京博石化促进资源循环利用 构建循环经济体系

来源:闪电新闻 作者:记者 周迎春 关键词: 余热利用        收藏 0   

2024
06/26
12:04
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导读

京博石化不断突破技术瓶颈,促进资源循环利用,构建循环经济体系,使集团发展和生态环境保护协同共进,为社会输出低碳化、循环化和集约化的绿色生产范本。基于卓越绩效模式,环保管理由末端无害化、资源化转变为源头清洁化、过程减量化、末端资源化的循环经济发展模式,并通过持续改进与创新,不断提高公司清洁生产水平,实

京博石化不断突破技术瓶颈,促进资源循环利用,构建循环经济体系,使集团发展和生态环境保护协同共进,为社会输出低碳化、循环化和集约化的绿色生产范本。

基于卓越绩效模式,环保管理由末端无害化、资源化转变为源头清洁化、过程减量化、末端资源化的循环经济发展模式,并通过持续改进与创新,不断提高公司清洁生产水平,实现资源价值最大化,提高公司环保核心竞争力。


国内现存废弃塑料约10亿吨,每年新生垃圾塑料超过7000万吨,目前主流处理方法是焚烧,焚烧1吨废塑料,大概排放1.7吨CO2,同时焚烧过程中也会释放NOx、HCl、HBr及HCN等污染物,存在二次污染隐患。与焚烧法相比,化学回收可减少约80%碳排放;与传统石脑油原料合成塑料相比,每吨成品可减少0.5吨碳排放。随着全球对循环经济布局的加码,预计到2030年,废塑料回收率有望达到50%,其中化学回收占比将望达到17%。通过废塑料、废润滑油、废弃油脂等预处理与现有原油加工路线的耦合,实现碳减排,减少环境污染。

布局催化裂化路线的废旧塑料回收项目,可助推无废城市建设,解决“白色污染难题”。每年回收20万吨废塑料可生产塑料基烯芳烃12-14万吨,可减少约40万吨石脑油用量,降低石油对外依存度;每生产1吨塑料,废塑料裂解路线相比传统化石路线可减碳约0.5吨,助力3060目标实现,项目完全达产后可实现销售收入8-10亿元,毛利率约23%。

具体从装备绿色低碳、工艺绿色低碳、数字化建设、绿色研发创新四个方面开展。

一、装备绿色低碳

1、动设备

京博石化持续推广关键机组转子形式改造和无级气量调节改造,提高机组内效率。汽轮机与杭州中能汽轮机有限公司合作,将原始冲动式汽轮机改造为反动式汽轮机。烷烃脱氢装置汽轮机采用最新流通形式,改造汽轮机通流部分部套,实现汽轮机长周期平稳运行的同时,效率提高4%左右,减少3.5mpa蒸汽消耗1.7t/h,年节约标煤1521吨,降低碳排放4780吨。

针对往复式压缩机,在原始卸荷器的基础上采用全球先进的贺尔碧格气量无级调节系统,实现从阶段性调节和副线调节方式转变为0-100%连续性调节方式。自2013年开始已实现25台往复式压缩机改造,年降低电耗2000万KW,年节约标煤2458吨,降低碳排放11136吨。

2、高效换热器

在国家倡导绿色、清洁生产,节能、降碳号召下,京博石化推行高效换热器,提高换热系数,降低热端温差,提高能源利用效率。已经实施高效换热器111台,总投资9500万元,降低设备一次性投资2000万,装置换热效率提高4%,降低燃料气1500Nm3/h,年节约标煤15912吨,降低碳排放30808吨。

烷烃脱氢装置进料换热器由普通式列管换热器更换为螺旋缠绕管式换热器,将原有设备热端温差从70℃降低至40℃,加热炉燃气用量降低500Nm³/h。年节约标煤5304吨,降低碳排放10269吨。

