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   提問標題:溴化鋰制冷技術在浸出油廠的應用

問題描述:

收稿日期:2020-05-03;修回日期:2020-07-06

作者簡介:鄒志杰(1962),男,工程師,主要從事糧油生產加工技術工作(Email)18920139306@163.com。應用研究

DOI: 10.12166/j.zgyz.1003-7969/2020.10.026


溴化鋰制冷技術在浸出油廠的應用

鄒志杰,況楠,劉慶,龐雪風,裴云生

(九三集團 天津大豆科技有限公司,天津 300461)


摘要:對浸出油廠二蒸產生的二次蒸汽熱能、汽提毛油的熱能利用進行了研究。通過加裝溴化鋰制冷機,將溴化鋰制冷機出來的75 ℃循環熱水與二蒸產生的二次蒸汽和汽提毛油通過換熱器制成95 ℃的熱水,用于溴化鋰制冷機吸熱系統。從溴化鋰制冷機出來的7 ℃的冷凍水用于給尾氣和石蠟油降溫,之后升溫到12 ℃再回到溴化鋰制冷機制冷系統中進行循環。通過使用溴化鋰制冷機,2 500 t/d大豆加工廠的溶耗下降了0.13 kg/t(以大豆質量計),同時降低了冷凝系統循環水的熱負荷1 172 979.04 kJ/h,對浸出油廠的生產穩定和經濟效益提高有重要的意義。

關鍵詞:溴化鋰制冷;二次蒸汽;熱能;毛油熱能;尾氣溫度;石蠟油溫度

中圖分類號:TS647;TQ644文獻標識碼:B

文章編號:1003-7969(2020)10-0141-04


Application of lithium bromide refrigeration technology in

oil leaching plant

ZOU Zhijie, KUANG Nan, LIU Qing, PANG Xuefeng, PEI Yunsheng

(Tianjin Soybean Technology Co.,Ltd., Jiusan Group, Tianjin 300461, China)


Abstract:The utilization of the thermal energy of the secondary steam produced by the secondary evaporation and the thermal energy of the stripped crude oil was studied. By installing a lithium bromide refrigerator, the 75 ℃ cycling hot water from the lithium bromide refrigerator was heated to 95 ℃ by the thermal energy of the secondary steam and the stripped crude oil through heat exchanger for heat absorption system of the lithium bromide refrigeration. The 7 ℃ frozen water form the lithium bromide refrigerator was used to cool the exhaust gas and paraffin oil, and then the forzen water with 12 ℃ was returned to the refrigeration system of the lithium bromide refrigerator for recycling. Through the use of lithium bromide refrigerator, the solvent consumption for the 2 500 t/d soybean processing plant was reduced by 0.13 kg/t(on the basis of soybean mass), and the heat load of the condensation system was reduced by 1 172 979.04 kJ/h. The design was of great significance to the stability of production and the improvement of economic benefits of oil leaching plants.

Key words:lithium bromide refrigeration; secondary steam; thermal energy; crude oil thermal energy; exhaust gas temperature; paraffin oil temperature


