台灣中油公司物質流分析 之評估應用

台灣中油公司物質流分析 之評估應用

Nov. 10, 2008

洪克銘 台灣中油公司企研處

劉榮宗 台灣中油公司煉製事業部

報告內容

• ^前言

• 煉油廠及石化廠之物質流分析

• ^{中油公司節能之管控}

• ^{煉油廠之硫平衡}

• ^{未來之展望}

物質流分析之意義

• 效率及性能改善之工具及指標

• ^{應用範圍廣泛}

(資源管理,環境管理及廢棄物管理)

• ^{須明確定義邊界條件}

• 須有充分且精確之資料庫

報告內容

• ^前言

• 煉油及石化廠之物質流分析

• ^{中油公司節能之管控}

• ^{煉油廠之硫平衡}

• ^{未來之展望}

T y p i

煉油廠之簡單流程圖

煉油廠物質流分析應用案例

• 原油採購規劃

• 煉製排程規劃

• 生產操作之最適化

• 輸儲操作規劃管理

• 節能管控

• 氫氣平衡

• 蒸汽平衡

• 水資源平衡及管控

• 硫平衡

• 碳平衡與碳排放管控

蒸餾工廠進出料平衡圖

節能管控

油當量公秉 廠 別 節 能 量 2,005 2006 2007 2008(3Q) Total Achieve

目標 18,886 27,364 32,878 35,417 114,545

實際 39,130 45,982 76,327 44,741 206,180 180.0%

目標 3,308 6,598 9,870 13,125 32,901

實際 13,428 35,597 14,351 18,221 81,597 248.0%

目標 152 303 453 602 1,510

實際 1,466 370 334 1649.00 3,819 253.0%

目標 97 97 97 97 388

實際 262 707 395 266 1,630 420.0%

目標 1,563 1,563 1,563 1,563 6,252

實際 1,565 1,641 1,784 1,389 6,379 102.0%

目標 240 240 240 240 960

實際 794 1,226 1,108 1,310 4,438 462.0%

目標 24,245 36,164 45,101 51,044 156,554

實際 56,645 85,523 94,298 67,575 304,041 194.0%

探 採 事 業 部 其 他 合 計 煉 製 事

業 部 石 化 事

業 部

天 然 氣

事 業 部

溶 劑 化

學 事 業

林園石化廠水平衡圖

冷凝水儲槽

純水裝置 純水儲槽 芳一、芳

二、芳三 中壓鍋爐

EDR

原水池

衛生、

飲用水

脫鹼軟化 冷卻水塔

蒸發、飛散損失 排放損失

中和廢水

超純水裝置 超純水儲槽

三輕、四輕

工業、消防廢水 公用 廢水

製程 廢水

12鍋爐 15鍋爐 16鍋爐 19鍋爐 22鍋爐 自來水(IW)

32000T/D

(CW) 800T/D

(IW) 9700T/D)

(IW) 500T

(CW) 500T

(IW) 21000T/D

(RUW) 900T/D

(DW) 600T/D

(DW) 2000T/D

(CW) 20500T/D

(DW)300T/D (DW)

1400T/D

(CW) 12000T/D (RUW) 6000T/D

360T/D

140T/D (CW) 500T/D (RUW) 6000T/D

(PW) 8200T/D

(RUW) (RUW) 7700T/D+6000T/D

(RUW) 13700T/D

(CW) 1700T/D

(DW) 7900T/D

(DW)2300T/D

(DW)800T/D

IW：原始取水量 PW：產水量 RUW：回用水量 DW：排放水量

(RCW)1525000T/D

(DW)9000T/D 廢水

一/二 級處

理

砂濾 廢水

三級 處理

污泥 脫水 機焚 化爐 洗滌 水

聯合 污水 處理 廠

2000T/D

製程用水管控

A.廠補充原水量＝ 19,257 Ton/Day B.冷卻水循環量＝ 756,000 Ton/Day 1.製程用水回收利用量＝ 1,200 Ton/Day 2.冷凝水回收利用量＝ 5,800 Ton/Day 3.酸水回收利用量＝ - Ton/Day 4.逆洗水回收利用量＝ - Ton/Day 5.廢水回收利用量＝ 165 Ton/Day 6.其他回收利用量＝ - Ton/Day C.總回用水量＝ 7,165 Ton/Day 總用量＝ A+B+C= 782,422 Ton/Day R1回收率＝ 97.5 %

