基于石化行業的吸收式熱泵余熱回收技術分析

杜紅波 張永順

摘要：本文介紹了二類熱泵技術在石化行業的運用，通過智能化控制的熱泵技術，可高效地實現對低品位余熱進行回收，產生低壓蒸汽。通過對工藝方案對比分析和控制方案的比較，選擇最優方案，和生產工藝實現無縫對接，提高余熱回收效率。實踐證明，以節能為目的第二類吸收式熱泵在石化行業具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：第二類吸收式熱泵； 節能減排 ； 余熱利用

在石油工業的生產過程中，余熱是指受歷史、技術、理念等因素的局限性，在已投運的工業企業耗能裝置中，原始設計未被合理利用的顯熱和潛熱。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質余熱、廢汽廢水余熱、高溫產品和爐渣余熱、化學反應余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱等。在工業領域中消耗著大量的能量，最終都以低溫熱水的形式排放掉。為了提高能耗的利用效率，可采用能源品位提升的技術來回收利用生產過程排放的熱量。利用吸收式熱泵機組對各類中低品位的余熱資源進行余熱回收，沒有燃燒過程，不排放廢水、廢氣、廢物，可實現回收低溫品位的熱量應用于高溫工藝用途。

1.項目提出的背景和項目建設的目的、意義

2.1.1項目的背景

中國石化某石油化工公司是一套60萬噸/年甲醇制烯烴（MTO）裝置，MTO裝置采用自主開發的S-MTO工藝技術，是中國石化示范項目。隨著MTO裝置的逐漸達產，低壓蒸汽的需求量逐年增加，目前低壓蒸汽缺口需要外購中壓蒸汽，通過降溫減壓來解決；同時， 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回收MTO裝置的低溫余熱產生低壓蒸汽，緩解公司冬季蒸汽短缺的現狀，降低石化生產裝置的能耗，是一個很好的節能減排項目。

1.2項目建設目的和意義

目前，某石化公司蒸汽的來源主要有2種：自產和外購。自產蒸汽主要是裂解車間裂解爐的鍋爐；外購蒸汽主要來自于熱電廠。由于外購蒸汽的價格較高，進一步增加了生產成本。通過調查分析，石化低壓蒸汽的需求缺口較大，需要外購中壓蒸汽，通過降溫減壓來解決，大幅增加生產成本。

因此，利用MTO車間的低溫余熱制備低壓蒸汽，對于緩解低壓蒸汽的短缺問題，降低其生產成本具有及其重要的意義，本項目采用升溫型吸收式熱泵機組回收MTO裝置的低溫余熱制備低壓蒸汽，在減少循環冷卻水用量的同時緩解了低壓蒸汽短缺的問題，實現降低生產能耗、提高能源利用效率、建設低碳環保節能工廠的目的。

2 工藝方案的優化與選擇

2.1吸收式熱泵的余熱回收工藝簡介

在MTO裝置區內安裝升溫型吸收式熱泵機組，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能耗。

第二類吸收式熱泵（Absorption Heat Transformer，簡稱AHT）主要用于熱量的回收利用，特別是有大量廢熱，同時有蒸汽需求的場合；其驅動熱源多是工業生產中排放的60～100℃的廢熱。當冷卻水溫度在10～40℃時，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，節能效果十分顯著。

目前，國內AHT裝置的研究方向主要集中在AHT的計算機仿真、模擬、60℃以下低溫熱源驅動AHT裝置及其實際的工業應用。2012年3月，北京華清微拓節能技術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，同時實現物料的冷卻滿足工藝要求.

2.2工藝技術方案的比較和選擇

回收石化行業的低溫余熱制備低壓蒸汽的技術主要有常規換熱技術和基于升溫型吸收式熱泵的余熱回收技術；常規換熱技術是利用換熱設備，工藝物流與循環熱水直接換熱，然后，循環熱水進入閃蒸罐直接閃蒸，制備低壓蒸汽，達到回收余熱和節能的目的；升溫型吸收式熱泵技術是采用升溫型吸收式熱泵機組，直接制備低壓蒸汽，達到回收余熱和節能的目的的同時，滿足工藝物流的冷卻至較低溫度的工藝要求。

常規換熱技術方案與基于升溫型吸收式熱泵的余熱回收方案的對比見表4.1-2。其中，常規換熱方案和方案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的基礎上，亦回收急冷水1的熱量。

表2.1-2 工藝技術方案比較表

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；同時因新建熱媒水系統熱媒水的循環量較小，新建設備、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；同時因新建熱媒水系統熱媒水的循環量較大，管線投資大，管線的施工難度較大。常規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多產低壓蒸汽0.9t/h，同時需多消耗循環水約300t/h，多耗電約20kWh，運行成本較高；同時，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作為本項目的實施方案。

3方案的最佳優化

3.1工藝流程的優先選擇

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，通過方案優化，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、污水達不到現有工藝的冷卻要求，需通過現有冷卻系統進一步冷卻至工藝要求，因此，本方案中，新增低壓凝液、污水換熱設備與現有換熱設備串聯連接。

4 經濟效益與社會效益

本項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，本項目實施后，年可回收MTO裝置低溫余熱5.21MW，制備低壓蒸汽8.03t/h；年節約蒸汽量約6.42萬噸；年回收余熱量約15.0萬GJ。目前，石化公司的低壓蒸汽是由外部熱電廠購得的中壓蒸汽，通過降溫減壓得到；石化公司外購中壓蒸汽的價格是按照蒸汽的熱值進行計算，外購蒸汽的價格為58元/GJ，4年可收回全部投資。本項目實施后，每年可節約標煤6399t，年可節約新鮮水約3.88萬噸。相對于燃煤鍋爐，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

[1] 付林，江億，張世鋼. 基于Co-ah循環的熱電聯產集中供熱方法[J].清華大學學報（自然科學版）.2008（09）

[2] 韓吉才. 吸收式熱泵技術在熱電聯供中的應用研究[D].中國石油大學 2009