工業(yè)領(lǐng)域綠色低碳技術(shù)應(yīng)用案例3 低溫甲醇洗甲醇蒸汽ORC余熱發(fā)電項(xiàng)目

案例3低溫甲醇洗甲醇蒸汽ORC余熱發(fā)電項(xiàng)目主要完成單位：河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司主要完成人員：王琦、田向杰、趙金海、郭彭亮、楊?lèi)偩?、孟雪、馬軍志甲醇是重要的能源來(lái)源，也是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域的重要化工原料。在甲醇生產(chǎn)、蒸餾與工業(yè)加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的甲醇蒸汽，且通常會(huì)產(chǎn)生大量的余熱，降低了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的能源、資源利用效率，增加了溫室氣體排放與經(jīng)濟(jì)成本。一、項(xiàng)目背景我國(guó)是全球最大的甲醇生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，但現(xiàn)有生產(chǎn)制備工藝普遍能耗高、碳排放強(qiáng)度大，并且會(huì)釋放大量余熱。因此，促進(jìn)甲醇化工設(shè)備的廢熱回收和再循環(huán)，既有助于節(jié)約能源，還能夠?qū)U熱轉(zhuǎn)化成有用的“新型能源”，保持系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。以低溫甲醇洗熱再生塔（T1604）為例，塔頂出口蒸汽溫度93℃，壓力0.22MPa，主要成分為甲醇，含有H2S、CO2等雜質(zhì)，處理處置成本顯著且能源浪費(fèi)明顯。由于其溫度低、壓力低、所處位置等因素，甲醇洗酸性氣不具備熱交換、熱泵和余熱制冷等方案的利用條件，同時(shí)國(guó)內(nèi)通常采用的低溫冷凝方式不能有效地回收利用熱量。因此，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗，降低產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，研究甲醇洗熱再生塔頂蒸汽熱量的利用具有現(xiàn)實(shí)意義。圖SEQ圖\*ARABIC10甲醇余熱發(fā)電裝置河南心連心化工集團(tuán)有限責(zé)任公司開(kāi)展低溫甲醇洗甲醇蒸汽ORC余熱發(fā)電項(xiàng)目，采用了熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，運(yùn)用有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)利用熱源產(chǎn)生動(dòng)力和對(duì)外輸出電能。項(xiàng)目在甲醇洗熱再生塔塔頂甲醇混合蒸汽出口進(jìn)熱再生塔頂冷凝器管路上引出一支路，使塔頂甲醇蒸汽進(jìn)入ORC發(fā)電機(jī)組的蒸發(fā)器中，蒸發(fā)器中的液態(tài)有機(jī)工質(zhì)通過(guò)吸收甲醇蒸汽的熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)工質(zhì)，氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)（或透平機(jī)）后進(jìn)行膨脹做功，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)做功，實(shí)現(xiàn)電能輸出。做功后的氣態(tài)低溫低壓工質(zhì)，排出膨脹機(jī)進(jìn)入冷凝器，經(jīng)冷凝成為液態(tài)，通過(guò)工質(zhì)泵增壓后再次進(jìn)入蒸發(fā)器，如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)從甲醇蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)膨脹機(jī)機(jī)組膨脹發(fā)電后的甲醇蒸汽降溫后供后續(xù)工藝使用。圖SEQ圖\*ARABIC11心連心甲醇余熱發(fā)電項(xiàng)目示意圖二、創(chuàng)新點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點(diǎn)1：開(kāi)發(fā)低溫?zé)嵩磻?yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)上，蒸汽發(fā)電一般需要較高的溫度和壓力條件（中溫中壓及以上通常需要溫度高于150℃、壓力大于50個(gè)大氣壓），以93℃為代表的常規(guī)甲醇生產(chǎn)設(shè)備的低溫?zé)嵩措y以被有效利用。