溴化鋰制冷機是利用水在低壓下相態的變化(由液態變為氣態),吸收汽化潛熱來達到制冷的目的。其間,水是制冷劑,溴化鋰溶液為吸收劑。溴化鋰制冷技術具有多種優點,如:可以充分利用余熱、工業廢熱等低位熱能;除屏蔽泵外,沒有其他運行部件,噪聲較低,為75~80 dB;制冷量可在20%~100%的范圍內進行無級調節,有利于部分負荷時的運行調節等。溴化鋰制冷機已在焦化、化工、鋼鐵、醫藥、熱電、油田、太陽能、食品、橡膠輪胎、電廠、城市集中供熱等多個工業領域成功地應用于余熱回收利用,不僅幫助用戶節約了大量的煤、燃油、燃氣等一次性能源消耗量,也使用戶在獲得節能收益的同時,大幅減少了二氧化碳的排放量。在浸出油廠,通常二蒸產生的二次蒸汽(100 ℃左右)直接進蒸發冷凝器殼程,被管程的循環水冷卻,進行溶劑回收;汽提塔出來的熱毛油(110 ℃左右)在換熱器中被循環水冷卻到65 ℃左右去精煉?,F有的工藝中二蒸二次蒸汽、汽提毛油中的熱量沒有被有效利用,造成了能源浪費。通過在浸出車間安裝一臺溴化鋰制冷機,在二蒸與蒸發冷凝器之間單獨安裝一臺高效換熱器,將二蒸產生的二次蒸汽在高效換熱器中與溴化鋰制冷機來的循環水換熱后再去蒸發冷凝器,而循環水繼續與110 ℃左右的汽提毛油在單獨新安裝的板式換熱器中換熱,通過兩臺換熱器將溴化鋰制冷機來的循環水加熱到95 ℃用于吸熱系統。從溴化鋰制冷機出來的7 ℃的冷凍水,用于給尾氣和石蠟油降溫,之后升溫到12 ℃返回溴化鋰制冷機制冷系統。茲以2 500 t/d大豆加工廠為例,對溴化鋰制冷技術的應用進行闡述,以期為業界提供參考。

1、改造前基本參數及物料衡算\[1\]大豆加工規模104.2 t/h(2 500 t/d),原料大豆含水9.7%,含油率20%,粕殘油1%,粕水分13%,濕粕含溶30%,浸出器出料混合油濃度為25%(50 ℃),一蒸出料混合油濃度為65%(55 ℃),二蒸出料混合油濃度為95%(110 ℃),汽提塔出料毛油濃度為99.99%(110 ℃)。根據物料衡算可得:二蒸溶劑蒸發量為9 707.77 kg/h;汽提塔出料量(毛油量)為1 9983.83 kg/h;料溶比為1∶ 0.92 。

2、改造方案及熱量衡算

2.1改造方案改造方案示意圖如圖1所示。

1.png

圖1改造方案示意圖

具體為:①在二蒸與蒸發冷凝器之間加裝一臺高效管殼式換熱器,用于溴化鋰制冷機來的循環水(管程)與二蒸來的100 ℃左右的二次蒸汽(殼程)換熱,換熱后的氣體去冷凝器;②在汽提毛油出口安裝一臺板式換熱器,用于溴化鋰制冷機來的與二蒸蒸汽換熱后的循環水與汽提毛油(110 ℃左右)進行換熱;③在浸出車間加裝一臺吸收式溴化鋰制冷機,將經前面換熱后95 ℃的熱水用于吸熱系統,從溴化鋰制冷機出來的7 ℃的冷凍水去冷卻車間的尾氣和石蠟油;④將尾氣冷凝器改為用溴化鋰制冷機來的7 ℃冷凍水進行降溫;⑤將進吸收塔前的石蠟油冷卻器改為用溴化鋰制冷機來的與尾氣換熱后的冷凍水進行降溫。

2.2熱量衡算\[2-5\]

2.2.1可回收的熱量(Q熱)

2.2.1.1浸出車間二蒸氣相由100 ℃降到90 ℃所放出的熱量(Q1)二蒸產生的蒸汽量為9 707.77 kg/h,溫度以100 ℃計。根據公式(1)計算100 ℃和90 ℃溶劑蒸氣的焓值。 I=\[(50.2+0.109t+0.000 14t2)×(4-ρ)-73.8 \]×4.186

