华 贲

（华南理工大学 天然气利用研究中心，广东 广州 510640）

特约述评

低分子燃料/化学品加工过程的能量系统优化

华 贲

（华南理工大学 天然气利用研究中心，广东 广州 510640）

综述了低碳时代有机化工原料/产品的新格局，介绍了能量利用的原理和系统优化方法。针对不断涌现的由煤、生物质或轻烃生产低碳燃料/化学品的新工艺、新装置反应/分馏过程温度低、传热性能好等特点，提出并阐明了采用降低工艺总用能和过程 损耗、多塔热集成以及采用循环热媒水系统利用邻近大型炼化企业中、低温余热等 “温度对口、梯级利用”的科学用能方法，进行能量系统优化，可使系统能耗大幅降低。

低分子燃料/化学品；系统优化；低温热利用；节能

21世纪初是社会经济发展与资源、环境之间的关系开始发生重大变革的时代。气候变化、碳减排所促进的科技变革在未来50年将推动人类对能源利用发生第三次大转型。该转型包括一次能源向低碳的转型和在新科技突破推动下能源终端利用方式的转型。除工业、建筑物、交通运输外，能源终端耗费的第四个领域——有机化工原料，也必将转向新的格局［1-3］。

本文综述了低碳时代有机化工原料/产品的新格局，介绍了能量利用的原理和系统优化方法；提出并阐述了低分子燃料/化学品加工过程的用能特点、优化途径以及与邻近工业园区或大型炼（煤）化企业的热联合。

1 低碳时代有机化工原料/产品的新格局

目前世界耗用的一次能源所占比例排序依次为石油、煤、天然气、核能及可再生能源的状况，在2030—2040年间将发生逆转。可再生能源将成为主力，其次是天然气、带二氧化碳扑集和封存的煤、石油。2010—2050年世界和中国的一次能源构成走势见图1。

图1 2010—2050年世界（A）和中国（B）的一次能源构成走势［1］Fig.1 Trends of world(A) and China(B)’s primary energy resources in 2010-2050 Year［1］.(a) Oil；(b) Coal；(c) Natural gas；(d) Nuclear energy and renewable energy

在一次能源向低碳转型的大趋势倒逼之下，工业、建筑物、交通运输三大耗能领域的能源利用模式和有机化工原料构成将在新的科技突破推动下发生巨大变革。在中国，有机化工原料耗能将由2010年的0.18 Gt（占总能耗的6%，其中50%来自石油、7%来自煤）变化为2030年的0.60 Gt（占总能耗的12%），总量增长3倍多，其中不同能源所占比例大致为石油2/5、煤1/3、生物质1/4，初步呈现“三分天下”的局面。有机化工原料耗能总量增长快的重要原因是单位产品消耗的煤和生物质原料比石油多。图2给出了未来石油、煤、生物质生产燃料和化学品的格局［1］。

图2 未来石油、煤、生物质生产燃料和化学品的格局Fig.2 Pattern of fuel and chemicals produced from petroleum，coal and biomass in the future.

近年来，中国石油对外依存度不断攀升，2012年已达57%，并且价格保持高位，而国内煤和生物质资源相对丰富，价格较低，促进国内有机化工产业格局悄然发生变化。现代煤化工快速发展，已成为世界的领头羊。煤制天然气已立项的总产能达160 Gm3/a，若其全部投产将耗煤750 Mt/a。规划和在建的直接和间接煤制油项目产能已达50 Mt/a，煤制烯烃产能达20 Mt/a，煤制甲醇、二甲醚和乙二醇的产能达13 Mt/a。2012年2月5日工业和信息化部发布石化产业“十二五”规划，将在蒙古、陕西、新疆、宁夏、贵州等地建成若干大型“煤化工煤电化热一体化集群产业基地”，届时煤制烯烃产量将占总产量的20%。