3、加热炉

随着大气环境状况不断恶化以及环保要求的不断提升,我国各种加热炉污染物排放控制越发严格,目前已成为世界上污染物排放控制最为严格的国家之一。加热炉作为石化行业的最主要耗能设备和污染物排放设备,公司把实现加热炉节能、环保运行,促进社会经济的可持续发展,作为节能减排的重要措施之一。目前加热炉通过降低散热损失、减少排烟损失、降低过剩空气系数、采用低氮燃烧器等措施的改造已经将全厂42台加热炉平均热效率提升至93.3%以上,达到行业领先水平,节省天然气消耗1700万Nm³/年,年节约标煤18700吨,降低碳排放36757吨。

此外京博石化响应国家“蓝天保卫战”及山东省新旧动能转换号召,在烟气余热回收方面与大连理工大学合作研发“加热炉烟气低温余热回收技术”突破目前行业内加热炉排烟温度不能低于露点腐蚀温度的限制,大幅度提高加热炉燃料利用效率,同时可减少有害气体排放。该技术达到国际领先水平,获得2014年国家技术发明二等奖。在加热炉燃烧方面与西安交大、洛阳院以及设备厂家合作,研发并推广加热炉富氧燃烧项目,优化燃烧过程加快燃烧速度,减少加热炉烟气排放30%,提升热效率1%以上,其中乙苯加热炉全氧燃烧项目已经实现烟气闭路循环,对烟气全部回收利用,实现加热炉烟气“零排放”的可能。通过技术创新带动并引领行业绿色发展。

4、电气

电气方面推进高效电机和功率因数不断提升,依据国家标准,公司选用二级以上能效设备,倡导选用一级能效设备。目前实施完成8条10kV线路母线集中无功补偿,自2021年3月开始电网功率因数由0.88提升至0.96,年节约用电800万KW,年节约标煤983吨,降低碳排放4454吨。

5、循环水减排技术

根据工信部发表的节水改造建议,用水都面临着“以水定产”和水资源税的双重限制,同时,各级政府已开始要求用水必须配比一定比例的中水,用水单位成本将大幅度提高。综合以上内外部环境分析以及节水减排要求引进开发冷却塔新型旋流造涡节水技术,通过液滴聚并机理和新型复合材料的旋流式结构,突破传统收水器理论收水最小粒径极限,目前公司循环水共有五个,循环水循环量共计31000m3/h,年补水140万方,采用新型旋流造涡节水技术后,年降低工业水补水50万方。

二、工艺绿色低碳

1、低温余热技术

随着全球对绿色低碳可循环理念达成共识,环境、社会和治理(ESG)成为新的企业战略和评价标准。保护环境、节能降碳、绿色发展等相关实践也日益成为彰显企业担当的重要指标。京博石化以“实现原油资源价值最大化”为企业使命,一直注重绿色低碳发展,勇于承担社会责任。其中低温废热资源利用项目就是一个典型的ESG实践案例,此项目可以降低能源消耗、减少环境污染,并提高生产效率。至今该项目已实现热媒水系统循环量达2270吨/小时,运行成本年降低1.3亿元,碳减排量达16.5万吨/年,年节约煤炭量7.3万吨。

2012年开始,京博石化就与大连理工大学展开深度合作,基于先进的夹点理论,采用数学规划法对全厂能量网络拓扑结构进行优化,通过“总分”结构实现系统能量的梯级利用和按质匹配。投资0.6亿元在全厂范围内建立了中温热媒水总站和配套的热媒水分站,实现了全厂废热互通调配,使废热可以通过“分站—总站”的换热形式传递至总站,用于热阱的热量供应,从而实现了热量调配和能效梯级利用。

双碳战略的指导下,京博石化将持续深挖工厂潜能,规划建立废热系统双环网运行模式,实现低温和中温废热系统的并列运行,进一步实现能量梯级利用。预期再投资0.4亿元,将增产热媒水961吨/小时,年运行成本再降低0.26亿元,碳减排量再降低7.3万吨/年,煤炭量年再节约3.3万吨,助力行业绿色健康低碳发展。

