6-4有机朗肯循环发电(ORC发电)石化行业芳烃装置低温热回收ORC发电技术应用案例

石化行业：芳烃装置低温热回收ORC发电技术应用案例国家发展改革委为贯彻落实中华人民共和国节约能源法、国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知和国务院关于加快发展节能环保产业的意见规定和要求，加快节能技术进步和推广普及，引导用能单位采用先进适用的节能新技术、新装备、新工艺，促进能源资源节约集约利用，缓解资源环境压力，组织编制了国家重点节能低碳技术推广目录（2014年本，节能部分），目录涉及煤炭、电力、钢铁、有色、石油石化、化工、建材、机械、轻工、纺织、建筑、交通、通信等13个行业，共218项重点节能技术，芳烃装置低温热回收ORC发电技术位列第100项。石化行业：芳烃装置低温热回收ORC发电技术应用技术报告如下。一、技术名称：芳烃装置低温热回收发电技术二、技术所属领域及适用范围：石化行业芳烃装置低温热回收三、与该技术相关的能耗及碳排放现状芳烃联合装置中抽余液塔、抽出液塔等精馏塔在常规设计时均为常压塔，塔顶温位较低，难以回收利用。传统方法采用空冷技术进行冷却，这部分能量散失在大气中而浪费。据统计，精馏塔采用传统的空冷技术，塔顶所散失的能量约占芳烃装置总能耗的15%左右。目前该技术可实现节能量5万tce/a，CO2减排约13万t/a。四、技术内容1.技术原理该技术的芳烃联合装置中抽出液塔、抽余液塔和甲苯塔取消塔顶空冷设备，采用加压操作回收热能，塔顶蒸汽发生器发生0.45MPa蒸汽，发生的蒸汽经二甲苯塔重沸炉对流段过热后，一部分用于驱动歧化循环氢压缩机透平、除氧器除氧及管线伴热外，其余部分用于发电。成品塔、脱庚烷塔、邻二甲苯塔在常规设计时塔顶温度较低，分别为126C、124C、157C，塔顶热量通常是采用空冷进行冷却，这些低温热就散失掉了。本设计采用串联加热热水方式，产生70C/118C热水，送至装置内热水发电机组发电，热水可以循环利用。芳烃装置低温热回收发电技术，有效回收原有精馏塔塔顶空冷方式损失的热量，可实现低品位热量的全面利用。2. 关键技术(1)蒸汽发生器技术：用精馏塔顶工艺介质加热除氧水产生蒸汽；(2)蒸汽发电机技术：产生蒸汽驱动汽轮机进行发电；(3)热水换热流程技术：利用芳烃装置低温余热，采用串联加热方式产生热水；(4)热水发电机技术：ORC热水发电机组，需要膨胀机在朗肯循环中借助于有机工质实现热功转换。有机工质在蒸发器内实现由液体变为蒸汽的过程，吸收了热源的负荷，温度升高。高温蒸汽进入膨胀机后，在腔内实现膨胀，对外输出轴功率，同时工质温度、压力均下降。降温后的工质，仍是蒸汽，需要在冷凝器内实现液化，此期间对外放出热量。液化后的工质，利用液体泵升到高压，然后进入预热器，实现下一轮循环。3. 工艺流程低温热回收热水发电技术的工艺流程图如图所示。图2低温热回收热水发电技术流程图五、主要技术指标低温热回收热水发电技术：平均节电16kWh/t对二甲苯。六、技术鉴定、获奖情况及应用现状2014年5月，“PX成套技术”通过了中国石化组织的专家鉴定，PX成套技术鉴定包括芳烃装置低温热回收发电技术。该技术于2013年12月在炼化芳烃联合装置试车成功，炼化芳烃联合装置首次取消空冷，采用芳烃装置低温热回收发电技术，且投产后一直安全稳定运行。七、典型应用案例案例名称：某炼化芳烃装置低温热回收发电技术技术提供单位：中国石化某炼油化工有限公司建设规模：60万t/年对二甲苯装置。建设条件：抽余液塔操作压力（塔顶）为0.35MPa，塔顶温度201C,抽出液塔操作压力（塔顶）为0.28MPa，塔顶温度195C,成品塔、脱庚烷塔、邻二甲苯塔塔顶温度分别为126C、124C、157C。主要技改内容：以塔顶蒸发器/换热器取代空冷冷却，主要设备包括蒸汽发生器、热水换热器、蒸汽发电机、热水发电机等。节能技改投资额2.7亿元，建设期6个月。年节能量4.62万tee，碳减排量12.2万tCO2。年节能经济效益8915万元，投资回收期约3年。八、推广前景及节能减排潜力芳烃装置低温热回收发电技术可使芳烃装置取消空冷、回收低温热，回收的低温热用于产生蒸汽发电。预计未来5年，该技术在行业内推广比例将达到40%，可形成的年节能能力为46万tee，年减排能力为122万tCO2。九、结束语相对于螺杆ORC技术靠低速下气体容积变化做功不同，采用航空涡轮技术路线，利用更高转速提高单位直径涡轮的做功能力，效率更高。采用低沸点有机工质进行闭式热力循环，利用冷热源温差向外供电，将低品位热能转化为高品质电能。具体技术对比分析见下表。ORC透平膨胀机组比较ORC螺杆膨胀机组效率高：透平等熵膨胀效率8590%VS螺杆等熵膨胀效率65-75%寿命长、故障率低VS系统复杂，故障率咼撬装一体化设计，密封性好VS分体设计，机械密封容易泄漏长期运行稳定性高VS长期运行稳定性比较低运维成本低VS运维成本比较咼噪音小，占地小VS噪音大，占地大注：成熟国外品牌技术均米用透平膨胀技术，而国内多米用螺杆膨胀技术。中低品位余热发电技术之向心涡轮中低品位余能有机朗肯循环发电技术：温度高于90C的热水，热液及工艺物流温度高于200C的烟气在钢铁、石化等工业行业可回收利用的低温余热普遍存在。早在2014年，为深度挖掘节能潜力、降低单位能耗，中国石化科技部将炼厂低温余热有机工质发电技术开发”列入股份公司科技开发项目和能效倍增计划”立项开发，结合九江石化油品质量升级工程富余低温热资源，开展技术路线论证、发电装置研究及工业应用等研究工作。2014年6月总部科技部组织完成方案评审。中国石化在加快节能技术进步和推广普及，引导用能单位采用先进适用的节能新技术、新装备、新工艺，促进能源资源节约集约利用，缓解资源环境压力方面为行业贡献巨大。