[科普中國]-低溫?zé)峄厥?

低溫?zé)峄厥帐菍ζ肺惠^低的熱能（一般溫度低于200℃）進(jìn)行回收利用，供給至其他用能單元，為工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

概念低溫?zé)峄厥占夹g(shù)在煉油廠中主要包括加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)水熱媒技術(shù)、熱水伴熱技術(shù)、省煤器技術(shù)和四合一爐余熱回收技術(shù)等。熱水伴熱是以熱水為伴熱介質(zhì)，較蒸汽伴熱而言運(yùn)行平穩(wěn)，且易于操作，可有效減少伴熱系統(tǒng)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，減少氣蝕和管線沖刷，節(jié)約維修成本。使熱源介質(zhì)溫度得到有效控制，防止輸送介質(zhì)變質(zhì)。

煉油廠低溫?zé)峄厥绽玫耐緩郊凹夹g(shù)在煉油廠工藝裝置換熱流程進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整后，仍然有不少低溫位余熱(70～150℃)被冷卻排掉。從系統(tǒng)和全廠來看，這些余熱可能是有用的資源，可將其提供給許多需要低溫?zé)岬挠脩?，以代替蒸汽或其它高品位能源。在?jié)能工作不斷深入，欲降低裝置及全廠能耗，低溫?zé)岬幕厥绽檬潜夭豢缮俚?，但由于低溫?zé)釡囟鹊?，客觀上存在著回收技術(shù)難度大、經(jīng)濟(jì)效益不高等問題。低溫?zé)岬幕厥绽?，需要在全廠建立配套的回收系統(tǒng)，通過一種載能工質(zhì)(通常為水)把熱從裝置取出。為保證裝置操作的安全可靠，可考慮恒定取熱方式，通過在回收系統(tǒng)設(shè)置冷卻器等手段來調(diào)節(jié)用熱負(fù)荷的波動。

裝置低溫?zé)岬睦眉词菍⒀b置中不能利用的低溫?zé)峒衅饋斫y(tǒng)一使用?；厥盏臒崃看蠖嗍强諝饫鋮s和水冷卻的高溫位部分，許多又是冷凝相變的部分，這就要求在裝置回收低溫?zé)釙r，充分考慮系統(tǒng)的安全性和操作的可靠性。通常有如下做法：一是為解決各裝置開停工不同步的問題，可保留已經(jīng)存在的冷卻系統(tǒng)，一旦上游裝置發(fā)生故障時，能及時切換過去，以保證正常操作。二是采用可靠的換熱設(shè)備，防止工藝物流泄漏，如采用U型管換熱器等。為保證進(jìn)裝置熱水溫度恒定，在熱水站應(yīng)設(shè)冷卻和加熱系統(tǒng)。

直接作一般加熱用熱源根據(jù)低溫?zé)峄厥盏臏匚?，選擇適宜的用戶，不僅改變了用戶原使用高、中溫?zé)嵩磿r所造成的過大能量傳遞損失，而且把高、中溫?zé)嵩错斕嫦聛?，這是低溫?zé)崂弥凶罹呶Φ姆桨?

（1）加熱裝置低溫物流

利用低溫?zé)崛〈a(chǎn)中使用的高、中溫位熱源，不僅可直接減少生產(chǎn)能耗，而且由于生產(chǎn)用熱大多屬連續(xù)、負(fù)荷穩(wěn)定的情況，節(jié)能幅度大、效益高，因此在安排低溫?zé)岱桨笗r，應(yīng)優(yōu)先考慮。這類用熱有：①氣體分餾、MTBE等加工裝置原料及塔底重沸器加熱;②催化劑廠洗滌水加熱;③動力系統(tǒng)補(bǔ)充化學(xué)水、新鮮水加熱;④油罐加熱等。