針對(duì)上述問(wèn)題，項(xiàng)目利用ORC技術(shù)完成低于100℃的低溫?zé)嵩从酂釕?yīng)用，驗(yàn)證了低溫?zé)嵩床捎肙RC發(fā)電的可行性，實(shí)現(xiàn)了能源利用效率的提高、能源利用范圍的拓展、環(huán)境污染的減少、能源資源的節(jié)約以及能源成本的降低等突破。低溫甲醇洗滌的基本思想是在不同溫度和壓力下，通過(guò)不同種類(lèi)的甲醇對(duì)不同種類(lèi)氣體的吸附能力不同，對(duì)轉(zhuǎn)換工段的氣體進(jìn)行純化，并通過(guò)減壓、氣提和加熱脫附，將富甲醇徹底地轉(zhuǎn)化為貧甲醇，從而達(dá)到循環(huán)使用的目的。項(xiàng)目利用液氮洗送糠醇的低溫富氫氣體，通過(guò)與甲醇洗進(jìn)酸性氣分離罐酸性氣換熱，將酸性氣中夾帶的甲醇?xì)饫淠?，而不影響去硫回收的酸性氣，達(dá)到回收甲醇的目的。圖SEQ圖\*ARABIC12ORC低溫余熱發(fā)電透平膨脹機(jī)系統(tǒng)示意圖創(chuàng)新點(diǎn)2：突破酸性環(huán)境應(yīng)用的技術(shù)壁壘傳統(tǒng)余熱利用項(xiàng)目通常采用水或水蒸氣作為回收廢熱的熱源，并且由于酸性環(huán)境對(duì)于材料選擇、熱交換器設(shè)計(jì)、設(shè)備穩(wěn)定安全水平與廢熱回收效率的客觀限制，酸性環(huán)境對(duì)熱源利用提出了更高要求。針對(duì)上述問(wèn)題，項(xiàng)目完成了ORC技術(shù)在甲醇洗酸性氣熱量回收上的應(yīng)用，利用系統(tǒng)冷量，將酸性氣體中的甲醇由3%降至1100ppm以下，減少甲醇消耗，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，同時(shí)打破了行業(yè)上采用水或水蒸氣作為直接熱源的禁錮，為園區(qū)其他物質(zhì)成分的低溫?zé)嵩吹睦锰峁┝藚⒖挤较颉DSEQ圖\*ARABIC13項(xiàng)目改造后酸性氣流程圖創(chuàng)新點(diǎn)3：利用智能操作技術(shù)增加綜合性能甲醇生產(chǎn)設(shè)備與系統(tǒng)通常是在24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中持續(xù)運(yùn)行，人為操作不當(dāng)可能引起系統(tǒng)故障、能耗增加或停機(jī)時(shí)間，同時(shí)帶來(lái)安全隱患。針對(duì)上述問(wèn)題，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)ORC系統(tǒng)一鍵式啟停、全自動(dòng)化操作與設(shè)置安全連鎖，無(wú)需人員長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控和操作ORC系統(tǒng)，確保系統(tǒng)在各種工況下按照設(shè)定的程序運(yùn)行，解決了安全性、人力成本、運(yùn)行穩(wěn)定性和系統(tǒng)效率等方面的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和效率，促進(jìn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化。三、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與推廣價(jià)值項(xiàng)目利用甲醇蒸汽冷凝熱配套ORC膨脹發(fā)電機(jī)，采用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量回收利用，填補(bǔ)了甲醇洗酸性氣熱量回收利用技術(shù)的空白。項(xiàng)目創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益顯著。項(xiàng)目投運(yùn)后，每小時(shí)凈發(fā)電約230度，年運(yùn)行8000h，依據(jù)電價(jià)0.7元/度計(jì)算，年發(fā)電直接經(jīng)濟(jì)效益約為128.8萬(wàn)元。同時(shí)，項(xiàng)目除直接經(jīng)濟(jì)收益外還能創(chuàng)造諸多間接效益。一方面使得酸性氣溫度由93℃降至82℃，減輕了后續(xù)循環(huán)水冷卻器的負(fù)荷，為酸性氣的冷凝提供了有利基礎(chǔ)；另一方面，減少循環(huán)水的施用量，降低園區(qū)內(nèi)循環(huán)水用量的壓力，同時(shí)利用余熱發(fā)電增加資源利用效率，為園區(qū)低溫?zé)嵩吹睦锰峁┝朔较颉?018-2022年間甲醇產(chǎn)能維持著相對(duì)平穩(wěn)的5.32%復(fù)合增長(zhǎng)率，在2022年