工业余热的制冷应用

余热利用概况与现状

余热利用现状与回收原则

工业余热资源普遍存在，特别在石油化工、钢铁焦化、合成氨、聚酯化纤、橡胶和多晶硅等行业的生产过程中，都存在丰富的余热资源，所以充分利用余热资源是企业节能的主要内容之一。

余热资源按其温度划分可分为三类：

高温余热(温度高于500℃的余热资源)

中温余热(温度在200-500℃的余热资源)

低温余热(温度低于250℃的烟气及低于100℃的液体)

在工业领域中消耗着大量的能量，最终都以低温热水的形式排放掉。为了提高能耗的利用效率，应采取措施进行余热资源回收利用。余热回收方式各种各样，但总体分为热回收(直接利用热能)和动力回收(转变为动力或电力再用)两大类。

余热回收原则是：

1、高温烟气，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。

2、余热余能可利用来生产蒸汽或热水，以及生产动力等。

3、进行企业综合热效率及经济可行性分析。

4、应对必须回收余热的热源载体，制定利用具体管理标准。

余热用冷原则与要素

可利用余热分析(制冷)

余热行业分类

余热用冷三要素

余热用冷流程

余热利用技术应用

石油化工行业余热制冷

注：图中标红色部分为可余热利用工艺点。

蒸汽是大型炼油、石化企业各生产环节的主要能源之一，系统庞大且复杂。发展和优化蒸汽热力系统，对降低炼油、石化企业的加工成本，提高能源利用效率，增加企业经济效益，提升企业竞争力均为重要作用。

厂区供蒸汽管网一般分类如下：

1-5的蒸汽凝水系统，可被我们利用的水温一般在120~80℃。

其中炼油板块蒸汽系统损失主要由蒸汽计量损失(约占总供汽量的10%)，主干管线散热损失(约占总供汽量的4~5%)，排凝放空损失(约占总供汽量8%)3部分组成。

降低乃至杜绝放空，我们的机组也可起到一定作用，主要是可回收余热对办公楼进行改造，以及冬季用热泵升温用于仪表、电气设备及油管的维温等用途。这当中热泵的应用前景及使用机率会大于制冷机。

石化产品链--炼油

在炼油工艺中

废热来源：重油催化裂化、催化重整、蒸馏、气分、脱硫、MTBE等装置所产生的120℃左右蒸汽冷凝水。

冷水用途：通过热水型制冷机建立 10℃的冷冻水系统(用于脱丁烷塔后冷却器、脱乙烷塔后冷却器、产品冷凝器、产品后冷却器、稳定塔顶冷凝器)，进一步冷却工艺气体。

注：MTBE(甲基叔丁基醚)是理想的高辛烷值汽油添加剂，是近20年长盛不衰、销售量最大、发展最快的化学品。含10%MTBE的汽油能使燃料消耗下降7%左右。除了增加汽油含氧量外，还可以促进清洁燃烧，减少汽车有害气体排放对大气的污染。

节能分析：由于120℃左右高温蒸汽冷凝水不能直接进入锅炉水处理回用系统，成为废热，必须通过冷却系统进行降温后循环使用。应用溴化锂制冷技术回收炼油部分装置产生的蒸汽冷凝液的低品位余热，降低催化重整装置系统冷媒温度，增加冷却系统端差，提高气液分离效果。

炼油生产催化裂化装置气分工艺

炼油生产催化裂化吸收稳定工艺

炼油行业的应用说明

余热利用：工艺循环系统中的导热油，温度100℃以上。

冷水用途：工艺冷负荷的满足。

废热来源：在生产过程，导热油传导过程中存有大量余热，温度一般在100℃以上，存在利用价值，可直接作为驱动机组的热源使用。

换热管材质：根据需要采用不锈钢管、合金管等。

乙烯

原油中含有约85%的污水需降温后回灌，而在生产和生活中需要的中温热水主要依靠直接燃烧油气获得，能耗大，能效低。国内原油产量已超过2亿吨，如果陆上生产的原油按1.5亿吨计算，采油过程中将产生8.5亿吨温度约为50℃的采油污水。

乙烯、丙烯行业的应用说明

余热利用：

1、热水从90℃～100℃降至80℃，返回锅炉循环用。

2、0.1～0.3 MPa低压蒸汽。

冷水用途：工艺系统中换热器冷却，办公楼、宿舍等需大量的7℃冷水。

废热来源：在生产过程厂区回收大量的废热，其中包括0.1～0.3 MPa低压蒸汽及100℃左右热水存在利用价值。 利用荏原生产的余热利用型溴化锂吸收式冷水机组，制取冷水可分别用于满足工艺用冷及舒适性空调使用。