（2）加熱生活用水

隨著勞保福利設(shè)施的不斷完善，生活用能也相應(yīng)增加。此外，隨著企業(yè)的發(fā)展，辦公樓、教育培訓(xùn)系統(tǒng)、科研設(shè)計院所用能也不斷增加，這部分能耗影響到全廠綜合能耗。如果以低溫?zé)崛〈鲜鲇媚?，不僅可降低全廠綜合能耗，用低溫?zé)崴嬲羝怪苯由a(chǎn)能耗也得以下降。這類用熱一般分為兩類：①用于廠區(qū)辦公和生活采暖。這種用熱雖為季節(jié)性使用，但由于用汽采暖往往超過國家采暖標(biāo)準(zhǔn)，且使用中存在許多浪費(fèi)現(xiàn)象，因此效益還是相當(dāng)可觀的；②加熱生活用水。這種用熱一方面提高了職工生活水平，另一方面節(jié)省了業(yè)已存在的需用液化石油氣熱水器加熱的洗澡、洗菜等熱水，減少了液化石油氣的使用。這種用熱的特點(diǎn)為一年四季均需要，但用熱負(fù)荷隨晝夜變化而變化。因此在制定方案時，應(yīng)考慮用熱量減少時，如何保持系統(tǒng)平衡，取出熱量。

升級利用低溫?zé)嵩趦?yōu)先用于連續(xù)、穩(wěn)定的熱負(fù)荷用戶之后，就應(yīng)考慮其過剩部分的升級利用。

（1）熱泵

利用熱泵技術(shù)提高物流的溫度，使物流再用于生產(chǎn)過程，是一種有效利用低溫?zé)崮艿募夹g(shù)手段。熱泵分為壓縮式和吸收式兩類。許多石油化工裝置已成功地使用了壓縮式熱泵，取得了較好的節(jié)能效果。熱泵一般用于需用熱量溫度與低溫?zé)嵛锪鳒囟炔顒e不大的場合。過大的溫差將不經(jīng)濟(jì)，制定方案時要慎重。

壓縮式熱泵在氣體分餾裝置應(yīng)用較為普遍，用少量高質(zhì)量電能代替原加熱介質(zhì)如蒸汽起到較為明顯的節(jié)能作用。但隨著低溫?zé)崂梅桨傅膬?yōu)化，采用低溫?zé)崴嬲羝魉字胤衅鳠嵩?，比壓縮式熱泵方案更為經(jīng)濟(jì)。

（2）制冷

低溫?zé)嶂评渲饕俏帐街评洹Ｕ羝寤囄罩评湟训玫狡毡閼?yīng)用，用低溫?zé)岽嬲羝麩嵩吹陌蔽罩评湟惨淹度牍I(yè)應(yīng)用。許多石油化工廠在節(jié)能改造和節(jié)能規(guī)劃中考慮了采用低溫?zé)徜寤囄罩评涞姆桨?。低溫?zé)嶂评涞挠猛居袃煞N。一是用于生產(chǎn)。在南方炎熱的夏季，氣溫和循環(huán)水溫度較高，產(chǎn)品的冷卻溫度難以滿足要求，致使產(chǎn)品收率下降，損失增大。解決催化裂化吸收穩(wěn)定“干氣不干”的狀況，除從工藝上改進(jìn)外，利用低溫?zé)嶂迫?～10℃冷凍水進(jìn)一步冷卻，也可使問題得到改善。例如，某煉油廠1983年就以催化裂化穩(wěn)定汽油余熱和系統(tǒng)乏汽為熱源，在催化裂化裝置的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)投用三臺溴化鋰吸收制冷機(jī)，改善了吸收穩(wěn)定操作，半年就增加液化石油氣產(chǎn)量14kt。1999年投產(chǎn)的某廠重油催化裂化裝置采用溴化鋰吸收制冷機(jī)制取7～12℃冷凍水，降低吸收劑溫度，提高了液化石油氣收率。實(shí)踐證明該制冷設(shè)施運(yùn)行平穩(wěn)，操作可靠，效果明顯，不失為吸收穩(wěn)定操作解決瓶頸的一種新方法。二是用于辦公和生活空調(diào)，減少電的消耗。氨吸收制冷與溴化鋰吸收制冷原理相同。工質(zhì)由溴化鋰水溶液變?yōu)榘彼芤海蔽罩评錅囟瓤蛇_(dá)-20～-40℃，可用于酮苯脫蠟裝置的冷凍系統(tǒng)，使電耗大為下降。國內(nèi)很早就有冷榨脫蠟裝置用氨吸收制冷的先例;氨吸收制冷在化肥、化工行業(yè)應(yīng)用較為普遍。對氨吸收制冷的驅(qū)動能源的選擇十分關(guān)鍵，如采用乏汽和低溫?zé)?，投資回收期約3a。

