一種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發電裝置的制造方法
【專利摘要】一種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發電裝置，屬于石油化工領域工業余熱回收的一種節能減排技術。它包括膨脹發電機組（4）、冷凝器（5）、有機工質泵（6）、預熱蒸發器（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預熱蒸發器（7）將有機工質加熱、氣化，有機工質進入膨脹發電機組（4）進行膨脹做功，然后進入冷凝器（5）冷卻成液體，再經有機工質泵（6）提壓后進入預熱蒸發器（7）汽化，以此完成有機工質的循環做功過程。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電裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種能量回收技術，尤其是一種石油化工低位能熱回收發電裝置，具體地說是一種甲醇合成裝置工藝氣低位能熱回收發電裝置。
【背景技術】
[0002]甲醇是一種非常重要的大宗有機化工產品，其消費量僅次于乙烯、丙烯和苯，2014年我國甲醇的生產能力達到6400萬噸/年，其中小型裝置(年產能低于30萬噸)的總產能約1200萬噸，中型裝置(年產能30?60萬噸)的總產能約2400萬噸，大型裝置(年產能高于60萬噸)的總產能約2800萬噸，預計2020年國內甲醇產能應達到9800萬噸/年，大型裝置的總產能將達到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。國內甲醇產量大，綜合能耗高，水資源消耗量大，同時甲醇產業的過快發展，加劇了能源、資源的激烈競爭和環境排放的現實負擔，不利于社會的可持續發展。為了降低合成甲醇的綜合能耗、降低環境污染，提高能源的綜合利用率，近年來國內甲醇生產企業逐漸采用先進的工藝、技術裝備自己，提升競爭力，如采用先進的煤氣化技術、高效的凈化技術、大甲醇技術、蒸汽透平技術等，使噸醇綜合能耗降低到48?50GJ。這些先進的工藝、技術起點高，著重于全系統的優化配置，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都是將甲醇合成工藝氣經過氣氣換熱器提溫后進入甲醇反應器進行反應，在水冷型反應器內通過加熱鍋爐給水副產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，釋放出大量的低位能潛熱。傳統工藝技術通過水冷(或者空冷串水冷、蒸發冷等)方式將90?160°C的氣體溫度降至30?40°C后完成甲醇產品的分離，從而消耗了大量的循環水與電能。如果將富含低位能熱的甲醇合成工藝氣的熱量綜合利用，就可以降低循環冷卻水的消耗，為企業和社會帶來可觀的經濟、社會和環保效益，更加有利于企業的可持續發展。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是提供針對現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]本實用新型的技術方案是:
[0007]—種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發電裝置，其特征在于:包括膨脹發電機組4、冷凝器5、有機工質栗6、預熱蒸發器7及其配套的甲醇合成裝置的管道、閥門，預熱蒸發器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器7中的有機工質進行加熱，加熱后的有機工質通過管道進入膨脹發電機組4發電后進入冷凝器5降溫后再經有機工質栗6送入預熱蒸發器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采用并聯方式對工藝氣進行換熱。
[0009]所述預熱蒸發器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或并聯方式對工藝氣進行換熱。
[0010]所述膨脹發電機組4由膨脹機與發電機組合而成，膨脹機采用1.5?1500KW螺桿膨脹機、250?15000KW透平渦輪機。
[0011]所述的有機工質栗6為螺桿栗、齒輪栗或離心栗。
[0012]所述的預熱蒸發器7采用高效的雙管板結構，以杜絕甲醇工藝氣介質泄漏到有機工質。
[0013]所述的有機工質為臨界溫度100°C以上的單一或混合工質。
[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預熱蒸發器將有機工質加熱、汽化，有機工質進入膨脹發電機組進行膨脹做功，然后進入冷凝器冷卻成液體，再經有機工質栗提壓后進入預熱蒸發器汽化，以此完成有機工質的循環做功過程。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017]本實用新型的通過在常規合成甲醇裝置中接入預熱蒸發器，將含有大量低位熱能的甲醇工藝氣降溫，并將有機工質預熱、氣化、發電，以此實現甲醇工藝氣低位能熱的發電，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改進后的發電裝置組成系統結構示意圖之一。
[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改進后的發電裝置組成系統結構示意圖之二。
[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改進后的發電裝置組成系統結構示意圖之三。
[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改進后的發電裝置組成系統結構示意圖之四。
【具體實施方式】
[0026]下面結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循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產品。
[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)經分配閥(并聯運行)進行分配，其中一路80%的工藝氣從管道14經氣氣換熱器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經預熱蒸發器7(熱負荷:9289KW)與有機工質換熱后溫度降至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循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產品。經過預熱蒸發器7后的飽和氣相有機工質R245fa(溫度:118°C、壓力:1.75MPa、流量:143t/h)進入膨脹發電機組4膨脹做功1115KW后，壓力降至0.1810^，然后進入冷凝器5用715^1!循環冷卻水進行冷卻至39°C，得到過冷度為5°C的有機工質液，液體再經有機工質栗6(功率:78KW)增壓至2.0MPa后進入預熱蒸發器7與工藝氣換熱得到飽和的氣相有機工質，從而完成有機工質換熱、做功的循環。
[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電裝置，系統提供凈發電量1037KW，循環冷卻水消耗降低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，為企業和社會帶來了較好的經濟、社會和環保效益。
