溴化锂制冷技术在浸出油厂的应用

邹志杰，况 楠，刘 庆，庞雪风，裴云生

(九三集团 天津大豆科技有限公司，天津 300461)

溴化锂制冷机是利用水在低压下相态的变化(由液态变为气态)，吸收汽化潜热来达到制冷的目的。其间，水是制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂。溴化锂制冷技术具有多种优点，如：可以充分利用余热、工业废热等低位热能；除屏蔽泵外，没有其他运行部件，噪声较低，为75～80 dB；制冷量可在20%～100%的范围内进行无级调节，有利于部分负荷时的运行调节等。溴化锂制冷机已在焦化、化工、钢铁、医药、热电、油田、太阳能、食品、橡胶轮胎、电厂、城市集中供热等多个工业领域成功地应用于余热回收利用，不仅帮助用户节约了大量的煤、燃油、燃气等一次性能源消耗量，也使用户在获得节能收益的同时，大幅减少了二氧化碳的排放量。

在浸出油厂，通常二蒸产生的二次蒸汽(100℃左右)直接进蒸发冷凝器壳程，被管程的循环水冷却，进行溶剂回收；汽提塔出来的热毛油(110℃左右)在换热器中被循环水冷却到65℃左右去精炼。现有的工艺中二蒸二次蒸汽、汽提毛油中的热量没有被有效利用，造成了能源浪费。

通过在浸出车间安装一台溴化锂制冷机，在二蒸与蒸发冷凝器之间单独安装一台高效换热器，将二蒸产生的二次蒸汽在高效换热器中与溴化锂制冷机来的循环水换热后再去蒸发冷凝器，而循环水继续与110℃左右的汽提毛油在单独新安装的板式换热器中换热，通过两台换热器将溴化锂制冷机来的循环水加热到95℃用于吸热系统。从溴化锂制冷机出来的7℃的冷冻水，用于给尾气和石蜡油降温，之后升温到12℃返回溴化锂制冷机制冷系统。兹以2 500 t/d大豆加工厂为例，对溴化锂制冷技术的应用进行阐述，以期为业界提供参考。

1 改造前基本参数及物料衡算[1]

大豆加工规模104.2 t/h(2 500 t/d)，原料大豆含水9.7%，含油率20%，粕残油1%，粕水分13%，湿粕含溶30%，浸出器出料混合油浓度为25%(50℃),一蒸出料混合油浓度为65%(55℃)，二蒸出料混合油浓度为95%(110℃)，汽提塔出料毛油浓度为99.99%(110℃)。

根据物料衡算可得：二蒸溶剂蒸发量为9 707.77 kg/h；汽提塔出料量(毛油量)为1 9983.83 kg/h；料溶比为1∶0.92 。

2 改造方案及热量衡算

2.1 改造方案

改造方案示意图如图1所示。

图1 改造方案示意图

具体为：①在二蒸与蒸发冷凝器之间加装一台高效管壳式换热器，用于溴化锂制冷机来的循环水(管程)与二蒸来的100℃左右的二次蒸汽(壳程)换热,换热后的气体去冷凝器；②在汽提毛油出口安装一台板式换热器，用于溴化锂制冷机来的与二蒸蒸汽换热后的循环水与汽提毛油(110℃左右)进行换热；③在浸出车间加装一台吸收式溴化锂制冷机，将经前面换热后95℃的热水用于吸热系统，从溴化锂制冷机出来的7℃的冷冻水去冷却车间的尾气和石蜡油；④将尾气冷凝器改为用溴化锂制冷机来的7℃冷冻水进行降温；⑤将进吸收塔前的石蜡油冷却器改为用溴化锂制冷机来的与尾气换热后的冷冻水进行降温。

2.2 热量衡算[2-5]

2.2.1 可回收的热量(Q热)

2.2.1.1 浸出车间二蒸气相由100℃降到90℃所放出的热量(Q1)

二蒸产生的蒸汽量为9 707.77 kg/h，温度以100℃计。根据公式(1)计算100℃和90℃溶剂蒸气的焓值。

I=[(50.2+0.109t+0.000 14t2)×(4-ρ)-73.8 ]×4.186

(1)

式中：I为溶剂蒸气焓值，kJ/kg;t为溶剂蒸气温度，℃；ρ为溶剂密度，t/m3(ρ=0.672 4 t/m3)。

100℃溶剂蒸气焓值:I100=[(50.2+0.109×100+0.000 14×1002)×(4-0.672 4)-73.8] ×4.186=561.66(kJ/kg)。