（3）發(fā)電

在大量過剩的低溫?zé)犭y以找到適宜的同級利用方案時，采用發(fā)電是一種適宜的途徑。單純采用低溫?zé)岚l(fā)電方案，投資大，發(fā)電效率低、投資回收期長，因此與生產(chǎn)供熱、供冷結(jié)合起來，根據(jù)溫位不同等安排不同用途，形成整體優(yōu)化方案，是廣為采用的一項低溫?zé)峄厥绽玫姆椒?。國?nèi)早在20世紀(jì)70年代末就開始了采用水或低沸點(diǎn)有機(jī)物工質(zhì)的低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用工作，其中以水為工質(zhì)的發(fā)電-供熱機(jī)組1983年在某煉油廠投產(chǎn)以來，一直運(yùn)行正常。它以除鹽水作工質(zhì)，回收催化裂化和焦化兩套裝置8處低溫?zé)崃靠傆?3MW，水由44.5℃上升到124.2℃，經(jīng)二次擴(kuò)容、二級閃蒸后的蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)背壓發(fā)電約2MW，擴(kuò)容后的75℃熱水向全廠供熱10MW，系統(tǒng)綜合效率達(dá)到了32.84%，綜合發(fā)電效率為7.5%，按當(dāng)時價格計算，工程總投資368×104RMB，每年凈效益151.4×104RMB。1989年洛陽石油化工工程公司在對某煉油廠進(jìn)行“八五”節(jié)能規(guī)劃時，提出了在1983年建立的低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大低溫?zé)嵩?，?shí)現(xiàn)供熱-發(fā)電-制冷的聯(lián)合方案。該方案的實(shí)施只增加投資1100×104RMB，使全廠能耗下降251.2MJ/t，投資回收期只1.62a，克服了單純低溫?zé)岚l(fā)電投資高、回收期長的缺點(diǎn)。1998年投產(chǎn)的某石化總廠催化裂化裝置，設(shè)置了低溫?zé)犭娬荆厥昭b置低溫?zé)?8MW，夏季發(fā)電3MW，冬季供熱3.5MW后，多余熱量發(fā)電1.9～2.5MW，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益

（4）變熱器

吸收式變熱器是國外近年發(fā)展的一種低溫?zé)峄厥绽眉夹g(shù)。通過變熱器將低溫?zé)?如90℃熱水)轉(zhuǎn)化為兩部分，一部分轉(zhuǎn)化為較高溫位的熱量，用作加熱熱源;一部分降質(zhì)為廢棄的低溫?zé)崃浚ㄟ^冷卻排棄。我國已將變熱器技術(shù)列入高科技研究項目，研究的焦點(diǎn)是選用合適的工質(zhì)，其難點(diǎn)是制取200℃左右的熱量。普遍認(rèn)為以含TFE(2，2，2-三氟乙醇)的混合物作為工質(zhì)較適宜。制取150℃熱量的變熱器在吸收制冷技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)即可實(shí)現(xiàn)。石化企業(yè)已開展了變熱器的工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，低溫?zé)崴疁囟忍岣?0～40℃，取得了滿意效果。

研究結(jié)論低溫?zé)峄厥绽檬沁M(jìn)一步深化節(jié)能的一個重要方面，已從用于局部生產(chǎn)裝置用能優(yōu)化擴(kuò)大到用于全廠用能優(yōu)化，使原來廢棄不用且花費(fèi)代價冷卻的能量發(fā)揮了作用。低溫?zé)峄厥绽玫那熬笆菑V闊的，其節(jié)能效果是顯著的。

（1）挖掘低溫?zé)嵩?，重點(diǎn)做好生產(chǎn)裝置80℃以上冷卻物流熱量的回收。生產(chǎn)裝置要考慮取熱工程的切實(shí)可行并確保安全可靠。

（2）尋找合適用戶。低溫?zé)嵊脩舾鲝S情況差異很大，要因地制宜。一些廠用戶很多，低溫?zé)嵊昧亢艽螅厥盏臒崃吭谟脽岣叻迤谌詽M足不了用戶需要；一些廠則相反，低溫?zé)岫?，用戶少，這就要開發(fā)升級利用途徑。

