工业领域绿色低碳技术应用案例3 低温甲醇洗甲醇蒸汽ORC余热发电项目

案例3低温甲醇洗甲醇蒸汽ORC余热发电项目主要完成单位：河南心连心化学工业集团股份有限公司主要完成人员：王琦、田向杰、赵金海、郭彭亮、杨悦敬、孟雪、马军志甲醇是重要的能源来源，也是一种广泛应用于工业、农业、医药、化妆品等领域的重要化工原料。在甲醇生产、蒸馏与工业加热过程中会产生一定量的甲醇蒸汽，且通常会产生大量的余热，降低了工业生产过程中的能源、资源利用效率，增加了温室气体排放与经济成本。一、项目背景我国是全球最大的甲醇生产和消费国，但现有生产制备工艺普遍能耗高、碳排放强度大，并且会释放大量余热。因此，促进甲醇化工设备的废热回收和再循环，既有助于节约能源，还能够将废热转化成有用的“新型能源”，保持系统安全、稳定、长期运转。以低温甲醇洗热再生塔（T1604）为例，塔顶出口蒸汽温度93℃，压力0.22MPa，主要成分为甲醇，含有H2S、CO2等杂质，处理处置成本显著且能源浪费明显。由于其温度低、压力低、所处位置等因素，甲醇洗酸性气不具备热交换、热泵和余热制冷等方案的利用条件，同时国内通常采用的低温冷凝方式不能有效地回收利用热量。因此，为实现系统的节能降耗，降低产品的综合生产成本，提升企业的经济效益和市场竞争力，研究甲醇洗热再生塔顶蒸汽热量的利用具有现实意义。图SEQ图\*ARABIC10甲醇余热发电装置河南心连心化工集团有限责任公司开展低温甲醇洗甲醇蒸汽ORC余热发电项目，采用了热电转换技术，运用有机朗肯循环（ORC）技术利用热源产生动力和对外输出电能。项目在甲醇洗热再生塔塔顶甲醇混合蒸汽出口进热再生塔顶冷凝器管路上引出一支路，使塔顶甲醇蒸汽进入ORC发电机组的蒸发器中，蒸发器中的液态有机工质通过吸收甲醇蒸汽的热量后转变为高温高压的气态工质，气态工质进入螺杆膨胀机（或透平机）后进行膨胀做功，进而带动发电机旋转做功，实现电能输出。做功后的气态低温低压工质，排出膨胀机进入冷凝器，经冷凝成为液态，通过工质泵增压后再次进入蒸发器，如此往复循环，实现从甲醇蒸汽的热能转化为电能输出，经膨胀机机组膨胀发电后的甲醇蒸汽降温后供后续工艺使用。图SEQ图\*ARABIC11心连心甲醇余热发电项目示意图二、创新点及相关技术内容创新点1：开发低温热源应用技术传统上，蒸汽发电一般需要较高的温度和压力条件（中温中压及以上通常需要温度高于150℃、压力大于50个大气压），以93℃为代表的常规甲醇生产设备的低温热源难以被有效利用。针对上述问题，项目利用ORC技术完成低于100℃的低温热源余热应用，验证了低温热源采用ORC发电的可行性，实现了能源利用效率的提高、能源利用范围的拓展、环境污染的减少、能源资源的节约以及能源成本的降低等突破。低温甲醇洗涤的基本思想是在不同温度和压力下，通过不同种类的甲醇对不同种类气体的吸附能力不同，对转换工段的气体进行纯化，并通过减压、气提和加热脱附，将富甲醇彻底地转化为贫甲醇，从而达到循环使用的目的。项目利用液氮洗送糠醇的低温富氢气体，通过与甲醇洗进酸性气分离罐酸性气换热，将酸性气中夹带的甲醇气冷凝，而不影响去硫回收的酸性气，达到回收甲醇的目的。图SEQ图\*ARABIC12ORC低温余热发电透平膨胀机系统示意图创新点2：突破酸性环境应用的技术壁垒传统余热利用项目通常采用水或水蒸气作为回收废热的热源，并且由于酸性环境对于材料选择、热交换器设计、设备稳定安全水平与废热回收效率的客观限制，酸性环境对热源利用提出了更高要求。针对上述问题，项目完成了ORC技术在甲醇洗酸性气热量回收上的应用，利用系统冷量，将酸性气体中的甲醇由3%降至1100ppm以下，减少甲醇消耗，降低系统运行成本，同时打破了行业上采用水或水蒸气作为直接热源的禁锢，为园区其他物质成分的低温热源的利用提供了参考方向。图SEQ图\*ARABIC13项目改造后酸性气流程图创新点3：利用智能操作技术增加综合性能甲醇生产设备与系统通常是在24小时连续运行的工业生产环境中持续运行，人为操作不当可能引起系统故障、能耗增加或停机时间，同时带来安全隐患。针对上述问题，项目实现ORC系统一键式启停、全自动化操作与设置安全连锁，无需人员长时间监控和操作ORC系统，确保系统在各种工况下按照设定的程序运行，解决了安全性、人力成本、运行稳定性和系统效率等方面的现实问题，提高了设备运行的安全性、稳定性和效率，促进了生产过程的自动化和智能化。三、经验总结与推广价值项目利用甲醇蒸汽冷凝热配套ORC膨胀发电机，采用热电转换技术实现能量回收利用，填补了甲醇洗酸性气热量回收利用技术的空白。项目创造的直接经济效益显著。项目投运后，每小时净发电约230度，年运行8000h，依据电价0.7元/度计算，年发电直接经济效益约为128.8万元。同时，项目除直接经济收益外还能创造诸多间接效益。一方面使得酸性气温度由93℃降至82℃，减轻了后续循环水冷却器的负荷，为酸性气的冷凝提供了有利基础；另一方面，减少循环水的施用量，降低园区内循环水用量的压力，同时利用余热发电增加资源利用效率，为园区低温热源的利用提供了方向。2018-2022年间甲醇产能维持着相对平稳的5.32%复合增长率，在2022年