(1)式中:I 為溶劑蒸氣焓值,kJ/kg;t為溶劑蒸氣溫度, ℃;ρ為溶劑密度,t/m3(ρ=0.672 4 t/m3)。100 ℃溶劑蒸氣焓值:I100=\[(50.2+0.109×100+0.000 14×1002)×(4-0.672 4)-73.8\] ×4.186=561.66(kJ/kg)。90 ℃溶劑蒸氣焓值:I90=\[(50.2+0.109×90+0.000 14×902) ×(4-0.672 4)-73.8\] ×4.186=542.77(kJ/kg)。Q1=9 707.77×(561.66-542.77)=183 379.78(kJ/h)。

2.2.1.2100 ℃毛油降到80 ℃所放出的熱量(Q2)汽提塔出來的毛油為19 983.83 kg/h,溫度以100 ℃計。根據公式(2)計算大豆油比熱容。C =(0.465+0.000 7t)×4.186

(2)式中:C為大豆油比熱容,kJ/(kg· ℃);t為溫度, ℃。100 ℃毛油比熱容:C100=(0.465+0.000 7×100)×4.186=2.240(kJ/(kg· ℃))。80 ℃毛油比熱容:C80=(0.465+0.000 7×80)×4.186=2.181 (kJ/(kg· ℃))。Q2=19 983.83×2.240×100-19 983.83×2.181×80=989 599.26(kJ/h)。Q熱=Q1+Q2=183 379.78+989 599.26=1 172 979.04(kJ/h)。

2.2.2冷卻石蠟油、尾氣需帶走的熱量

2.2.2.1石蠟油由40 ℃降為25 ℃需要冷水帶走的熱量(Q石)石蠟油循環量為10 m3/h。查手冊,石蠟油比熱容為2.135 kJ/(kg· ℃),石蠟油密度為847 kg/m3。Q石=10×847×2.135×(40-25)=271 251.75(kJ/h)。

2.2.2.2尾氣由35 ℃降為15 ℃需要冷水帶走的熱量(Q尾)大豆坯片密度0.36 t/m3、料溶比1∶ 0.92、溶劑密度0.672 4 t/m3, 104.2 t/h坯片產生的尾氣量(V)約等于浸出器因進料(坯片)和進溶劑所排出的氣體量。V=104.20.36+104.2×0.920.672 4=432.01(m3/h)。(1)尾氣中溶劑由35 ℃降為15 ℃需要冷水帶走的熱量(Q溶)查手冊,常壓下35 ℃時正己烷溶劑飽和蒸汽壓為33.4 kPa,常壓下15 ℃時正己烷溶劑飽和蒸汽壓為13.63 kPa,根據公式(3)計算35 ℃時尾氣含溶劑量(G1)和15 ℃時尾氣含溶劑量(G2)。G=(M0P0V)/\[P(22.4+0.082t)\]