（3）制定可行方案。一般有三種方案：純供熱型；供熱-制冷聯(lián)合型和供熱-制冷-發(fā)電型。

（4）開發(fā)低溫?zé)嵘壚玫男录夹g(shù)，如開發(fā)吸收式變熱器技術(shù)，提高溫位，便于利用。1

催化裂化裝置低溫?zé)峄厥绽玫膬?yōu)化方案在石油煉制行業(yè)中，催化裂化是極為重要的二次加工過程。催化裂化是以渣油、蠟油等重質(zhì)餾分油為原料，在一定溫度和催化劑的作用下，生產(chǎn)汽油、柴油、液化氣等產(chǎn)品的過程。催化裂化裝置的用能水平對煉油工業(yè)生產(chǎn)能耗及經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。催化裂化的用能過程是不可逆的，輸入能量中的一部分以反應(yīng)熱形式進(jìn)入產(chǎn)品，大部分能量則轉(zhuǎn)化為高于環(huán)境溫度的低溫?zé)崮?，這兩部分能量構(gòu)成了催化裂化裝置的能耗。

降低催化裂化裝置能耗主要有以下幾方面：降低總輸入能、提高轉(zhuǎn)化率和利用低溫?zé)帷Ｑ芯恐饕鶕?jù)1套新建的50萬t/a催化裂化裝置的設(shè)計方案，提出裝置低溫?zé)峄厥绽玫膬?yōu)化流程，減少設(shè)備投資，降低裝置能耗。根據(jù)丙烯產(chǎn)品的市場需求及全廠總加工流程的安排，本套裝置采用回?zé)捇旌咸妓牡姆绞教岣弑┊a(chǎn)率。該裝置加工的重質(zhì)原料為50萬t/a的大慶混合常渣，回?zé)挼幕旌咸妓陌ㄗ援a(chǎn)碳四組分和裝置外購混合碳四組分，共計35萬t/a。由于回?zé)捇旌咸妓慕M分與重質(zhì)原料油的比例高達(dá)70%，受此影響，裝置內(nèi)反應(yīng)油氣中C5以下的液化氣組分較多，低溫位熱量比常規(guī)催化裂化裝置大很多，而且其配套氣分裝置規(guī)模較大，達(dá)到45萬t/a，相應(yīng)的其低溫位熱量需求也較大。

常規(guī)的低溫?zé)峄厥绽弥赜痛呋鸦b置在反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的熱，這些熱量進(jìn)入各個產(chǎn)品或中間物流中，在產(chǎn)品輸出前或中間物流循環(huán)利用過程中，均需將其冷卻降溫，因此這部分熱量需要取出并加以利用。由于中段回流油及油漿的抽出位置在分餾塔的中部和下部，屬于高溫位熱源，熱量利用情況相對固定，因此不對其進(jìn)行討論。常規(guī)的低溫?zé)峄厥绽弥饕幸韵聨追N：

（1）頂循環(huán)油。頂循環(huán)油的熱量利用主要依賴于外部環(huán)境，一般用途是給本裝置原料油換熱或作為其他裝置、單元的加熱介質(zhì)，然后與熱水換熱后返回分餾塔。

（2）輕柴油。輕柴油的抽出位置在分餾塔中部，油品溫位相對較高，這部分熱量的利用較為容易。常規(guī)的換熱流程為:輕柴油自輕柴油汽提塔抽出后，先加熱原料油至100～140℃，然后將再吸收塔底的富吸收油加熱至80～120℃后返回分餾塔，剩余的熱量與熱水換熱。

（3）汽油。穩(wěn)定汽油自穩(wěn)定塔底抽出后，一般先給穩(wěn)定塔進(jìn)料換熱，然后給解吸塔進(jìn)料或其他需加熱介質(zhì)做熱源，最后與熱水換熱。

（4）分餾塔塔頂油氣。分餾塔塔頂油氣的常規(guī)流程是先給熱水換熱，再經(jīng)空冷器或水冷器降溫。分餾塔塔頂油氣的熱量一直是催化裂化裝置中低溫位熱量比例最大的部分，尤其對于多產(chǎn)丙烯等低碳烯烴的催化裂化裝置而言，這部分熱量的比例更是可觀，因此分餾塔頂部熱量能否充分利用成為裝置低溫?zé)崃炕蛘w熱量回收利用的關(guān)鍵。

