案例3低溫甲醇洗甲醇蒸汽ORC余熱發(fā)電項目主要完成單位：河南心連心化學(xué)工業(yè)集團股份有限公司主要完成人員：王琦、田向杰、趙金海、郭彭亮、楊悅敬、孟雪、馬軍志甲醇是重要的能源來源，也是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域的重要化工原料。在甲醇生產(chǎn)、蒸餾與工業(yè)加熱過程中會產(chǎn)生一定量的甲醇蒸汽，且通常會產(chǎn)生大量的余熱，降低了工業(yè)生產(chǎn)過程中的能源、資源利用效率，增加了溫室氣體排放與經(jīng)濟成本。一、項目背景我國是全球最大的甲醇生產(chǎn)和消費國，但現(xiàn)有生產(chǎn)制備工藝普遍能耗高、碳排放強度大，并且會釋放大量余熱。因此，促進甲醇化工設(shè)備的廢熱回收和再循環(huán)，既有助于節(jié)約能源，還能夠?qū)U熱轉(zhuǎn)化成有用的“新型能源”，保持系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長期運轉(zhuǎn)。以低溫甲醇洗熱再生塔（T1604）為例，塔頂出口蒸汽溫度93℃，壓力0.22MPa，主要成分為甲醇，含有H2S、CO2等雜質(zhì)，處理處置成本顯著且能源浪費明顯。由于其溫度低、壓力低、所處位置等因素，甲醇洗酸性氣不具備熱交換、熱泵和余熱制冷等方案的利用條件，同時國內(nèi)通常采用的低溫冷凝方式不能有效地回收利用熱量。因此，為實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗，降低產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭力，研究甲醇洗熱再生塔頂蒸汽熱量的利用具有現(xiàn)實意義。圖SEQ圖\*ARABIC10甲醇余熱發(fā)電裝置河南心連心化工集團有限責任公司開展低溫甲醇洗甲醇蒸汽ORC余熱發(fā)電項目，采用了熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，運用有機朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)利用熱源產(chǎn)生動力和對外輸出電能。項目在甲醇洗熱再生塔塔頂甲醇混合蒸汽出口進熱再生塔頂冷凝器管路上引出一支路，使塔頂甲醇蒸汽進入ORC發(fā)電機組的蒸發(fā)器中，蒸發(fā)器中的液態(tài)有機工質(zhì)通過吸收甲醇蒸汽的熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)工質(zhì)，氣態(tài)工質(zhì)進入螺桿膨脹機（或透平機）后進行膨脹做功，進而帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)做功，實現(xiàn)電能輸出。做功后的氣態(tài)低溫低壓工質(zhì)，排出膨脹機進入冷凝器，經(jīng)冷凝成為液態(tài)，通過工質(zhì)泵增壓后再次進入蒸發(fā)器，如此往復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)從甲醇蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)膨脹機機組膨脹發(fā)電后的甲醇蒸汽降溫后供后續(xù)工藝使用。圖SEQ圖\*ARABIC11心連心甲醇余熱發(fā)電項目示意圖二、創(chuàng)新點及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點1：開發(fā)低溫熱源應(yīng)用技術(shù)傳統(tǒng)上，蒸汽發(fā)電一般需要較高的溫度和壓力條件（中溫中壓及以上通常需要溫度高于150℃、壓力大于50個大氣壓），以93℃為代表的常規(guī)甲醇生產(chǎn)設(shè)備的低溫熱源難以被有效利用。針對上述問題，項目利用ORC技術(shù)完成低于100℃的低溫熱源余熱應(yīng)用，驗證了低溫熱源采用ORC發(fā)電的可行性，實現(xiàn)了能源利用效率的提高、能源利用范圍的拓展、環(huán)境污染的減少、能源資源的節(jié)約以及能源成本的降低等突破。低溫甲醇洗滌的基本思想是在不同溫度和壓力下，通過不同種類的甲醇對不同種類氣體的吸附能力不同，對轉(zhuǎn)換工段的氣體進行純化，并通過減壓、氣提和加熱脫附，將富甲醇徹底地轉(zhuǎn)化為貧甲醇，從而達到循環(huán)使用的目的。項目利用液氮洗送糠醇的低溫富氫氣體，通過與甲醇洗進酸性氣分離罐酸性氣換熱，將酸性氣中夾帶的甲醇氣冷凝，而不影響去硫回收的酸性氣，達到回收甲醇的目的。圖SEQ圖\*ARABIC12ORC低溫余熱發(fā)電透平膨脹機系統(tǒng)示意圖創(chuàng)新點2：突破酸性環(huán)境應(yīng)用的技術(shù)壁壘傳統(tǒng)余熱利用項目通常采用水或水蒸氣作為回收廢熱的熱源，并且由于酸性環(huán)境對于材料選擇、熱交換器設(shè)計、設(shè)備穩(wěn)定安全水平與廢熱回收效率的客觀限制，酸性環(huán)境對熱源利用提出了更高要求。針對上述問題，項目完成了ORC技術(shù)在甲醇洗酸性氣熱量回收上的應(yīng)用，利用系統(tǒng)冷量，將酸性氣體中的甲醇由3%降至1100ppm以下，減少甲醇消耗，降低系統(tǒng)運行成本，同時打破了行業(yè)上采用水或水蒸氣作為直接熱源的禁錮，為園區(qū)其他物質(zhì)成分的低溫熱源的利用提供了參考方向。圖SEQ圖\*ARABIC13項目改造后酸性氣流程圖創(chuàng)新點3：利用智能操作技術(shù)增加綜合性能甲醇生產(chǎn)設(shè)備與系統(tǒng)通常是在24小時連續(xù)運行的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中持續(xù)運行，人為操作不當可能引起系統(tǒng)故障、能耗增加或停機時間，同時帶來安全隱患。針對上述問題，項目實現(xiàn)ORC系統(tǒng)一鍵式啟停、全自動化操作與設(shè)置安全連鎖，無需人員長時間監(jiān)控和操作ORC系統(tǒng)，確保系統(tǒng)在各種工況下按照設(shè)定的程序運行，解決了安全性、人力成本、運行穩(wěn)定性和系統(tǒng)效率等方面的現(xiàn)實問題，提高了設(shè)備運行的安全性、穩(wěn)定性和效率，促進了生產(chǎn)過程的自動化和智能化。三、經(jīng)驗總結(jié)與推廣價值項目利用甲醇蒸汽冷凝熱配套ORC膨脹發(fā)電機，采用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)能量回收利用，填補了甲醇洗酸性氣熱量回收利用技術(shù)的空白。項目創(chuàng)造的直接經(jīng)濟效益顯著。項目投運后，每小時凈發(fā)電約230度，年運行8000h，依據(jù)電價0.7元/度計算，年發(fā)電直接經(jīng)濟效益約為128.8萬元。同時，項目除直接經(jīng)濟收益外還能創(chuàng)造諸多間接效益。一方面使得酸性氣溫度由93℃降至82℃，減輕了后續(xù)循環(huán)水冷卻器的負荷，為酸性氣的冷凝提供了有利基礎(chǔ)；另一方面，減少循環(huán)水的施用量，降低園區(qū)內(nèi)循環(huán)水用量的壓力，同時利用余熱發(fā)電增加資源利用效率，為園區(qū)低溫熱源的利用提供了方向。2018-2022年間甲醇產(chǎn)能維持著相對平穩(wěn)的5.32%復(fù)合增長率，在2022年