R2回收率＝ 27.1 %

⎟ ⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ + ×

% 100

1

總用水量

總回用水量 總循環用水量

R

⎟ ⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ ×

−

−

+ 100 %

2

總用水量 總冷卻水用水量

總冷卻水用水量 總回用水量

總循環用水量

R

煉油廠之氫氣平衡

碳排放之監控

月 份 95年5月 95年6月 年度累計

蒸餾工場原油實際煉量(KL) 1,210,661 1,198,108 7,146,468

蒸餾工場原油設計煉量(KL) 1,478,537 1,430,843 8,632,750

蒸餾工場設備利用率(%) 82% 84% 83%

全廠EDC煉量(KL) 4,833,910 3,923,016 28,092,657

全廠Configuration Factor(EDC/Crude Oil) 3.3 2.7 3.3

燃料耗用之燃油當量(FOE, KL) 59,052 57,474 350,303

CO

₂

Emission(Ton) 152,808 148,195 901,114

CO

₂

/ FOE Factor 2.6 2.6 2.6

CO

₂

Emission(Kg/BBL Crude Oil) 20.07 19.66 20.05

CO2 Emission(Kg/BBL EDC) 5.03 6.01 5.10

Fuel Data 【全廠用量】

Fuel Data 95年5月 95年6月 年度累計

液化天然氣 (LNG, KS) 7,648 20,797 69,134

燃料氣 (FG, KS) 13,431 12,984 73,536

低熱值燃料氣 (Low Calorific Gas, KS) 16,706 1,080 78,513

液化石油氣 (LPG, KL) 0 0 0

氫氣工場石油腦進料 (Naphtha, KL) 0 0 0

燃料油 (FO, KL) 17,970 15,618 110,690

報告內容

• ^前言

• 煉油及石化廠之物質流分析

• ^{中油公司節能之管控}

• ^{煉油廠之硫平衡}

• ^{未來之展望}

節能管控推動之案例

1. 能源管理（Energy management）機制建立：

啟動主要煉製工場燃油耗用當量（Fuel Oil Equivalent, FOE）

管制及建立各項能源指標。

2. 整合製程、加熱爐、鍋爐相關能源管理工具：

利用工場DCS及內部網路PI-Process Book & Data Link，以 Excel/Access連結PI-Server及圖表監視製程變數及控管指標。

3. 提高重點績效工場設備利用率：

減少非計畫停爐以降低單位能源耗用。

生產工場能源管理

煉製工場單位能耗基準建立

工場 進料量 總能耗 單位 設備

代號 KL FO FG LNG HPS MPS LPS CW POWER MKCAL 能耗 使用率

DC2 28390 0 506 0 7 9636 0 404516 528456 12867 453 38.3

FCC 99266 0 559 28 0 23919 -10185 3131000 1140144 20027 202 80.5

HDS3 8039 0 128 13 0 1062 0 186000 17424 1848 230 65.3

HDS4 47699 0 542 31 0 498 0 558000 85379 4010 84 64.5

HDS7 39730 0 676 0 0 672 0 308450 313640 6152 155 100.9

HDS8 46641 0 532 0 0 1 0 593548 416881 5406 116 47.3

HU 18026 0 0 1485 0 3282 0 558000 932265 47046 2610 41

RDS2 125487 0 1269 0 0 15061 -3480 1488000 7191247 33245 265 65.9

SR7 3665 0 0 174 0 50 3240 620000 1202850 6850 1869 47.2

TP5 181999 1435 2068 206 0 7598 0 1294560 380171 38344 211 73.6

TP6 389200 3045 892 267 0 7445 0 1830000 1419944 47229 121 78.9

TP7 91312 423 594 0 0 1127 0 390600 303343 12139 133 92.6

TP8 424766 2953 1655 236 0 6351 0 1395000 2328028 52807 124 86.1

VGO1 73462 0 719 37 0 2166 0 83700 1243027 8929 122 74.5

VGO2 105299 0 648 6 0 6376 -4137 992000 2354281 11921 113 85.4

VT1 515 0 0 0 0 257 0 0 18200 226 438 2.9

VT3 62949 135 129 534 0 1163 0 86700 307097 7501 119 42.4

VT4 85757 471 277 202 0 360 0 73906 290005 9105 106 57.8

VT5 55816 966 465 0 0 3780 0 954800 423999 18178 326 94.2

SR5 3981 0 163 141 0 2735 -3632 434000 186000 3086 775 64.2

BTX5 44902 0 136 0 0 39003 -1416 1426000 906072 31114 693 45.5

NC5 42445 0 27722 3979 11897 1905 -8903 20615000 5395739 293400 6912 112.9

NC5B 6548 0 0 0 0 19298 466 2635000 1393957 18674 2852 67.3

NC5G 49,561 0 406 0 0 14148 4,730 376,429 1393957 19,888 401

ROG 6858 0 0 0 2699 2020 -8 3632380 6850485 20410 2976 46.9

ISO2 23155 0 -171 1009 0 7706 4173 1178000 864928 21234 917 45.2

9428 39915 8348 14603 177619 -11241 45245590 37887518 751638.13

能 源 使 用 量

合 計

煉製工場節能成效管控

工場 煉產量 其他 總能耗 單位能耗 節能基準

代號 KL/KS/MT FO FG LNG HPS MPS LPS CW Power Coke MKCal KKCal/Unit KKCal/Unit MKCAL FOE(KL)

