一種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】一種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，屬于石油化工領(lǐng)域工業(yè)余熱回收的一種節(jié)能減排技術(shù)。它包括膨脹發(fā)電機組（4）、冷凝器（5）、有機工質(zhì)泵（6）、預熱蒸發(fā)器（7）及其配套的甲醇合成裝置的管道、閥門；從甲醇合成塔（1）反應出來的工藝氣經(jīng)預熱蒸發(fā)器（7）將有機工質(zhì)加熱、氣化，有機工質(zhì)進入膨脹發(fā)電機組（4）進行膨脹做功，然后進入冷凝器（5）冷卻成液體，再經(jīng)有機工質(zhì)泵（6）提壓后進入預熱蒸發(fā)器（7）汽化，以此完成有機工質(zhì)的循環(huán)做功過程。本實用新型對甲醇合成裝置的低位能熱進行充分利用，降低了甲醇產(chǎn)品的單位能耗。
【專利說明】
一種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種能量回收技術(shù)，尤其是一種石油化工低位能熱回收發(fā)電裝置，具體地說是一種甲醇合成裝置工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醇是一種非常重要的大宗有機化工產(chǎn)品，其消費量僅次于乙烯、丙烯和苯，2014年我國甲醇的生產(chǎn)能力達到6400萬噸/年，其中小型裝置(年產(chǎn)能低于30萬噸)的總產(chǎn)能約1200萬噸，中型裝置(年產(chǎn)能30?60萬噸)的總產(chǎn)能約2400萬噸，大型裝置(年產(chǎn)能高于60萬噸)的總產(chǎn)能約2800萬噸，預計2020年國內(nèi)甲醇產(chǎn)能應達到9800萬噸/年，大型裝置的總產(chǎn)能將達到80%以上。
[0003]目前我國合成甲醇的主要原料來自于煤炭，年消耗標準煤達到I億噸以上，其噸醇平均綜合能耗為50?60GJ、水耗20?22噸。國內(nèi)甲醇產(chǎn)量大，綜合能耗高，水資源消耗量大，同時甲醇產(chǎn)業(yè)的過快發(fā)展，加劇了能源、資源的激烈競爭和環(huán)境排放的現(xiàn)實負擔，不利于社會的可持續(xù)發(fā)展。為了降低合成甲醇的綜合能耗、降低環(huán)境污染，提高能源的綜合利用率，近年來國內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)逐漸采用先進的工藝、技術(shù)裝備自己，提升競爭力，如采用先進的煤氣化技術(shù)、高效的凈化技術(shù)、大甲醇技術(shù)、蒸汽透平技術(shù)等，使噸醇綜合能耗降低到48?50GJ。這些先進的工藝、技術(shù)起點高，著重于全系統(tǒng)的優(yōu)化配置，大大降低了甲醇的綜合能耗，但是對于甲醇裝置的低位能熱還沒有得到充分的利用。
[0004]無論甲醇裝置規(guī)模的大小還是操作壓力的變化，水冷型、大甲醇合成裝置采用的工藝技術(shù)都是將甲醇合成工藝氣經(jīng)過氣氣換熱器提溫后進入甲醇反應器進行反應，在水冷型反應器內(nèi)通過加熱鍋爐給水副產(chǎn)中壓蒸汽移走部分反應熱，反應后的熱氣體通過氣氣換熱器后溫度一般能達到90?160°C，該氣體因含有6?15%甲醇、1~2%的水汽，在降溫過程中甲醇與水汽變成液態(tài)，釋放出大量的低位能潛熱。傳統(tǒng)工藝技術(shù)通過水冷(或者空冷串水冷、蒸發(fā)冷等)方式將90?160°C的氣體溫度降至30?40°C后完成甲醇產(chǎn)品的分離，從而消耗了大量的循環(huán)水與電能。如果將富含低位能熱的甲醇合成工藝氣的熱量綜合利用，就可以降低循環(huán)冷卻水的消耗，為企業(yè)和社會帶來可觀的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益，更加有利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是提供針對現(xiàn)有的甲醇制備過程中熱能浪費大的問題，設計一種甲醇合成裝置工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，以解決富含低位能熱的甲醇合成工藝氣的冷卻問題。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0007]—種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，其特征在于:包括膨脹發(fā)電機組4、冷凝器5、有機工質(zhì)栗6、預熱蒸發(fā)器7及其配套的甲醇合成裝置的管道、閥門，預熱蒸發(fā)器7的輸入端通過相應的管道和閥門直接或間接與甲醇合成裝置I的部分工藝氣輸出端相連通，利用甲醉合成裝置I輸出的工藝氣對進入預熱蒸發(fā)器7中的有機工質(zhì)進行加熱，加熱后的有機工質(zhì)通過管道進入膨脹發(fā)電機組4發(fā)電后進入冷凝器5降溫后再經(jīng)有機工質(zhì)栗6送入預熱蒸發(fā)器7與甲醇合成裝置I輸入的工藝氣進行換熱。