我国生物资源理论总量达65 Gt/a，实际可用的资源中作物秸秆约0.68 Gt/a、林木废弃物0.2 Gt/ a以上、畜禽粪便约3.0 Gt/a、城市垃圾约15.5 kt/a。近年来，生物质资源化利用技术不断创新，自主创新的固体热载体循环流化床快速热解工艺已获成功。20 kt/a农作物秸秆热解工业示范装置已实现定型和标准化。200 kt/a生物质循环流化床快速热解装置也已建成投产。等离子复合热解技术和各种酶化学、光化学生物质转化技术也都在研究开发过程中。生物质制乙醇已从粮食原料转向纤维素；生物质制丁醇技术已经投产。煤基和生物质基经由合成气（甲醇）或直接转化为醇、醚、芳烃等低分子基本有机化工原料的新工艺路线不断涌现。这些都冲击着迄今石油一统天下的集“炼化一体化”生产所有燃料/化学品的格局。可以预见，以碳中和的生物质为原料的有机化工产业，将有日新月异的发展。

多年来，我国炼油/石油化工企业以车船燃料和“三大合成”高分子产物为主要目的产品，石油资源利用粗犷，加上天然气发展滞后，致使每年有数千万吨本可用作化工原料的C2～4烃类以炼厂干气和液化气的形式被当作燃料烧掉。油气田每年也有数百亿立方米的C2～4轻烃被放火炬燃烧。随着天然气在一次能源中所占的比例快速提高，逐渐把轻烃从燃料领域中顶替出来，同时石油价格居高不下，轻烃深加工为化学品装置的经济效益日益突出。近年来，已有越来越多的企业投资建设各种石油轻烃深加工生产低分子燃料/化学品的装置。

由1978年至今，中国炼化工业节能经历了几十年的发展，从一个个装置的节能改造，发展到全局能量系统优化，得到了一些有效的方法，能源利用效率已逐渐接近国际先进水平。但近年来由煤炭、发电及其他企业投资兴建的一批煤/生物质基低分子有机化工装置，从实验室工艺、催化剂研究成果放大到工业规模的装置过程中，往往只着眼于打通物料流程和提高收率，较少深入考虑能量利用的优化匹配，致使能耗在总成本中所占的比例较高，削弱了与石油路线的竞争力，同时增加了环境和碳排放的成本。

2 能量利用的原理和系统优化方法简介

2.1 分馏塔的用能本质和优化改进策略

以炼化企业中最具代表性的分馏塔为例来说明用能的本质［2］。图3（a）为一个简单分馏塔；图3（b）～（d）是根据热力学第二定律分析得到的分馏塔内能量演变过程的ε-Q图。其中，ε为分馏塔内不同部分的能量品位，又称能级系数，其表达式与卡诺因子相同，即ε=1-T0/T（T0，T分别为基准温度和该能流的温度）；Q为热量。

当前分馏塔的用能情况见图3（b），其中，蓝色矩形的宽度代表在再沸器中蒸汽饱和温度（Tr）下蒸汽携入的热量，忽略蒸汽脱过热的显热后，冷凝过程是恒温的，所以Tr曲线是水平线段。在ε-Q图上水平线段到横轴之间的面积是该热量相应的有效能（，Ex），表达式为：Ex=∫（1-T0/T）dQ。在图3上表现为4种颜色矩形面积的总和。蓝色矩形的面积代表再沸器传热的损耗；红色矩形的面积代表分馏塔的分离和传质过程的损耗；绿色矩形的面积代表塔顶冷却器传热的损耗；黄色矩形的面积代表冷凝冷却器后由循环冷却水排弃的损耗。

图3 分馏塔节能示意图［2］Fig.3 Energy-saving schematic diagram of distillation tower［2］.Tr：steam saturation temperature；Tb：tower bottom temperature；Tc：cooling water temperature；Td：tower top temperature；ε：quality of energy；Q：heat.■ Reboiler exergy loss；■ Column exergy loss；■ Cooler exergy loss；■ Coling water exergy loss；■ Exergy recovered

由图3（b）可见，为完成分离操作，所供入的在推动4个传递过程中被消耗掉。从传递过程的动力学角度分析，前3个损耗不是无意义的损失，而是过程推动力的代价。如蓝色矩形中，纵坐标的高度代表再沸器的传热温差ΔT=Tr-Tb（Tb为塔釜温度），即为传热傅里叶方程中的传热推动力：Q=KFΔT（K为传热系数，F为传热面积）。同理，红色矩形中Tb与Td（Td为塔顶温度）的温差是分馏过程的推动力；绿色矩形中Td与Tc（Tc为冷却水温度）的温差是塔顶冷却器的传热推动力。

