量增加。因此，為降低抽余

油苯含量和再沸器熱負(fù)荷，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)選擇低于

0.35的回流比。

2.2???進(jìn)料苯含量

為保持環(huán)丁砜溶劑對(duì)芳烴的高選擇性和溶解

度，進(jìn)料苯含量必須保持在一定范圍內(nèi)，一般在

30%左右。同時(shí)，苯含量對(duì)抽提塔塔內(nèi)溫度分布具

有調(diào)節(jié)作用。作進(jìn)料苯含量靈敏度分析，分析其對(duì)

抽余油苯含量、再沸器熱負(fù)荷、靈敏板溫度和塔釜

溫度的影響，如圖4所示。

表 2 抽提塔和回收塔主要操作參數(shù)

項(xiàng)目 塔板數(shù) 進(jìn)料板 溶劑進(jìn)料板

溫度 /℃

塔頂壓力 /kPa 回流比，%（ω） 溶劑比，%（ω）

塔頂 塔釜

抽提塔 87 57 17 82 176 60 0.5 4.32

回收塔 45 25 – 65 165 -40 2.4 –

表 3 模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較

溫度 / ℃ 苯，%（ω） 甲苯，%（ω） 助溶劑，%（ω） 非芳，%（ω）

計(jì)算 測(cè)量 計(jì)算 測(cè)量 計(jì)算 測(cè)量 計(jì)算 測(cè)量 計(jì)算 測(cè)量

T701

塔頂 85.78 85.71 0.95 1.54 0.15 0.32 ＜ 0.01 0.23 98.9 98.11

塔釜 179.05 181.32 6.9 – 0.39 – 9.37 – ＜ 0.01 –

T702

塔頂 50.18 50.0 99.98 99.97 0.02 0.03 ＜ 0.01 ＜ 0.01 ＜ 0.01 ＜ 0.01

塔釜 175.46 175.9 0.85 0.86 0.42 0.41 9.98 9.78 ＜ 0.01 ＜ 0.01

圖3 回流比靈敏度分析

0.0 104

0.0 102

0.0 100

0.0 098

0.0 096

0.0 094

0.0 092

0.0 090

6 700

6 600

6 500

6 400

6 300

6 200

6 100

180

179

178

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60

質(zhì)量回流比

抽余油苯含量

再沸器熱負(fù)荷

塔釜溫度

抽余油苯含量，

%（w）

再沸器熱負(fù)荷 /kW

塔釜溫度 /℃

圖4 進(jìn)料苯含量靈敏度分析

0.954

0.953

0.952

6 400

6 300

6 200

6 100

6 000

5 900

5 800

184

182

180

178

176

174

172

170

129

128

127

126

0.200.220.240.260.280.300.320.34

進(jìn)料苯含量，%

再沸器熱負(fù)荷／ kW

抽余油苯含量，

%（w）

靈敏板溫度 /℃

塔釜溫度 /℃

抽余油苯含量

再沸器熱負(fù)荷

靈敏板溫度

塔釜溫度

- 44 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

根據(jù)模擬結(jié)果，在保持塔頂采出不變的情況

下，增加進(jìn)料苯含量對(duì)抽余油苯含量影響不大；隨

著進(jìn)料苯含量的增加，再沸器熱負(fù)荷、靈敏板溫度

和塔釜溫度均逐漸下降。

進(jìn)料苯含量增加，塔內(nèi)液相不斷趨于均相，焓

變?cè)黾?，?dǎo)致塔板溫度降低。模擬過程中若不考慮

液相平衡，即假設(shè)塔內(nèi)液相為均相，則同樣會(huì)出現(xiàn)

塔內(nèi)溫度分布下降趨勢(shì)。同時(shí)，模擬結(jié)果也證明實(shí)