[0008]所述預熱蒸發(fā)器7與壓力為3.0?6.0MPa甲醇合成裝置I所帶的換熱器3采用并聯(lián)方式對工藝氣進行換熱。
[0009]所述預熱蒸發(fā)器7與壓力為6.0?12.0MPa甲醇合成裝置I所帶的換熱器采用串聯(lián)或并聯(lián)方式對工藝氣進行換熱。
[0010]所述膨脹發(fā)電機組4由膨脹機與發(fā)電機組合而成，膨脹機采用1.5?1500KW螺桿膨脹機、250?15000KW透平渦輪機。
[0011]所述的有機工質(zhì)栗6為螺桿栗、齒輪栗或離心栗。
[0012]所述的預熱蒸發(fā)器7采用高效的雙管板結(jié)構(gòu)，以杜絕甲醇工藝氣介質(zhì)泄漏到有機工質(zhì)。
[0013]所述的有機工質(zhì)為臨界溫度100°C以上的單一或混合工質(zhì)。
[0014]本實用新型的工藝流程是:
[0015]從甲醇合成塔反應出來的工藝氣經(jīng)預熱蒸發(fā)器將有機工質(zhì)加熱、汽化，有機工質(zhì)進入膨脹發(fā)電機組進行膨脹做功，然后進入冷凝器冷卻成液體，再經(jīng)有機工質(zhì)栗提壓后進入預熱蒸發(fā)器汽化，以此完成有機工質(zhì)的循環(huán)做功過程。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017]本實用新型的通過在常規(guī)合成甲醇裝置中接入預熱蒸發(fā)器，將含有大量低位熱能的甲醇工藝氣降溫，并將有機工質(zhì)預熱、氣化、發(fā)電，以此實現(xiàn)甲醇工藝氣低位能熱的發(fā)電，從而降低了裝置的能耗與水耗。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的實施例一的對比示意圖。
[0019]圖2是圖1改進后的發(fā)電裝置組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖之一。
[0020]圖3為本實用新型的實施例二的對比示意圖
[0021]圖4是圖3改進后的發(fā)電裝置組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0022]圖5為本實用新型的實施例三的對比示意圖。
[0023]圖6為圖5改進后的發(fā)電裝置組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖之三。
[0024]圖7為本實用新型的實施例四的對比示意圖。
[0025]圖8為圖7改進后的發(fā)電裝置組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖之四。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0027]實施例1-2。
[0028]如圖1所示，來自100tpd、5.0MPa低壓甲醇裝置(30萬噸級)甲醇反應器I出口的工藝氣(管道14、溫度:257°C、壓力:5.010^、流量:21500101101/11)經(jīng)氣氣換熱器2(熱負荷:34882KW)換熱后溫度降至91°C，然后進入水冷器3用1800t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產(chǎn)品。
[0029]如圖2所示，來自1000tpd、5.0MPa低壓甲醇裝置(30萬噸級)甲醇反應器I出口的工藝氣從管道11 (溫度:257°C、壓力:5.0MPa、流量:21500kmol/h)經(jīng)分配閥(并聯(lián)運行)進行分配，其中一路80%的工藝氣從管道14經(jīng)氣氣換熱器2(熱負荷:34882KW)換熱后溫度降至74°C;另一路20%的工藝氣從管道12經(jīng)預熱蒸發(fā)器7(熱負荷:9289KW)與有機工質(zhì)換熱后溫度降至67°C，換熱后的兩路工藝氣匯合從管道16(溫度:73°C、壓力:4.9MPa、流量:21500kmol/h)進入水冷器3用998t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產(chǎn)品。經(jīng)過預熱蒸發(fā)器7后的飽和氣相有機工質(zhì)R245fa(溫度:118°C、壓力:1.75MPa、流量:143t/h)進入膨脹發(fā)電機組4膨脹做功1115KW后，壓力降至0.1810^，然后進入冷凝器5用715^1!循環(huán)冷卻水進行冷卻至39°C，得到過冷度為5°C的有機工質(zhì)液，液體再經(jīng)有機工質(zhì)栗6(功率:78KW)增壓至2.0MPa后進入預熱蒸發(fā)器7與工藝氣換熱得到飽和的氣相有機工質(zhì)，從而完成有機工質(zhì)換熱、做功的循環(huán)。
[0030]通過采用本實用新型的甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，系統(tǒng)提供凈發(fā)電量1037KW，循環(huán)冷卻水消耗降低87t/h，噸醇綜合能耗降低0.28GJ，相當于減少二氧化碳年排放量8250噸，為企業(yè)和社會帶來了較好的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。