DC2 67,613 - 940 - - 4,991 17 883,500 972,695 14,778 218.6

267.5

3,306

359

FCC 113,876 - 401 230 - 27,536 - 10,717 - 4,033,628 27,295 239.7

202.5 -4,235 -460

HDS3 13,009 - 104 3 - 755 - 155,000 13,490 1,512 116.2

146.8

398

43

HDS7 43,414 - 726 - - 182 - 559 308,450 303,528 5,611 129.3

141.5

530

58

HDS8 70,309 - 718 - - - - 1,240,000 788,316 8,401 119.5

92.3 -1,909 -207

RDS2 135,761 - 1,555 22 - 14,868 - 11,944 1,302,995 6,712,138 29,433 216.8

249.7

4,473

486

TP6 376,099 3,592 1,333 - - 8,021 - 1,891,000 2,372,823 59,054 157.0

108.2 -18,356 -1,995

TP7 99,148 102 606 - - 1,723 - 235,151 461,954 10,538 106.3

103.7 -260 -28

TP8 449,799 2,526 1,719 748 - 6,628 - 1,249,272 3,042,344 57,519 127.9

143.8

7,154

778

VGO1 89,948 - 247 - - - - 103,666 1,275,993 4,865 54.1

82.6

2,567

279

VGO2 124,266 - 1,097 1 - 6,846 - 6,268 992,000 1,755,303 12,345 99.3

115.7

2,034

221

VT3 88,692 246 842 8 - 2,090 - 184,676 485,747 11,013 124.2

92.8 -2,785 -303

VT4 88,707 267 552 - - 2,713 - 194,081 511,448 10,113 114.0

104.9 -809 -88

VT5 59,927 - 456 - - 3,821 - 642,973 420,328 9,310 155.4

170.7

919

100

BTX5 52,352 - 139 - - 35,174 - 431 1,426,000 1,007,246 29,229 558.3

622.3

3,352

364

NC5 51,388 - 34,276 3,973 17,968 - 13,380 - 4,468 26,350,000 5,258,805 6,225.5319,916

6,750.0

26,953

2,930

NC5B 6,999 - - - - 21,373 589 2,635,000 1,393,188 20,255 2,894.0

2,595.6 -2,088 -227

NC5G 52,103 - 960 - - 13,594 928 465,000 1,561,971 21,451 411.7

345.6 -3,442 -374

ROG 14,990 - 5 - 2,971 2,773 - 267 4,082,799 13,948,223 36,748 2,451.5

2,738.8

4,306

468

ISO2 28,046 - 344 88 - 7,025 7,173 1,178,000 946,918 17,396 620.3