際過程中抽提塔內(nèi)存在兩個(gè)液相。因此，為降低塔

內(nèi)出現(xiàn)雙液相對(duì)抽提塔平穩(wěn)操作的影響，同時(shí)降低

塔釜熱強(qiáng)度，減緩環(huán)丁砜溶劑分解速度，應(yīng)選擇較

大的進(jìn)料苯含量；但進(jìn)料苯含量越大，配苯流量就

越大，使抽提塔負(fù)荷增大，從而降低了塔處理量。

合理的進(jìn)料苯含量應(yīng)控制在24%～30%之間。

根據(jù)模擬結(jié)果，作環(huán)丁砜 – 正己烷 – 苯的液液

三元相如圖5所示。由圖中可以看出，當(dāng)溶劑比為

3.6 時(shí)，進(jìn)料中苯含量需達(dá)到 69% 才能形成均相；

當(dāng)溶劑比不斷增大，形成均相所需的進(jìn)料苯含量也

逐漸下降；當(dāng)溶劑比為 4.5 時(shí)，形成均相所需進(jìn)料

苯含量為37%左右。因此，在實(shí)際溶劑比和進(jìn)料苯

含量情況下，抽提塔內(nèi)一定存在兩個(gè)液相。

圖5 環(huán)丁砜–正己烷–苯三元相

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

0.50

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

苯的摩爾分?jǐn)?shù)

溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)

正己烷的摩爾分?jǐn)?shù)

超過3.4 以后，抽余油中苯含量下降明顯；但是再

沸器熱負(fù)荷、靈敏板溫度和塔釜溫度均逐漸升高。

溶劑比合理的選擇范圍為3.4～4.3。

圖6 溶劑比靈敏度分析

0.958

0.956

0.954

0.952

0.950

0.948

0.946

0.944

0.942

0.940

0.938

8 000

7 800

7 600

7 400

7 200

7 000

6 800

6 600

6 400

6 200

6 000

5 800

132

131

130

129

128

127

184

183

182

181

180

179

178

177

3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6

溶劑比

再沸器熱負(fù)荷 /kW

抽余油苯含量，

%（w）

靈敏板溫度 /℃

塔釜溫度 /℃

抽余油苯含量

再沸器熱負(fù)荷

靈敏板溫度

塔釜溫度

圖7 助溶劑比對(duì)抽提塔靈敏度分析

0.96

0.95

0.94

6 270

6 260

6 250

6 240

184

182

180

178

176

129

128

127

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

助溶劑比

再沸器熱負(fù)荷/kW

抽余油苯含量，

%（w）

靈敏板溫度 /℃

塔釜溫度 /℃

抽余油苯含量

再沸器熱負(fù)荷

靈敏板溫度

塔釜溫度

2.3???溶劑比

溶劑比是影響溶劑選擇性的重要因素，作溶劑

比靈敏度分析如圖 6 所示。由圖 6 可知，溶劑比在

2.4???助溶劑比

助溶劑的主要作用是增加溶劑對(duì)烴類的溶解

能力，避免在抽提塔內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)液相、降低溶劑回

收過程熱強(qiáng)度，避免溶劑分解、降低貧溶劑中苯含

量，提高苯收率。作助溶劑比的靈敏度分析如圖 7

和圖8所示。

由圖7可知，助溶劑比增大，抽余油苯含量逐

漸下降，塔釜溫度下降明顯，靈敏板溫度逐漸上

升，再沸器熱負(fù)荷先下降后上升，但變化幅度不

大。說明增加助溶劑比可以提高苯收率，降低塔釜

熱強(qiáng)度；再沸器熱負(fù)荷的變化說明助溶劑促進(jìn)溶劑

對(duì)烴類的溶解，使塔內(nèi)烴類分布和塔釜助溶劑濃度

之間對(duì)再沸器熱負(fù)荷影響存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，當(dāng)助溶劑

比超過10時(shí)，助溶劑促進(jìn)溶劑溶解烴類的能力增強(qiáng)

2023 年.第 6 期 彭威建．環(huán)丁砜 - 芳烴抽提蒸餾過程模擬與優(yōu)化 - 45 -

料苯含量、溶劑比和助溶劑比，得出如下結(jié)論：

（1）回流比增大，會(huì)影響溶劑對(duì)芳烴的選擇性，

從而使抽余油中苯含量增加。為降低抽余油苯含

量和再沸器熱負(fù)荷，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)選擇低于0.35的回

流比。

（2）進(jìn)料苯含量增加，塔內(nèi)液相不斷趨向于均

相，焓變?cè)黾?，塔板溫度降低；為避免塔?nèi)出現(xiàn)雙

液相，同時(shí)降低塔釜熱強(qiáng)度，合理的進(jìn)料苯含量應(yīng)

