(中國石油化工股份有限公司 洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

?生產(chǎn)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(xiàn)狀，能耗高的原因及改進(jìn)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(jìn)行了探討，并對目前運行狀況從經(jīng)濟性進(jìn)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(jié)能降耗的同時，實現(xiàn)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(chǎn)線，均采用美國杜邦公司技術(shù)，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(jīng)串聯(lián)的三臺反應(yīng)器，通過酯化、連續(xù)縮聚反應(yīng)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(tǒng)、縮聚系統(tǒng)(預(yù)縮聚、終縮聚)、真空系統(tǒng)、切片生產(chǎn)、熱媒系統(tǒng)等。裝置耗能主要在酯化反應(yīng)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(fù)荷互不相同外，缺少節(jié)能項目，也是能耗高的原因之一。我們需要通過學(xué)習(xí)先進(jìn)企業(yè)經(jīng)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(biāo)油/t為4家企業(yè)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(yīng)用的節(jié)能降耗技術(shù)，目前在上述企業(yè)內(nèi)，除洛陽分公司外，其它三家企業(yè)均已采用。并已成為新建聚酯裝置的標(biāo)準(zhǔn)配置[1]。聚酯裝置正常生產(chǎn)時，蒸氣分離器(R211)內(nèi)保持一定的液位高度，上部留有足夠的蒸發(fā)空間。反應(yīng)生成的低沸物、水和蒸發(fā)的乙二醇從蒸發(fā)器的上部進(jìn)入EG/H2O分離塔(T211)。在此塔中，低沸物、水與乙二醇進(jìn)行分離。塔頂?shù)头形锖退仍贓212冷凝后進(jìn)入水回流罐(D211)中，再通過污水罐(未畫出)后進(jìn)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(jīng)除去，可排到廢水處理裝置進(jìn)一步處理。塔底乙二醇被收集在酯化EG熱井(D113)中，經(jīng)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(nèi)酯化釜余熱蒸氣壓力為0.01 MPa，溫度99.6 ℃。蒸氣組分(質(zhì)量百分含量)：水蒸氣，97.34%；乙醛，2.55%；乙二醇，0.11%。副產(chǎn)蒸汽產(chǎn)量4.7 t/h(最大產(chǎn)量)，設(shè)備具有一定腐蝕性。

圖2 酯化蒸汽流程圖

3.2應(yīng)用途徑

根據(jù)目前各企業(yè)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(diào)熱源。

3.3溴化鋰制冷機的制冷原理

溴化鋰吸收式制冷節(jié)能技術(shù)利用“溴化鋰—水”組成的二元溶液為工質(zhì)，完成制冷循環(huán)。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(tài)下蒸發(fā)、吸熱和溴化鋰溶液吸收水蒸氣的特性進(jìn)行熱交換，制取615 ℃的冷媒水，用作空調(diào)或生產(chǎn)工藝的冷源，從而實現(xiàn)制冷的目的[2]。工質(zhì)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(fù)始，不斷循環(huán)，因此，蒸發(fā)制冷循環(huán)也連續(xù)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(jìn)入低壓(正常設(shè)計在真空狀態(tài))條件下快速蒸發(fā)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于水，不易揮發(fā)、穩(wěn)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(nèi)部創(chuàng)造的真空環(huán)境狀態(tài)下進(jìn)行不斷地吸收與解吸、提取與釋放熱量的循環(huán)，完成對外部環(huán)境廢余熱量的回收與轉(zhuǎn)移利用，制取出所需的冷水，如圖3所示。

圖3 機組內(nèi)部基本流程圖

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

冷媒水的極限溫度5 ℃，需驅(qū)動熱水的溫度在65 ℃以上。蒸發(fā)器殼內(nèi)被蒸發(fā)后的水蒸氣工質(zhì)進(jìn)入吸收器殼內(nèi)，被來自發(fā)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(nèi)的冷卻循環(huán)水帶走。吸收了水蒸氣的溴化鋰溶液變稀后被送入發(fā)生器殼內(nèi)濃縮。這樣如此不斷進(jìn)行工質(zhì)水的相變循環(huán)、溴化鋰溶液的吸收與解析循環(huán)，機組內(nèi)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(chǎn)量會直接影響可用蒸汽的量，而且用冷負(fù)荷也各有差別，不同生產(chǎn)線應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)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(jù)測算，洛陽分公司長短絲裝置的夏季空調(diào)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(fù)荷會隨著季節(jié)、晝夜變化而變化，因此在對酯化工藝塔頂蒸氣的控制上應(yīng)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(jù)同類企業(yè)的經(jīng)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(diào)節(jié)閥控制塔頂壓力的正常，即調(diào)節(jié)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(jìn)入，減少憋壓現(xiàn)象和酯化液位的波動。若聚酯裝置因負(fù)荷變化和異常故障造成酯化蒸氣量出現(xiàn)較大波動或中斷，則通過現(xiàn)有的換熱器作為輔助換熱設(shè)備，通過加入新鮮蒸氣與熱水換熱，以保持采暖或制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定。

6 經(jīng)濟效益評估

6.1投資

設(shè)備：溴化鋰制冷機組，4 186 kW，1.5×104MJ，200萬元；儀電設(shè)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(shè)計及施工管理費：70萬元；安裝及稅費：70萬元；其他設(shè)備費：80萬元；總計600萬元。測算依據(jù)：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(tǒng)流程生產(chǎn)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(xiàn)在蒸汽的價格135元/t計算，年效益為446萬元。

節(jié)循環(huán)水：減少了原來用于冷凝酯化蒸氣的循環(huán)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(xiàn)在循環(huán)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(qū)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(xiàn)行能耗計算規(guī)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(biāo)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(chǎn)生效益490萬元/a。

7 結(jié)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(chǎn)生的冷凍水用于PET裝置內(nèi)冷卻循環(huán)乙二醇系統(tǒng)和切粒機循環(huán)水系統(tǒng)或紡絲車間的空調(diào)系統(tǒng)，冬天產(chǎn)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(yè)內(nèi)已有成熟設(shè)計思路和技術(shù)裝備。我公司利用低溫?zé)崴?qū)動溴化鋰制冷機組成功的應(yīng)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(diào)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?zé)崴挥嗟臒崃?，?jié)約了電能。因此，聚酯裝置酯化蒸汽余熱利用，既有利于節(jié)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(yè)低溫?zé)崂肹J].計算機與應(yīng)用化學(xué),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(xué)技術(shù)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(shù)工作，電話：13503799515。

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