(3)式中:G為尾氣含溶劑量,kg/h;M0為溶劑相對分子質量;P0為尾氣溫度下溶劑的飽和蒸汽壓,kPa;P為總壓(常壓),kPa ;t為尾氣溫度, ℃; V為尾氣量,m3/h。G1=(86.1×33.4×432.01)/\[101.33×(22.4+0.082×35)\]=485.18 (kg/h)。G2=(86.1×13.63×432.01)/\[101.33×(22.4+0.082×15)\]=211.73(kg/h)。35 ℃時溶劑氣體焓值:I35=\[(50.2+0.109×35+0.000 14×352)×(4-0.672 4)-73.8\] ×4.186=445.86 (kJ/kg)。15 ℃時溶劑氣體焓值:I15=\[(50.2+0.109×15+0.000 14×152)×(4-0.672 4)-73.8\]×4.186=413.54 (kJ/kg)。Q溶=G1×I35-G2×I15=485.18×445.86-211.73×413.54=128 763.53 (kJ/h)。(2)尾氣中水蒸氣由35 ℃降為15 ℃需要冷水帶走的熱量(Q水)查手冊,常壓下35 ℃時水蒸氣蒸汽分壓為5.81 kPa,常壓下15 ℃時水蒸氣蒸汽分壓為1.71 kPa,35 ℃時尾氣含水蒸氣量(G3)和15 ℃時尾氣含水蒸氣量(G4)根據公式(3)計算。G3=(M0P0V)/\[P(22.4+0.082t)\]=(18×5.81×432.01)/\[101.33×(22.4+0.082×35)\]=17.64 (kg/h)。G4=(18×1.71×432.01)/\[101.33×(22.4+0.082×15)\]=5.55 (kg/h)。查手冊,35 ℃水蒸氣焓值(I3)為2 565.3 kJ/kg、15 ℃水蒸氣焓值(I4)為2 528.9 kJ/kg。Q水=G3×I3-G4×I4=17.64×2 565.3-5.55×2 528.9=31 216.50 (kJ/h)。(3)尾氣中空氣氣體從35 ℃降至15 ℃需要冷水帶走的熱量(Q空)35 ℃時2 500 t/d大豆坯片產生的尾氣溶劑的體積(V1) :V1=G1M0R×T35T0=485.1886.122.4×273+35273=111.88 (m3/h)。35 ℃時2 500 t/d大豆坯片產生的尾氣中水蒸氣的體積(V3):V3=G3M0R×T35T0=17.641822.4×273+35273=19.46 (m3/h)。因空氣體積隨溫度變化不大,因此35 ℃和15 ℃時體積可看作不變。35 ℃時尾氣中空氣氣體體積(V空)為:V空=V-V1-V3=432.01-111.88-19.46=300.67 (m3/h)。查手冊35 ℃干空氣密度(r)為1.15 kg/m3、焓值(I35)為129 kJ/kg,15 ℃時空氣焓值(I15)為41.79 kJ/kg。Q空 = V空×r×(I35- I15)=300.67×1.15×(129-41.79)=30 154.65 (kJ/h)。Q尾=Q溶+Q水+Q空=128 763.53+31 216.50+30 154.65=190 134.68 (kJ/h)。冷卻尾氣和石蠟油需要溴化鋰制冷機的總制冷量(W總)為:W總=Q尾+Q石=190 134.68+271 251.75=461 386.43 (kJ/h)。

3、溴化鋰制冷機余熱利用計算\[5\]二蒸、汽提毛油產生的余熱通過換熱器制出95 ℃熱水,輸送至溴化鋰制冷機吸熱后降為75 ℃,再通過余熱利用加熱至95 ℃循環利用。95 ℃時水的焓值為398.64 kJ/kg,75 ℃時水的焓值為314.44 kJ/kg,可利用余熱為1 172 979.04 kJ/h,熱水循環量(V循1)按下式計算。V循1=1 172 979.04/\[(398.64-314.44)×1 000\]=13.93 (t/h)。管道設計長度600 m(其中300 m熱水,300 m冷凍水)、管徑DN100、保溫層厚度50 mm、絕熱材料導熱系數(λ)為0.33 kJ/(m·h· ℃)。則管道熱量損失按公式(4)計算。Q損1=(Δt×F)/(δ/λ)

(4)式中: F為散熱面積,m2;Δt為平均溫差, ℃;λ為不銹鋼導熱系數,kJ/(m·h· ℃);δ為厚度,m。 熱水管道熱損Q損1:Q損1=\[(95-75)×100÷1 000×3.14×300\]/(50÷1 000÷0.33)=12 434.4 (kJ/h)。冷凍水管道損失熱量(Q損2)(制冷機冷凍水進/出口溫度12 ℃/7 ℃):Q損2=\[(12-7)×100÷1 000×3.14×300\]/(50÷1 000÷0.33)=3 018.6 (kJ/h)。Q損=Q損1+Q損2=12 434.4+3 018.6=15 453.00 (kJ/h)。換熱及沿程損失率不大于0.5%,制冷機可使用熱量(W)為:W=1 172 979.04×0.995=1 167 114.15 (kJ/h)。溴化鋰制冷機熱水進/出水溫度為95 ℃/75 ℃,冷凍水進/出水溫度為12 ℃/7 ℃時,溴化鋰制冷機COP(制冷量(W)與輸入功率(W)的比率定義為熱泵的能效比)值不小于0.79,則溴化鋰制冷機可制冷量(Q)為:Q=W×0.79=1 167 114.15×0.79=922 020.18 (kJ/h)。溴化鋰制冷機可供給的制冷量(Q溴)為:Q溴=Q-Q損=922 020.18-15 453.00=906 567.18 (kJ/h)。冷凍循環水進/出水溫度為12 ℃/7 ℃時,12 ℃時水的焓值為210.67 kJ/kg,7 ℃時水的焓值為122.85 kJ/kg,則冷凍水循環量(V循2)為:V循2=906 567.18/\[(210.67-122.85)×1 000\]=10.32 (t/h)。

