一种甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置的制造方法

文档序号:10795253阅读:445来源:国知局
一种甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置的制造方法
【专利摘要】一种甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置,属于石油化工领域工业余热回收的一种节能减排技术。它包括膨胀发电机组(4)、冷凝器(5)、有机工质泵(6)、预热蒸发器(7)及其配套的甲醇合成装置的管道、阀门;从甲醇合成塔(1)反应出来的工艺气经预热蒸发器(7)将有机工质加热、气化,有机工质进入膨胀发电机组(4)进行膨胀做功,然后进入冷凝器(5)冷却成液体,再经有机工质泵(6)提压后进入预热蒸发器(7)汽化,以此完成有机工质的循环做功过程。本实用新型对甲醇合成装置的低位能热进行充分利用,降低了甲醇产品的单位能耗。
【专利说明】
一种甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种能量回收技术,尤其是一种石油化工低位能热回收发电装置,具体地说是一种甲醇合成装置工艺气低位能热回收发电装置。
【背景技术】
[0002]甲醇是一种非常重要的大宗有机化工产品,其消费量仅次于乙烯、丙烯和苯,2014年我国甲醇的生产能力达到6400万吨/年,其中小型装置(年产能低于30万吨)的总产能约1200万吨,中型装置(年产能30?60万吨)的总产能约2400万吨,大型装置(年产能高于60万吨)的总产能约2800万吨,预计2020年国内甲醇产能应达到9800万吨/年,大型装置的总产能将达到80%以上。
[0003]目前我国合成甲醇的主要原料来自于煤炭,年消耗标准煤达到I亿吨以上,其吨醇平均综合能耗为50?60GJ、水耗20?22吨。国内甲醇产量大,综合能耗高,水资源消耗量大,同时甲醇产业的过快发展,加剧了能源、资源的激烈竞争和环境排放的现实负担,不利于社会的可持续发展。为了降低合成甲醇的综合能耗、降低环境污染,提高能源的综合利用率,近年来国内甲醇生产企业逐渐采用先进的工艺、技术装备自己,提升竞争力,如采用先进的煤气化技术、高效的净化技术、大甲醇技术、蒸汽透平技术等,使吨醇综合能耗降低到48?50GJ。这些先进的工艺、技术起点高,着重于全系统的优化配置,大大降低了甲醇的综合能耗,但是对于甲醇装置的低位能热还没有得到充分的利用。
[0004]无论甲醇装置规模的大小还是操作压力的变化,水冷型、大甲醇合成装置采用的工艺技术都是将甲醇合成工艺气经过气气换热器提温后进入甲醇反应器进行反应,在水冷型反应器内通过加热锅炉给水副产中压蒸汽移走部分反应热,反应后的热气体通过气气换热器后温度一般能达到90?160°C,该气体因含有6?15%甲醇、1~2%的水汽,在降温过程中甲醇与水汽变成液态,释放出大量的低位能潜热。传统工艺技术通过水冷(或者空冷串水冷、蒸发冷等)方式将90?160°C的气体温度降至30?40°C后完成甲醇产品的分离,从而消耗了大量的循环水与电能。如果将富含低位能热的甲醇合成工艺气的热量综合利用,就可以降低循环冷却水的消耗,为企业和社会带来可观的经济、社会和环保效益,更加有利于企业的可持续发展。

【发明内容】

[0005]本实用新型的目的是提供针对现有的甲醇制备过程中热能浪费大的问题,设计一种甲醇合成装置工艺气低位能热回收发电装置,以解决富含低位能热的甲醇合成工艺气的冷却问题。
[0006]本实用新型的技术方案是:
[0007]—种甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置,其特征在于:包括膨胀发电机组4、冷凝器5、有机工质栗6、预热蒸发器7及其配套的甲醇合成装置的管道、阀门,预热蒸发器7的输入端通过相应的管道和阀门直接或间接与甲醇合成装置I的部分工艺气输出端相连通,利用甲醉合成装置I输出的工艺气对进入预热蒸发器7中的有机工质进行加热,加热后的有机工质通过管道进入膨胀发电机组4发电后进入冷凝器5降温后再经有机工质栗6送入预热蒸发器7与甲醇合成装置I输入的工艺气进行换热。
