浅析利用吸收式热泵技术回收某化工厂精丙烯环节余热

刘军 蒋执俊 谢迎春（中核坤华能源发展有限公司，浙江 杭州311113）

0 引言

丙烯精馏塔是气体分离装置中的关键塔，将丙烯和丙烷混合物分离成化学级产品[1]。丙烯精馏是气分系统中能耗最大的精馏设备，采用传统的精馏塔，能耗占到总装置能耗的70%以上[2-3]。为了降低能耗，国内外均对热泵技术在精馏塔中的应用进行了研究，在国外的一些炼厂的精馏装置中已采用了热泵精馏装置，但上述的热泵装置采用的是电动压缩式热泵[4]。采用电动压缩式热泵是需要消耗高品位的电能，而炼化厂在生产过程中本身就存在着副产的蒸汽，这些蒸汽往往作为生产用蒸汽。本文拟对某化工厂的丙烯精馏环节开展研究，拟利用原用于分馏塔的重沸器的低压蒸汽作为驱动热源，驱动溴化锂吸收式热泵从分馏塔塔顶物料提取余热用于加热物料，替代重沸器的低压蒸汽。

1 节能潜力分析

该厂精丙烯分馏塔典型流程如图1所示，以工艺蒸汽通过塔底设置的重沸器将入塔物料由40℃加热并维持至约60℃,塔顶出口物料需要通过水冷换热器和空冷器降温散热，水冷换热器及其循环冷却水承担物料基本冷却负荷，空冷器用于微调，以应对物料冷却负荷变化。

根据厂方提供的资料，精丙烯分馏塔塔顶的气相出口成品热物料流量约为145t/h，温度约为45～47℃，需要由空冷器和水冷换热器冷却降温至42℃的液相。经过初步的分析论证认为该厂精丙烯分馏塔工艺流程尚存在可观的节能潜力。通过计算，该环节散失掉的热量约17.7MW。

如果能够利用部分塔顶物料余热制备热水，用于替代部分分馏塔重沸器消耗的工艺蒸汽，或者用于供给管道及罐体伴热和厂区周边建筑采暖，则可提高该厂的综合能源利用率。

图1 精丙烯分馏装置流程

2 分馏塔塔顶物料散热的余热利用方案

文章拟利用第一类蒸汽型吸收式热泵技术，实现从精丙烯分馏塔塔顶物料余热的回收利用。该热泵利用原分馏塔塔底物料重沸器的蒸汽作为驱动热源，驱动溴化锂吸收式热泵从分馏塔塔顶的物料余热中提取热量用于替代塔底物料重沸器蒸汽。

2.1 吸收式热泵基本原理

发生器吸收高温热源（0.3MPa工艺蒸汽）的热量，生成高温浓溶液和高压水蒸汽，高温浓溶液进入吸收器；发生器生成的高压水蒸气进入冷凝器释放热量供给用户，凝结的高压液态水通过节流后变成低压的气液混合物，进入蒸发器吸收低温热源的热量，蒸发生成低压水蒸气，进入吸收器被高温浓溶液吸收，释放热量供给用户；吸收器中的稀溶液温度降低，由溶液循环泵加压输送至发生器，完成发生器和吸收器之间的溶液交换；进入发生器的低温稀溶液通过热交换器与进入吸收器的高温浓溶液换热，进而降低吸收器的冷却负荷，同时减少发生器所需耗热量。

2.2 分馏塔塔顶物料余热回收方案设计

利用吸收式热泵技术回收精丙烯分馏塔塔顶物料的余热，制备70℃/90℃的热水用于替代分馏塔重沸器消耗的工艺蒸汽，或者用于供给管道及罐体伴热和厂区周边建筑采暖。新系统流程如图2所示。

图2 新系统流程

设置一台吸收式热泵，以55.2t/h左右的工艺蒸汽(折合热量38.6MW)作为吸收式热泵的驱动热源；将空冷器出口物料引入热泵的蒸发器，提取约17.0MW的余热；吸收式热泵的总制热量约为55.6MW，将温度70℃流量1913t/h的热水加热至95℃。

通过该系统流程，可以回收精丙烯分馏塔塔顶物料余热17.0MW，如果能将之用于替代工艺蒸汽供热，则相当于可以节约工艺蒸汽24t/h。

2.3 具体的实施方式

2.3.1 建设内容

在精丙烯分馏塔附近建设余热回收机房一座，占地约6m×9m。机房内安装蒸汽型吸收式热泵一组，热泵制热水循环泵一组，热控及配电柜一套。增设热泵制热水管道，接至吸收式热泵的吸收器和冷凝器；改造将空冷器出口物料管道，接至吸收式热泵的蒸发器；改造工艺蒸汽管道，接至吸收式热泵的发生器。

2.3.2 吸收式热泵设备的选型

根据驱动蒸汽参数（55.2t/h，0.4MPa）、物料参数（145t/h，47℃/42℃）及热泵制热水参数（1913t/h，70℃/95℃），进行专用蒸汽型吸收式热泵的初步设计：

3 技术经济分析

增设AHP-56.0型吸收式热泵机组及配套设备的一类工程费用约为2340 万元；该厂精丙烯分馏工艺年生产运行时间为7200h，则每年可节约工艺主蒸汽用量17.2万吨，吸收式热泵运行新增耗电量43.2万kWh，燃煤锅炉生产工艺蒸汽价值约为55元/吨，电价按0.56元/kWh计算，则每年节约运行费用922万元；项目静态投资回收期为2.6年。

项目实施后年可节省1.77万吨标准煤，减少CO2排放量4.6万吨，减少SO2排放量424.8 公斤，减少NOx排放量123.9 公斤，减排效益明显。

4 结语

文章通过对某化工厂精丙烯环节进行分析，计算了精丙烯分馏塔塔顶物料的余热量，设计采用了吸收式热泵技术回收塔顶物料余热用于作为塔底物料的余热。方案实施后可提高该工厂的能源综合利用率，减少生产中能耗及排放，经济效益和减排效益较为明显。

该化工厂除精丙烯外有多个分馏塔，虽然每个分馏塔参数各异，但基本流程一致。每个分馏塔塔顶均有大量的余热散失到大气中，同时塔底的物料还需要加热，厂内还有多种环节均需要热源。若将这些环节的分馏塔塔顶的物料加以回收，经济和环保意义更加明显。