杜紅波 張永順

摘要：本文介紹了二類熱泵技術(shù)在石化行業(yè)的運(yùn)用，通過(guò)智能化控制的熱泵技術(shù)，可高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)低品位余熱進(jìn)行回收，產(chǎn)生低壓蒸汽。通過(guò)對(duì)工藝方案對(duì)比分析和控制方案的比較，選擇最優(yōu)方案，和生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，提高余熱回收效率。實(shí)踐證明，以節(jié)能為目的第二類吸收式熱泵在石化行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：第二類吸收式熱泵； 節(jié)能減排 ； 余熱利用

在石油工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，余熱是指受歷史、技術(shù)、理念等因素的局限性，在已投運(yùn)的工業(yè)企業(yè)耗能裝置中，原始設(shè)計(jì)未被合理利用的顯熱和潛熱。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱等。在工業(yè)領(lǐng)域中消耗著大量的能量，最終都以低溫?zé)崴男问脚欧诺?。為了提高能耗的利用效率，可采用能源品位提升的技術(shù)來(lái)回收利用生產(chǎn)過(guò)程排放的熱量。利用吸收式熱泵機(jī)組對(duì)各類中低品位的余熱資源進(jìn)行余熱回收，沒有燃燒過(guò)程，不排放廢水、廢氣、廢物，可實(shí)現(xiàn)回收低溫品位的熱量應(yīng)用于高溫工藝用途。

1.項(xiàng)目提出的背景和項(xiàng)目建設(shè)的目的、意義

2.1.1項(xiàng)目的背景

中國(guó)石化某石油化工公司是一套60萬(wàn)噸/年甲醇制烯烴（MTO）裝置，MTO裝置采用自主開發(fā)的S-MTO工藝技術(shù)，是中國(guó)石化示范項(xiàng)目。隨著MTO裝置的逐漸達(dá)產(chǎn)，低壓蒸汽的需求量逐年增加，目前低壓蒸汽缺口需要外購(gòu)中壓蒸汽，通過(guò)降溫減壓來(lái)解決；同時(shí)， MTO裝置存在大量未回收利用的低溫余熱。因此采用升溫型吸收式熱泵技術(shù)回收MTO裝置的低溫余熱產(chǎn)生低壓蒸汽，緩解公司冬季蒸汽短缺的現(xiàn)狀，降低石化生產(chǎn)裝置的能耗，是一個(gè)很好的節(jié)能減排項(xiàng)目。

1.2項(xiàng)目建設(shè)目的和意義

目前，某石化公司蒸汽的來(lái)源主要有2種：自產(chǎn)和外購(gòu)。自產(chǎn)蒸汽主要是裂解車間裂解爐的鍋爐；外購(gòu)蒸汽主要來(lái)自于熱電廠。由于外購(gòu)蒸汽的價(jià)格較高，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。通過(guò)調(diào)查分析，石化低壓蒸汽的需求缺口較大，需要外購(gòu)中壓蒸汽，通過(guò)降溫減壓來(lái)解決，大幅增加生產(chǎn)成本。

因此，利用MTO車間的低溫余熱制備低壓蒸汽，對(duì)于緩解低壓蒸汽的短缺問(wèn)題，降低其生產(chǎn)成本具有及其重要的意義，本項(xiàng)目采用升溫型吸收式熱泵機(jī)組回收MTO裝置的低溫余熱制備低壓蒸汽，在減少循環(huán)冷卻水用量的同時(shí)緩解了低壓蒸汽短缺的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)能耗、提高能源利用效率、建設(shè)低碳環(huán)保節(jié)能工廠的目的。

2 工藝方案的優(yōu)化與選擇

2.1吸收式熱泵的余熱回收工藝簡(jiǎn)介

在MTO裝置區(qū)內(nèi)安裝升溫型吸收式熱泵機(jī)組，回收MTO裝置的低溫余熱，制備低壓蒸汽，降低裝置的蒸汽用量及生產(chǎn)能耗。

第二類吸收式熱泵（Absorption Heat Transformer，簡(jiǎn)稱AHT）主要用于熱量的回收利用，特別是有大量廢熱，同時(shí)有蒸汽需求的場(chǎng)合；其驅(qū)動(dòng)熱源多是工業(yè)生產(chǎn)中排放的60～100℃的廢熱。當(dāng)冷卻水溫度在10～40℃時(shí)，輸出熱水或蒸汽的溫度約為100～150℃。由于不需要輸入高溫有用熱能，節(jié)能效果十分顯著。

目前，國(guó)內(nèi)AHT裝置的研究方向主要集中在AHT的計(jì)算機(jī)仿真、模擬、60℃以下低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)AHT裝置及其實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用。2012年3月，北京華清微拓節(jié)能技術(shù)股份公司與中石化南京金陵石化分公司烷基苯廠合作，利用其廠內(nèi)C-405塔頂回流約390t/h、溫度約127℃烷烴物料，制取0.35MPa（G）蒸汽，同時(shí)實(shí)現(xiàn)物料的冷卻滿足工藝要求.

