石油化工行业节能原理和节能技术讲义

石油化工行业节能原理和节能技术讲义尹洪超教授博士生导师大连理工大学能源与动力学院2007年4月石油化工行业节能原理与节能技术讲义大连理工大学编制1目录目录..............................................1前言..............................................2第一节节能的基本原理..............................100第二节典型例题分析................................222第三节节能的基本概念...............................32第四节企业节能的原则和基本途径.....................43第五节企业通用节能技术.............................50第六节石化行业节能技术............................855石油化工行业节能原理与节能技术讲义大连理工大学编制2前言节能是指在满足相等需要或达到相同目的的条件下，通过加强用能管理，采取技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以接受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，提高能源利用的经济效果。一、我国的能源发展和供求问题1、能源供应压力大“十五”期间，由于能源需求增长迅速，我国能源市场由“九五”时期的供需基本均衡转向供不应求。按可比价格计算，这期间我国GDP年均增长率高达9.7%，而相应的能源消费量年均仅增长4.6%，远低于同期经济增长速度，其中1997至1999三年能耗为负增长。然而，进入21世纪以来，尤其是从2002年开始，我国能源消费增长迅猛，超过了经济发展速度。我国2005年一次能源生产总量20.6亿吨标准煤。其中发电量24747亿千瓦小时，比2004年增长12.3%；原煤21.9亿吨，增长9.9%；原油1.81亿吨，增长2.8%。2005年能源消费总量22.2亿吨标准煤，比2004年增长9.5%。其中，煤炭消费量21.4亿吨，增长10.6%；原油3.0亿吨，增长2.1%；天然气500亿立方米，增长20.6%；水电4010亿千瓦小时，增长13.4%；核电523亿千瓦小时，增长3.7%。“十五”期间我国能源消费总量从2001年的13.49亿吨标准煤增长到2005年的22.2亿吨标准煤。如今我国能源消费总量已经位居世界第二，约占世界能源消费总量的11%。图1“十五”期间我国一次能源生产总量和能源消费总量对比石油化工行业节能原理与节能技术讲义大连理工大学编制3表1“十五”期间我国一次能源生产总量和能源消费总量对比年份一次能源生产总量（亿吨标准煤）能源消费总量（亿吨标准煤）200112.113.5200213.814.8200316.017.1200418.519.7200520.622.2但我国人均能源消费量较低。2004年,我国人均一次能源消费量1.08吨标准油，为世界平均水平的66%，美国的13.4%，日本的26.7%，英国的28.1%。目前，美国人均消费石油是我国的14倍，日本是我国的3.8倍。从世界范围来看，经济越发达，人均能源消费量越高。我国到2010年要实现人均GDP比2000年翻一番，这客观上要求人均能源消费量有较大幅度增长，特别是优质能源需求量的增长。表22004年世界一次能源人均消费（英国石油公司BP资料）世界平均水平1.63吨标准油/人中国1.08吨标准油/人美国8.02吨标准油/人日本4.03吨标准油/人英国3.82吨标准油/人随着需求的快速增长，我国能源供给约束越来越大。综合起来看，当前我国能源供给的矛盾已超出生产能力不足这个层面，更为突出地表现为资源不足的“瓶颈性”约束。2、能源安全特别是石油安全问题日益严峻“十五”期间，我国能源进口依存度不断上升，尤其是石油的进口依存度上升很快。2001～2003年，我国原油进口依存度从39.9%上升到48.6%，平均每年上升4.4个百分点。三年间我国原油进口依存度平均水平达到43.3%。随着进口石油数量的持续增加，国际石油价格的上涨对我国的影响越来越大。据有关部门测算，国际油价每桶变动1美元，将影响进口用汇46亿元人民币，直接影响我国GDP增长0.043个百分点。最近两年，国际原油价格屡创新高，我国深受其害。从统计资料来看，2004年，原油进口平均价格比2003年上涨58.9美元/吨，我国为此多支付外汇70.68亿美元；2005年，国际油价上涨更多，据估计我国至少为此多支出了100石油化工行业节能原理与节能技术讲义大连理工大学编制4亿美元外汇。从国际上进口大量的石油，意味着风险性因素增多和不安全程度提高，能源安全特别是石油安全问题日益严峻。3、能源利用效率较低，浪费严重我国在能源利用上仍处于粗放型增长阶段。当前，我国经济社会发展中存在一个较为突出的矛盾，就是在能源资源相对贫乏的条件下，不少地区的经济增长速度仍然是靠“三高”（高投资、高能耗、高污染）来支撑，结果表现为“两低”（低质量、低效益），以及“三荒”（煤荒、电荒、油荒）现象。从能源消耗强度来看，2003年按现行汇率计算的每百万美元能耗，我国为893吨标准油，比目前世界平均水平高2.3倍，比发达国家美国和日本分别高2.7倍和9.4倍，比同样是发展中国家的印度还高0.45倍。从能源利用效率来看，根据国家发展和改革委员会公布的信息，目前我国的能源利用效率为33%，比发达国家低约10个百分点。电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%；钢、水泥、纸和纸板的单位产品综合能耗比国际先进水平分别高21%、45%和120%；机动车油耗水平比欧洲高25%，比日本高20%；我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2～3倍。