低溫甲醇洗低溫余熱回收治理小結

黃 穎，張勇海，孟 雪，何指揮，王本杰

(河南心連心化學工業集團股份有限公司， 河南新鄉 453731)

河南心連心化學工業集團股份有限公司采用新型水煤漿工藝生產技術，年產45萬t合成氨、80萬t尿素。隨著固定床工藝被逐步淘汰，園區內低溫熱源不斷增加。雖然低溫熱源品質較低，但通過部分熱量回收利用，節能效果仍十分顯著[1]。原料結構調整項目中，低溫甲醇洗熱再生塔(T1604)塔頂出口蒸汽溫度為89～93 ℃，壓力為0.22 MPa，主要成分為甲醇(含有H2S、CO2等雜質)，體積流量約為16 m3/h。此部分混合蒸汽經循環水、溴冷水、液氨多級冷凝閃蒸后得到甲醇含量極低的酸性氣，送硫回收工段進行硫黃生產。一級冷卻采用循環水直接冷卻，循環水體積流量約為650 m3/h，冷凝后的甲醇經甲醇回流泵(P1606)重新進入T1604。冷卻過程消耗大量的公用工程，浪費大量的熱能[2]。本改造利用甲醇蒸汽冷凝熱配套有機朗肯循環(ORC)膨脹發電機，把熱能轉化為電能，實現能量的回收利用。

1 ORC膨脹發電技術

ORC膨脹發電技術工作原理為：液態有機工質在蒸發器中吸收熱量蒸發為高溫高壓蒸汽，推動ORC膨脹機做功，驅動發電機發電；壓力降低的氣態工質在冷凝器中冷凝成液態，通過工質泵升壓后進入蒸發器中吸熱，完成一個ORC循環[3]。該技術是利用熱源與冷卻介質的溫差，將熱能轉化為電能或機械能。0.10 MPa以上水蒸氣、75 ℃以上熱水或其他流體熱源、150 ℃以上煙氣等，均適用于ORC膨脹發電技術[4]。

2 改造方案

在T1604塔頂甲醇混合蒸汽出口進熱再生塔頂冷凝器(E1612)管路上引出一支路，使塔頂甲醇蒸汽進入ORC膨脹發電機組的蒸發器中，蒸發器中的液態有機工質吸收甲醇蒸汽的熱量后轉變為高溫高壓的氣態工質，氣態工質進入螺桿膨脹機(或透平機)后進行膨脹做功，進而帶動發電機旋轉，實現電能輸出。做功后的氣態低溫低壓工質，排出膨脹機進入冷凝器，經冷凝成為液態，通過工質泵增壓后再次進入蒸發器，如此往復循環，將甲醇蒸汽的熱能轉化為電能輸出。經膨脹機機組膨脹發電后的甲醇蒸汽降溫后供后續工藝使用。酸性氣流程改造前后示意圖分別見圖1和圖2。

3 存在問題

ORC機組投運后，工藝系統有以下變化。

(1) T1604出氣壓力升高，投運前為0.22 MPa左右，投運后最高達到指標上限(0.25 MPa)，一般控制在0.24 MPa左右。壓力升高導致整塔溫度略有升高，對甲醇再生有一定影響。目前主工藝系統未出現異常，需持續關注。

(2) T1604塔頂氣去硫回收工段的阻力增加，投運前為16～17 kPa，投運后達到40 kPa。塔頂酸性氣流經蒸發器，阻力降增大，需增加監控，避免影響甲醇洗送至硫回收的酸性氣量。

圖1 改造前酸性氣流程圖

圖2 改造后酸性氣流程圖

(3) 在實際運行過程中出現聯鎖跳機現象。潤滑油壓差低造成發電機組兩次跳機，廠家清理過濾器后，運行正常；電機線圈溫度高報警造成跳車，更換冷卻管路電磁閥門手閥后，運行正常。

4 經濟效益

回收利用T1604混合蒸汽，不僅減少循環水的使用量，降低園區內循環水用量的壓力，同時利用余熱發電達到資源利用最大化，提高了企業的經濟效益。

目前，低溫甲醇洗余熱發電并入電網凈電量可達185 kW·h左右，以電價為0.62元/(kW·h)計算，每年(330 d)穩定運行，可增加發電效益90.84萬元。

5 結語

隨著固定床工藝被淘汰，公司不斷優化園區生產結構，優化改造變換氣、真空閃蒸氣等多種低溫余熱氣體的廢熱利用工藝，保障系統安全穩定長周期運行。