[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循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產品。
[0034]如圖4所示(串聯運行)，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，然后進入預熱蒸發器7(、熱負荷:23305KW)與有機工質換熱后溫度降至78°C，換熱后的工藝氣進入水冷器3用1167t/h循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離粗甲醇產品。經過預熱蒸發器7后的飽和氣相多種有機工質R245fa、R600等(溫度:85°C、壓力:0.85MPa、流量:380t/h)進入膨脹發電機組4膨脹做功1855KW后，壓力降至
0.20MPa，然后進入冷凝器5用1863t/h循環冷卻水進行冷卻至39°C，得到過冷度為5°C的有機工質液，液體再經有機工質栗6(功率:91KW)增壓至1.1MPa后進入預熱蒸發器7與工藝氣換熱得到飽和的氣相有機工質，從而完成有機工質換熱、做功的循環。
[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電裝置，采用混合有機工質，系統提供凈發電量1764KW，循環冷卻水消耗降低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，為企業和社會帶來了較好的經濟、社會和環保效益。
[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循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產品。
[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出口的工藝氣經管道11(溫度:210°C、壓力:7.8MPa、流量:23597kmol/h)經分配閥(并聯運行)進行分配，其中一路90%的工藝氣從管道14經鍋爐給水預熱器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經過熱器8(熱負荷:1116KW)將飽和的有機工質過熱，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)然后進入預熱蒸發器7(熱負荷:28453KW)與有機工質換熱后溫度降至72°C，換熱后的工藝氣進入水冷器3用1075t/h循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產品。經過預熱蒸發器7、過熱器8后的氣相有機工質(溫度:100°C、壓力:1.0MPa、流量:728t/h)進入膨脹發電機組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循環冷卻水進行冷卻至39°(:，得到過冷度為51€的有機工質液，液體再經有機工質栗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，從而完成有機工質換熱、做功的循環。
[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電裝置，有機工質可采用干、濕、等熵等混合流體，系統提供凈發電量4036KW，循環冷卻水消耗降低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，為企業和社會帶來了較好的經濟、社會和環保效益。
[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循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產品。
[0044]如圖8所示(串聯運行)，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，然后進入預熱蒸發器7(熱負荷:116015KW)與有機工質換熱后溫度降至72°C，換熱后的工藝氣進入水冷器3用2170t/h循環冷卻水進行冷卻至40°C、分離出粗甲醇產品。經過預熱蒸發器7換熱后的飽和氣相多種有機工質R245fa、R600等(溫度:114°C、壓力:1.60MPa、流量:1790t/h)進入膨脹發電機組4膨脹做功13420KW后，壓力降至0.17MPa，然后進入冷凝器5用8950t/h循環冷卻水進行冷卻至39°C，得到過冷度為5°C的有機工質液，液體再經有機工質栗6(功率:850KW)增壓至2.0MPa后進入預熱蒸發器7與工藝氣換熱得到飽和的氣相有機工質，從而完成有機工質換熱、做功的循環。
[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電裝置，采用混合有機工質，系統提供凈發電量12570KW，循環冷卻水消耗降低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，為企業和社會帶來了較好的經濟、社會和環保效益。
[0046]本實用新型未涉及部分與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【主權項】
1.一種甲醇合成工藝氣低位能熱回收發電裝置，其特征在于:包括膨脹發電機組(4)、冷凝器(5)、有機工質栗(6)、預熱蒸發器(7)及其配套的甲醇合成裝置的管道、閥門，預熱蒸發器(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器(7)中的有機工質進行加熱，加熱后的有機工質通過管道進入膨脹發電機組(4)發電后進入冷凝器(5)降溫后再經有機工質栗(6)送入預熱蒸發器(7)與甲醇合成裝置(I)輸入的工藝氣進行換熱。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征是所述預熱蒸發器(7)與壓力為3.0?6.0MPa甲醇合成裝置(I)所帶的換熱器(3)采用并聯方式對工藝氣進行換熱。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征是所述預熱蒸發器(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或并聯方式對工藝氣進行換熱。4.根據權利要求1所述的裝置，其特征是所述膨脹發電機組(4)由膨脹機與發電機組合而成，膨脹機采用1.5?1500KW螺桿膨脹機、250?15000KW透平渦輪機。5.根據權利要求1所述的裝置，其特征是所述的有機工質栗(6)為螺桿栗、齒輪栗或離心栗。6.根據權利要求1所述的裝置，其特征是所述的預熱蒸發器(7)采用高效的雙管板結構，以杜絕甲醇工藝氣介質泄漏到有機工質。7.根據權利要求1所述的裝置，其特征是所述的有機工質為臨界溫度100°C以上的單一或混合工質。
【文檔編號】F01D15/10GK205477792SQ201620257715
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】呂仲明, 張結喜, 劉小平
【申請人】南京國昌化工科技有限公司