聚酯裝置酯化蒸氣余熱利用

(中國石油化工股份有限公司 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

?生產與實踐?

聚酯裝置酯化蒸氣余熱利用

劉鐵

(中國石油化工股份有限公司 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

主要分析了洛陽聚酯能源消耗現狀，能耗高的原因及改進方法；聚酯酯化蒸氣余熱回收利用的原理，溴化鋰制冷機原理；從流程和投資上，對洛陽分公司利用酯化蒸氣余熱夏季制冷及冬季采暖的兩種方案進行了探討，并對目前運行狀況從經濟性進行了分析對比。使用溴化鋰制冷機組和熱水換熱器回收酯化廢熱蒸氣能量，節能降耗的同時，實現廢熱的能量回收利用。

PET；溴化鋰制冷機組；酯化水蒸氣；能量回收

1 聚酯裝置工藝流程簡介

中國石化洛陽分公司聚酯裝置有CP-1、2兩條生產線，均采用美國杜邦公司技術，以精對苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)為原料，三氧化二銻或乙二醇銻做催化劑，經串聯的三臺反應器，通過酯化、連續縮聚反應生成聚對苯二甲酸乙二醇酯，簡稱聚酯。其主要流程包括：PTA漿料制備、酯化系統、縮聚系統(預縮聚、終縮聚)、真空系統、切片生產、熱媒系統等。裝置耗能主要在酯化反應部分，約占裝置耗能的60%以上。

2 聚酯裝置能耗與同類裝置對比

從圖1可以看出，洛陽聚酯與其它三套裝置比較，能耗最高。且高于中石化平均值。主要原因是除工藝、負荷互不相同外，缺少節能項目，也是能耗高的原因之一。我們需要通過學習先進企業經驗，分析差距，找出措施，努力趕上。

圖1 聚酯裝置與同類裝置能耗對比

2012年聚酯裝置綜合能耗完成113.11 kg標油/t為4家企業的第4位。

3 酯化蒸氣余熱利用

3.1基本情況

酯化蒸氣余熱利用，是一項已得到廣泛應用的節能降耗技術，目前在上述企業內，除洛陽分公司外，其它三家企業均已采用。并已成為新建聚酯裝置的標準配置[1]。聚酯裝置正常生產時，蒸氣分離器(R211)內保持一定的液位高度，上部留有足夠的蒸發空間。反應生成的低沸物、水和蒸發的乙二醇從蒸發器的上部進入EG/H2O分離塔(T211)。在此塔中，低沸物、水與乙二醇進行分離。塔頂低沸物和水先在E212冷凝后進入水回流罐(D211)中，再通過污水罐(未畫出)后進入汽提塔(未畫出)用蒸氣將水中有機物汽提出來，尾氣合格排放；塔底排出的水因大部分有機物已經除去，可排到廢水處理裝置進一步處理。塔底乙二醇被收集在酯化EG熱井(D113)中，經過過濾后一部分回流到EG/H2O分離塔(T211)中，另一部分則返回到漿料混合罐(未畫出)中用于配制漿料，如圖2所示。

溴化鋰制冷機，內酯化釜余熱蒸氣壓力為0.01 MPa，溫度99.6 ℃。蒸氣組分(質量百分含量)：水蒸氣，97.34%；乙醛，2.55%；乙二醇，0.11%。副產蒸汽產量4.7 t/h(最大產量)，設備具有一定腐蝕性。

圖2 酯化蒸汽流程圖

3.2應用途徑

根據目前各企業使用情況看，酯化蒸氣余熱利用途徑主要有以下兩種：①用作夏季溴化鋰制冷機組熱源。②用作冬季采暖或空調熱源。

3.3溴化鋰制冷機的制冷原理

溴化鋰吸收式制冷節能技術利用“溴化鋰—水”組成的二元溶液為工質，完成制冷循環。采用水為制冷劑，溴化鋰溶液為吸收劑，利用水在高真空(絕對壓力：870 Pa)狀態下蒸發、吸熱和溴化鋰溶液吸收水蒸氣的特性進行熱交換，制取615 ℃的冷媒水，用作空調或生產工藝的冷源，從而實現制冷的目的[2]。工質中溴化鋰水溶液是吸收劑，可在常溫和低溫下強烈地吸收水蒸氣，但在高溫下又能將其吸收的水分釋放出來。吸收與釋放周而復始，不斷循環，因此，蒸發制冷循環也連續不斷。制冷過程所需的熱能可為蒸氣，也可利用廢熱、廢氣以及地下熱水(65 ℃以上)。

其基本原理為：水進入低壓(正常設計在真空狀態)條件下快速蒸發而充分吸收提取外部間接與之接觸的流體的熱能，溴化鋰具有強吸收水蒸氣并釋放溶解熱，且其沸點遠遠大于水，不易揮發、穩定的特性。這樣，把溴化鋰與水按一定比例配制成溶液注入機組，在機組內部創造的真空環境狀態下進行不斷地吸收與解吸、提取與釋放熱量的循環，完成對外部環境廢余熱量的回收與轉移利用，制取出所需的冷水，如圖3所示。

圖3 機組內部基本流程圖

由圖3可看出，外部可利用的驅動廢熱源，在極限溫度65 ℃以上，進入工質發生器的管程內，加熱濃縮發生器殼內的溴化鋰水溶液，蒸發出的水蒸氣工質，進入蒸氣冷凝器殼內，被外部循環冷卻水冷凝，節流降壓，水進入蒸發器高真空環境驟然降溫至5 ℃以下，提取蒸發器管程內流動的外部冷媒水的熱量，快速蒸發，從而制取出所需溫度的冷媒水。

