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1、 溴化锂制冷技术在低温热回收利用中的应用 李平阳 （中国石化九江分公司，江西 九江 332004） 摘 要: 在炼厂低温热综合回收利用中，通过引入热水型溴化锂机组，并将制取的冷媒水用于焦化等炼油工艺装置。实际应用效果表明：该方案增加了低温热系统的操作弹性，提高了能源的利用率，改善了焦化装置操作，可有效降低焦化干气中C3＋组分含量，能够为企业增效93.3×104￥RMB。 关键词： 溴化锂 低温热 延迟焦化 干气 中国石化九江分公司现有原油一次加工能力6.5Mt/ a，为了降低炼油能耗，充分利用炼油装置的低温余热, 实施了炼油装置低温余热回收综合利用改造。该低温
2、热综合利用方案为[1]：将50℃热媒水分别进入6 个热源装置，即Ⅰ常减压、Ⅰ催化、Ⅱ催化、Ⅰ污水汽提、Ⅱ污水汽提和Ⅱ加氢，热媒水换热到128℃后，用于蜡油罐区维温、Ⅱ气分的脱乙烷塔再沸器、脱丙烯塔再沸器和脱丙烷塔再沸器加热，然后再用于生活水加热、冬季民用采暖和动力的生水换热，为控制热媒水温度在末端配有循环水冷却，控制热媒水返回温度在50℃左右，为了增加低温热系统的操作弹性，在该低温热系统中引入了溴化锂制冷技术。 1 溴化锂机制冷技术应用的依据 低温热综合回收利用方案中，低温热阱需求量受季节影响较大，夏季气温高，且又无民用采暖需求，因而低温热阱相对不足，低温热热源存在富余情况，为保系统运行稳
3、定，在热阱末端不得不使用循环水冷却热媒水，所以低温余热随季节变化为增设溴化锂机组制冷提供了可能性。 另一方面，高温季节循环冷却水温度一般在28℃以上，不能较好地满足炼油工艺装置分离塔顶气体冷却负荷需求，导致产品分离精度不高，如焦化装置的吸收塔干气中C3＋组分回收和气体分馏装置获得高纯度的丙烯，而低温热媒水通过溴化锂制冷技术可以获得工艺装置需求冷却温度以实现强冷。 综合上述，在低温热系统引入溴化锂制冷技术增设溴化锂机组，既可以增加低温热系统操作的灵活性和可控性，又可以获得工艺装置所需求的强冷媒介，从而提高产品附加值，提高企业整体经济效益。 2 溴化锂制冷技术简介 （1）技术机理 该公司
4、低温热系统的溴化锂机组属于热水二段机，其制冷技术机理为：水在物体表面蒸发汽化，可以带走物体表面的热量，在真空条件下，物体表面的温度就会降到很低。溴化锂是一种吸水性极强的盐类物质，可以连续不断地将周围的水蒸气吸收过来，可创造和维持真空条件，因此溴化锂吸收式制冷机是利用溴化锂作吸收剂，用水作制冷剂，利用不同温度下溴化锂水溶液对水蒸气的吸收与释放来实现制冷的，这种循环是通过输入热源实现制冷的。 （2）工作原理 低温热系统配置了两套溴化锂机组并列运行，每组主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、热交换器、蒸发泵等设备组成。工作原理为[2]：如图1所示，首先由真空泵将制冷机组抽至高真空状态后，吸收器的
5、溴化锂稀溶液由泵送至发生器，途中流经热交换器，进入发生器的溴化锂稀溶液被管内的热媒水加热，产生溴化锂冷剂蒸汽，进而浓缩成浓溴化锂溶液，该溶液经热交换传热管间，加热管内流向发生器的稀溶液，温度降低后进入吸收器；发生器产生的冷剂蒸汽进入冷凝器内，被冷却水冷凝成为冷剂水经U形管流入蒸发器液囊，再经蒸发泵送往蒸发器上部喷淋系统，均匀喷淋在传热管表面，吸收管内冷水的热量而蒸发。产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被溴化锂浓液吸收。冷剂蒸汽被吸收后释放出大量的热媒水由冷却水带走。浓液吸收水蒸汽后成为稀溶液，再由溶液泵送至发生器，因此制冷循环实际上是溴化锂水溶液在机内由稀变浓再由浓变稀和冷剂水由液态变汽态再由汽态变液
