科创中国

"64. 过程装备的能源高效利用

团队负责人： 高秀峰

所在学院： 化工学院过程装备及控制工程系

一、团队（专家）简介

高秀峰，男，工学博士、副教授，2000年12月获西安交通大学工学博士学位并留校任教。曾主持国际合作科研项目3项、国家自然科学基金项目1项、作为骨干成员参与国家863计划3项、主持省部级及企业横向科研课题30余项。参编手册、专著、教材共6部，累计撰写100余万字。获陕西省科学技术二等奖两项（№1、№3）、陕西省高校科学技术二等奖两项（№4、№5）、中国石油和化学工业联合会技术发明三等奖一项（№1）。累计发表学术论文近70篇，其中SCI和EI收录20余篇，累计获批发明与实用新型专利20余项，获CNG加气站压缩机科技成果鉴定一项（№1）。先后从事《过程流体机械》、《过程设备设计》、《密封技术》、《粉体工程》、《过程装备课程设计》等近10门专业主干课程的教学工作。擅长从事工程实践类研究项目与实际产品的研发，擅长从事科研成果转化与产业化推广工作，主持研发的多项产品实现大规模产业化应用和市场推广。

主要研究方向

1) 过程流体机械：石油、化工、动力、制冷用各种容积式压缩机与流体输送泵，主要专长为往复式压缩机、涡旋式压缩机等容积型机械。

2) 制冷与热泵技术：各种制冷热泵系统及其成套装置的研究与开发，机载与车载制冷系统研究和产品开发，主要专长为压缩式热泵系统。

3) 油气开采节能增产技术：原油生产过程中的余热利用、套管气回收、采出液加热；气井排水采气增产等技术和成套装置的研究与开发。

4) 工业与建筑节能技术：过程工业能量集成与综合优化利用技术研究，热泵余热利用与能量回收技术研究，建筑物暖通系统节能技术研究。

5) 清洁能源与可再生能源利用技术：天然气汽车加气站成套压缩机装置研究开发，氢燃料电池加氢站压缩机研究开发，规模化太阳能热利用技术。

6) 工业与民用热力系统的工作特性研究，能量转换和综合利用装置的工作特性研究与评价，成套节能装置的研究开发，小型集成水处理设备研究。

二、团队项目

1、新能源汽车刹车泵产品

技术特征与优势描述：新能源车刹车泵产品的工作容积一般在200～350L，排气压力在0.8～1.0MPa，要求工作腔无油，并要求高可靠性和耐久性，可行的技术方案包括涡旋式、活塞式、旋叶式、螺杆式等，在制造难度、生产投入、可靠性、成本售价等方面各有差异。本项目组长期从事各工业领域各种类型压缩机的研究与开发工作，在活塞式、涡旋式、螺杆式、旋叶式、滑块式、罗茨式等各种容积型压缩机方面有深厚的研究基础和产业化经验积累；尤其是在涡旋压缩机方面有近30年的研究经历，是国内这一领域研究的开拓者。能够快速研发形成不同种类的刹车泵成套产品，并协助企业进行产业化实施。

2、采油井场油井套管气回收压缩机回收装置

本项目组针对这一生产需求，正在研发用于回收油井套管气的小型成套压缩机产品（如图2），通过该压缩机装置将套管气增压后送入原油外输管道，进而输送到下游联合站进行集中处理和利用，同时维持最合适的套压参数，保证油井的正常生产。该技术利用现有的原油外输管道，无需投入专门的输气管网，项目实施增加了油气产量及生产效益，减少了环境污染。该产品属于小型机电一体化成套设备，全封闭或半封闭压缩机主机。压缩机单台功率约5～30kW左右，气体收集能力约为300～600Nm3/天，产品采用模块化设计，每个井场视油井数量需配置1～3台压缩机。本项目组长期从事各种容积式压缩机的研究开发，以及过程工业工艺与成套装备技术研究工作，具备丰富的相关领域研究与产业化实践经验，目前正与长庆油田开展相关合作研究开发工作。