2、蒸汽系统集成优化技术

最大限度地减少高碳能源消耗的经济,是一种以低能耗、低污染、低排放为基础的经济发展模式。京博石化采用流程模拟建立蒸汽动力系统数学模型并实施优化,进行蒸汽管网集成管理、蒸汽网络及蒸汽平衡配置优化,达到中压蒸汽低热损、低压蒸汽自平衡的目标。联动园区内各公司间的蒸汽网络,实现蒸汽高质高用、梯级利用。打通蒸汽、凝结水、热媒水间的壁垒,实现园区能量管理系统性优化。

以园区蒸汽系统整体集成为基础,结合数智化监控模型,对蒸汽管网进行模拟优化,基于夹点分析技术、超结构优化、模拟计算等技术开展多种工况下蒸汽管网调度方案的分析与评估,根据最优的管网调度方案,制定蒸汽系统管网优化改造方案。以蒸汽产耗实时数据、管网拓扑结构及参数为基础,构建基于物性计算、流动、传热耦合的在线计算机理模型以及以全厂实际管网的数字孪生三维管网模型,实现蒸汽管网中管段流速、温降、压降等工况的软测量。降低1.0Mpa蒸汽使用量5t/h,3.5Mpa蒸汽热损2t/h,实现预期效益985万元/年,年节约标煤5880吨,碳排放量降低1.9万吨/年。

3、高品质石油焦技术

在新能源汽车、动力电池、储能电池和消费电池的需求带动下,电池企业对负极材料需求旺盛。负极材料是锂电四大关键原材料之一,是新能源产业发展的关键材料之一,对锂电寿命、能量密度、功率、安全等性能起到重要作用,对国家实现“双碳”目标具有重要意义。

基于负极领域高端材料开发,京博石化联合中钢集团鞍山热能院、大连理工大学合作开展锂离子电池负极材料用石油焦技术研发工作,2022年通过过小试、中试多次工艺探索,明确石油焦结构和负极材料性能之间的构效关系,掌握其生产制备工艺,开发高品质石油焦生产关键技术,高端石油焦电容量达到355mAh/g,成功应用于下游负极材料领域,助力新能源及储能领域发展。

4、智能除焦环保综合治理

延迟焦化装置石油焦的生产、储存、装车均在漏天下进行,粉尘产生量多,现场异味大。为实现石油焦从生产、运输到储存的过程中,均在相对全封闭的环境下进行,2018年引进中石化洛阳工程公司的延迟焦化全密闭智能除焦技术,通过对焦炭塔、脱水仓、堆料场等部位改造,并增设破碎机、螺旋提升机、传送输料机、取布料机,定量精准装车楼等设施,使除焦工作只需在控制室操作即可完成,实施后不但解决了除焦效率低等问题,还破解了长期困扰焦化装置散发异味和粉尘污染等难题。

项目投用后,石油焦生产由露天作业,实现密闭操作,气相回收后进入尾气脱硫塔后,去加热炉焚烧,挥发性有机物 VOCs降至30mg/m3以下;颗粒物不大于20mg/m3;SO2低于50mg/m3,实现了高效清洁生产,打造绿色工厂。

5、先进MTBE裂解技术

近几年随着深加工新工艺的不断推陈出新,异丁烯发展风生水起,更以其生产工艺的多样化及用途的广泛化,越来越多的受到人们的青睐。据卓创资讯统计,全国高纯异丁烯总产能在60万吨/年,仅山东就高达33万吨/吨,占据全国一半之多,主要用作生产丁基橡胶、甲基丙烯酸甲酯、对叔丁基苯酚、抗氧化剂等。

京博石化采用了低温低压MTBE分解催化剂,该催化剂裂解温度低、转化率高、副产物少,同时基于装置多年运行经验,对现有反应、分离工序进行了系统优化,采用了两台反应器并联而MTBE精制、后处理系统合并的工艺,相对于传统的MTBE裂解技术,保证产品质量的前提下,能耗降低30%,降低0.35mpa蒸汽用量4t/h,年节约标煤3008t,降低碳排放9405t,若全行业推广,可实现年节约标煤30080t,降低碳排放94050t。