C4行业的应用说明

余热利用：回收工艺系统中的副产蒸汽、热水。

冷水用途：工艺用冷换热器所需大量的冷水。

C4：四个碳原子的多种烷烃、烯烃、二烯烃和炔烃的混合物。因原料来源和加工过程不同,所得C4馏分组成各异。C4馏分被称为液化石油气，是一种可燃气体，但通常是以液态贮运。

废热来源：在生产过程的工序中产生了大量的废热，存在很大利用价值。0.8MPa蒸汽。

机组形式：露天防爆，防爆等级：DⅡBT4，防护等级IP65。

石化产品链-联合芳烃

聚酯行业应用说明

行业说明：杭州华成聚脂，生产聚脂切片：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚脂产量为30万吨/年是化纤的主要原料。纤维级聚脂切片用于制造涤纶短纤维和涤纶长丝，是供给涤纶纤维企业加工纤维及相关产品的原料，涤纶作为化纤中产量最大的品种，占据着化纤行业近80%的市场份额，因此聚酯系列的市场变化和发展趋势是化纤行业关注的重点。聚酯工艺路线有直接酯化法(PTA法)和酯交换法(DMT法)。PTA法具有原料消耗低、反应时间短等优势，自80年代起己成为聚酯的主要工艺和首选技术路线。

废热来源：乙二醇分离塔产生的低压饱和蒸汽(102℃、0.012MPa、15789kg/h)。

冷水用途：纺丝送风车间等工艺需要冷水。

节能分析：方案由设计方(中国纺院)率先提出，在中国尚属首例。以前同类工艺中聚酯塔排出的低压废蒸汽的热能都不曾被利用。而且是通过增加附加设备和消耗运行费用来降温处理然后回收。此方案的节能性或产生的经济效益非常可观。

聚脂项目工艺流程

乙二醇为聚酯生产的原材料之一，与对苯二甲酸二甲酯酯交换后，缩聚反应生成聚酯。

乙二醇项目应用说明

废热来源：回收四效蒸发塔的副产蒸汽。

冷水用途：10℃左右冷水，初冷，环氧乙烷的低温贮藏，目前我国环氧乙烷用于生产乙二醇的比例约为75%。

已内酰氨工艺应用说明

余热利用：热水从79℃降至69℃，返回己内酰胺分馏冷却循环用，热水流量1800m3/h。

冷水用途：几内酰胺分馏工艺冷却需大量的冷水。

废热来源：中石化石家庄炼油厂下属化纤公司有年生产5万吨的己内酰胺装置，在几内酰胺合成工艺上有79℃、110℃的热水，其中79℃热水来源于己内酰胺分馏冷却，需要降温到不低于69℃(工艺要求不低于68℃)，用于几内酰胺分馏工艺冷却;110℃热水来自于3公斤蒸汽保温酰胺油物料保温工艺流程中产生的蒸汽凝水，希望温度尽可能的回收利用。

海上钻井平台应用说明

废热来源：在提取石油的过程中，石油中含有大量的高温海水，经过分离和过滤，海水的温度为93℃-98℃，其中含有极少量的油膜，存在利用价值。

冷水用途：主要用于机房及宿舍供冷。

冷却水系统：直接采用海水冷却，通过水泵在海水10米深处提取，温度在18-27℃。

换热材质：钛合金管、海军铜。

中海油康菲石油是国内第一家在海上钻井平台应用吸收式制冷机的项目。

二类热泵行业利用之烷基苯

烷基苯厂工艺余热应用流程

来自C-405循环烷烃的余热，温度127℃，流量390t/h，送至升温型吸收式热泵机组，循环烷烃降温到86℃~90℃。制取0.37MPa(G)流量8.0t/h的饱和蒸汽进蒸汽管网(通入换热器，用于瓦斯尾气脱硫)。

顺丁橡胶装置工艺流程——燕山石化SBS凝聚工段原工艺

原工艺废热排放

凝聚釜顶部98℃左右的汽提气经空冷器、循环水冷却器冷凝冷却至35℃，进入油水分层罐分离，回收溶剂油。汽提气的热量一部分通过空冷器排入环境大气中，另一部分通过循环冷却水带走，造成巨大的浪费，同时对环境造成热污染。

凝聚工序蒸汽的消耗

① 使胶液升温至汽提温度;

② 提供胶液中溶剂的汽化潜热;

③ 把溶剂气带出凝聚釜加以回收。

顺丁橡胶装置工艺流程——XX石化SBS凝聚工段使用AHT热泵工艺

效益评价

①约50%的热量被回收，节约50%的冷却循环水用量，减少蒸汽的消耗，不再加入分散剂。减少了向大气排放废气、污水和热污染。

1台5000kw的热泵，用于年产30000吨的顺丁橡胶装置，吨胶可节约蒸汽1.1～1.5t。该装置投资610万元，年经济效益大于300万元，两年即可收回全部投资。

