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        芳烴聯(lián)合裝置熱水發(fā)電技術(shù)分析

        2021-07-04 04:31:08趙初禹孫雪冬凌曉東
        廣州化工 2021年12期

        趙初禹,孫雪冬,凌曉東

        (中海油惠州石化有限公司,廣東 惠州 516086)

        近年來,國內(nèi)市場對對二甲苯(PX)的大量需求[1-2]導(dǎo)致芳烴聯(lián)合裝置在國內(nèi)掀起了新一輪建設(shè)的高潮。傳統(tǒng)的芳烴聯(lián)合裝置大量低溫物料余熱通過空冷的方式釋放,未得到合理利用,造成熱量的巨大浪費(fèi),導(dǎo)致芳烴聯(lián)合裝置的能耗很高,增加了PX的產(chǎn)品的單位能耗。低溫物料余熱是指溫度低于200 ℃,品位相對較低,一般很難利用的熱能。芳烴聯(lián)合裝置中低溫物料余熱主要存在塔頂至回流罐和產(chǎn)品線,包括歧化汽提塔頂、脫庚烷塔頂、成品塔頂、歧化反應(yīng)產(chǎn)物、對二甲苯產(chǎn)品和重整油塔頂、重芳烴塔頂和甲苯塔頂?shù)任恢谩?/p>

        目前的處理方式使用空冷冷卻到合適的工藝要求溫度,不僅造成能量的巨大浪費(fèi),同時(shí)造成電能的用量增大,導(dǎo)致公用工程用量和成本增加,降低了對二甲苯產(chǎn)品的市場競爭力。因此,如何合理利用低溫物料余熱[3-4],減少能耗,降低操作成本,是增加芳烴聯(lián)合裝置效益的關(guān)鍵。

        從熱利用效率來看,低溫物料直接用作加熱熱源是最高效的利用方式。但在芳烴聯(lián)合裝置中,低溫?zé)崾歉挥嗟?。低溫物料的余熱品位低,只有生產(chǎn)熱水(50~120 ℃)比較可行。隨著節(jié)能要求的提高以及低溫?zé)崴袡C(jī)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展利用[5-7],低溫物料余熱利用已經(jīng)成為節(jié)能措施。

        本文以重整生成油為原料,以吸附法技術(shù)生產(chǎn)100萬噸/年規(guī)模對二甲苯的芳烴聯(lián)合裝置為例,分析ORC發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,并采用能耗和價(jià)格的計(jì)算方法對低溫物料余熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行評價(jià),并對ORC發(fā)電技術(shù)利用的前景進(jìn)行了展望。

        1 熱水取熱位置及數(shù)量

        本文中生產(chǎn)的熱水溫度區(qū)間為70~120 ℃(120 ℃出水,70 ℃進(jìn)水),從生產(chǎn)熱水的溫位和產(chǎn)生的熱水?dāng)?shù)量考慮,理論上重整油分離塔塔頂(空冷前125 ℃,空冷后84 ℃)、異構(gòu)化反應(yīng)物(空冷前156 ℃,空冷后43 ℃)、歧化反應(yīng)產(chǎn)物(空冷前136 ℃,空冷后43 ℃)、PX產(chǎn)品線(空冷前155 ℃,空冷后56 ℃)、抽余液塔塔頂(空冷前165 ℃,空冷后130 ℃)、成品塔塔頂(空冷前132 ℃,空冷后71 ℃)、等位置都可用于取熱水。

        溶劑回收塔塔頂(空冷前69 ℃,空冷后40 ℃)、非芳回收塔塔頂(空冷前96 ℃,空冷后48 ℃)、歧化穩(wěn)定塔塔頂(空冷前88 ℃,空冷后73 ℃)、甲苯塔塔頂(空冷前190 ℃,空冷后173 ℃)、苯塔塔頂(空冷前98 ℃,空冷后75 ℃)、重芳烴塔頂(空冷前189 ℃,空冷后176 ℃)、重芳烴產(chǎn)品線(空冷前257 ℃,空冷后34 ℃)、抽出液塔塔頂(空冷前156 ℃,空冷后140 ℃)等位置由于溫位還有產(chǎn)生熱水?dāng)?shù)量較少的原因都不適合用于取熱水。