[0008]所述预热蒸发器7与压力为3.0?6.0MPa甲醇合成装置I所带的换热器3采用并联方式对工艺气进行换热。
[0009]所述预热蒸发器7与压力为6.0?12.0MPa甲醇合成装置I所带的换热器采用串联或并联方式对工艺气进行换热。
[0010]所述膨胀发电机组4由膨胀机与发电机组合而成,膨胀机采用1.5?1500KW螺杆膨胀机、250?15000KW透平涡轮机。
[0011]所述的有机工质栗6为螺杆栗、齿轮栗或离心栗。
[0012]所述的预热蒸发器7采用高效的双管板结构,以杜绝甲醇工艺气介质泄漏到有机工质。
[0013]所述的有机工质为临界温度100°C以上的单一或混合工质。
[0014]本实用新型的工艺流程是:
[0015]从甲醇合成塔反应出来的工艺气经预热蒸发器将有机工质加热、汽化,有机工质进入膨胀发电机组进行膨胀做功,然后进入冷凝器冷却成液体,再经有机工质栗提压后进入预热蒸发器汽化,以此完成有机工质的循环做功过程。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017]本实用新型的通过在常规合成甲醇装置中接入预热蒸发器,将含有大量低位热能的甲醇工艺气降温,并将有机工质预热、气化、发电,以此实现甲醇工艺气低位能热的发电,从而降低了装置的能耗与水耗。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的实施例一的对比示意图。
[0019]图2是图1改进后的发电装置组成系统结构示意图之一。
[0020]图3为本实用新型的实施例二的对比示意图
[0021]图4是图3改进后的发电装置组成系统结构示意图之二。
[0022]图5为本实用新型的实施例三的对比示意图。
[0023]图6为图5改进后的发电装置组成系统结构示意图之三。
[0024]图7为本实用新型的实施例四的对比示意图。
[0025]图8为图7改进后的发电装置组成系统结构示意图之四。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0027]实施例1-2。
[0028]如图1所示,来自100tpd、5.0MPa低压甲醇装置(30万吨级)甲醇反应器I出口的工艺气(管道14、温度:257°C、压力:5.010^、流量:21500101101/11)经气气换热器2(热负荷:34882KW)换热后温度降至91°C,然后进入水冷器3用1800t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离出粗甲醇产品。
[0029]如图2所示,来自1000tpd、5.0MPa低压甲醇装置(30万吨级)甲醇反应器I出口的工艺气从管道11 (温度:257°C、压力:5.0MPa、流量:21500kmol/h)经分配阀(并联运行)进行分配,其中一路80%的工艺气从管道14经气气换热器2(热负荷:34882KW)换热后温度降至74°C;另一路20%的工艺气从管道12经预热蒸发器7(热负荷:9289KW)与有机工质换热后温度降至67°C,换热后的两路工艺气汇合从管道16(温度:73°C、压力:4.9MPa、流量:21500kmol/h)进入水冷器3用998t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离出粗甲醇产品。经过预热蒸发器7后的饱和气相有机工质R245fa(温度:118°C、压力:1.75MPa、流量:143t/h)进入膨胀发电机组4膨胀做功1115KW后,压力降至0.1810^,然后进入冷凝器5用715^1!循环冷却水进行冷却至39°C,得到过冷度为5°C的有机工质液,液体再经有机工质栗6(功率:78KW)增压至2.0MPa后进入预热蒸发器7与工艺气换热得到饱和的气相有机工质,从而完成有机工质换热、做功的循环。
[0030]通过采用本实用新型的甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置,系统提供净发电量1037KW,循环冷却水消耗降低87t/h,吨醇综合能耗降低0.28GJ,相当于减少二氧化碳年排放量8250吨,为企业和社会带来了较好的经济、社会和环保效益。
[0031]实施例2。
[0032]如图3-4所示。