控制在24%～30%。

（3）溶劑比超過3.4時(shí)，抽余油中苯含量下降

明顯，溶劑比合理的選擇范圍為3.4～4.3。

（4）助溶劑比增大，抽余油苯含量逐漸下降，

助溶劑促進(jìn)溶劑對(duì)烴類的溶解能力和助溶劑濃度之

間對(duì)再沸器熱負(fù)荷影響存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，當(dāng)助溶劑比

超過 10 時(shí)，助溶劑促進(jìn)溶劑溶解烴類的能力導(dǎo)致

烴類在塔內(nèi)停留時(shí)間變長，從而使再沸器熱負(fù)荷增

加，助溶劑比理想的范圍應(yīng)保持在10左右。

在雙碳背景下，為進(jìn)一步降低能耗，開發(fā)新的

助溶劑，提高環(huán)丁砜溶解性與選擇性或?qū)⒊蔀樾碌?/p>

優(yōu)化方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 王凌燕，孫曉巖，李忠杰，等．基于回歸二元交互參

數(shù)的芳烴抽提過程模擬[J]．化工學(xué)報(bào)，2011，62（12）：

3452-3457．

[2] 李春利，伍武輝，王志彥，等．環(huán)丁砜萃取精餾工

藝模擬及優(yōu)化 [J]．現(xiàn)代化工，2014，34（4）：147-

151+153．

[3] 黃壘．以環(huán)丁砜為溶劑的芳烴抽提體系相平衡研究及

流程模擬[D]．天津：天津大學(xué)，2010．

[4] Ko M， Im J， Sung J Y， et al． Liquid-liquid equilibria for

the binary systems of sulfolane with alkanes[J]．Journal of

Chemical & Engineering Data，2007，52（4）：1464-1467.

圖8 助溶劑比對(duì)回收塔靈敏度分析

1.00

0.99

0.98

0.97

0.96

0.95

0.94

0.012 0

0.011 5

0.011 0

0.010 5

0.010 0

0.009 5

0.009 0

0.008 5

3 600

3 400

3 200

3 000

2 800

2 600

188

186

184

182

180

178

176

174

172

170

168

6 7 8 9 10 11 12 13 14

助溶劑比

回收塔頂苯含量，

%（w）

回收塔底苯含量，

%（w）

再沸器熱負(fù)荷/kW

塔釜溫度 /℃

回收塔頂苯含量 回收塔底苯含量

再沸器熱負(fù)荷 塔釜溫度

導(dǎo)致烴類在塔內(nèi)停留時(shí)間變長，從而使再沸器熱負(fù)

荷增加；但無論誰占優(yōu)勢(shì)，助溶劑比增加都會(huì)使靈

敏板溫度升高。模擬結(jié)果與實(shí)際塔釜、靈敏板溫度

變化趨勢(shì)一致。

由圖8可知，助溶劑比增加，溶劑回收塔再沸

器熱負(fù)荷和塔釜溫度都逐漸下降；當(dāng)助溶劑比超過

10時(shí)，回收塔頂苯含量會(huì)迅速下降，甲苯含量會(huì)迅

速升高，塔釜苯含量也迅速升高。同時(shí)也要說明的

是，通過增加回流比可以降低回收塔頂甲苯含量，

回收塔頂甲苯含量對(duì)回流比變化比較敏感，在回流

比為2.5時(shí)可以控制塔頂甲苯＜0.01%，鑒于主要優(yōu)

化對(duì)象為抽提塔，回收塔回流比不做討論。

綜合上述分析結(jié)果，助溶劑比理想的范圍應(yīng)保

持在10左右。

3 ??結(jié)論

該文通過文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Aspen Plus軟件

回歸得到了UNIQUAC方程二元交互參數(shù)，并以此

建立了芳烴抽提流程，模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果誤差不

超過 2%，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了抽提塔回流比、進(jìn)

- 46 - 石油石化綠色低碳 2023 年.第 8 卷

Simulation and Optimization of Sulfolane-Aromatic

Hydrocarbon Extractive and Distillation Process

Peng Weijian

（SINOPEC Guangzhou Company，Guangzhou，Guangdong China，510725）

Abstract: The binary interaction parameter among all component was achieved by using UNIQUAC activity

coefficient model regression，with references to the data for vapor-liquid equilibrium of sulfolane-aromatic

hydrocarbon and liquid-liquid equilibrium of sulfolane-alkane released by literature regarding the 150,000t/a

aromatic hydrocarbon extractive and distillation unit of the petrochemical company, Aromatic hydrocarbon extractive

and distillation process model was set up by using Aspen plus process simulation software. Less than 2% deviation

between simulation data and practical measurement was presented, which showed that the model can accurately

calculate the sulfolane-aromatic hydrocarbon extractive and distillation process. In addition, better operation

parameter was proposed after testing the influence on separation effect and energy efficiency by parameters such as

reflux ratio, feeding benzene content, solvent ratio and co-solvent ratio, etc.