2.2工藝技術(shù)方案的比較和選擇

回收石化行業(yè)的低溫余熱制備低壓蒸汽的技術(shù)主要有常規(guī)換熱技術(shù)和基于升溫型吸收式熱泵的余熱回收技術(shù)；常規(guī)換熱技術(shù)是利用換熱設(shè)備，工藝物流與循環(huán)熱水直接換熱，然后，循環(huán)熱水進(jìn)入閃蒸罐直接閃蒸，制備低壓蒸汽，達(dá)到回收余熱和節(jié)能的目的；升溫型吸收式熱泵技術(shù)是采用升溫型吸收式熱泵機(jī)組，直接制備低壓蒸汽，達(dá)到回收余熱和節(jié)能的目的的同時(shí)，滿足工藝物流的冷卻至較低溫度的工藝要求。

常規(guī)換熱技術(shù)方案與基于升溫型吸收式熱泵的余熱回收方案的對(duì)比見表4.1-2。其中，常規(guī)換熱方案和方案1回收表4.1-2低壓凝液、中壓凝液、高溫凝水、污水1和急冷水2的熱量；方案2在方案1的基礎(chǔ)上，亦回收急冷水1的熱量。

表2.1-2 工藝技術(shù)方案比較表

注：方案1和方案2是基于升溫型吸收式熱泵的余熱回收方案

從表2.1-2中可知，方案1可制備出0.35MPa（G）的低壓蒸汽8.03t/h，可滿足工藝物流的降溫要求；同時(shí)因新建熱媒水系統(tǒng)熱媒水的循環(huán)量較小，新建設(shè)備、管線投資較小，管線的施工難度亦較小。方案2可制備出0.35MPa（G）的低壓蒸汽8.9t/h，也可滿足工藝物流的降溫要求；同時(shí)因新建熱媒水系統(tǒng)熱媒水的循環(huán)量較大，管線投資大，管線的施工難度較大。常規(guī)換熱方案不能制備出合格的低壓蒸汽，不能滿足工藝要求。

綜上所述，方案2僅比方案1多產(chǎn)低壓蒸汽0.9t/h，同時(shí)需多消耗循環(huán)水約300t/h，多耗電約20kWh，運(yùn)行成本較高；同時(shí)，因熱媒水流量大，管線的投資及施工難度較大。因此，綜合考慮，采用方案1作為本項(xiàng)目的實(shí)施方案。

3方案的最佳優(yōu)化

3.1工藝流程的優(yōu)先選擇

本方案擬回收MTO裝置中低壓凝液、污水及急冷水等物流的余熱制備0.35MPa（G）的低壓蒸汽，通過(guò)方案優(yōu)化，給出工藝流程圖見圖3.1.1

從圖3.1-1中可知，因工藝條件限制，低壓凝液、污水達(dá)不到現(xiàn)有工藝的冷卻要求，需通過(guò)現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步冷卻至工藝要求，因此，本方案中，新增低壓凝液、污水換熱設(shè)備與現(xiàn)有換熱設(shè)備串聯(lián)連接。

4 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

本項(xiàng)目回收余熱為某石化公司MTO裝置的低溫凝水和部分工藝水的低溫余熱，本項(xiàng)目實(shí)施后，年可回收MTO裝置低溫余熱5.21MW，制備低壓蒸汽8.03t/h；年節(jié)約蒸汽量約6.42萬(wàn)噸；年回收余熱量約15.0萬(wàn)GJ。目前，石化公司的低壓蒸汽是由外部熱電廠購(gòu)得的中壓蒸汽，通過(guò)降溫減壓得到；石化公司外購(gòu)中壓蒸汽的價(jià)格是按照蒸汽的熱值進(jìn)行計(jì)算，外購(gòu)蒸汽的價(jià)格為58元/GJ，4年可收回全部投資。本項(xiàng)目實(shí)施后，每年可節(jié)約標(biāo)煤6399t，年可節(jié)約新鮮水約3.88萬(wàn)噸。相對(duì)于燃煤鍋爐，每年可減排CO2約16776t， SOX約54.73t，NOX約47.64t和煙塵41.62t。

參考文獻(xiàn)

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