淺析利用吸收式熱泵技術回收某化工廠精丙烯環節余熱

劉軍 蔣執俊 謝迎春（中核坤華能源發展有限公司，浙江 杭州311113）

0 引言

丙烯精餾塔是氣體分離裝置中的關鍵塔，將丙烯和丙烷混合物分離成化學級產品[1]。丙烯精餾是氣分系統中能耗最大的精餾設備，采用傳統的精餾塔，能耗占到總裝置能耗的70%以上[2-3]。為了降低能耗，國內外均對熱泵技術在精餾塔中的應用進行了研究，在國外的一些煉廠的精餾裝置中已采用了熱泵精餾裝置，但上述的熱泵裝置采用的是電動壓縮式熱泵[4]。采用電動壓縮式熱泵是需要消耗高品位的電能，而煉化廠在生產過程中本身就存在著副產的蒸汽，這些蒸汽往往作為生產用蒸汽。本文擬對某化工廠的丙烯精餾環節開展研究，擬利用原用于分餾塔的重沸器的低壓蒸汽作為驅動熱源，驅動溴化鋰吸收式熱泵從分餾塔塔頂物料提取余熱用于加熱物料，替代重沸器的低壓蒸汽。

1 節能潛力分析

該廠精丙烯分餾塔典型流程如圖1所示，以工藝蒸汽通過塔底設置的重沸器將入塔物料由40℃加熱并維持至約60℃,塔頂出口物料需要通過水冷換熱器和空冷器降溫散熱，水冷換熱器及其循環冷卻水承擔物料基本冷卻負荷，空冷器用于微調，以應對物料冷卻負荷變化。

根據廠方提供的資料，精丙烯分餾塔塔頂的氣相出口成品熱物料流量約為145t/h，溫度約為45～47℃，需要由空冷器和水冷換熱器冷卻降溫至42℃的液相。經過初步的分析論證認為該廠精丙烯分餾塔工藝流程尚存在可觀的節能潛力。通過計算，該環節散失掉的熱量約17.7MW。

如果能夠利用部分塔頂物料余熱制備熱水，用于替代部分分餾塔重沸器消耗的工藝蒸汽，或者用于供給管道及罐體伴熱和廠區周邊建筑采暖，則可提高該廠的綜合能源利用率。

圖1 精丙烯分餾裝置流程

2 分餾塔塔頂物料散熱的余熱利用方案

文章擬利用第一類蒸汽型吸收式熱泵技術，實現從精丙烯分餾塔塔頂物料余熱的回收利用。該熱泵利用原分餾塔塔底物料重沸器的蒸汽作為驅動熱源，驅動溴化鋰吸收式熱泵從分餾塔塔頂的物料余熱中提取熱量用于替代塔底物料重沸器蒸汽。

2.1 吸收式熱泵基本原理

發生器吸收高溫熱源（0.3MPa工藝蒸汽）的熱量，生成高溫濃溶液和高壓水蒸汽，高溫濃溶液進入吸收器；發生器生成的高壓水蒸氣進入冷凝器釋放熱量供給用戶，凝結的高壓液態水通過節流后變成低壓的氣液混合物，進入蒸發器吸收低溫熱源的熱量，蒸發生成低壓水蒸氣，進入吸收器被高溫濃溶液吸收，釋放熱量供給用戶；吸收器中的稀溶液溫度降低，由溶液循環泵加壓輸送至發生器，完成發生器和吸收器之間的溶液交換；進入發生器的低溫稀溶液通過熱交換器與進入吸收器的高溫濃溶液換熱，進而降低吸收器的冷卻負荷，同時減少發生器所需耗熱量。

2.2 分餾塔塔頂物料余熱回收方案設計

利用吸收式熱泵技術回收精丙烯分餾塔塔頂物料的余熱，制備70℃/90℃的熱水用于替代分餾塔重沸器消耗的工藝蒸汽，或者用于供給管道及罐體伴熱和廠區周邊建筑采暖。新系統流程如圖2所示。

圖2 新系統流程

設置一臺吸收式熱泵，以55.2t/h左右的工藝蒸汽(折合熱量38.6MW)作為吸收式熱泵的驅動熱源；將空冷器出口物料引入熱泵的蒸發器，提取約17.0MW的余熱；吸收式熱泵的總制熱量約為55.6MW，將溫度70℃流量1913t/h的熱水加熱至95℃。

通過該系統流程，可以回收精丙烯分餾塔塔頂物料余熱17.0MW，如果能將之用于替代工藝蒸汽供熱，則相當于可以節約工藝蒸汽24t/h。

2.3 具體的實施方式

2.3.1 建設內容

在精丙烯分餾塔附近建設余熱回收機房一座，占地約6m×9m。機房內安裝蒸汽型吸收式熱泵一組，熱泵制熱水循環泵一組，熱控及配電柜一套。增設熱泵制熱水管道，接至吸收式熱泵的吸收器和冷凝器；改造將空冷器出口物料管道，接至吸收式熱泵的蒸發器；改造工藝蒸汽管道，接至吸收式熱泵的發生器。

2.3.2 吸收式熱泵設備的選型

根據驅動蒸汽參數（55.2t/h，0.4MPa）、物料參數（145t/h，47℃/42℃）及熱泵制熱水參數（1913t/h，70℃/95℃），進行專用蒸汽型吸收式熱泵的初步設計：

3 技術經濟分析

增設AHP-56.0型吸收式熱泵機組及配套設備的一類工程費用約為2340 萬元；該廠精丙烯分餾工藝年生產運行時間為7200h，則每年可節約工藝主蒸汽用量17.2萬噸，吸收式熱泵運行新增耗電量43.2萬kWh，燃煤鍋爐生產工藝蒸汽價值約為55元/噸，電價按0.56元/kWh計算，則每年節約運行費用922萬元；項目靜態投資回收期為2.6年。

項目實施后年可節省1.77萬噸標準煤，減少CO2排放量4.6萬噸，減少SO2排放量424.8 公斤，減少NOx排放量123.9 公斤，減排效益明顯。

4 結語

文章通過對某化工廠精丙烯環節進行分析，計算了精丙烯分餾塔塔頂物料的余熱量，設計采用了吸收式熱泵技術回收塔頂物料余熱用于作為塔底物料的余熱。方案實施后可提高該工廠的能源綜合利用率，減少生產中能耗及排放，經濟效益和減排效益較為明顯。

該化工廠除精丙烯外有多個分餾塔，雖然每個分餾塔參數各異，但基本流程一致。每個分餾塔塔頂均有大量的余熱散失到大氣中，同時塔底的物料還需要加熱，廠內還有多種環節均需要熱源。若將這些環節的分餾塔塔頂的物料加以回收，經濟和環保意義更加明顯。