[0031]實施例2。
[0032]如圖3-4所示。
[0033]如圖3所示，來自2000tpd、8.0MPa低壓甲醇裝置(60萬噸級)甲醇反應器I出口的工藝氣從管道11(溫度:263°C、壓力:8.5MPa、流量:22688kmol/h)經(jīng)氣氣換熱器2(熱負荷:40869KW)換熱后溫度降至120°C，然后進入水冷器3用3145t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產(chǎn)品。
[0034]如圖4所示(串聯(lián)運行)，來自2000tpd、8.0MPa低壓甲醇裝置(60萬噸級)甲醇反應器I出口的工藝氣從管道11(溫度:263°C、壓力:8.5MPa、流量:22688kmol/h)經(jīng)氣氣換熱器2(熱負荷:40869KW)換熱后溫度降至120°C，然后進入預熱蒸發(fā)器7(、熱負荷:23305KW)與有機工質(zhì)換熱后溫度降至78°C，換熱后的工藝氣進入水冷器3用1167t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離粗甲醇產(chǎn)品。經(jīng)過預熱蒸發(fā)器7后的飽和氣相多種有機工質(zhì)R245fa、R600等(溫度:85°C、壓力:0.85MPa、流量:380t/h)進入膨脹發(fā)電機組4膨脹做功1855KW后，壓力降至
0.20MPa，然后進入冷凝器5用1863t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至39°C，得到過冷度為5°C的有機工質(zhì)液，液體再經(jīng)有機工質(zhì)栗6(功率:91KW)增壓至1.1MPa后進入預熱蒸發(fā)器7與工藝氣換熱得到飽和的氣相有機工質(zhì)，從而完成有機工質(zhì)換熱、做功的循環(huán)。
[0035]通過采用本實用新型的甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，采用混合有機工質(zhì)，系統(tǒng)提供凈發(fā)電量1764KW，循環(huán)冷卻水消耗降低115t/h，噸醇綜合能耗降低0.24GJ，相當于減少二氧化碳年排放量14070噸，為企業(yè)和社會帶來了較好的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。
[0036]實施例3。
[0037]如圖5-6所示。
[0038]如圖5所示，來自2233tpd、8.0MPa低壓甲醇裝置(100萬噸級)甲醇反應器1A、1B出口的工藝氣從管道(溫度:210°C、壓力:7.8MPa、流量:23597kmol/h)經(jīng)鍋爐給水預熱器2A(熱負荷:7847KW)、氣氣換熱器2B(熱負荷:14292KW)換熱后溫度降至140°C，然后進入水冷器3用5054t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產(chǎn)品。
[0039]如圖6所示，來自2233tpd、8.0MPa低壓甲醇裝置(100萬噸級)甲醇反應器I出口的工藝氣經(jīng)管道11(溫度:210°C、壓力:7.8MPa、流量:23597kmol/h)經(jīng)分配閥(并聯(lián)運行)進行分配，其中一路90%的工藝氣從管道14經(jīng)鍋爐給水預熱器2A(熱負荷:7847KW)、氣氣換熱器2B(熱負荷:14292KW)換熱后溫度降至137°C;另一路10%的工藝氣從管道12經(jīng)過熱器8(熱負荷:1116KW)將飽和的有機工質(zhì)過熱，換熱后工藝氣溫度降至163°C，換熱后的兩路工藝氣匯合進入管道16(溫度:138°C、壓力:7.6MPa、流量:23597kmol/h)然后進入預熱蒸發(fā)器7(熱負荷:28453KW)與有機工質(zhì)換熱后溫度降至72°C，換熱后的工藝氣進入水冷器3用1075t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產(chǎn)品。經(jīng)過預熱蒸發(fā)器7、過熱器8后的氣相有機工質(zhì)(溫度:100°C、壓力:1.0MPa、流量:728t/h)進入膨脹發(fā)電機組4膨脹做功4237KW后，壓力降至0.1810^，然后進入冷凝器5用3640丨/11循環(huán)冷卻水進行冷卻至39°(:，得到過冷度為51€的有機工質(zhì)液，液體再經(jīng)有機工質(zhì)栗6(功率:201KW)增壓至1.3MPa后進入、過熱器8與工藝氣換熱得到過熱的氣相有機工質(zhì)，從而完成有機工質(zhì)換熱、做功的循環(huán)。
[0040]通過采用本實用新型的甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，有機工質(zhì)可采用干、濕、等熵等混合流體，系統(tǒng)提供凈發(fā)電量4036KW，循環(huán)冷卻水消耗降低339t/h，噸醇綜合能耗降低0.49GJ，相當于減少二氧化碳年排放量33190噸，為企業(yè)和社會帶來了較好的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。