Key words: aromatic hydrocarbon extractive；sulfolane；binary interaction parameter；simulation

八面來風(fēng)

FCC 催化劑提高煉廠烯烴收率

據(jù)報(bào)道，為了滿足日益增長的運(yùn)輸燃料需求和提高產(chǎn)品質(zhì)量，許多煉油項(xiàng)目投產(chǎn)；催化裂化

（FCC）裝置作為汽油主要生產(chǎn)裝置之一發(fā)揮了主導(dǎo)作用。由于減少碳排放的新法規(guī)和輕型汽車中電動(dòng)

汽車的增加，將減少對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)輸燃料（例如汽油和柴油）的需求，并使煉廠面臨更大的減碳?jí)毫?。?/p>

時(shí)，預(yù)計(jì)未來石化產(chǎn)品需求將增加，為煉廠提供了向煉化一體化發(fā)展的機(jī)會(huì)。FCC催化劑和烯烴添加

劑設(shè)計(jì)的工藝配置和最新創(chuàng)新，包括ZSM-5沸石催化劑，可用于最大限度地提高FCC裝置的化工品收

率，適應(yīng)未來煉化業(yè)務(wù)，向以化工品為導(dǎo)向的市場(chǎng)過渡。

使用ZSM-5的FCC裝置生產(chǎn)輕烯烴 FCC裝置通過裂化生產(chǎn)輕烯烴，增加分離和工藝步驟可以最大

化化工前驅(qū)體收率。輕烯烴在 FCC或RFCC裝置中以兩步法生產(chǎn)。第一步是原料在載體和Y型沸石催化

劑表面進(jìn)行初級(jí)裂化，產(chǎn)生一些輕烯烴。第二步反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)烯烴的最大化生產(chǎn)，輕石腦油分子在催化

劑作用下進(jìn)一步裂化，或者更有選擇性地使用含有ZSM-5沸石的烯烴添加劑，產(chǎn)生更小的分子，根據(jù)

工藝和催化條件可以生成丙烯、丁烯、乙烯。在兩步法中，催化系統(tǒng)能最大限度地利用輕石腦油中的

輕烯烴前驅(qū)體，需要足夠多的原料，在含有ZSM-5沸石的烯烴添加劑或FCC催化劑作用下裂化為所需

的化工原料。根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的不同，ZSM-5催化劑的活性可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。高活性ZSM-5催化劑（例如巴

斯夫ZEAL）可以最大限度地提高丙烯的選擇性，甚至在合適的條件下可以最大限度提高乙烯的選擇性。

活性低于ZEAL的ZSM-5添加劑（例如巴斯夫ZIP），更適合于平衡丙烯和丁烯收率。

此外，ZSM-5是一種用于催化反應(yīng)的擇型沸石，能夠?qū)⒕€性或輕度支化的輕石腦油轉(zhuǎn)化為輕烯烴

（例如乙烯、丙烯和丁烯）。ZSM-5裂化的一個(gè)特點(diǎn)是只有辛烷值相對(duì)較低的石腦油分子（不含支鏈）才

能轉(zhuǎn)化為較輕的產(chǎn)物。支鏈含量高的分子很難通過ZSM-5裂化，因此汽油中支鏈烴占比增加，汽油辛

烷值增加。同樣，已經(jīng)存在于中重質(zhì)石腦油餾分中的芳烴分子也不會(huì)被Y型沸石或ZSM-5裂化，因此，

石腦油餾分有較大潛力作為芳烴來源，特別是甲苯和二甲苯。石腦油餾分的預(yù)處理過程，特別是對(duì)于

中質(zhì)石腦油，可能需要在重整之前去除殘余的烯烴。