優(yōu)化的低溫?zé)峄厥绽帽咎籽b置為多產(chǎn)丙烯的催化裂化裝置，回?zé)捇旌咸妓慕M分與重質(zhì)原料油的比例高達(dá)70%，因此裝置內(nèi)反應(yīng)油氣中C5以下的液化氣組分較多，由此產(chǎn)生的低溫?zé)嵋草^為可觀。但本裝置反應(yīng)部分的操作壓力較低(0.14MPa，表壓)，低溫?zé)嵛锪鳒匚幌鄳?yīng)較低，并且配套氣分裝置規(guī)模較大，相應(yīng)低溫?zé)崛笨谳^大，因此，綜合考慮以上因素，本方案盡量減少頂循環(huán)油、輕柴油、穩(wěn)定汽油與工藝物流的換熱，將更多的熱量直接傳遞給熱水，簡化低溫位物流換熱流程。

（1）頂循環(huán)油

本裝置的頂循環(huán)油所帶熱量約為2.75MW，按照常規(guī)用途，頂循環(huán)油可以與下游氣分裝置熱聯(lián)合，用作溫位較高的脫丙烷塔塔底重沸器的熱源。由于本裝置配套的氣分裝置規(guī)模較大，脫丙烷塔塔底重沸器負(fù)荷為6.43MW，若采用頂循環(huán)油作熱源，則需額外增加1臺重沸器才能滿足要求，不僅增加設(shè)備投資，也增加操作難度，不利于平穩(wěn)調(diào)節(jié)。因此本裝置頂循環(huán)油只與熱水換熱，而氣分裝置的脫丙烷塔僅設(shè)置1臺由低壓蒸汽作熱源的重沸器，簡化了裝置的換熱流程。優(yōu)化前后的頂循環(huán)油換熱工藝流程對比見圖1。

（2）輕柴油

原料油進(jìn)裝置的溫度為120℃，因此本裝置取消了輕柴油－原料油換熱器。來自再吸收塔底的富吸收油不與輕柴油換熱，而是接至特殊設(shè)計的分配器直接返回油氣接觸效率高的填料分餾塔，這樣裝置取消了輕柴油－富吸收油換熱器。根據(jù)全廠總加工流程的安排，出裝置輕柴油為熱出料，因此本裝置可考慮只設(shè)置輕柴油－熱水換熱器，如圖2所示，不僅簡化了操作流程，也降低了設(shè)備投資。

（3）汽油

穩(wěn)定汽油的換熱流程對其低溫位熱量的回收利用率影響不大，與常規(guī)的換熱流程相比，回?zé)扖4先由熱水換熱汽化，所以穩(wěn)定汽油用于氣體回?zé)扖4的過熱，見圖3。根據(jù)全廠總加工流程的安排，本裝置的汽油產(chǎn)品同樣為熱出料。

優(yōu)化效果分析為了說明裝置內(nèi)低溫?zé)崃炕厥绽玫膬?yōu)化效果，將常規(guī)與優(yōu)化方案的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

從換熱流程優(yōu)化前后的對比數(shù)據(jù)可見:優(yōu)化后換熱流程的低溫?zé)岫嗷厥?.14MW。從全廠熱量衡算看，優(yōu)化流程換熱的熱水出口溫度比常規(guī)流程低3.8℃，相應(yīng)熱量約3.1MW，所以綜合考慮，優(yōu)化的換熱流程比常規(guī)流程多回收熱量1.04MW，該部分熱量若考慮蒸汽替代時，全廠可節(jié)省蒸汽1.78t/h，折合節(jié)省裝置能耗(標(biāo)油)約2.3kg/t。優(yōu)化后換熱流程的冷換設(shè)備減少3個臺位，相應(yīng)的設(shè)備、管線、儀表和閥門等投資費(fèi)用可節(jié)省約100萬元；同時換熱流程簡化，操作和日常維護(hù)簡單，降低了操作成本和勞動強(qiáng)度，為裝置安全長周期運(yùn)行創(chuàng)造了條件。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)