分馏塔用能优化改造措施可分为两大类。第一类措施是降低工艺总用能，即增加塔的理论板数，减少回流比，从而减少再沸器供入的能量。在ε-Q图上表现为矩形方框“变瘦”（见图3（c））。建于20世纪70年代的某邻二甲苯分馏塔回流比高达27，再沸器耗蒸汽量很大；将浮阀塔盘改为高效的规整填料并增加理论板数，使回流比由27降至14，可使再沸器供入的蒸汽量减少一半。这类措施的优化方法是通过模拟计算和系统建模求解，计算出年度化投资和操作费用总和最小的回流比和塔板数。这是一个二维函数求极值问题，并不复杂。

第二类措施是减少过程损耗。该措施是建立在热力学第二定律分析即分析理论的基础上。再沸器用210 ℃的中压蒸汽加热塔底温度为169 ℃的塔釜液，传热温差高达41 ℃；传热温差过大，损耗偏高，属于“高能低用”。采用分馏塔间热集成的方法，将后续的、也用210 ℃蒸汽作再沸器热源的乙苯塔适当升压，使塔顶的温度升至185℃，即可把乙苯塔塔顶的气相冷凝热作为邻二甲苯塔塔底再沸器的热源，替代原210 ℃的中压蒸汽，这样再沸器的传热温差可由原来的41 ℃降至16℃，损耗相应减小。即由于损耗减小，可使210 ℃的中压蒸汽的先后在乙苯塔和邻二甲苯塔上使用两次（210 ℃—185 ℃—169 ℃）。这是“高能高用、低能低用，温度对口、梯级利用”科学用能原理的实例诠释。

由于邻二甲苯塔的回流比由27降至14，塔底再沸器热负荷也减少了一半，按照传热方程Q=KFΔT，若Q和ΔT同比例减小，F可保持不变，所以还可以使用原有的再沸器。一般情况下，若ΔT减小而Q不变时，可对再沸器进行改造，或采用强化传热的换热元件提高传热系数，或增加传热面积，以确保ΔT减小后的传热负荷。

邻二甲苯塔改用填料后，使全塔压降大幅下降，在塔底温度不变时，塔顶温度由原来的145 ℃升至150 ℃，温差（损失）减小，有利于将原来的冷凝冷却器改为蒸汽发生器，利用塔顶冷凝热制备0.2 MPa（绝压，115 ℃）的饱和蒸汽，传热温差由115 ℃降至30 ℃。减少的损失变成低压蒸汽的，供后续苯乙烯装置的分馏塔再次使用。这种情况反映在ε-Q图上表现为蓝色、红色、绿色3个矩形都变“扁”（见图3（d）），总损失大幅减小，所以能够用于制备浅绿色矩形代表的蒸汽，使210℃蒸汽的能量可被利用3次，这称为塔系的“热集成”，也是第三类改造措施。改造前后的流程见图4［2］。

图4 某二甲苯分馏系统节能改造前（a）后（b）的流程［2］Fig.4 Flow sheet of a dimethyl benzene fractionation system before(a) and after(b) revamp［2］.

2.2 能量利用的本质和节能原理

由2.1节的分析可知，在第二类改造措施中所利用的能量总量没有改变，但能量利用前后的品位（即质量）改变了，这是节能原理中最关键的部分。能量被利用体现在利用前后能量品位的降低上。能量质量降低的科学表述就是“的损耗”，在ε-Q图上表示为两个温度线段之间矩形的面积。减小传热温差（矩形面积减小）以降低损失，就是使能量少降质，就可创造多利用一次的条件。图3（d）中再沸器传热、分馏塔的分离及传质和塔顶冷却器传热3个单元过程损耗的减小，导致原来只利用一次的210 ℃蒸汽的冷凝潜热可先后在乙苯塔、邻二甲苯塔和苯乙烯塔中使用3次。这就是在能量的利用时，不是利用它的数量而是利用它在某一个温位的质量的道理［4］。如果把一个复杂过程体系中的多个不同品位用能很好地整合起来，形成能量梯级利用结构，能量利用效率就能成倍提高。这种在能量回收子系统的多个热源、多个热阱之间通过优化匹配，达到投资加损耗的总费用最小的节能措施，是一种非常重要的第三类改造措施，称作热回收（或换热）网络（HEN）优化方法。上述案例的能耗可降低80%，表明分馏过程系统具有巨大的节能潜力。由于第二、三类改造措施涉及动力学、经济学及其他方面，因此至今无法简单地依靠计算机程序优化求解，但可用自编局部优化程序加快计算。“夹点技术”就是一种基于试探的HEN优化方法。