6、食品级正己烷技术

20世纪60年代,欧美等发达国家开始采用浸出法进行植物油萃取,正己烷作为植物油萃取溶剂原材料具有出油率高、提高食用安全性、溶耗低等优势,逐渐在全球市场获得大规模使用。我国植物油生产企业于20世纪80年代末开始应用以正己烷主要原材料的植物油萃取溶剂,目前该产品市场占比高达90.0%。

京博石化正己烷采用先进的萃取精馏工艺分离得到正己烷及异己烷产品,最后将产品正己烷及异己烷精制,可以得到纯度在95%以上的正己烷和99%以上的异己烷。通过不断的工艺优化升级实现了正己烷60#、80#、99#三种牌号的连续切换生产,还可根据客户的特殊需求实现产品的定制化生产,满足不同市场客户的大需求量的足量供应。

采用京博自研的精制加氢催化剂,可将原料油中的高达5%的苯含量加氢饱和,正己烷产品中的苯含量<0.1ppm(远低于GB1886.258-2016要求的<100ppm)。正是由于高品质的正己烷食品级质量指标,京博石化生产的正己烷产品广泛被中粮、日照象明油脂、山东兴润科技、曲阜良友等粮油生产企业的广泛认可,2023年成为中粮集团的战略合作伙伴。

7、氢气、燃料气系统智能化

近年来,随着生产规模的不断扩大、国家环境保护法规不断加强、原油重劣质化的影响,氢气资源利用率低、燃料气管网波动大、加热炉热效率低等问题逐渐凸显,成为制约企业公用工程系统高效运行的关键因素。基于氢气、燃料气资源的精细化管理,2020年京博石化与浙江中控合作,以京博石化现有信息化系统为支撑,集成开发燃料气、氢气优化supOS平台系统,是行业首个“公用工程优化APP”,运行以来累计产生经济效益1400余万元。

系统采用中控最新的夹点分析、超结构优化、仿真模拟、数据挖掘、人工智能等关键技术,构建集实时监控、统计分析、管网模拟、操作优化、调度优化于一体的优化系统,实现氢气、瓦斯等介质运行过程的实时监控。通过产耗平衡情况的跟踪统计与分析、关键运行指标的关联分析、管网输送过程的模拟计算、运行过程的优化操作与优化调度,实现氢单耗、氢油比、氢损耗、PSA提纯效率等临氢装置关键指标的在线跟踪统计,并通过图形化方式直观展现关键指标数据及变化规律。通过项目实施,搭建3D数字化管网,有机结合机理模型,让介质输送过程可视化,减少安全隐患、消除数据孤岛、挖掘数据价值,让管理者掌握生产过程中的每个细节,提升氢气、瓦斯系统的预警及预判性,引入多维度评价体系,挖掘公用系统潜力,智慧决策更高效。

该系统入选“滨州市十佳大数据创新应用场景”,和“中控灯塔项目”,申报“中国工业互联网研究院--工业互联网赋能绿色低碳发展优秀案例”。

三、数字化建设

工艺流程模拟技术在绿色低碳方面的应用是当前工业发展的重要趋势,它通过构建炼厂全流程及各装置数字模型,在原料优选、加工流程优化、操作参数优化、装置联合热能优化、装置换热网络分析与优化等方面挖掘节能减排降碳机会点,输出价值方案,帮助企业实现高效、低碳的生产目标,京博石化坚定数字化转型投资,把数字化转型作为公司重大创新工程,把数字化转型作为公司核心竞争力建设,通过Aspen 和KBC软件平台,建立京博数字“孪生工厂”,促进产业结构的优化和升级,为实现碳达峰和碳中和目标提供有力支撑,通过实施节能降耗优化方案已节省蒸汽18t/h,每小时降低用电量188.5kw·h,燃料气节省0.51t/h,运行成本年降低4840万元,碳减排量达5.91万吨/年,年节约煤炭量2.82万吨。