3、天然气低产低效井排水采气增产压缩机

本项目组针对这一生产需求，正在研发用于天然气低产低效井排水采气增产用的井口小型成套压缩机装置。该产品属小型机电一体化成套设备，单机重量约400公斤，占地约1米*2米，高度约2米以内。采用全封闭或半封闭压缩机主机，配套防爆电机、气液分离器等部件。压缩机单台功率约15～30kW左右，气体收集能力约为3000～6000Nm3/天，产品采用模块化设计，每个井场视气井数量需配置1～3台。本项目组长期从事各种容积式压缩机的研究开发，以及过程工业工艺与成套装备技术研究工作，具备丰富的相关领域研究与产业化实践经验，目前正与长庆油田开展合作研究工作。

4、采油井场原油加热低温空气源热泵装置

本项目组针对这一生产需求，正在研发一种压缩式低温空气源热泵装置（图4-3），该装置从空气中取热用于原油加热，适用于没有套管气作为加热炉燃料的井场，能解决燃煤方案所带来的实施不便，电加热经济性差，太阳能装置的占地、初投资、运行成本、可靠性、维护工作量等问题。该装置主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等部件构成。系统中还设置有应急用的电辅助加热器，在压缩机出现故障或维护时用于保证系统供热，目前该产品在国内市场尚处于空白阶段，是产业介入的良好时机。

技术特征与优势描述：该产品整机重量约500公斤左右，占地约6平米，输入功率10～20kW。系统总体运行能耗约为电加热装置的50%左右，节能效果显著。该装置整体撬装，室外安放，全天候自动运行，并可实现远程联网监控和管理。本项目组长期从事工业热泵节能技术研究与开发工作，具有深厚的研究成果积累及丰富的相关产品开发经验，并曾或陕西省科技进步二等奖、陕西省高校科技进步一等奖。

5、 工业余热利用

（1）联合站油田采油污水余热回收热泵装置

本项目基于压缩式热泵的基本工作原理（图5-2），研发了一种从三相分离器排放的污水中回收热量用于站外来液加热的余热回收热泵装置，该装置在污水回注地下前将其中的热量提取出来并升温使用，从而取代原来的燃气或燃油锅炉，节省燃料消耗，降低生产费用。图3是以长庆油田为算例的计算结果，总体运行能耗费用约降低60%，燃油锅炉相比于燃气锅炉的占比越多节能量越可观。整个长庆油田原油脱水环节全面实施热泵余热回收节能改造，理论上每年最高可节省能耗费用1.64～6.16亿元，经济效益十分可观，项目的投资回收期在1.5～4年之间，目前该项目尚处于市场空白阶段。

该采油污水余热回收热泵装置的主要构成部件是压缩机、换热器、膨胀阀等设备，构成封闭热泵系统，系统中充注高温制冷剂，形成制冷循环；另外，整个装置中还包括热管、循环泵、中间换热器等辅助设备。这些部件整体集成为撬装化的成套热泵装置，现场安装使用方便。该产品采用模块化设计方案，以有限的规格满足不同规模的生产需求，一个联合站可能使用3～10台，根据热负荷及处理量进行选择。单机重量约10～30吨，产热量500～2000kW，电力消耗约100～500kW。

（2）化工生产中的热泵精馏等节能技术与装备

化工生产中存在大量的蒸发、浓缩、精馏、结晶、干燥等分离过程，这一过程需要消耗巨大的能量作为塔釜热源，同时消耗大量的冷却水将塔顶蒸发产物冷凝成液态。本项目针对这一背景，基于压缩式热泵技术，提出了一种适用于此类工艺过程的节能改造技术，其基本思路是用压缩机对塔顶气态物料进行压缩，使其温度提高后用于塔釜液态物料加热，同时使塔顶物料冷凝为液态产物，形成一套压缩式热泵精馏（蒸馏）工艺及其成套装置（图5-4）设计技术。

与现有的塔底采用蒸汽加热液态物料、塔顶采用冷却水冷凝气态产物的工艺相比，本项目技术方案实现了能量在系统中的循环使用，塔底不再需要加热蒸汽，塔顶也不再需要冷却水，从而可节能节水50%以上，经济和环境效益极为显著。

三、技术成熟度

□概念验证   □原理样机  R工程样机  £中试    £产业化

四、合作方式

£联合研发  £技术入股  □转让   £授权（许可） R面议"