甲醇裝置和乙二醇裝置低溫余熱綜合利用小結(jié)

文培娜

（河南能源化工集團(tuán)新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司，河南獲嘉 453800）

煤化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，總的來(lái)說(shuō)熱能利用率偏低，且普遍存在高質(zhì)低用、低質(zhì)無(wú)用的現(xiàn)象，不能充分、有效地實(shí)現(xiàn)熱能的梯級(jí)利用。河南能源化工集團(tuán)新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱中新化工）200kt／a甲醇項(xiàng)目嫁接200kt／a乙二醇項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中就存在低品位余熱資源較多而利用率較低的問(wèn)題，并且還存在部分用汽設(shè)備與蒸汽等級(jí)匹配程度低的問(wèn)題。為此，中新化工通過(guò)對(duì)其甲醇裝置和乙二醇裝置熱能利用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)施了相應(yīng)的技改，使得甲醇裝置和乙二醇裝置在熱能供需上盡量做到了能級(jí)匹配、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用。這些技改的實(shí)施不僅起到了節(jié)能減排的效果，而且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。以下對(duì)有關(guān)情況作一小結(jié)。

1 余熱資源狀況

1.1 除氧器外排乏汽

中新化工鍋爐系統(tǒng)有4臺(tái)除氧器，采用冷脫鹽水作為鍋爐水，冷脫鹽水壓力0.4～0.5MPa、溫度45～55℃、流量100t／h；除氧器平臺(tái)標(biāo)高為15m，除氧器排汽管DN80，排汽管標(biāo)高為22.125m，4＃除氧器與1＃除氧器水平間距16m、1＃除氧器與2＃除氧器水平間距14.7m、2＃除氧器與3＃除氧器水平間距16m；1?！?＃除氧器額定出力均為200t／h、4＃除氧器額定出力175t／h，4臺(tái)除氧器工作壓力均為0.15～0.20MPa。由于工藝方面的原因，4臺(tái)除氧器有乏汽外排，每臺(tái)外排量約0.5t／h，大量閃蒸汽放空，不僅浪費(fèi)能源，而且對(duì)環(huán)境造成影響。

1.2 0.2MPa蒸汽富裕

0.2MPa蒸汽主要源自乙二醇裝置合成汽包副產(chǎn)，當(dāng)乙二醇裝置負(fù)荷高于90%時(shí)，0.2MPa蒸汽富裕量逐步增大，與0.2MPa蒸汽用戶匹配程度較低：0.2MPa蒸汽用戶主要有草酸酯精餾塔（T202）再沸器、合成前預(yù)熱器（E109）、進(jìn)氣加熱器（E905）和溴化鋰機(jī)組，其中T202、E109蒸汽用量基本穩(wěn)定，溴化鋰機(jī)組用汽量則隨氣溫下降而明顯減少——裝置90%負(fù)荷時(shí)合成汽包副產(chǎn)0.2MPa蒸汽25t／h，當(dāng)循環(huán)水溫度低于25℃時(shí)，需通過(guò)放空來(lái)穩(wěn)定0.2MPa蒸汽管網(wǎng)壓力；當(dāng)乙二醇裝置負(fù)荷繼續(xù)提升而氣溫繼續(xù)下降時(shí)，0.2MPa蒸汽富裕問(wèn)題進(jìn)一步加劇，富裕的0.2MPa蒸汽因無(wú)用戶而高點(diǎn)放空，不僅造成能量浪費(fèi)，而且嚴(yán)重制約乙二醇裝置負(fù)荷的提升。

1.3 工藝?yán)淠河酂?/h3>

甲醇裝置和乙二醇裝置合計(jì)產(chǎn)生工藝?yán)淠杭s250t／h，其中130～150℃冷凝液約150t／h、100～130℃冷凝液約100t／h。甲醇裝置中甲醇精餾預(yù)塔再沸器、加壓塔再沸器、低溫甲醇洗熱再生塔、甲醇水分離塔的蒸汽冷凝液直接經(jīng)冷凝液管網(wǎng)送至常壓二級(jí)閃蒸罐；乙二醇裝置中再沸器的高溫工藝?yán)淠核椭?.5MPa蒸汽閃蒸罐，回收蒸汽后送冷凝液管網(wǎng)，低溫冷凝液送二級(jí)閃蒸罐。全部工藝?yán)淠簠R總至二級(jí)閃蒸罐后溫度約102℃，經(jīng)循環(huán)水冷卻降溫后送至脫鹽水精制系統(tǒng)。簡(jiǎn)言之，工藝?yán)淠旱挠酂岵粌H未能有效利用，而且會(huì)消耗大量的循環(huán)水來(lái)降溫。

1.4 工藝設(shè)計(jì)不甚合理

乙二醇裝置脫醇塔A（T401）塔釜溫度為100～105℃，塔釜采用蒸汽加熱，0.5MPa蒸汽用量約21t／h；而產(chǎn)品精餾塔（T407）塔頂氣溫度為138～139℃，塔頂氣與循環(huán)水換熱后，落液溫度為80～85℃，約2.3×107kJ／h的熱量由循環(huán)水帶走?？梢钥吹?，一方面T401釜液需蒸汽加熱，另一方面T407塔頂氣又需用循環(huán)水移走熱量，工藝設(shè)計(jì)上余熱利用率較低，優(yōu)化空間較大，完全可通過(guò)工藝優(yōu)化將T407塔頂氣熱量用于T401釜液的加熱。