6、态的循环过程。通过这个循环周而复始，使得蒸发器可不断连续制取冷媒水。在溴化锂机组热量输入输出的媒介分别由热媒水、冷媒水、循环水三个独立循环系统组成，由其工作原理可知，热媒水和冷媒水输入的热量应等于循环水输出的热量。 图1 每组溴化锂机组工作原理 （3）主要参数 表1 每组溴化锂机组主要参数表 制冷量 KW 1455 冷媒水 出口温度 ℃ 7 入口温度 ℃ 17 流量 t/h 250 循环水 流量 t/h 1012 热水 进口温度 ℃ 113 出口温度 ℃ 68 流量 t/h 79.4 蒸发泵 功率 KW 14.05 3
7、冷媒水循环流程 如图2，冷媒水回水从冷媒水罐由P310/2抽出，经溴化锂机组冷却制冷后，分两路送至焦化装置和II气分装置，先用于焦化装置吸收塔的汽油补充吸收剂、吸收塔的一中、二中循环和再吸收塔柴油补充吸收器的水冷器，剩余的冷媒水用于代替II气分装置丙烯塔塔顶气体后冷器E307/1~6循环水，冷媒水的回水进入冷媒水缓冲罐，形成一个闭路循环系统。 图2 溴化锂机组及冷媒水简易流程图 4 投用效果 （1）低温热系统热平衡得到优化 在未投用溴化锂机组前，环境温度高时低温热系统的循环热媒水经过与热阱换热后，温度仍达到76℃，为维持系统运转，需要使用循环水冷却热水至50℃，投
8、用溴化锂机组后，循环热媒水末端温度下降为64℃，有效地降低了循环水冷却负荷，减少了能量的双重浪费，符合能量转换、回收、利用的“三环节”优化原则[3]。 （2）机组运行工况 表2为溴化锂机组运行参数，可以看出溴化锂机组制冷量没有达到机组设计要求，且冷媒水出口制冷温度远高于设计的7℃，分析原因为：一是热媒水量仅为116t/h，为设计73.4％，热源不足导致了机组整体制冷负荷较低；二是与冷媒水的换热流程中的工艺介质温度偏高造成冷媒水回水温度偏高。 表2 溴化锂机组实际运行参数与设计值比较 单位 设计值 实际值 制冷量 KW 2910 1980 冷媒水 出口温
9、度 ℃ 7 15 入口温度 ℃ 17 26 流量 t/h 500 310 循环水 出口温度 ℃ 36 31.5 入口温度 ℃ 31 25 流量 t/h 2024 2040 热水 进口温度 ℃ 113 107 出口温度 ℃ 68 53 流量 t/h 159 116 蒸发泵 功率 KW 28.1 （3）工艺装置参数变化 在实际运行中，冷煤水先保证焦化装置吸收稳定冷却需求，如表3所示投用冷媒水后焦化装置工艺介质温度下降十分显著，有助于增强分离效果。剩余冷媒水用于II气分装置的丙烯塔塔顶丙烯冷却器E307/4，冷
10、媒水投用强化了丙烯塔塔顶冷却能力，塔顶温度有所下降，有利于提高丙烯收率。 表3 冷媒水投用前后工艺参数变化 项目 投用前 投用后 焦化 装置 汽油 吸收塔 C202 汽油补充吸收剂，℃ 34 20 C202吸收塔顶温度，℃ 31 26 C202吸收塔底温度，℃ 41 35 吸收塔一中抽出温度，℃ 37 27 吸收塔一中返塔温度，℃ 30 20 吸收塔二中抽出温度，℃ 38 26 吸收塔二中返塔温度，℃ 32 21 柴油 吸收塔 C201 柴油补充吸收剂温度，℃ 36 25 C201再吸收塔顶温度，℃ 43 3
11、2 再吸收塔底温度，℃ 50 37 I I气分装置丙烯塔 塔顶温度，℃ 50 48 冷回流量，t/h 180 170 冷回流温度，℃ 48 46 （4）焦化干气吸收效果 冷媒水投用后，对2008年和2009年8月份的干气组成进行了比较，如图11所示，干气质量有较大改善。干气中的C3+组分平均值2.75%（V），同比下降了3.11个百分点，大大改善了焦化装置吸收稳定系统的分离效果。 图3 焦化干气C3+组分投用前后对比图 （5）经济效益分析 以焦化装置按120t/h处理量计算，降低干气中C3+组分后，相当提高了液化气收率0.26％，则增加液化气产量0.31