600.0 -569 -62

合計 6,733 47,020 5,073 20,939 146,733 - 25,947 45,519,563 47,266,086 - 706,784 合計

21,538 2,341

能源用物料

計算當月節能量

節能措施

製程設備效率之提昇

製程耗能分析：換熱器網路效能，設備清洗除污與汰舊更新。

加熱爐與鍋爐效率提昇：加熱爐煙道過剩空氣與排放溫度控制。

空氣預熱器、節媒器與廢熱鍋爐操作改善與汰舊更新。

操作效率之提昇

減少Steam & LNG Balance損耗

油氣減廢： Flare廢氣回收再利用及工場VOC洩漏元件與洩漏源。

透過API/CPI/SLOP系統回收重煉

節約用水：製程調整或廢水回收再利用，降低原水使用量。

冷卻水循環：調整冷卻風扇及冷卻水量以控制適當溫差 。

‰ 空氣預熱器（Air Pre-heater）：維持全時運轉，以回收加 熱爐煙道氣熱量，降低燃料耗用量。

‰ 煙道氣排放溫度（Flue Gas Temp.）：利用對流區爐管及空 氣預熱器盡量回收熱量，使排放溫度能低至接近設計值。

‰ 煙道氣過剩氧氣比例（Excess O2）：加熱爐使用燃料管制 原則：燃油（<4.5%）、油氣混燒（<3.5%）、氣體

（<2.5%），以減低過剩空氣之能耗損失。

‰ 加熱爐及鍋爐效率（Efficiency）：具對流區爐管及空氣預 熱器整體效率>90%。

‰ 其他：爐膛負壓、爐體表面溫度（Chamber Skin

Temp.）、吹灰器（Soot Blower）、風管及保溫材料、儀 電聯鎖系統等設備維護。

加熱爐及鍋爐管控重點項目

加裝空氣預熱器以回收廢熱

F4553

F4552

換熱器性能改善

關鍵零組件之更新

• 輕裂裂解爐爐管

• 高效率塔盤配件

1,150 ℃ 1,093 ℃

Max. Temp.

Casting Forging

KHR45A(43Ni-31Cr) Incoloy800H

Materials

Mix element

30 ⁰

Rifle

75 ⁰

Shape

&

Angle

MERT 800HT

Manufacture

對流區爐管之整備

排放溫度與鍋爐效率改善成效

0 50 100 150 200 250

0 20 40 60 80 100 120 140

80 82 84 86 88 90 92 94

0 20 40 60 80 100 120 140

清洗後(92.3%)

清洗前 (90.8%)

清洗後 ⁽¹⁴⁴ ℃)

清洗前 (176 ℃ )

報告內容

• ^前言

• 煉油及石化廠之物質流分析

• ^{中油公司節能之管控}

• ^{煉油廠之硫平衡}

• ^{未來之展望}

煉油廠方塊流程概要圖

重油加氫脫硫進出料平衡圖

高硫原油之硫含量

原油 種類 硫含量.(wt%) 比重 進料總量(KL) 進料硫磺(MT)

AH 2.91 0.88770389 - -

AM 2.79 0.881070984 - -

HT 1.57 0.846798324 - -

IH 1.72 0.877247365 - -

IL 1.52 0.859659781 - -

KC 2.38 0.866503368 - -

KH 2.9 0.879428216 - -

UZ 1.81 0.852923448 - -

OM 1.07 0.858095816 - -

QM 1.8 0.851896448 - -

RI 3.85 0.907633098 - -

ave. 2.21090909 0.869905522

低硫原油之硫含量計算

原油種類 type 硫含量.(wt%) 比重 進料總量(KL) 進料硫磺(MT)