[0033]如图3所示,来自2000tpd、8.0MPa低压甲醇装置(60万吨级)甲醇反应器I出口的工艺气从管道11(温度:263°C、压力:8.5MPa、流量:22688kmol/h)经气气换热器2(热负荷:40869KW)换热后温度降至120°C,然后进入水冷器3用3145t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离出粗甲醇产品。
[0034]如图4所示(串联运行),来自2000tpd、8.0MPa低压甲醇装置(60万吨级)甲醇反应器I出口的工艺气从管道11(温度:263°C、压力:8.5MPa、流量:22688kmol/h)经气气换热器2(热负荷:40869KW)换热后温度降至120°C,然后进入预热蒸发器7(、热负荷:23305KW)与有机工质换热后温度降至78°C,换热后的工艺气进入水冷器3用1167t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离粗甲醇产品。经过预热蒸发器7后的饱和气相多种有机工质R245fa、R600等(温度:85°C、压力:0.85MPa、流量:380t/h)进入膨胀发电机组4膨胀做功1855KW后,压力降至
0.20MPa,然后进入冷凝器5用1863t/h循环冷却水进行冷却至39°C,得到过冷度为5°C的有机工质液,液体再经有机工质栗6(功率:91KW)增压至1.1MPa后进入预热蒸发器7与工艺气换热得到饱和的气相有机工质,从而完成有机工质换热、做功的循环。
[0035]通过采用本实用新型的甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置,采用混合有机工质,系统提供净发电量1764KW,循环冷却水消耗降低115t/h,吨醇综合能耗降低0.24GJ,相当于减少二氧化碳年排放量14070吨,为企业和社会带来了较好的经济、社会和环保效益。
[0036]实施例3。
[0037]如图5-6所示。
[0038]如图5所示,来自2233tpd、8.0MPa低压甲醇装置(100万吨级)甲醇反应器1A、1B出口的工艺气从管道(温度:210°C、压力:7.8MPa、流量:23597kmol/h)经锅炉给水预热器2A(热负荷:7847KW)、气气换热器2B(热负荷:14292KW)换热后温度降至140°C,然后进入水冷器3用5054t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离出粗甲醇产品。
[0039]如图6所示,来自2233tpd、8.0MPa低压甲醇装置(100万吨级)甲醇反应器I出口的工艺气经管道11(温度:210°C、压力:7.8MPa、流量:23597kmol/h)经分配阀(并联运行)进行分配,其中一路90%的工艺气从管道14经锅炉给水预热器2A(热负荷:7847KW)、气气换热器2B(热负荷:14292KW)换热后温度降至137°C;另一路10%的工艺气从管道12经过热器8(热负荷:1116KW)将饱和的有机工质过热,换热后工艺气温度降至163°C,换热后的两路工艺气汇合进入管道16(温度:138°C、压力:7.6MPa、流量:23597kmol/h)然后进入预热蒸发器7(热负荷:28453KW)与有机工质换热后温度降至72°C,换热后的工艺气进入水冷器3用1075t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离出粗甲醇产品。经过预热蒸发器7、过热器8后的气相有机工质(温度:100°C、压力:1.0MPa、流量:728t/h)进入膨胀发电机组4膨胀做功4237KW后,压力降至0.1810^,然后进入冷凝器5用3640丨/11循环冷却水进行冷却至39°(:,得到过冷度为51€的有机工质液,液体再经有机工质栗6(功率:201KW)增压至1.3MPa后进入、过热器8与工艺气换热得到过热的气相有机工质,从而完成有机工质换热、做功的循环。
[0040]通过采用本实用新型的甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置,有机工质可采用干、湿、等熵等混合流体,系统提供净发电量4036KW,循环冷却水消耗降低339t/h,吨醇综合能耗降低0.49GJ,相当于减少二氧化碳年排放量33190吨,为企业和社会带来了较好的经济、社会和环保效益。