12、t/h，每月可增产液化气232t。 干气按2400 ￥RMB/t，液化气按4650￥RMB/t，电按0.45 ￥RMB/KWh，循环水按0.145 ￥RMB/t，增产液化气可获得418 ￥RMB/h，每年按投用3个月计算，年创效93.3×104 ￥RMB。 5 存在问题与改进建议 （1）制冷量不足 热媒水流量偏低，实际运行热媒水量为设计73％，存在的原因可能是机组压降大，后续管路背压高，低温热循环水泵提压又超载引起联锁动作，因此需要进一步适当调整优化低温热系统流程，以达到设计能力，从而控制低温热媒水末端温度在50℃左右，彻底停用循环水冷却热媒水，实现能源利用最大化。 （2）提高冷媒水
13、强冷效果 如前所述，目前机组运行没有达到设计要求，还与工艺介质相关，因为被冷却介质普遍在30℃以上，制约了机组制冷效果，按照“温度对口，梯级利用”的科学用能原则[4]，改变原有冷媒水替代循环水的方案，建议原有工艺介质循环水冷却器仍保留，在循环水冷却器后再增加一组冷媒水冷却器(如图4)，可最大限度发挥低温冷媒水的强冷的功效，同时还可节约冷媒水的用量，将富余的冷媒水用于其它需求装置如催化、I气分。 图4 换热流程改进图 目前II气分装置仅投用了E307/4冷媒水，且溴化锂制冷的冷媒水大部分投用在该换热器上，而丙烯冷却效果十分有限，说明换热流程不合理，若按上述改进换热流程，会更有利于丙烯塔
14、的分离操作。 （3）推广应用于其它炼油装置 对于炼厂为提高分离效果而需要低温的冷却介质的装置，如催化和重整装置都可以使用冷媒水强化冷却能力[2,5]。表4以催化装置和焦化装置干气中C3＋平均组分来看：在C3＋组分含量相近的情况下，催化干气C3＋组分以经济价值高的丙烯和丁烯为主，而焦化装置以丙烷为主，且催化干气C3＋组分比焦化干气重，更易吸收，降低干气中C3＋组分含量效果会更好；且其C3＋组分也有进一步降低空间。因此将冷媒水引用到催化装置，可获得更多的丙烯和丁烯等稀缺资源。 表4 催化和焦化干气中主要组成对比，%(v/v) 催化装置 焦化装置 C3H8 0.32 2.24
15、 C3H6 1.41 1.07 C4H10 0.94 0.25 C4H8 1.03 0.12 C5H10 0.05 0 C6组分 0.08 0 C3＋组分 3.91 3.68 6 结论 通过引入溴化锂制冷技术，将低温热富余热源制取的冷媒水，可增加了低温热系统的操作弹性，提高了能源的利用率。高温季节在焦化装置吸收稳定系统使用冷媒水能够有效降低焦化干气中C3＋组分含量，提高液化气收率，减轻了企业干气平衡的压力；运用在气分装置可改善丙烯塔操作，有利于提高精丙烯收率。为企业整体增效93.3×104￥RMB。通过进一步优化低温热系统操作，改进工艺介质冷却流程，将冷媒
16、水推广应用于催化等炼油工艺装置，可为企业带来更大的经济效益。 参考文献 [1] 王瑞群. 炼油装置低温热利用节能改造[J]. 中外能源, 2009，14 (7)：93～95. [2] 王士永. 应用溴化锂制冷技术回收炼油厂低品位热能[J].石油炼制与化工, 2007，38 (3)：57～61. [3] 陈清林等. 某延迟焦化装置用能分析及改进[J]. 炼油技术与工程, 2003，33 (8)：58～60. [4] 仵浩, 华贲, 王春花. 石化企业低温热利用[J]. 计算机与应用化学，2007，24(10)：1355～1358. [5] 宫超. 优化催化裂化装置吸收稳定系统回收干气中的丙烯[J]. 炼油技术与工程, 2007，37 (6)：22～27. 作者简介：李平阳，工程师，1990年毕业于广东石化专科学校，现任中国石化九江分公司焦化车间主任。 联系电话：13807929771/0792-8495600
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