2.3 掌握“温度对口、梯级利用”科学用能的尺度

“高热高用”要求避免热能降质，就必须减小传热温差，但传热温差降低到何种程度合理呢？从传递过程的角度分析，传热温差是传热过程的推动力，温差越大，推动力越大，所需的换热面积越小，投资费用越少。 但从热力学角度看，温差越大，损耗越大，能源费用越多。反之，传热温差太小虽然损耗小，但传热面积过大，投一定的资费用过多，不经济。因此在一定的技术经济条件，即一定的能源与设备的比价格下，传热温差有一最优值。换热器最优传热温差是能源价格、设备价格和换热器设计参数等的函数，是一个非常复杂的超越函数，需要经由计算机编程求解，详见文献［5］。优化的传热温差随能源价格改变的规律可以由历史数据得到证明：20世纪70年代前，原油价格为2 $/桶，原油换热器的平均传热温差ΔT=80～100℃；20世纪80年代后，原油价格为10～30 $/桶，ΔT降低为30 ℃。

按照文献［5］报道的公式编制程序计算，在目前一般的技术经济条件下（按原油价格约100 $/桶、换热器造价16 000～20 000元/t计），几种温位的物流换热的最优传热温差（ΔTopt）如下：1）200 ℃左右，原油与各侧线、回流热换热的ΔTopt一般为10～15 ℃；2）150 ℃左右，各侧线、回流热与热媒水换热的ΔTopt一般为9～15 ℃；3）用0.1 MPa蒸汽作为分馏塔再沸器的ΔTopt一般为8～13 ℃；4）深冷（-100 ℃或更低）情况下，轻烃介质的ΔTopt一般为2～4 ℃［5］。

纵观目前运行的炼油化工装置，大部分是在几年前能源价格较低时建设的，它们实际的传热温差远大于上述数据。由此可见，随着技术经济条件的改变，进一步节能的潜力是客观存在的。

“夹点技术”中的一个步骤“Super targeting”实质上就是用二维曲线求极值的方法确定在现实的能源和设备价格下的“最小夹点温差（ΔTmin）”，但需指出ΔTmin是HEN网络的特征参数，而ΔTopt是指一个个换热器的设计参数，后者更有切实的指导作用，应用更普遍。

3 低分子燃料/化学品加工过程的用能特点和优化途径

3.1 低分子燃料/化学品化工生产过程的用能特点

化工生产过程是由诸多单元操作按照物料流、能量流、信息流的规律组合构成的复杂系统。为降低能耗、提高经济效益，必须从能量流变化角度分析，审视低分子燃料/化学品的化工生产过程。通过分析可以看出，低分子燃料/化学品的化工生产过程有6个共同特点：1）反应温度和压力不太高，一般在常压、200 ℃以下，一些酶化学反应有时只在几十℃下进行；有吸热反应，也有放热反应。2）由于温度适中，反应产物的分离和提纯大部分通过分馏实现，并且常常是多组分分馏。分馏塔的塔底、塔顶温度都不太高，通常在200 ℃以下。3）针对这样的温度和压力条件，传统技术一般以低压蒸汽作为再沸器的加热介质，塔顶以循环冷却水为冷凝冷却取热手段，如图3（a）。这种传统用能模式，蒸汽的冷凝热只用一次，难免“高能低用”。4）低分子烃类或含氧化合物的黏度较低，热稳定性和传热性能好。针对此类化合物的无相变传热和冷凝、沸腾传热过程，研究开发了多种强化传热技术和元件，可使换热器的总传热系数成倍提高，具备了减小传热温差、降低损耗、实现“梯级利用”的条件。5）分馏过程耗热（塔釜再沸器供热）和放热（塔顶冷凝冷却器放热）的温位可以随塔的操作压力和全塔压降而改变，有一定的调节自由度，易于实现多塔之间的热集成。6）近年来，分馏塔的塔板、降液管、填料、分布器等硬件技术都有长足的进展，为通过增加理论板数、减小回流比、降低再沸器热负荷创造了更好的条件。