CB 0.14 0.862279098 - -

GI 0.34 0.86809816 - -

DJ 0.25 0.884375 - -

AA 0.27 0.888261142 - -

ZD 0.26 0.878881988 - -

NE 0.18 0.828454333 - -

AZ 0.15 0.848830234 - -

avg. 0.22714285 0.865597136

原油之總硫含量計算

96年原油種類 S cont. (w t% Sp. G r 進料總量(K Lcapacity (M T 進料硫磺(M T A油 AH 2.91 0.8877

295233.66 262080.0683 7626.529988

A油 AM 2.79 0.8811

86926.31 76588.24947 2136.81216

A油 HT 1.57 0.8468

346995.46 293835.1741 4613.212233

A油 IH 1.72 0.8772

494440.17 433746.3364 7460.436985

A油 IL 1.52 0.8597

558332.58 479976.0636 7295.636167

A油 KC 2.38 0.8665

968157 838911.3013 19966.08897

A油 KH 2.9 0.8794

753119.74 662314.7496 19207.12774

A油 UZ 1.81 0.8529

594924.85 507425.3543 9184.398912

A油 OM 1.07 0.8581

1589.05 1363.557156 14.59006157

A油 QM 1.8 0.8519

8388.83 7146.414479 128.6354606

A油 RI 3.85 0.9076

6332.15 5747.268922 221.2698535

Sub Total 4114439.8 3569134.538 77854.73853

B油 AL 1.93 0.8618 799032.54 688569.4544 13289.39047

C油 CB 0.14 0.8623

826860.14 712984.2158 998.1779021

C油 GI 0.34 0.8681

630887.67 547672.4252 1862.086246

C油 DJ 0.25 0.8844

447696.79 395931.8487 989.8296216

C油 AA 0.27 0.8883

181580.08 161290.5293 435.4844292

C油 ZD 0.26 0.8789

1286085.19 1130317.108 2938.824481

C油 NE 0.18 0.8285

532727.59 441340.48 794.412864

C油 AZ 0.15 0.8488

158622.38 134643.4719 201.9652079

sub Total 4064459.84 3524180.079 8220.780751

total S of (A+B+C) 99364.90928

油氣產品中硫含量計算

Product KL spgr MT S cont. unit S wt. (MT)

LPG 48,277.91 0.529864 26,861.83 5.995540691 ppmw 0.161051195 Propylene 201,110.80 0.520000 104,577.62 <0.5 ppmw 0.05228881 Propane 115,797.18 0.556400 64,429.55 <0.5 ppmw 0.032214775 92 ULG 631,938.70 0.748086 495,982.48 37.36877612 ppmw 18.53425825 95 ULG 2,706,404.46 0.750869 2,124,144.66 36.3351598 ppmw 77.18113566 98 ULG 194,316.16 0.758746 152,510.70 35.81330435 ppmw 5.461912115 JP-A1 963,634.00 0.797244 775,918.10 392.590295 ppmw 304.6179158 JP-8 30,637.00 0.805123 24,668.91 250 ppmw 6.1672275 Alkylate 9,122.00 0.784873 7,159.61 <0.5 ppmw 0.003579805 SD 1,952,686.20 0.843266 1,646,633.48 27.83839359 ppmw 45.83963092 LCO 157,027.19 0.930589 146,851.83 4577.840909 ppmw 672.2643149 LSFO 774,366.56 0.940353 728,177.55 4548.921378 ppmw 3312.422424 LCN 14,683.06 0.704519 10,344.50 125 ppmw 1.2930625 Fuel oil 624,775.99 0.932720 582,741.06 21833 ppmw 12722.98556 AC1-10 141,925.08 1.023000 145,189.35 5.456 wt % 7921.530936 AC1-20 170,353.51 1.023000 174,271.65 5.456 wt % 9508.261224

slop 1,372.00 0.895569 1,228.72 - ppmw -

HD 22,295.67 0.870300 19,403.92 5225 ppmw 101.385482

34698.19422

硫磺工場之操作率

廠 別 工 場 設 計 容 量

(MT/D) 產 量 MT 設 備 利 用 率 % 桃 園 廠 第 二 硫 磺 120 10,907 27.5%

第 三 硫 磺 200 19,330 29.3%

第 五 硫 磺 150 32,362 65.4%

硫 磺 合 計 470 62,599 40.4%

高 雄 廠 第 四 硫 磺 120 7,350 18.6%

第 五 硫 磺 200 47,456 71.9%

第 七 硫 磺 250 46,992 57.0%

硫 磺 合 計 570 101,798 54.1%

大 林 廠 第 六 硫 磺 　 200 34,204 51.8%

第 八 硫 磺 　 200 47,255 71.6%

硫 磺 合 計 400 81,459 61.7%

硫平衡之計算基礎

進料

蒸餾工場

日煉量 天數 設備利用率

硫磺設計日產

量,MT 實際日產量,MT 1A 100,000 1 0.404

1C 100,000 470 190.2

進料 KL SPGR 平均硫 單位 進料總硫量, MT

A 15897 0.869906 2.049677 wt % 283.4475403 C 15897 0.865597 0.2271429 wt % 31.25576044