引进Aspen tech、Petro-SIM流程模拟软件技术,构建以反应、分离和换热网络为核心的装置级和全厂级严格机理模型,快速并准确评估炼厂不同原料、中间物流、工艺、操作条件以及决策变化对全厂物料平衡、产品性质、装置能耗及全厂经济效益的影响。通过建立工艺流程模拟数字模型,在工业生产中深入挖掘降本增效机会点,输出价值方案,减少能源使用和排放,确定最佳节能降碳策略,每年持续输出价值方案,预计节省蒸汽12t/h,每小时降低用电量994kw·h,燃料气节省1.8t/h,运行成本年降低6034万元,碳减排量达15.8万吨/年,年节约煤炭量7.55万吨。

双碳战略的指导下,京博石化将持续深挖工厂潜能,规划常减压实施在线实时优化系统(RTO)升级改造,基于原油及侧线关键产品质量的分析数据、生产工况数据及生产过程模拟模型,实时优化装置运行参数,实现24h在线闭环模拟优化,实现装置经济效益最大化,预期投资200万元,将提升高价值产品收率0.5%,降低装置能耗0.2kg标油/吨原油,碳减排量再降低670吨/年,煤炭量年再节约319吨。

四、绿色研发创新

1、富芳烃馏分高效萃取分离技术

随着柴油市场需求量降低,炼化一体化结构调整,特别是催化裂化作为炼厂的重要核心装置,产出富芳劣质柴油如何高附加值利用将是一道难题。当前该富芳馏分采用加氢裂化处理,加氢后柴油作为普通油品调和组分,经济效益差,同时面临氢耗和碳排放高的弊端,京博石化基于ESG管理理念,开发柴油定向组分分离技术项目,使油品中芳烃和非芳烃高效分离,而芳烃作为化工材料和高性能燃料,非芳烃直接裂解生产化工产品,实现富芳馏分的精细化高附加值利用。

2023年京博石化和中国石油大学(华东)及国家重质油重点实验室展开深度合作,研究柴油芳烃和非芳烃的分子结构和馏分特点以及市场萃取剂的特性,针对性开发新型高性能萃取溶剂,构建富芳馏分原料与萃取剂的复配关系,建立重芳烃高效分离过程的控制方法,实现萃取剂高性能和原料提及利用,项目开发成功后将提升京博石化的“分子炼油”水平和行业影响力。

2、1,3-丙二醇产品技术开发

1,3-丙二醇(PDO)作为重要的聚酯单体和有机化工品,在PTT聚酯、聚氨酯以及化妆品等领域具有非常优秀特性,尤其PTT聚酯作为弹性纤维,市场前景广阔。当前国内受限于PDO生产成本高和国外PDO技术卡脖子,导致PTT生产成本高和供应量不稳定,70%以上市场被国外垄断,阻碍了国内PTT聚酯上下游行业的高质量发展。考虑化石法碳排放高,生物发酵法三废排放高,京博石化基于SEG管理理念,采用大宗可再生甘油为原料,开发成熟的固定床连续加氢工艺,操作简单高效,安全环保无本质风险,同时生物基源头降碳。

2021年京博石化和中国石油大学(华东)展开深度合作,研究聚焦降低生产成本,在高浓度原料下,研究催化剂构效关系,提高催化剂活性和选择性,提升产品收率,降低原料和能耗成本;同时研究催化剂稳定性,实现装置长期连续稳定生产;此外,重点解决工程放大效应问题,形成反应和分离的自主核心工艺。历经3年的持续研发,彻底攻克了催化剂活性低和稳定性差的技术难题,后期将持续推动催化剂迭代开发和工程优化升级,有望实现国内外首套生物质化学法新技术装置建设,填补国内外空白。