以上特点为此类过程通过单元和系统优化，包括热集成、强化传热来大幅降低能耗，奠立了很好的基础。

3.2 低分子燃料/化学品化工生产过程的能量系统优化潜力和思路

鉴于低分子燃料/化学品化工生产过程用能存在3.1节中所述的6个特点，图3（c）和（d）所示的两类节能改造措施在此过程中均可普遍推广应用。如某每年数十万吨醚前液化气深加工项目包括混合碳四脱硫、分离装置，甲基叔丁基醚合成、裂解装置等约10套，分馏塔几十座。沿用传统的塔底蒸汽再沸器加热、塔顶循环水冷凝冷却的设计思路，需耗用低压蒸汽数百吨/小时。而若掌握了上述分馏节能的原理和系统优化方法，在采用降低工艺总用能和减少过程损耗措施的基础上实行热集成的能量梯级利用，则可减少一半的能耗。

应用流程模拟技术和建模优化技术已可以快速求得每个分馏塔的最优塔板数或回流比。塔系热集成的优化匹配相对复杂一些，但按照下列8条准则认真探索，不难实现。1）开展单元设备优化，求得各个分馏塔最优回流比和塔板数，包括采用强化传质的新型、高效塔板或填料，以节省投资，作为系统优化的基础。2）优先考虑各个装置之间的热出料。在现代操作和控制技术条件下，已不需要把装置与装置之间完全用中间罐隔离开来，能热出料到下游装置就不必“冷下来”再“加热上去”，耗费两次损耗。3）在热出料的基础上，优先在装置内开展塔与塔之间的热集成。至于不同装置间的塔系热集成，只要充分考虑安全、开停工、紧急事故预案并采取应对措施也是可行的。4）熟练运用物流的t=f（p）（t为温度，p为压力）函数关系，试探变更塔压和温度，寻找热集成的机会。按照现实的能源价格和设备价格计算冷热流之间匹配的ΔTopt，实现技术经济最小的损耗，为能量的梯级、多次利用创造条件。5）在物性适宜时，以填料替代塔板可降低全塔压降，从而减小塔顶与塔底的温差和损耗。6）换热器ΔTopt的核算，实质上是通过权衡传热面积（投资）与传热损耗（能耗费用），以求得总费用最少， 是传热损耗最小化的科学判据。7）尽可能采用强化传热技术和元件，以提高传热系数来适应小温差，比单纯靠增加传热面积来适应小温差更经济。8）采用热联合措施，协同考虑邻近企业的低温余热，以全局最优为目标，梯级利用外部低温热源，将更具有经济性［6］。

4 低分子燃料/化学品加工企业与邻近工业园区或大型炼（煤）化企业的热联合

4.1 扩大能量系统优化的空间视野

由于未来有机化工呈现石油、煤、生物质多元原料生产燃料、化学品的格局。相当部分的低分子燃料/化学品化工生产装置可能并不在石油（煤）化工厂内，而是形成独立的企业。传统的设计思维会为其规划设计配套的公用工程系统（蒸汽动力、给排水、电工仪表等）。200 ℃左右的用能温位，若直接采用天然气等一次能源供热，显然是严重的“高能低用”。从大系统能量优化角度看，有两条出路：1）若周围没有大型有机化工企业，则可融入所在地工业园区的冷热电联供能源系统，即利用天然气冷热电联供能源系统汽轮机低压抽汽作为热源。同时，各个塔顶循环冷却水的低温废热，还可采用热泵技术适当升级，作为邻近建筑物供暖或农业大棚的热源。2）附近有大型炼化企业（以石油或煤为原料），则可以尽可能充分利用这些企业中大量高温装置难以自身消化的中、低温余热，构建科学用能的“宏观热集成”系统［7］。