[0041 ] 實施例4。
[0042]如圖7-8所示。
[0043]如圖7所示，來自5400tpd、8.0MPa低壓甲醇裝置(180萬噸級)甲醇反應器1A、1B出口的工藝氣從管道11(溫度:226°C、壓力:8.2MPa、流量:49705kmol/h)經(jīng)氣氣換熱器2(熱負荷:22785KW)換熱后溫度降至179°C，然后進入水冷器3用12195t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產(chǎn)品。
[0044]如圖8所示(串聯(lián)運行)，來自5400tpd、8.0MPa低壓甲醇裝置(180萬噸級)甲醇反應器I A、1B出口的工藝氣從管道11(溫度:226°C、壓力:8.2MPa、流量:49705kmol/h)經(jīng)氣氣換熱器2(熱負荷:22785KW)換熱后溫度降至179°C，然后進入預熱蒸發(fā)器7(熱負荷:116015KW)與有機工質(zhì)換熱后溫度降至72°C，換熱后的工藝氣進入水冷器3用2170t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產(chǎn)品。經(jīng)過預熱蒸發(fā)器7換熱后的飽和氣相多種有機工質(zhì)R245fa、R600等(溫度:114°C、壓力:1.60MPa、流量:1790t/h)進入膨脹發(fā)電機組4膨脹做功13420KW后，壓力降至0.17MPa，然后進入冷凝器5用8950t/h循環(huán)冷卻水進行冷卻至39°C，得到過冷度為5°C的有機工質(zhì)液，液體再經(jīng)有機工質(zhì)栗6(功率:850KW)增壓至2.0MPa后進入預熱蒸發(fā)器7與工藝氣換熱得到飽和的氣相有機工質(zhì)，從而完成有機工質(zhì)換熱、做功的循環(huán)。
[0045]通過采用本實用新型的甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，采用混合有機工質(zhì)，系統(tǒng)提供凈發(fā)電量12570KW，循環(huán)冷卻水消耗降低1075t/h，噸醇綜合能耗降低0.63GJ，相當于減少二氧化碳年排放量100200噸，為企業(yè)和社會帶來了較好的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。
[0046]本實用新型未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發(fā)電裝置，其特征在于:包括膨脹發(fā)電機組(4)、冷凝器(5)、有機工質(zhì)栗(6)、預熱蒸發(fā)器(7)及其配套的甲醇合成裝置的管道、閥門，預熱蒸發(fā)器(7)的輸入端通過相應的管道和閥門直接或間接與甲醇合成裝置(I)的部分工藝氣輸出端相連通，利用甲醉合成裝置(I)輸出的工藝氣對進入預熱蒸發(fā)器(7)中的有機工質(zhì)進行加熱，加熱后的有機工質(zhì)通過管道進入膨脹發(fā)電機組(4)發(fā)電后進入冷凝器(5)降溫后再經(jīng)有機工質(zhì)栗(6)送入預熱蒸發(fā)器(7)與甲醇合成裝置(I)輸入的工藝氣進行換熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述預熱蒸發(fā)器(7)與壓力為3.0?6.0MPa甲醇合成裝置(I)所帶的換熱器(3)采用并聯(lián)方式對工藝氣進行換熱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述預熱蒸發(fā)器(7)與壓力為6.0?12.0MPa甲醇合成裝置(I)所帶的換熱器采用串聯(lián)或并聯(lián)方式對工藝氣進行換熱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述膨脹發(fā)電機組(4)由膨脹機與發(fā)電機組合而成，膨脹機采用1.5?1500KW螺桿膨脹機、250?15000KW透平渦輪機。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的有機工質(zhì)栗(6)為螺桿栗、齒輪栗或離心栗。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的預熱蒸發(fā)器(7)采用高效的雙管板結(jié)構(gòu)，以杜絕甲醇工藝氣介質(zhì)泄漏到有機工質(zhì)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的有機工質(zhì)為臨界溫度100°C以上的單一或混合工質(zhì)。
【文檔編號】F01D15/10GK205477792SQ201620257715
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】呂仲明, 張結(jié)喜, 劉小平
【申請人】南京國昌化工科技有限公司