② 来自热水罐的循环热水(95℃)在热泵吸收器中加热升温至105℃的过热水直接经胶液喷嘴进入凝聚釜，取代蒸汽热源(有利于胶粒的细化和溶剂的脱出)，节约蒸汽;

煤化工行业余热制冷

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的过程。

煤化工行业余热制冷

焦化行业之余热制冷-煤气初冷器

焦炉煤气初冷器起冷却和净化煤气并减小煤气体积作用的焦炉煤气初冷设备。煤气初冷器有间接式和直接式两种类型。

初冷器可分两段或三段供水。两段供水是供低温水和循环水，三段供水则供低温水、循环水和采暖水。煤气自上而下通过初冷器。冷却水由每段下部进入，低温水供入最下段，以提高传热温差，降低煤气出口温度。

冷水用途：

可制取5℃以上的冷水，供煤气初冷器三段的冷却及脱硫预冷器二段和粗苯终冷器二段、液化天然气(LNG)工艺中预冷等工艺用冷或舒适性空调的使用。

废热来源：

一、荒煤气冷却过程

1、氨水冷却700-800度荒煤气(热水温度72.5-75℃、含氨)

2、煤气初冷器一段产生的热水(热水温度75-80℃)

二、熄焦过程

三、排烟(烟气温度为280度左右)可采用换热器加热水机方案

节能分析：

目前，一些焦化厂对初冷器一段热水的利用已经有了部分经验，通过了解大多是使用在冬季厂区及办公楼的冬季供暖。因为在整个煤化工的生产工艺中为了提取和生产更多的副产品，提高资源利用率，同时降低企业的运行成本，荒煤气在煤气初冷器三段、脱硫预冷器二段和粗苯终冷器二段的出口要保证煤气的温度在25℃以内为最佳，为保证工艺温度，企业在选择制冷机组时主要有电制冷机组、蒸汽型溴化锂制冷机，为了稳定焦化工艺操作制度，进一步优化主要技术经济指标，增产节能，降耗降本，我们可充分利用废热水的能量作为驱动，通过热水型溴化锂制冷机组提供冷水，即达到了热水降温的目的，也使用户可免费得到了冷水用于降温。因此进行余废热的综合利用具有重要的节能意义。

煤化工行业的应用(改造之后)

煤层气应用

驱动热源：煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4，在煤层气富产区是廉价的能源;

冷水用途：用于食用菌栽培工厂的温度控制;

烟气利用：排烟(CO2)进入栽培工厂，满足食用菌生长需要。

煤层气的开发利用具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应;有效减排温室气体，产生良好的环保效应;作为一种高效、洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。

我国煤层气可采资源总量约10万亿立方米，其中大于1000亿立方米的盆地(群)有15个：二连、鄂尔多斯盆地东缘、滇东黔西、沁水、准噶尔、塔里木、天山、海拉尔、吐哈、川南黔北、四川、三塘湖、豫西、宁武等。二连盆地煤层气可采资源量最多，约2万亿立方米;鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地的可采资源量在1万亿立方米以上，准噶尔盆地可采资源量约为8000亿立方米。

带溴化锂预冷的天然气液化工艺

驱动热源：利用蒸汽、余热水或天然气

冷水用途：制取5～7℃的冷水，对天然气及制冷压缩机的混合制冷剂进行预冷到9～11℃，以降低制冷压缩机的负荷;

钢铁行业高炉除湿

钢铁行业通过余热制冷除湿，可大幅降低焦炭使用量，降低炼铁成本。

化肥行业余热制冷

化肥制取工艺

1.氨的分子式：NH3

2.反应过程：N2+3H2=2NH3+Q

3.原料气：N2和H2

氮气来源：空气的成分：空气中氮气的含量为78%，氧气为21%，其余1% 为二氧化碳以及惰性气体。

目前合成氨工艺中氮气的来源来自空气。

制取方法有两种：

一、以煤、石油、天然气为原料的合成氨(“黑金燃料”)，主要靠燃烧煤、天然气耗尽氧气，剩余氮气。

二、靠空分制取：

1.分子筛;2.变压吸附;

3.深度冷却(普遍采用)将空气冷却至-100度以下，使氮气液化来获取。

氢气来源

来自造气、变换、脱碳和铜洗过程

一、造气反应过程为：C+H2O=CO+H2

C+2H2O=CO2+2H2(水煤气)

