石油 ， 石化产品和水 ： 找到新的平衡

VIEWPOINT 2024 OIL，PETROCHEMICALS 和WATER：寻找 ANEWEQUILIBRIUM 保障供应和推动环境改善的新方法 水是人类生活和许多工业过程的重要资源。水资源短缺是一种日益增长的全球趋势，气候加剧了 改变和增加的需求。作为水的主要用户，炼油和石化行业如何改善水管理，保证供应，保护当地环境？这个观点解释了当前的背景 ，并概述了应对行业当前和未来水挑战的策略。 AUTHORS CarloStellaChiaraLoretiVincenzoIppolitoHectorCasas 由于需求增加和气候变化加速，全球淡水供应面临前所未有的威胁。根据可持续发展非营利组织Ceres2022年对私营部门用水的评估，到2050年，全球42%-79%的流域可能达到“生态临界点”。重大改进对于当前的水管理实践至关重要；没有它们，多个地区将经历缺水。 像许多环境问题一样，水资源短缺并不是一个新问题，正如亚瑟·D所强调的那样。 Little(ADL)Viewpoint“TheWaterMargin”早在2000年代。然而，它对住宅和工业部门的影响都在增长。 根据欧盟委员会的数据，目前有38％的欧盟人口和29％的欧盟领土受到水需求超过供应的影响。 了解全球法规背景 多个国家和地区的监管机构面临水资源短缺和污染的影响 ： -欧盟。欧盟成员国于2000年通过了《水框架指令》 (WFD)。 其中规定了化学水质和生态目标的目标。水资源短缺和干旱问题被重申为 2020年欧洲绿色协议的优先事项。此外，水是欧盟零污 染行动计划的三大支柱之一，该计划旨在到2050年实现无毒素社会，污染降低到零或不再对自然和人类有害。这意味着不仅在废水处理厂的下游行动，而且在产生物质的上游行动。 和使用。 -US.《清洁水法》规定了水资源的恢复和维护 活动。此外，多个州都在用水方面实施了自己的法规 ，例如《德克萨斯州水法规》和科罗拉多州的优先拨款系统。 LIKEMANY ENVIRONMENTAL PROBLEMS，WATERSCARCITYISNOT ANEWISSUE - 亚洲和非洲。发展中地区对水质的规定往往不那么严格 - 和使用，导致未经处理的化学品，重金属和微塑料排放到沿海的河流，溪流和河口。然而，联合国粮食及农业组织（粮农组织）亚洲及太平洋区域办事处于2021年发布了亚太水资源短缺计划（WSP）。该文件旨在支持面临农业缺水问题的国家与外部合作伙伴合作，审查缺水政策，实施基于消费的水管理等工具，并实现澳大利亚水伙伴关系的下一代灌溉和用水保有权等活动。 沙特阿拉伯王国（KSA）。KSA的《国家水战略2030》设定了愿景 建立一个可持续的水部门，保护自然资源和环境，同时提供具有成本效益的 在此背景下,2020年颁布了新的《水法》,涵盖资源管理 、投资、许可和水费。 影响 石油精炼 工业是水资源的主要使用者，能源部门每年消耗560亿立方米的淡水。 到国际能源署（IEA）。炼油厂和石化设施是能源行业的重要组成部分，在满足世界能源需求方面发挥着重要作用。他们的持续运营也严重依赖水。 水资源短缺与炼油之间的联系图 炼油厂需要大量的水用于工艺和设备冷却。然而，随着全球许多地区的水供应继续恶化，炼油部门的水供应变得越来越不确定。因此，至关重要的是，在全球一级和国家一级审查水资源短缺对炼油部门的影响，以确定可持续生产的潜在风险和机会。 用炼油活动覆盖联合国水资源短缺地图显示，非洲、中东、亚太和部分地区 ofSouthandCentralAmericamayfacesignificantchallengesinsustainingtheiroilrefiningcapacityduetowatercharacy(seeFigure1).Addressingthischallengeiscritical. 水用于炼油厂的多个区域（例如，用于冷却塔），用于为锅炉提供蒸汽产生，作为工艺水，饮用水和卫生水，以及用于灭火。冷却水是最大的用途。 图2显示了炼油装置的高级表示中的冷却水的典型流量，显示了水流和流量。平均而言，处理一桶原油消耗0.34- 0.47桶水。在该过程中损失了6%的水，排放了4%，蒸发了2%。 图2还描绘了炼油装置中的主要水流： -该过程开始于化妆来源(如淡水或地下水井)。 -这水是那么已处理去除杂质并确保它符合工厂的具体的水质要求。 -处理过的水通常被送到设施的 冷却半闭环，其中包含 冷却塔和工艺装置: 图1.全球水资源短缺 很少或没有缺水物理缺水 接近物理缺水 经济缺水未估计 亚太地区：36% 北美：21% 欧洲：15% 中东：11% CIS:8% 南美洲和中美洲： 6% 非洲：3% 炼油能力 来源：ArthurD.Little 图2.炼油厂的水流和流速 蒸发 添加剂 水处理 浪涌池 补给水 冷却塔 循环泵 冷却水循环流 过程中总失水量:6% 蒸发: 已放电:回收: 治疗 废水 排污 89% 4% 地表水 工艺单元 和 公用设施 7% 公用事业和杂项 资料来源：ArthurD.Little；Sun，Pingping，等。“美国炼油厂用水量估算和对炼油厂产品的分配”。燃料，第221卷，2018年6月。 - 水首先被送到冷却塔，然后通过专用重定向 - 泵到工艺装置，在那里它是用来冷却设备和工艺。 冷却塔中使用的一些水蒸发。炼油厂解决了这个问题通过收集过程中使用的水和补充流，然后将其返回到冷却塔和过程单元 重复使用。 -This回收工艺显著减少工厂的整体用水量，并有助于最小化从工厂排放的水量。但是，即使在适当的循环利 - 用下，由于冷却塔蒸发（约占总量的2％），仍有一些水损失，并且在经过废水处理后从工厂排放的更多体积（约4％）。 废水处理通常涉及去除任何剩余的杂质或污染物排放到地表水体，如河流或湖泊。 