2 低溫余熱回收利用技改

2.1 除氧器乏汽回收技改

結(jié)合鍋爐系統(tǒng)1?！?＃除氧器乏汽的性質(zhì)，統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)脫鹽水供需平衡，設(shè)計(jì)不同的回收利用工藝路線，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，即通過(guò)技改對(duì)除氧器外排乏汽余熱予以回收利用。

中新化工鍋爐系統(tǒng)采用三開(kāi)一備的方式滿足甲醇裝置和乙二醇裝置的滿負(fù)荷運(yùn)行所需，結(jié)合4臺(tái)除氧器的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)兩種不同的工藝路線對(duì)除氧器外排乏汽余熱進(jìn)行回收利用。1?！?＃除氧器外排乏汽回收流程［見(jiàn)圖1（a）］：增加乏汽收能器，130℃的乏汽與45～55℃的冷脫鹽水在乏汽收能器中逆向接觸充分混合后，混合液（控制溫度為75～80℃）直接去除氧器排凈口閥，然后送疏水箱，不凝氣則通過(guò)乏汽收能器頂部排放口放空（放空口接至除氧器頂部排氧口處），吸收乏汽熱量后疏水箱中的水通過(guò)疏水泵送除氧器使用。4＃除氧器外排乏汽回收流程［見(jiàn)圖1（b）］：增設(shè)乏汽回收換熱器，130℃的乏汽通過(guò)乏汽回收換熱器與管網(wǎng)過(guò)來(lái)的冷脫鹽水換熱回收潛熱后，乏汽冷凝液直接去除氧器排凈口閥，然后送疏水箱，不凝氣則通過(guò)乏汽回收換熱器不凝氣排放口放空，冷脫鹽水吸收乏汽的熱量升溫后進(jìn)除氧器使用。經(jīng)測(cè)算，本技改項(xiàng)目不僅年可回收熱量約3.27×1010kJ，折合年節(jié)約標(biāo)煤約1117t，實(shí)現(xiàn)了除氧器乏汽余熱的回收利用，而且解決了乏汽現(xiàn)場(chǎng)放空影響周圍環(huán)境、設(shè)備的問(wèn)題。

2.2 優(yōu)化0.2MPa蒸汽管網(wǎng)的用汽結(jié)構(gòu)

分析乙二醇裝置0.5MPa蒸汽的用汽情況，決定將用汽溫度較低的加熱器由0.5MPa蒸汽加熱改為0.2MPa蒸汽加熱，以減少品位較高的0.5MPa蒸汽的用量，同時(shí)解決0.2MPa蒸汽富裕放空的問(wèn)題。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，可采用0.2MPa蒸汽替代0.5 MPa蒸汽加熱的設(shè)備有加氫預(yù)熱器 （E101）、DMO 加熱器 （E306） 和 DMO 加熱器 B（E306B），其實(shí)際用汽溫度分別為120～130℃、100℃、100℃，用汽量分別為1t／h、3t／h、3t／h。將E101、E306和E306B用汽設(shè)備各增加一路0.2MPa供汽管線及相應(yīng)的閥門，并保留原0.5MPa蒸汽管線，確保可以互為備用。正常生產(chǎn)中E101、E306、E306B投用0.2MPa蒸汽，實(shí)現(xiàn)用汽設(shè)備與蒸汽等級(jí)匹配，避免了0.2MPa蒸汽富裕放空而造成的能源浪費(fèi)。按照冬季3個(gè)月0.2MPa蒸汽富裕量計(jì)算，年可節(jié)約0.5MPa蒸汽約18000t，折合年節(jié)約標(biāo)煤約1670t。

2.3 工藝?yán)淠河酂崂?/h3>

中新化工甲醇裝置精餾系統(tǒng)采用三塔精餾工藝，滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)0.5MPa蒸汽用量約50t／h，50%負(fù)荷時(shí)0.5MPa蒸汽用量約38t／h；中新化工乙二醇裝置精餾系統(tǒng)采用八塔精餾工藝，正常生產(chǎn)時(shí)0.5MPa、1.0MPa、1.7MPa各等級(jí)蒸汽用量合計(jì)約100t／h。由于蒸汽管網(wǎng)壓力分級(jí)限制，部分用汽設(shè)備存在高質(zhì)低用的情況。

與此同時(shí)，中新化工甲醇裝置和乙二醇裝置合計(jì)約250t／h的工藝?yán)淠簠R總至二級(jí)閃蒸罐后溫度約102℃，經(jīng)循環(huán)水冷卻降溫后送至脫鹽水精制系統(tǒng)，不僅工藝?yán)淠旱挠酂嵛茨苡行Ю?，而且要消耗大量的循環(huán)水來(lái)移熱。為充分利用工藝?yán)淠旱挠酂幔瑳Q定采用蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)與原有熱力系統(tǒng)并聯(lián)，將加熱器、再沸器等用汽設(shè)備排出的蒸汽冷凝液產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)專門設(shè)計(jì)的流量調(diào)節(jié)式熱泵增壓后，供再沸器等設(shè)備使用。