半水煤气：(CO+H2)/N2---3.1-3.3

1.空气煤气是以空气为气化剂所制取的煤气其主要成分为 CO和N2

2.水煤气是以水蒸气为气化剂所制取的煤气，其主要成分为 CO和H2

3半水煤气是以空气和适量的水蒸气为气化剂所制取的煤气，其主要成分为CO、H2和N2。

二、变换反应过程为：CO+H2O=CO2+H2

三、脱碳工艺：主要利用吸收液的特性来吸收CO2

四、铜洗工艺：利用铜洗液吸收CO+CO2，提高氢气纯度。

化肥行业的余热来源

1.氨合成塔软水加热器热水：

软水参数：105度左右各个厂家工艺不一样

2.尿素生产过程中一吸冷却器产生的热脱盐水：参数：93度左右，

3.尿素生产过程中产生的冷凝液：参数：135-140度左右，0.3MPA左右

4.MDEA吸收液：温度：91度-70度

5.变换气余热：

CO+H2O=CO2+H2+Q

变换过程中会产生热量，通过软水加热器将热量带出。

化肥行业用冷工艺

1.氮氢压缩机一段入口半水煤气冷却

作用：

1.增加进气量

2.提高原料气纯度

PV/T=C P-压力 V-体积 T-热力学温度 C-常数

方法：

1.增加压力(固定装置，无法改变)

2.降低温度

目前，行业内一般是40度左右，并且温度越低水蒸气含量越少，15度为理想温度。

45℃降低到15℃，压缩机打气量提高了10%，合成氨年平均产能提高5%左右。以年产15万吨尿素装置为例，一天可节省4万元。

化肥生产工艺

盐化工行业余热制冷

氯碱行业应用说明

余热利用：热水从90℃～100℃降至80℃，返回合成炉循环用。

冷水用途：氯氢干燥处理工序(氯气的冷却脱水、氯化氢冷冻干燥)氯乙烯的冷却脱水、硫酸的冷却、PVC工艺需大量的7℃冷水。

废热来源：1、在生产过程中盐酸工序、固碱工序、氯乙烯工序、干燥工序中产生了大量的废热，目前利用价值。

注：随着技术的进步，盐酸合成炉技术的发展，其产生的废热不仅有热水，还可产生蒸汽(0.25MPa、0.8MPa)。

氯碱行业应用流程图

节能分析：通常此类项目产生的热水主要用于冬季暖气采暖，应用热水型吸收式制冷机可较好地利用生产过程中产生的余热，既可提供生产工艺需要的冷水，同时省去了高温热水降温所必需设置的大型冷却装置，还可减少使用电制冷机组的电力费用，及氟里昂泄漏对大气臭氧层的破坏，具有很好的经济效益和环保效益。

轮胎橡胶行业

余热来源：轮胎的加热工艺完成后，高压过热水排出硫化机后会发生瞬间闪发现象，泄漏的废蒸汽一直没有得到重视和利用。

用冷工艺：成型车间制作全、半钢子午胎，将钢丝与橡胶结合必须控制湿度，由2台离心式机24小时制取冷水满足工艺除湿使用。

余热利用：经回收后的蒸汽具有0.05MPa～0.1MPa的压力，被机组利用后，可制取冷水满足工艺用冷需要。

节能分析：以山东XX轮胎项目为例(年产120万套全钢子午轮胎)，选用1台烟台荏原生产的低压蒸汽型吸收式制冷机，制冷量4852kw。

由于采用工艺系统中回收的废蒸汽作为驱动热源，除配套冷却塔、循环水泵外，无额外费用。与电制冷机组相比，每天节省运行成本8000元，每年可节省运行费用120多万，1年多即回收投资成本。

多晶硅行业

行业说明：晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料，其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。其中多晶硅是拉制单晶硅的原料。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。

废热来源：还原炉和氢化炉是多晶硅的主要生产工艺，会产生大量的余热，还原炉、氢化炉采用钢制水夹套炉。还原炉产生的热水(钢套冷却水)主要用于闪发成蒸汽供精馏塔釜加热用。氢化炉废产生的热水(钢套冷却水)也存在利用价值。

余热利用：可将废热水温度由110～130℃降低至90℃。

冷水用途：还原炉、氢化炉电极冷却、硅芯冷却、底盘密封垫冷却及舒适性空调用。

节能分析：通常采用大型空冷器等冷却装置对钢套冷却水进行降温，热损失大，而工艺用冷主要采用氨或氟里昂制冷机制取冷水。应用热水型吸收式制冷机后，较好地利用了化工生产过程中产生的余热，可提供工艺需要的低温冷水，同时减少了氟里昂泄漏对大气臭氧层的破坏，保护环境，减少其它形式制冷设备的电耗，具有很好的经济效益和社会效益。

原标题：工业余热的制冷应用