4.2 通过热媒水循环系统利用大型炼（煤）化企业的低温余热

大型炼（煤）化企业中大量一、二次加工装置是温度高且热量过剩的。不断深入地在全厂范围内进行能量系统优化固然能使一部分余热用于低温工艺装置和辅助系统，但许多情况下，还会有多余的热量可在企业周边更大的系统寻求集成优化，即能量系统优化范围由企业扩大到邻近的“能流循环经济园区”。集成的能流既可以是高端的电力、蒸汽、氢气，也可以是低端的余热。对于低分子燃料/化学品化工生产装置，一种可以普遍推广的形式是通过热媒水循环系统利用大型企业的中、低温余热。

与蒸汽相比，以热媒水为载能介质用作分馏塔再沸器的热源，具有4个独特的优点。

1）热损失小，仅限于表面散热，可通过加强保温来控制。而用过热蒸汽进行加热时，过热部分的气相传热系数很低，需要有相当大的传热面积；蒸汽凝结水常常在饱和温度下直接排出，过冷部分热量没有得到合理利用，蒸汽的能量通常只用了80%。

2）易于操作控制。用热媒水加热时，通过旁路角阀控制进入再沸器的热水流量可灵敏地控制塔釜温度，比用蒸汽再沸器控制的损耗更小。

3）蒸汽的压力等级级差大，通常中压为4 MPa、250 ℃，低压为1 MPa、180 ℃。对于不同的塔釜温度需求，很难做到“温度对口”，导致过大的传热温差和损耗。用于加热的温度范围不仅可按最优传热温差安排，且可多次、梯级使用。

4）作为企业之间的热集成，热媒水的输送、计量以及紧急情况下的处理预案均更方便。

4.3 通过热媒水实施企业间热集成系统的设计方法

通过热媒水实施企业间热集成系统的设计方法包括以下6个步骤。

步骤一：在单元优化和塔系热集成初步方案的基础上，按照邻近企业能够提供的中、低温热的数量和温位，展开优化匹配研究，拟订初步的集成方案，即大致选定适宜于采用热媒水供热的用户（分馏塔或反应器）的温位和热负荷。

步骤二：按照温位高低排列所有冷、热流，在T-H（H为热焓）图上画出热源、热阱两条负荷曲线，注明温度区间、流量和热容流率。

步骤三：按照文献［5］报道的方法，计算目前技术经济条件下热媒水与油品换热的ΔTopt，作为合成优化的换热网络的初始判据。由于具体的物性和经济条件不同，ΔTopt不是常数，但在一定的工程项目范围内，变化不大。在T-H图上热源、热阱两条复合曲线之间，以ΔTopt为尺度画出一条代表循环热媒水的直线，使其斜率大致介于热源复合曲线的平均斜率与热阱复合曲线的平均斜率之间。可先固定热源曲线，通过左右移动热阱曲线和热媒水直线，实现符合ΔTopt尺度的3条曲线的配合。此时，热媒水直线与热源、热阱2条复合曲线在H轴投影的重合部分，即为可回收利用的低温热；直线两端点的温差是热媒水的温升。由直线的斜率可计算出热媒水的流量。图5为由ΔTopt决定的热源、热阱与热媒水循环系统的T-Q曲线［8］。

图5 热源、热阱与热媒水循环系统的T-Q曲线Fig.5 Composite curves on T-Q coordination of heat source，heat sinks and hot water cycling system.(a) Low temperature heat source composite curve；(b) Heat sink composite curve；(c) Hot water curve

步骤四：以步骤三为指导，合成热源-热媒水换热网络。按热媒水的流量和温升，根据总平面布置，按照“温度对口、梯级利用”和热媒水管线尽可能短的原则，运用分流-合流手段，合成初始的热源-热媒水换热网络。注意调整分流的各支路水量以使合流点处各支路的水温尽量一致，同时必须避免偏离ΔTopt太大的匹配。

