芳烴聯(lián)合裝置熱水發(fā)電技術(shù)分析

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，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，同時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，低溫熱是富余的。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熱水有機朗肯循環(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，并采用能耗和價格的計算方法對低溫物料余熱發(fā)電技術(shù)進行評價，并對ORC發(fā)電技術(shù)利用的前景進行了展望。

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 ℃進水)，從生產(chǎn)熱水的溫位和產(chǎn)生的熱水數(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)生熱水數(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)過計算可以產(chǎn)生70 ℃～120 ℃的熱水1766噸/小時。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)電機組出來的70 ℃熱水先進入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)電機組進行發(fā)電后產(chǎn)生70 ℃熱水，然后進行下一個循環(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)器中流動的有機工質(zhì)換熱，有機工質(zhì)通過蒸發(fā)器后，變成具有一定過熱度的有機蒸汽；該蒸汽進入ORC發(fā)電機組，驅(qū)動透平機，輸出電能；做完功后的有機工質(zhì)乏汽，進入冷凝器被循環(huán)水冷凝成液態(tài)，進入儲液罐；通過工質(zhì)泵，再將液態(tài)有機工質(zhì)驅(qū)動進入蒸發(fā)器內(nèi)與熱水換熱，依次循環(huán)。通過蒸發(fā)器的熱水進入預(yù)熱器，與液態(tài)有機工質(zhì)換熱后變?yōu)?0 ℃熱水，去物料余熱換熱系統(tǒng)進行換熱。

3 能耗及效益計算

根據(jù)計算，需要3臺ORC發(fā)電機組，共產(chǎn)生電能3950 kW/h，按照操作時間8400 h/年計算，每年可發(fā)電3.32×107kW/h。從經(jīng)濟效益計算：按照0.60元/kWh計算，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益1990萬元。從能耗計算：每年可減少能耗7.3×106kg標油。

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)費用明細表

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)合裝置的效益進一步提高。隨著政策對節(jié)能環(huán)保要求進一步趨嚴， ORC發(fā)電技術(shù)有望成為低溫熱利用的主要手段。