近几年,国家双碳和生物基化纤等相关政策支持以及品牌企业的社会责任推动,京博石化凭借滨州较好的纺织工业基础,将联融周边区域的纺织终端客户,合作延伸上下游产业链,助力PDO-PTT聚酯-纺织产业快速发展。2027年3万吨/年装置投产后,预计可实现销售收入6.6亿元,效益1.1亿元。开发生物基PDO产品新技术,将会实现生产成本降低,打破国外技术垄断,促进聚酯行业高质量发展。此外作为生物基产品,替代化石燃料,对实现国家“双碳”战略具有重要社会意义。

3、柴油催化裂解制化学品技术

目前,我国面临炼油能力过剩、化学品供应不足的矛盾,石油化工基础原料供不应求,炼油企业去产能、调结构、向化工转型势在必行。目前柴油加工手段可以解决部分柴油出路的问题,但存在着不能兼顾高效增产C2=~C4=等低碳烯烃和BTX的问题,并且对于不同的炼厂,其柴油池组成有较大的差别,需要根据自身的全厂柴油组成、加工流程和规模综合考虑。

2023年与石油大学进行合作,共同开发常柴等直馏柴油催化裂解催化剂工,开发专用分子筛合成、改性和催化剂成型技术,以常柴为代表的饱和烃>65%的柴油为原料,丙烯收率不低于18%,催化剂成本不高于5万元/吨。

烯烃和芳烃作为重要的化工原料,其需求增长速率高于成品油增长速率。柴油催化裂解制化工品技术可缓解柴油产量过剩局面,将其转化为其他高附加值产品,适应未来柴油需求的变化,对化解我国炼油产能过剩、化学品供应不足矛盾具有重要意义,为炼厂转型发展,保障国家能源安全提供了强有力的技术支撑。

4、轻烃催化裂解催化剂技术

催化裂解工艺的核心是催化剂,对原料的转化率以及乙烯、丙烯、BTX的收率有着直接的影响。催化裂解专用催化剂由供应商公司独家提供,国内尚无类似的催化剂进入工业应用阶段。因此,结合公司原料现状,开发石脑油催化裂解催化剂,打破国外催化剂技术垄断,并针对不同原料在不同反应条件下的裂化性能研究,优化装置生产方案,提升装置整体效益有着重要的意义。

2020-2023年石化研究所基于产业需求,与华东理工大学、中国石油大学(华东)和大连理工大学合作。深入剖析催化裂解反应机理,通过对分子筛制备、改性及成型等核心技术攻关,实现了轻烃裂解催化剂从小试到中试全流程开发,采用中试提升管进行评价,与工业参比剂对标,双烯收率高于工业剂1个百分点以上,催化剂成本降低30%以上,可实现3000万元/年的增效,显著改善装置盈利能力。

5、催化裂化多产丙烯助剂技术

立足行业发展,聚焦关键催化剂/助剂技术攻关,在实现催化剂的国产化替代的同时,掌握关键催化材料制备技术,拥有自主知识产权,同时形成定制化生产方案,提高装置盈利能力。开发新型助剂配方,实现丙烯助剂产业化。

2022年与中国石油大学(华东)合作,通过研究不同馏分段分子裂化转化规律以及不同分子转化所需的微观环境(活性位、孔道),精准调控目标产物的高效转化。自制丙烯助剂以高丙烯选择性ZSM-5分子筛为活性主体,将磷和特种活性组元载入分子筛进行酸性调变增加裂化活性与水热稳定性。通过引入不饱和烃的吸附位适度增强小分子烷烃的脱氢能力,达到提高丙烯浓度的目的。组合先进的基质技术和助剂制备技术,使助剂具备了更好的抗磨损能力和流化性能。

完成产业化试用,与空白期相比,丙烯收率提高0.5个百分点以上,预计增效10元/吨原料。助力公司提质增效。

 
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关键词: 余热利用
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