步骤五：按照同样的方法，合成热媒水-热阱换热网络。此时，可能需要调整前面已拟订的塔系热集成方案，使之相互协同，选择最好的方案。根据双方的协议确定工作分工。步骤四也可由提供热媒水的企业自己完成。

步骤六：根据柔性（对季节等变化条件的适应性）、可操作性、可靠性，以及安全、设备限制、开停工、事故处理等各项要求，对两个初始换热网络和循环热媒水参数进行调整，形成满足实际工程要求的系统，并设计相应的热媒水循环泵、缓冲罐，以及控制来水和回水温度的两个控制回路（见图6）。

图6 通过热媒水的大系统低温热利用流程［8］Fig.6 Flow sheet of low-grade heat utilization system with cycling hot water［8］.

4.4 两个换热网络及其间的集成模拟和协调优化

两个换热网络及其间的集成模拟和协调优化是设计和操作调节热联合的关键。如上所述，一个低温热利用大系统的构建包含热源和热阱两个网络的合成，以及热媒水循环系统的设计。在尽可能安排逆流换热下，一般热媒水由50 ℃被加热到120～140 ℃。作为企业间热联合的系统，由于热输出的大企业热源多、单位供热成本较低、输送距离较远，因此提高热媒水的初温和供、回水的温差，一般会更经济。有加热炉烟气余热可利用时，热媒水的温度可高达170～200 ℃。热媒水的温度越高，所能供给的低温热阱的温位越高，节约的能量就越多。

整个低温热利用网络的控制调节手段主要包括：蒸汽补加热器、回水用循环水冷却器、流量调节控制和冷热水温度控制。蒸汽补加热器和回水用循环水冷却器主要是保证热媒水的来水温度和回水温度的恒定，有利于热源装置和热阱装置的吸、放热物流相关设备的操作控制，不受彼此操作波动的影响。当然，它们也可在不同季节补充加热和辅助加热，但不能过于依赖它们。流量调节控制有利于在实际情况下通过调节循环水量来控制循环热媒水的温度参数，达到经济运行的目的。如在冬季控制一个最适宜的较低回水温度，尽可能多地利用工艺余热。采用计算机辅助可视化操作模拟优化系统可评估网络的柔性，也可针对各种变化工况进行应对策略演练和调优。

5 结语

世界一次能源向低碳转型和有机化工原料趋向多元化，催生出越来越多的低分子燃料/化学品化工生产装置，存在着巨大的节能潜力。工艺过程用能是用其在某一个温位段的，用能前后能的总量没有改变。在采取降低工艺总用能和减少过程损耗两类措施的基础上，运用热回收网络优化匹配技术，是实现能量系统优化的关键。低分子燃料/化学品化工生产装置自身的特点，使得降低工艺总用能和减少过程损耗以及分馏塔系热集成等典型的能量系统优化措施可以得到最充分的应用，大幅降低能耗。作为以耗中、低温热为主的装置，与邻近的有过剩中、低温热量的大型炼化企业热联合，是低分子燃料/化学品化工生产装置进一步降低能耗的重要途径。以热媒水为介质是实现大系统能量梯级利用的有效方式。

［1］ 华贲. 低碳时代石油化工产业资源与能源走势［J］. 化工学报，2013（1）：77 - 83.

［2］ 华贲，叶剑云. 低碳时代中国石化工业的节能减排（Ⅰ）［J］.石油石化节能与减排，2011，1（7/8）：4 - 9.

［3］ 华贲，叶剑云. 低碳时代中国石化工业的节能减排（Ⅱ）［J］.石油石化节能与减排，2011，1（10）：1 - 7.

［4］ 华贲. 工艺过程用能分析及综合［M］. 北京：中国石化出版社，1995：98 - 102.

［5］ 华贲，仵浩，刘二恒. 基于经济评价的换热器最优传热温差［J］. 化工进展，2009，28（7）：1142 - 1146.

［6］ 华贲. 炼油厂能量系统优化技术研究与应用［M］. 北京：中国石化出版社，2009：1.

［7］ 华贲. 中国炼油企业节能降耗——从装置到全局能量系统优化［J］. 石油学报：石油加工，2009，25（4）：463 - 471.