处理后的水必须符合严格的质量标准，以确保不会损害环境或人类健康。 所有这些都意味着炼油厂需要重新整合他们使用的6%的水，这在大型工厂达到数千加仑。 设施使用来自多个水源的水。例如，在美国，72%来自河流或湖泊，10%来自地下水，18%来自城市或市政水。较大的炼油厂倾向于直接使用来自湖泊或河流的水，而较小的炼油厂则至少使用一些城市或市政水源。 炼油的环境影响 Oilrefineryoperationsproducealargenumberofpollutantsandareregulatedbyenvironmentallawsrelatedtoair,land,andwaterimpacts.Intermsofwaterpolicies,refineriesarepotentialmajorcontributerstogroundandsurfacewatercontinuation. Processwatermay 被炼油过程高度污染(例如，设备泄漏和溢出，脱盐ofcrudeoil)andcontainoilresidualandotherhazardouscompounds.Itisrecycledthroughmany stagesandexperiencesmultipletreatmentprocessesbeforebeingreleasedintosurfacewater,withregulationsgovernthelevels 允许的危险化合物。 Somerefineriesusedeep-injectionwellstodisposeofwaste,withportionsendedupinaquifersandgroundwater.Sourcesofwastecontaminationinclude: -脱盐工艺废水 -来自冷却塔的水 -雨水 -蒸馏/裂化过程 改善水资源的策略和方法管理 为了应对水资源短缺的挑战，炼油厂和石化企业需要制定积极、战略性和有效的战略，以最大限度地减少用水量 ，利用替代水源，实现过程废水零排放。应对挑战需要五步方法： 1.全面评估水平衡。Closlyexaminedwaterusage acrossallprocesses,identifyopportunitiesforefficiencyimprovementandareaswaterqualitychangesoccurs.Figure3showsanexcerptfromanassessmentofatypicalrefinery,includingusualwaterconsumptionratioofmain 图3.炼油设施的水平衡 可以为石化场所开发类似的数字。 2.根据成本效益分析绘制水计划图并确定优先级。让所有相关部门参与进来，如工艺工程、研发、健康和安全以及运营，并进行全面评估，以确定节约供水、使用和处理水的潜在领域，确保可以实施成本有效的措施。图4显示了节水计划的选择，并建议根据对水流的影响进行优先排序。 3.制定和推进节水目标。建立明确的用水目标，包括提取 ，再利用和废水处理。专注于员工参与，以激励员工实现预期目标。 4.优先考虑需要增强的过程。仔细检查每个过程，以确定如何减少，再利用或用低质量的替代品代替水的消耗（例如Procedre，再生/排放水)。示例措施可能包括在工艺用水补充中用较低质量的地下水代替饮用水，在质量限制内再利用工艺用水，以及从锅炉和蒸汽发生器中回收冷凝水以供再利用。 6% O蒸 公用事业和杂项7% 12 催化重整 Steam 软化水 淡水脱氧水 5% 水力裂解饼干 理器 O 2%冷凝水 I2% I7% 我3% I2% 常压蒸馏 7%11 I86% O 真空蒸馏 流体催化装置(FCC) 循环冷却水 循环冷却水 6% 焦炉 加氢处理器 甲烷蒸汽重整 O I =输入=输出 O 废水 来源：ArthurD.Little 图4.石化设施节水措施 机组间供热技术 节约循环水 节省1.0MPa蒸汽的7% 高效板式换热器技术 锅炉节省脱氧水消耗 高效板式换热器技术 加热炉黑体技术 余热回收技术 复合蒸发冷却技术 传热效率提高(3x-5x)油耗降低 减少热交换器中消耗的水（3x-5x） 节省10%的炉子燃料 节省2.5%的炉燃料(用于预热空气)&减少: –用水量–烟雾排放量减少50%–SOx排放量减少 90% –NOx排放量减少 30% 与空气冷却系统相比，它节省了： –40%-50%用水量 –30%-60% 电力 循环水淡水废水 循环水淡水废水 循环水淡水 脱氧水 循环水淡水废水 循环水 IMPACTED 水流单位 来源：ArthurD.Little 原油蒸馏延迟焦化催化裂化催化重整加氢处理 优点 5.规划和选择融资机会。探索潜在的资金来源，特别是来自公共机构的资金来源，以支持改善 watermanagement.Forexample,withintheEUTaxonomyandEUGreenDealFramework,EUcountrieshavedevelopednationalandregionalfundingschemesforprojects 为特定的环境目标做出积极贡献，包括： -缓解气候变化-例如反渗透工厂的实施， 这创造了一个更圆形的半封闭冷却回路，促进水的 循环利用，并显著降低整体消耗。 -适应气候变化-例如提高废水的效率 处理厂，减少水的排污，因此最大限度地减 少两种水流的不利影响和预期的未来气候条件。 -循环经济/污染预防 -如提高能源消耗 计量系统，例如，以确定优化和减少能源使用的领域。 -保护生物多样性-例如实施生物多样性抵消 战略，以补偿发展活动造成的任何不可避免的不利 生物多样性影响。当开发项目（例