        表1 熱水取熱位置一覽表

        經(jīng)過計(jì)算可以產(chǎn)生70 ℃~120 ℃的熱水1766噸/小時(shí)。ORC熱水發(fā)電系統(tǒng)中熱水循環(huán)流程如圖1所示。

        圖1 熱水循環(huán)系統(tǒng)流程

        從ORC發(fā)電機(jī)組出來的70 ℃熱水先進(jìn)入70 ℃熱水儲罐,由泵將70 ℃熱水輸送到各個取熱位置的換熱器,經(jīng)過與物料換熱產(chǎn)生120 ℃熱水,然后匯集到120 ℃熱水儲罐。120 ℃熱水經(jīng)輸送泵送至ORC發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電后產(chǎn)生70 ℃熱水,然后進(jìn)行下一個循環(huán)。

        2 ORC發(fā)電流程

        圖2 ORC發(fā)電系統(tǒng)流程

        ORC熱水發(fā)電基本流程如圖2所示。將120 ℃熱水引入蒸發(fā)器,與蒸發(fā)器中流動的有機(jī)工質(zhì)換熱,有機(jī)工質(zhì)通過蒸發(fā)器后,變成具有一定過熱度的有機(jī)蒸汽;該蒸汽進(jìn)入ORC發(fā)電機(jī)組,驅(qū)動透平機(jī),輸出電能;做完功后的有機(jī)工質(zhì)乏汽,進(jìn)入冷凝器被循環(huán)水冷凝成液態(tài),進(jìn)入儲液罐;通過工質(zhì)泵,再將液態(tài)有機(jī)工質(zhì)驅(qū)動進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)與熱水換熱,依次循環(huán)。通過蒸發(fā)器的熱水進(jìn)入預(yù)熱器,與液態(tài)有機(jī)工質(zhì)換熱后變?yōu)?0 ℃熱水,去物料余熱換熱系統(tǒng)進(jìn)行換熱。

        3 能耗及效益計(jì)算

        根據(jù)計(jì)算,需要3臺ORC發(fā)電機(jī)組,共產(chǎn)生電能3950 kW/h,按照操作時(shí)間8400 h/年計(jì)算,每年可發(fā)電3.32×107kW/h。從經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算:按照0.60元/kWh計(jì)算,每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益1990萬元。從能耗計(jì)算:每年可減少能耗7.3×106kg標(biāo)油。

        ORC發(fā)電系統(tǒng)及熱水換熱系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量及需求見表2。

        表2 ORC發(fā)電系統(tǒng)費(fèi)用明細(xì)表

        根據(jù)表2的數(shù)據(jù),ORC發(fā)電系統(tǒng)的總投資是7300萬元,投資回報(bào)周期是3.67年。

        4 ORC應(yīng)用展望

        經(jīng)過新一輪的PX裝置建設(shè)高潮,國內(nèi)PX產(chǎn)能趨向飽和,而各家專利商的生產(chǎn)工藝技術(shù)也已經(jīng)相當(dāng)完善,能量的利用也已經(jīng)基本降低到極限值。因此,降低能耗就成為芳烴聯(lián)合裝置市場競爭力的主要因素。而ORC發(fā)電技術(shù)利用低溫物料余熱回收電能,從而降低裝置能耗,增加電能收益,使芳烴聯(lián)合裝置的效益進(jìn)一步提高。隨著政策對節(jié)能環(huán)保要求進(jìn)一步趨嚴(yán), ORC發(fā)電技術(shù)有望成為低溫?zé)崂玫闹饕侄巍?/p>

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