［8］ 华贲，仵浩. 炼油企业低温热大系统优化利用技术［J］. 炼油技术与工程，2007，37（12）：33 - 38.

（编辑 李明辉）

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DSM公司开发出PA6树脂制汽车用油盘

石油化学新报（日），2013（4740）：15

DSM公司采用DSM日本工程塑料公司生产的PA6树脂“Akulon Ultraflow K-FHG7”生产开发出PA6树脂制汽车用油盘。该制品具有工程部件所必须具备的高耐热性、抗冲性及耐油性，与以往金属制油盘相比，质量轻60%；且由于具有优异的流动性，可高频率和短周期地进行产品成型加工。与一般PA6制产品相比，新产品除了可降低生产成本外，随着车辆的轻量化，燃油费和CO2的排放量都可以减少，是一种环保型产品。该产品已在法国标致的最新车型“标致-508”上实际安装使用。

DIC公司活性自由基聚合技术工业化

石油化学新报（日），2013（4729）：16

DIC公司成功工业化采用活性自由基聚合技术生产最尖端领域用高附加值材料，利用该技术生产了氟系高功能添加剂产品。活性自由基聚合是指在聚合反应过程中，无论在反应初始还是链增长阶段，均不会发生使聚合物末端失活的副反应，是一种高精度的合成反应。通过活性自由基聚合可得到各种不同长度分子的聚合物，通过在聚合物中添加新单体，进行再聚合，就可合成均匀且构造坚固的嵌段聚合物。以往工业上采用的自由基聚合，聚合物分子的长度不能控制。而活性自由基聚合可做到聚合物相对分子质量均匀化和官能团排列可控。加入少量采用活性自由基聚合开发的氟系高功能添加剂，即可形成高度平坦且均匀的涂层，可用于智能手机、电视、手提电脑等显示装置及半导体等。

北京斯伯乐丙烯酸精制阻聚剂获发明专利

北京斯伯乐科技发展有限公司自主研发的一种用于丙烯酸精制过程的超强多功能阻聚剂的制备技术获得国家发明专利授权。该公司自主合成了烷基胺化合物核心关键阻聚组分，同时在产品体系中引入金属钝化和清净分散成分。该技术彻底克服了传统的丙烯酸精制阻聚剂（对苯二酚、铜盐、吩噻嗪等）用量大、性质单一的缺陷，能有效延长丙烯酸精制装置的运行周期，并提高丙烯酸的产量和质量，使丙烯酸生产获得更高的经济效益。

中国石油锦州石化公司异丙醇热集成改造节约蒸汽35%

中国石油锦州石化公司一套100 kt/a异丙醇装置节能改造后正常运行，标志着该公司异丙醇热集成项目改造取得成功。该公司为使自主研发的特色产品实现技术升级，制定了热集成改造项目方案，在装置大修中择机实施。热集成项目成功应用后，实现了异丙醇装置工艺流程优化和热量合理应用，蒸汽消耗比改造前同比下降35%以上，提高了特色产品的市场竞争力。

Energy System Optimization for Processing Low-Molecular Fuel/Chemicals

Hua Ben
（Natural Gas Utilizing Research Center of South China University of Technology，Guangdong Guangzhou 510640，China）

The new feedstock prospect of organic chemical industry in the incoming low carbon era was reviewed. For continuingly emerged innovative processes from coal，biomass or light hydrocarbon to low molecule fuel/chemicals，with the features of low temperature reactors and fractionators，this paper presented and explained a systematic energy optimization method，which including reducing total energy consumption in the processes，lowering total exergy dissipation，heat integration among multi-fractionators，as well as utilizing low grade heat from nearby petrochemical plants by circulating hot water media. Using this method of“Use Energy Scientif cally”could result in a great deal of energy conservation.

low molecule fuel/chemicals；system optimization；utilization of low grade heat；energy conservation

1000 - 8144（2014）01 - 0001 - 08

TQ 025

A

2013 - 05 - 03；［修改稿日期］ 2013 - 09 - 11。

华贲（1937—），男，辽宁省沈阳市人，大学，教授，电话 020 - 87113744，电邮 cehuaben@scut.edu.cn。