本技改保持原進(jìn)汽閥不變，增加熱泵閥組、汽水分離器、增壓泵等相關(guān)設(shè)備，熱泵為可調(diào)式，以實(shí)現(xiàn)蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。改造后，蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)主要包括汽水分離器、熱泵及用汽設(shè)備（再沸器），工藝?yán)淠簻p壓進(jìn)入汽水分離器閃蒸，加熱蒸汽進(jìn)入噴射式熱泵，在吸入口形成低壓區(qū)，卷吸汽水分離器出口的閃蒸汽，兩種蒸汽混合后進(jìn)入用汽設(shè)備加熱物料，通過(guò)熱泵調(diào)節(jié)使混合汽與被加熱物料需求蒸汽等級(jí)相匹配，物料被均勻加熱，從而減少高品位蒸汽的使用，閃蒸后溫度降低的工藝?yán)淠航?jīng)增壓泵提壓送冷凝液管網(wǎng)［1］。技改后工藝?yán)淠河酂崂孟到y(tǒng)工藝流程如圖2。

圖2 工藝?yán)淠河酂崂孟到y(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

在甲醇精餾系統(tǒng)中，將加壓塔再沸器蒸汽冷凝液、預(yù)塔再沸器蒸汽冷凝液送入汽水分離器進(jìn)行閃蒸，閃蒸汽通過(guò)蒸汽噴射式可調(diào)節(jié)熱泵與0.5MPa蒸汽混合后送加壓塔再沸器使用，外排冷凝液溫度降至100～105℃。在乙二醇裝置中，冷凝液余熱利用分為兩組：一組由E404、E405和E408組成，將E405和E408的高溫冷凝液分別送入各自新增的汽水分離器進(jìn)行閃蒸，通過(guò)熱泵用于自身加熱后，冷凝液全部送入E404新增的汽水分離器再次閃蒸，通過(guò)熱泵將閃蒸汽用于E404加熱，此舉可降低外排冷凝液溫度至100～105℃；另一組由E412、E414和E605組成，將E414和E605的高溫冷凝液分別送入各自新增的汽水分離器進(jìn)行閃蒸，通過(guò)熱泵用于自身加熱后，冷凝液全部送入E412新增的汽水分離器再次閃蒸，通過(guò)熱泵將閃蒸汽用于E412加熱，此舉可降低外排冷凝液溫度至100～105℃。

冷凝液余熱經(jīng)上述方式回收利用后，排液溫度明顯降低（見(jiàn)表1），降溫后的冷凝液進(jìn)冷凝液管網(wǎng)送系統(tǒng)循環(huán)利用。經(jīng)測(cè)算，本技改項(xiàng)目投運(yùn)后，年可節(jié)約0.5MPa蒸汽約86400t，折合年節(jié)約標(biāo)煤約8019.6t。

表1 技改前后精餾系統(tǒng)用汽設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.4 優(yōu)化工藝流程

中新化工按照“各裝置低溫?zé)嵩丛诒M量避免用循環(huán)水冷卻的前提下，首先考慮在本裝置內(nèi)使用，多余的才考慮送出裝置統(tǒng)一回收”的這一原則，對(duì)乙二醇裝置精餾系統(tǒng)工藝路線進(jìn)行如下優(yōu)化改進(jìn)［2］（見(jiàn)圖3）：在產(chǎn)品精餾塔（T407）塔頂新增1臺(tái)換熱器（E433），用于脫醇塔A（T401）塔釜物料［T401塔釜物料通過(guò)新增輸送泵（P433A／B）送至E433］與T407塔頂氣換熱，以充分回收T407塔頂氣相的熱量，減少循環(huán)冷卻水及T401蒸汽用量；T407塔頂氣經(jīng)過(guò)E433換熱后未冷凝的氣相按原流程經(jīng)循環(huán)水冷卻器（E413）冷卻。

經(jīng)測(cè)算，乙二醇精餾系統(tǒng)工藝流程優(yōu)化改進(jìn)后，年可節(jié)約0.5MPa蒸汽約72000t，折合年節(jié)約標(biāo)煤約6683t。

圖3 優(yōu)化改進(jìn)后乙二醇精餾系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

中新化工遵循低溫余熱利用“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的總體原則，充分挖潛其甲醇裝置和乙二醇裝置的余熱利用空間，合理選取余熱使用對(duì)象，有效回收了系統(tǒng)內(nèi)的低溫余熱，避免了部分用汽設(shè)備高質(zhì)低用的情況，有效降低了公用工程介質(zhì)——蒸汽的使用量。上述措施落實(shí)后，折合年節(jié)約標(biāo)煤約17489.6t，實(shí)現(xiàn)了煤化工裝置的節(jié)能減排與優(yōu)質(zhì)低耗運(yùn)行。