如不改变能源低效利用的现实，到2020年，我国要以能源翻一番实现经济翻两番的目标，按2003-2005年能源消费增长的趋势，我国能源消费量将高达40多亿吨标准煤，在能源供应及能源安全等方面都会带来严重问题。即便考虑到各种节能因素，我国能源消费量仍将达30亿吨标准煤，因此必须通过节能提高能源利用效率。0.002.004.006.008.0010.0012.00日本意大利法国德国英国美国加拿大中国图2中国与其他发达国家单位GDP产出能耗量对比（2003年）石油化工行业节能原理与节能技术讲义大连理工大学编制5表32003年单位GDP能耗国际比较（摘自世界经济年鉴）国家GDP（亿美元）一次能源消费量（百万吨标油）单位GDP能耗（吨标油/万美元）单位GDP能耗比率（中国/外国）中国132001178.38.931.00印度5590345.36.181.45韩国73302122.893.09日本58800504.80.8610.40俄罗斯5060670.813.260.67德国27100332.21.237.28法国18300260.61.426.27英国13900223.21.615.56意大利12400181.91.476.09加拿大7540291.43.862.31美国946002297.82.433.68世界363009741.12.683.334、我国能源供需结构均以煤为主，能源工作必须兼顾环境保护随着全球气候变暖和大气环境质量的急剧下降，环保问题受到了世界各国的普遍重视。在我国，以煤为主的能源供需结构是环境污染日趋严重的主要原因。我国是世界气候变化框架公约的签字国，环境因素将逐渐成为我国能源工作中不容忽视的问题。从能源消费结构优化进程来看，发达国家早在20世纪60年代就基本完成了以煤为主向以油气为主的能源消费结构的转变，其转变历程大约经历了60年。所以，我国要在2050年达到中等发达国家水平，从现在起必须重视改善能源结构的问题。这也是我国树立科学发展观，构建资源节约型、环境友好型社会的必然要求。二、我国能源供需预测“十一五”期间能源市场供需形势呈如下特点：（1）我国能源消费需求继续保持快速增长，增速较“十五”回落。2006～2010年，我国一次性能源消费从19亿吨标准煤，增加到26.2亿吨标准煤，增长37.8%，年均增长8.4%，比“十五”回落约5个百分点。能源消费弹性系数平均为1.1左右，比“十五”末期缩小约0.5个百分点。这一方面表明能源消费需求仍处在较快增长时期，增速仍在经济增长之上；另一方面也表明经济增长对能源需求的依赖性趋于减弱。（2）生活用能源消费需求增长快于工业生产用能源。到2010年，按照可能达到的人口基数13.5亿计算，人均生活用能源消费约300千克标准煤，同目前标准相比，基本上翻一番。届时生活用能源消费占总消费中的比重达到15%左右，比当前水平提高约4石油化工行业节能原理与节能技术讲义大连理工大学编制6个百分点。（3）我国能源生产增长继续快于需求增长,但增势亦有明显回落。2006～2010年，能源生产从18.2亿吨标准煤增加到26.1亿吨标准煤，增长了43%，年均增长9.4%，增幅较“十五”回落6个百分点左右。（4）由于需求增长减缓，生产增长快于需求增长，预计“十一五”期间，我国能源需求自我保障平均在97%左右，特别是“十一五”后期可实现供需基本平衡。整个“十一五”期间，我国能源需求保障对外部的依赖性没有明显上升。另外，根据相关预测，2020年，中国一次能源需求约30亿吨标准煤，其中石油4.3～5.2亿吨，煤炭21～24亿吨，比2000年增加70%～130%，人均1.5～2.0吨标准煤。到2020年，全社会用电需求将达4.2万亿千瓦时，发电装机容量达9亿千瓦，比2000年增长1.8倍。三、我国能源政策我国政府将能源政策确定为“资源节约和开发并举，把节约放在首位”。2004年6月30日国务院提出了关于能源中长期发展八项规划：（1）坚持把节约能源放在首位，实行全面、严格的节约能源制度和措施，显著提高能源利用效率。（2）大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略。（3）搞好能源发展合理布局，兼顾东部地区和中西部地区、城市和农村经济社会发展的需要，并综合考虑能源生产、运输和消费合理配置，促进能源与交通协调发展。（4）充分利用国内外两种资源、两个市场，立足于国内能源的勘探、开发与建设，同时积极参与世界能源资源的合作与开发。（5）依靠科技进步和创新。无论是能源开发还是能源节约，都必须重视科技理论创新，广泛采用先进技术，淘汰落后设备、技术和工艺，强化科学管理。（6）切实加强环境保护，充分考虑资源约束和环境的承载力，努力减轻能源生产和消费对环境的影响。（7）高度重视能源安全，搞好能源供应多元化，加快石油战略储备建设，健全能源安全预警应急体系。石油化工行业节能原理与节能技术讲义大连理工大学编制7（8）制定能源发展保障措施，完善能源资源政策和能源开发政策，充分发挥市场机制作用，加大能源投入力度。深化改革，努力形成适应全面建设小康社会和社会主义市场经济发展要求的能源管理体制和能源调控体系。中共中央公布的“十一五”规划建议提出“能源产业要坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展，构筑稳定、经济、清洁的能源供应体系”；“在优化结构、提高效益和降低消耗的基础上，实现2010年人均国内生产总值比2000年翻一番；资源利用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右”。节约能源已经成为工作的硬指标。四、工业节能的战略地位工业是我国能源消费大户，能源消费量占全国能源消费总量的70%左右，特别是钢铁、有色金属、建材、化工、煤炭、电力、石油、石化等八个行业占全部工业能耗的78%，到2020年，虽然工业部门占能源总需求的比例将从2000年的72.7%逐步下降到56.7%～58.7%，但仍然为第一大用能部门，也是获得节能效应最为显著的部门，因此工业节能对于我国节能工作的顺利开展、能源发展规划和“十一五”建设目标的实现具有至关重要的战略地位。首先，工业节能是实现经济持续快速发展的必然选择。虽然我国能源比较