[0041 ] 实施例4。
[0042]如图7-8所示。
[0043]如图7所示,来自5400tpd、8.0MPa低压甲醇装置(180万吨级)甲醇反应器1A、1B出口的工艺气从管道11(温度:226°C、压力:8.2MPa、流量:49705kmol/h)经气气换热器2(热负荷:22785KW)换热后温度降至179°C,然后进入水冷器3用12195t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离出粗甲醇产品。
[0044]如图8所示(串联运行),来自5400tpd、8.0MPa低压甲醇装置(180万吨级)甲醇反应器I A、1B出口的工艺气从管道11(温度:226°C、压力:8.2MPa、流量:49705kmol/h)经气气换热器2(热负荷:22785KW)换热后温度降至179°C,然后进入预热蒸发器7(热负荷:116015KW)与有机工质换热后温度降至72°C,换热后的工艺气进入水冷器3用2170t/h循环冷却水进行冷却至40°C、分离出粗甲醇产品。经过预热蒸发器7换热后的饱和气相多种有机工质R245fa、R600等(温度:114°C、压力:1.60MPa、流量:1790t/h)进入膨胀发电机组4膨胀做功13420KW后,压力降至0.17MPa,然后进入冷凝器5用8950t/h循环冷却水进行冷却至39°C,得到过冷度为5°C的有机工质液,液体再经有机工质栗6(功率:850KW)增压至2.0MPa后进入预热蒸发器7与工艺气换热得到饱和的气相有机工质,从而完成有机工质换热、做功的循环。
[0045]通过采用本实用新型的甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置,采用混合有机工质,系统提供净发电量12570KW,循环冷却水消耗降低1075t/h,吨醇综合能耗降低0.63GJ,相当于减少二氧化碳年排放量100200吨,为企业和社会带来了较好的经济、社会和环保效益。
[0046]本实用新型未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种甲醇合成工艺气低位能热回收发电装置,其特征在于:包括膨胀发电机组(4)、冷凝器(5)、有机工质栗(6)、预热蒸发器(7)及其配套的甲醇合成装置的管道、阀门,预热蒸发器(7)的输入端通过相应的管道和阀门直接或间接与甲醇合成装置(I)的部分工艺气输出端相连通,利用甲醉合成装置(I)输出的工艺气对进入预热蒸发器(7)中的有机工质进行加热,加热后的有机工质通过管道进入膨胀发电机组(4)发电后进入冷凝器(5)降温后再经有机工质栗(6)送入预热蒸发器(7)与甲醇合成装置(I)输入的工艺气进行换热。2.根据权利要求1所述的装置,其特征是所述预热蒸发器(7)与压力为3.0?6.0MPa甲醇合成装置(I)所带的换热器(3)采用并联方式对工艺气进行换热。3.根据权利要求1所述的装置,其特征是所述预热蒸发器(7)与压力为6.0?12.0MPa甲醇合成装置(I)所带的换热器采用串联或并联方式对工艺气进行换热。4.根据权利要求1所述的装置,其特征是所述膨胀发电机组(4)由膨胀机与发电机组合而成,膨胀机采用1.5?1500KW螺杆膨胀机、250?15000KW透平涡轮机。5.根据权利要求1所述的装置,其特征是所述的有机工质栗(6)为螺杆栗、齿轮栗或离心栗。6.根据权利要求1所述的装置,其特征是所述的预热蒸发器(7)采用高效的双管板结构,以杜绝甲醇工艺气介质泄漏到有机工质。7.根据权利要求1所述的装置,其特征是所述的有机工质为临界温度100°C以上的单一或混合工质。
【文档编号】F01D15/10GK205477792SQ201620257715
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】吕仲明, 张结喜, 刘小平
【申请人】南京国昌化工科技有限公司
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