芳烃联合装置热水发电技术分析

赵初禹，孙雪冬，凌晓东

(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

近年来，国内市场对对二甲苯(PX)的大量需求[1-2]导致芳烃联合装置在国内掀起了新一轮建设的高潮。传统的芳烃联合装置大量低温物料余热通过空冷的方式释放，未得到合理利用，造成热量的巨大浪费，导致芳烃联合装置的能耗很高，增加了PX的产品的单位能耗。低温物料余热是指温度低于200 ℃，品位相对较低，一般很难利用的热能。芳烃联合装置中低温物料余热主要存在塔顶至回流罐和产品线，包括歧化汽提塔顶、脱庚烷塔顶、成品塔顶、歧化反应产物、对二甲苯产品和重整油塔顶、重芳烃塔顶和甲苯塔顶等位置。

目前的处理方式使用空冷冷却到合适的工艺要求温度，不仅造成能量的巨大浪费，同时造成电能的用量增大，导致公用工程用量和成本增加，降低了对二甲苯产品的市场竞争力。因此，如何合理利用低温物料余热[3-4]，减少能耗，降低操作成本，是增加芳烃联合装置效益的关键。

从热利用效率来看，低温物料直接用作加热热源是最高效的利用方式。但在芳烃联合装置中，低温热是富余的。低温物料的余热品位低，只有生产热水(50～120 ℃)比较可行。随着节能要求的提高以及低温热水有机朗肯循环(ORC)发电技术的发展利用[5-7]，低温物料余热利用已经成为节能措施。

本文以重整生成油为原料，以吸附法技术生产100万吨/年规模对二甲苯的芳烃联合装置为例，分析ORC发电技术的应用，并采用能耗和价格的计算方法对低温物料余热发电技术进行评价，并对ORC发电技术利用的前景进行了展望。

1 热水取热位置及数量

本文中生产的热水温度区间为70～120 ℃(120 ℃出水，70 ℃进水)，从生产热水的温位和产生的热水数量考虑，理论上重整油分离塔塔顶(空冷前125 ℃，空冷后84 ℃)、异构化反应物(空冷前156 ℃，空冷后43 ℃)、歧化反应产物(空冷前136 ℃，空冷后43 ℃)、PX产品线(空冷前155 ℃，空冷后56 ℃)、抽余液塔塔顶(空冷前165 ℃，空冷后130 ℃)、成品塔塔顶(空冷前132 ℃，空冷后71 ℃)、等位置都可用于取热水。

溶剂回收塔塔顶(空冷前69 ℃，空冷后40 ℃)、非芳回收塔塔顶(空冷前96 ℃，空冷后48 ℃)、歧化稳定塔塔顶(空冷前88 ℃，空冷后73 ℃)、甲苯塔塔顶(空冷前190 ℃，空冷后173 ℃)、苯塔塔顶(空冷前98 ℃，空冷后75 ℃)、重芳烃塔顶(空冷前189 ℃，空冷后176 ℃)、重芳烃产品线(空冷前257 ℃，空冷后34 ℃)、抽出液塔塔顶(空冷前156 ℃，空冷后140 ℃)等位置由于温位还有产生热水数量较少的原因都不适合用于取热水。

表1 热水取热位置一览表

经过计算可以产生70 ℃～120 ℃的热水1766吨/小时。ORC热水发电系统中热水循环流程如图1所示。

图1 热水循环系统流程

从ORC发电机组出来的70 ℃热水先进入70 ℃热水储罐，由泵将70 ℃热水输送到各个取热位置的换热器，经过与物料换热产生120 ℃热水，然后汇集到120 ℃热水储罐。120 ℃热水经输送泵送至ORC发电机组进行发电后产生70 ℃热水，然后进行下一个循环。

2 ORC发电流程

图2 ORC发电系统流程

ORC热水发电基本流程如图2所示。将120 ℃热水引入蒸发器，与蒸发器中流动的有机工质换热，有机工质通过蒸发器后，变成具有一定过热度的有机蒸汽；该蒸汽进入ORC发电机组，驱动透平机，输出电能；做完功后的有机工质乏汽，进入冷凝器被循环水冷凝成液态，进入储液罐；通过工质泵，再将液态有机工质驱动进入蒸发器内与热水换热，依次循环。通过蒸发器的热水进入预热器，与液态有机工质换热后变为70 ℃热水，去物料余热换热系统进行换热。

3 能耗及效益计算

根据计算，需要3台ORC发电机组，共产生电能3950 kW/h，按照操作时间8400 h/年计算，每年可发电3.32×107kW/h。从经济效益计算：按照0.60元/kWh计算，每年可产生经济效益1990万元。从能耗计算：每年可减少能耗7.3×106kg标油。

ORC发电系统及热水换热系统的设备数量及需求见表2。

表2 ORC发电系统费用明细表

根据表2的数据，ORC发电系统的总投资是7300万元，投资回报周期是3.67年。

4 ORC应用展望

经过新一轮的PX装置建设高潮，国内PX产能趋向饱和，而各家专利商的生产工艺技术也已经相当完善，能量的利用也已经基本降低到极限值。因此，降低能耗就成为芳烃联合装置市场竞争力的主要因素。而ORC发电技术利用低温物料余热回收电能，从而降低装置能耗，增加电能收益，使芳烃联合装置的效益进一步提高。随着政策对节能环保要求进一步趋严， ORC发电技术有望成为低温热利用的主要手段。