90℃溶剂蒸气焓值: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)。

2.2.1.2 100℃毛油降到80℃所放出的热量(Q2)

汽提塔出来的毛油为19 983.83 kg/h，温度以100℃计。根据公式(2)计算大豆油比热容。

C=(0.465+0.000 7t)×4.186

(2)

式中：C为大豆油比热容，kJ/(kg·℃)；t为温度，℃。

100℃毛油比热容：C100=(0.465+0.000 7×100)×4.186=2.240(kJ/(kg·℃))。

80℃毛油比热容：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热=Q1+Q2=183 379.78+989 599.26=1 172 979.04(kJ/h)。

2.2.2 冷却石蜡油、尾气需带走的热量

2.2.2.1 石蜡油由40℃降为25℃需要冷水带走的热量(Q石)

石蜡油循环量为10 m3/h。查手册，石蜡油比热容为2.135 kJ/(kg·℃)，石蜡油密度为847 kg/m3。

Q石=10×847×2.135×(40-25)=271 251.75(kJ/h)。

2.2.2.2 尾气由35℃降为15℃需要冷水带走的热量(Q尾)

大豆坯片密度0.36 t/m3、料溶比1∶0.92、溶剂密度0.672 4 t/m3， 104.2 t/h坯片产生的尾气量(V)约等于浸出器因进料(坯片)和进溶剂所排出的气体量。

(1)尾气中溶剂由35℃降为15℃需要冷水带走的热量(Q溶)

查手册，常压下35℃时正己烷溶剂饱和蒸汽压为33.4 kPa，常压下15℃时正己烷溶剂饱和蒸汽压为13.63 kPa，根据公式(3)计算35℃时尾气含溶剂量(G1)和15℃时尾气含溶剂量(G2)。

G=(M0P0V)/[P(22.4+0.082t)]

(3)

式中：G为尾气含溶剂量，kg/h；M0为溶剂相对分子质量；P0为尾气温度下溶剂的饱和蒸汽压，kPa；P为总压(常压)，kPa ；t为尾气温度，℃；V为尾气量，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℃时溶剂气体焓值：I35=[(50.2+0.109×35+0.000 14×352)×(4-0.672 4)-73.8] ×4.186=445.86 (kJ/kg)。

15℃时溶剂气体焓值：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)尾气中水蒸气由35℃降为15℃需要冷水带走的热量(Q水)

查手册，常压下35℃时水蒸气蒸汽分压为5.81 kPa，常压下15℃时水蒸气蒸汽分压为1.71 kPa，35℃时尾气含水蒸气量(G3)和15℃时尾气含水蒸气量(G4)根据公式(3)计算。

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)。

查手册，35℃水蒸气焓值(I3)为2 565.3 kJ/kg、15℃水蒸气焓值(I4)为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)尾气中空气气体从35℃降至15℃需要冷水带走的热量(Q空)

35℃时2 500 t/d大豆坯片产生的尾气溶剂的体积(V1) :

35℃时2 500 t/d大豆坯片产生的尾气中水蒸气的体积(V3)：

因空气体积随温度变化不大,因此35℃和15℃时体积可看作不变。35℃时尾气中空气气体体积(V空)为：

V空=V-V1-V3=432.01-111.88-19.46=300.67 (m3/h)。

查手册35℃干空气密度(r)为1.15 kg/m3、焓值(I35)为129 kJ/kg，15℃时空气焓值(I15)为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)。

冷却尾气和石蜡油需要溴化锂制冷机的总制冷量(W总)为：

W总=Q尾+Q石=190 134.68+271 251.75=461 386.43 (kJ/h)。

3 溴化锂制冷机余热利用计算[5]

二蒸、汽提毛油产生的余热通过换热器制出95℃热水，输送至溴化锂制冷机吸热后降为75℃，再通过余热利用加热至95℃循环利用。95℃时水的焓值为398.64 kJ/kg，75℃时水的焓值为314.44 kJ/kg,可利用余热为1 172 979.04 kJ/h，热水循环量(V循1)按下式计算。

V循1=1 172 979.04/[(398.64-314.44)×1 000]=13.93 (t/h)。

管道设计长度600 m(其中300 m热水，300 m冷冻水)、管径DN100、保温层厚度50 mm、绝热材料导热系数(λ)为0.33 kJ/(m·h·℃)。则管道热量损失按公式(4)计算。