4、可行性分析日加工2 500 t/d大豆的浸出車間二蒸產生的二次蒸汽可利用熱量為183 379.78 kJ/h,汽提毛油的可利用熱量為989 599.26 kJ/h,總可利用熱量為1 172 979.04 kJ/h。通過溴化鋰制冷機,制得的冷凍水(進/出水溫12 ℃/7 ℃)提供的制冷量為906 567.18 kJ/h,大于尾氣和石蠟冷卻所需冷量461 386.43 kJ/h ,所以此系統完全能滿足2 500 t/d大豆浸出車間尾氣由35 ℃降到15 ℃和石蠟油由40 ℃ 降到25 ℃的要求,方案是科學的、可行的。

5、成本回收計算石蠟油尾氣回收系統溶劑回收效率為92%~98%,取回收效率95%計算溶劑回收量。

5.1改造前溶耗改造前35 ℃尾氣經石蠟油系統吸收后直接排到空氣中的溶劑量(W損)為:W損=G1×(1-95%)=485.18×5%=24.26 (kg/h)。改造前35 ℃尾氣經石蠟油系統吸收后噸大豆溶耗為:24.26÷104.2 =0.23(kg/t)。

5.2改造后溶耗改造后尾氣溫度降至15 ℃排到空氣中的溶劑量(W損)為:W損=G2×(1-95%) =211.73×5% = 10.59(kg/h)。15 ℃尾氣經石蠟油系統吸收后噸大豆溶耗為:10.59÷104.2 = 0.10(kg/t)。

5.3效益分析按噸溶劑6 000元、電價0.8元/(kW·h)、年加工量75萬t大豆計算。溶劑損失可減少:\[(0.23-0.10)×750 000÷1 000\]×6 000=585 000(元) =58.5(萬元)。溴化鋰制冷機3臺水泵總功率為25.5 kW(效率80%),全年耗電費用:25.5×24×300×0.8×0.8=117 504(元)=11.750 4(萬元)。年創效:58.5-11.750 4=46.749 6(萬元)。根據計算工程投資可在24個月收回。

6、結論溴化鋰制冷技術對浸出油廠二蒸產生的二次蒸汽熱能、汽提毛油的熱能利用后,得到95 ℃的熱水,用于溴化鋰制冷機吸熱系統。從溴化鋰制冷機出來的7 ℃的冷凍水用于給尾氣和石蠟油降溫,使尾氣在15 ℃以下進入吸收系統,使溶耗下降 0.13 kg/t,同時降低了冷凝系統循環水的熱負荷1 172 979.04 kJ/h,年創效46.749 6萬元,并且投資兩年后就可收回,并在以后每年帶來46.749 6萬元的效益,對浸出油廠的生產穩定和經濟效益提高有重要的意義。

參考文獻:

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\[3\] 劉光啟,馬連湘,劉杰. 化學化工物性數據手冊:有機卷\[M\].北京:化學工藝出版社,2002.

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溴化鋰制冷技術在浸出油廠的應用--10期-全(141-144).pdf



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