合計 31794 314.7033008

煙囪之硫排放計算

以全廠整個FG和FO耗量，推估煙囪排放S的量

耗用量 硫含量(噸/年) 硫含量(噸/年) FO 140811.96 KL 595.70456

FG 98265.33 KS 94.33472

690.03927 2.09103

總硫量產出平衡

產品 產出(KL) VOL% SPGR LAB硫含量單位 產品硫磺(MT)硫佔比例%

PROPYLENE 201,110.80 2.24 0.52 >0.5 wt ppm 0.0523 0.000 PROPANE 115,797.18 1.29 0.56 >0.5 wt ppm 0.0322 0.000 LPG 48,277.91 0.54 0.53 5.99554 wt ppm 0.1534 0.000 92 ULG 631,938.70 7.04 0.75 37.3688 wt ppm 17.6639 0.018 95 ULG 2,706,404.46 30.15 0.75 36.3352 wt ppm 73.7532 0.074 98 ULG 194,316.16 2.16 0.76 35.8133 wt ppm 5.2750 0.005 JP-A1 963,634.00 10.73 0.80 392.59 wt ppm 301.5914 0.304

JP-8 30,637.00 0.34 0.81 250 wt ppm 6.1665 0.006

烷化油 9,122.16 0.10 0.78 >0.5 wt ppm 0.0036 0.000 超柴(SD) 1,952,686.20 21.75 0.84 27.8384 wt ppm 45.8361 0.046 MDO 22,295.67 0.25 0.87 5225 wt ppm 101.3505 0.102 LCO 157,027.19 1.75 0.93 4577.84 wt ppm 668.5263 0.673 LSFO 774,366.56 8.63 0.93 4548.92 wt ppm 3275.9553 3.297

LCN 14,683.06 0.16 0.70 125 wt ppm 1.2848 0.001

HSFO 624,775.99 6.96 0.93 21833 wt ppm 12722.7128 12.804 AC1-10 141,925.08 1.58 1.02 5.456 wt % 7921.5317 7.972 AC1-20 170,353.51 1.90 1.02 5.456 wt % 9480.3773 9.541 SULFUR 34,864.72 0.39 99.8 wt % 62630.9870 63.031

煙囪排放 599.6352 0.603

總計 8,794,216.35 97.95

97852.8884 98.478

硫平衡之應用

進料 日煉量 天數 設備利用率 硫磺工場日產能，MT

2A 200,000 1 63% 產能 實際產量

970 611.1

進料 KL SPGR 平均硫 單位 進料總硫量, MT

A 31794 0.87 2.32 wt % 642.097899

C 0 wt % 0

合計 31794 642.097899

產品 vol % SPGR 平均硫 單位 產品總硫量, MT

全廠煙囪排放 2.07

PROPYLENE 1.9 0.52 >0.5 wt ppm 0.000157062

C3 LPG 1.03 0.53 >0.5 wt ppm 8.67817E-05

95 ULG 34.8 0.75 10 wt ppm 0.08298234

JP 14.37 0.7972 270 wt ppm 0.983406314

Kerosene 2.68 0.7785 105 wt ppm 0.069651084

超柴(SD) 24.93 0.8432 10 wt ppm 0.066834091

LSFO 16.88 0.93 3000 wt ppm 14.97344789

HSFO 2.15 0.9327 20000 wt ppm 12.75133343

硫磺 1.03 611.1

總計 99.77 642.097899

Over capacity 327.902101

報告內容

• ^前言

• 煉油及石化廠之物質流分析

• ^{中油公司節能之管控}

• ^{煉油廠之硫平衡}

• ^{未來之展望}

物質流分析之意義

• 效率及性能改善之工具及指標

• ^{應用範圍廣泛}

(資源管理,環境管理及廢棄物管理)

• ^{須明確定義邊界條件}

• 須有充分且精確之資料庫

未來之展望

• ^{建構物質流之環境會計}

(含原物料能源投入及產出效率)

• 推動石化產品之生命週期分析

石化廠物質流分析圖

輕裂工場進出料之平衡

輕裂廠物質流分析

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