Q损1=(Δt×F)/(δ/λ)

(4)

式中:F为散热面积,m2;Δt为平均温差，℃；λ为不锈钢导热系数,kJ/(m·h·℃);δ为厚度，m。

热水管道热损Q损1：Q损1=[(95-75)×100÷1 000×3.14×300]/(50÷1 000÷0.33)=12 434.4 (kJ/h)。

冷冻水管道损失热量(Q损2)(制冷机冷冻水进/出口温度12℃/7℃)：Q损2=[(12-7)×100÷1 000×3.14×300]/(50÷1 000÷0.33)=3 018.6 (kJ/h)。

Q损=Q损1+Q损2=12 434.4+3 018.6=15 453.00 (kJ/h)。

换热及沿程损失率不大于0.5%，制冷机可使用热量(W)为:

W=1 172 979.04×0.995=1 167 114.15 (kJ/h)。

溴化锂制冷机热水进/出水温度为95℃/75℃，冷冻水进/出水温度为12℃/7℃时，溴化锂制冷机COP(制冷量(W)与输入功率(W)的比率定义为热泵的能效比)值不小于0.79，则溴化锂制冷机可制冷量(Q)为：

Q=W×0.79=1 167 114.15×0.79=922 020.18 (kJ/h)。

溴化锂制冷机可供给的制冷量(Q溴)为：

Q溴=Q-Q损=922 020.18-15 453.00=906 567.18 (kJ/h)。

冷冻循环水进/出水温度为12℃/7℃时，12℃时水的焓值为210.67 kJ/kg，7℃时水的焓值为122.85 kJ/kg,则冷冻水循环量(V循2)为:

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大豆的浸出车间二蒸产生的二次蒸汽可利用热量为183 379.78 kJ/h，汽提毛油的可利用热量为989 599.26 kJ/h，总可利用热量为1 172 979.04 kJ/h。通过溴化锂制冷机，制得的冷冻水(进/出水温12℃/7℃)提供的制冷量为906 567.18 kJ/h，大于尾气和石蜡冷却所需冷量461 386.43 kJ/h ，所以此系统完全能满足2 500 t/d大豆浸出车间尾气由35℃降到15℃和石蜡油由40℃ 降到25℃的要求，方案是科学的、可行的。

5 成本回收计算

石蜡油尾气回收系统溶剂回收效率为92%～98%，取回收效率95%计算溶剂回收量。

5.1 改造前溶耗

改造前35℃尾气经石蜡油系统吸收后直接排到空气中的溶剂量(W损)为：

W损=G1×(1-95%)=485.18×5%=24.26 (kg/h)。

改造前35℃尾气经石蜡油系统吸收后吨大豆溶耗为：

24.26÷104.2 =0.23(kg/t)。

5.2 改造后溶耗

改造后尾气温度降至15℃排到空气中的溶剂量(W损)为：

W损=G2×(1-95%) =211.73×5% = 10.59(kg/h)。

15℃尾气经石蜡油系统吸收后吨大豆溶耗为：

10.59÷104.2 = 0.10(kg/t)。

5.3 效益分析

按吨溶剂6 000元、电价0.8元/(kW·h)、年加工量75万t大豆计算。

溶剂损失可减少：[(0.23-0.10)×750 000÷1 000]×6 000=585 000(元) =58.5(万元)。

溴化锂制冷机3台水泵总功率为25.5 kW(效率80%)，全年耗电费用：25.5×24×300×0.8×0.8=117 504(元)=11.750 4(万元)。

年创效：58.5-11.750 4=46.749 6(万元)。

根据计算工程投资可在24个月收回。

6 结 论

溴化锂制冷技术对浸出油厂二蒸产生的二次蒸汽热能、汽提毛油的热能利用后，得到95℃的热水，用于溴化锂制冷机吸热系统。从溴化锂制冷机出来的7℃的冷冻水用于给尾气和石蜡油降温，使尾气在15℃以下进入吸收系统，使溶耗下降 0.13 kg/t，同时降低了冷凝系统循环水的热负荷1 172 979.04 kJ/h，年创效46.749 6万元，并且投资两年后就可收回，并在以后每年带来46.749 6万元的效益，对浸出油厂的生产稳定和经济效益提高有重要的意义。