冷媒水的極限溫度5 ℃，需驅動熱水的溫度在65 ℃以上。蒸發器殼內被蒸發后的水蒸氣工質進入吸收器殼內，被來自發生器濃縮后的濃溴化鋰溶液吸收并放出溶解熱，通過管程內的冷卻循環水帶走。吸收了水蒸氣的溴化鋰溶液變稀后被送入發生器殼內濃縮。這樣如此不斷進行工質水的相變循環、溴化鋰溶液的吸收與解析循環，機組內部基本流程見圖3。

4 改造流程

酯化蒸氣用于制冷工程工藝流程如圖4所示，用于采暖工程工氣流程如圖5所示。

圖4 酯化蒸氣用于制冷工程工藝流程

圖5 酯化蒸氣用于供暖工程工藝流程

5 可能存在的問題

由于產量會直接影響可用蒸汽的量，而且用冷負荷也各有差別，不同生產線應根據實際生產狀況及對冷量的需求來綜合考慮，選擇合適的制冷機組。如果考慮全部加以利用，則20萬t裝置最大可以選1.5×104MJ/h(360萬kcal/h)機組，根據測算，洛陽分公司長短絲裝置的夏季空調用制冷量約為20 352 kW(1 750萬kcal/h)；長絲裝置工藝用常年性制冷量約為1 744 kW(150萬kcal/h)。由于用冷負荷會隨著季節、晝夜變化而變化，因此在對酯化工藝塔頂蒸氣的控制上應引起充分地重視，以保證機組正常運行的同時，工藝控制也得到保證。根據同類企業的經驗，聚酯裝置酯化蒸氣余熱利用后，可能造成酯化EG/H2O分離塔憋壓，酯化釜液位較原來波動較大，排至汽提塔的工藝水EG含量增加，COD 2 500 mg/L左右；可以通過壓力調節閥控制塔頂壓力的正常，即調節酯化蒸氣到原酯化冷凝器之間的閥門開度來控制多余的酯化蒸氣進入，減少憋壓現象和酯化液位的波動。若聚酯裝置因負荷變化和異常故障造成酯化蒸氣量出現較大波動或中斷，則通過現有的換熱器作為輔助換熱設備，通過加入新鮮蒸氣與熱水換熱，以保持采暖或制冷系統的穩定。

6 經濟效益評估

6.1投資

設備：溴化鋰制冷機組，4 186 kW，1.5×104MJ，200萬元；儀電設備及材料：60萬元；管配及綜合材料：60萬元；土建改造等：60萬元；工程設計及施工管理費：70萬元；安裝及稅費：70萬元；其他設備費：80萬元；總計600萬元。測算依據：以運行時間全年8 400 h：冬天按2 880 h，夏天按5 520 h計算，蒸汽價格135元/t，電價0.61元/(kW·h)。

6.2效益

用于溴化鋰制冷。將冷凍站一臺低效率蒸汽型溴冷機更換為熱水型溴冷機，夏季利用原制冷系統流程生產冷凍水，降低制冷用蒸汽消耗約5.4 t/h(夏天按5 520 h)，和2.25 t/h(冬天按1 440 h，即在冬天開2個月停2個月)。那么，按現在蒸汽的價格135元/t計算，年效益為446萬元。

節循環水：減少了原來用于冷凝酯化蒸氣的循環冷卻水消耗300 t/h(夏天按5 520 h)，冬天消耗125 t/h(冬天按2 880 h)；可以降低聚酯裝置能耗1.28個單位。按現在循環水的價格0.1元/t計算，年效益為20萬元

冬季，此熱水可用于聚酯區域辦公樓、操作室取暖，替代采暖用汽約2.6 t/h。冬天按2 880 h，1.0 MPa蒸汽價格135元/t計算，年效益為101萬元。

按照現行能耗計算規則，聚酯裝置可以通過外輸熱形式，核減本裝置能耗約3 kg標油/t。

運行費用新增三臺熱水泵兩用一備，功率75 kW，為76.86萬元。

投資回收期為15個月，回收期后每年可產生效益490萬元/a。

7 結論

使用溴化鋰制冷機組和熱水換熱器回收酯化廢熱蒸氣能量，夏天產生的冷凍水用于PET裝置內冷卻循環乙二醇系統和切粒機循環水系統或紡絲車間的空調系統，冬天產生的熱水用于車間的供暖,替代原有外圍公用工程提供冷凍水和蒸汽，在聚酯行業內已有成熟設計思路和技術裝備。我公司利用低溫熱水驅動溴化鋰制冷機組成功的應用：16層辦公大樓、石化賓館、會議中心、俱樂部、文化宮、體育館、惠康中心店及惠康酒店等場所中央空調用熱水型溴化鋰吸收式制冷機組，停用原兩臺螺桿制冷機。有效利用了夏季低溫熱水富余的熱量，節約了電能。因此，聚酯裝置酯化蒸汽余熱利用，既有利于節能降耗，又有利于降本增效，有必要盡快啟動。

[1]仵 浩，華 賁，王春花.石化企業低溫熱利用[J].計算機與應用化學,2007,(10):1355-1358.

[2]姚玉英,黃鳳廉,陳常貴,等.化工原理[M].天津:天津科學技術出版社,1992.

2014-07-26

劉 鐵(1983-)，男，工程師，從事石油化工能源管理技術工作，電話：13503799515。

TQ083.4

B

1003-3467(2014)11-0041-04