CN102589181B - 一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的方法及装置，属于化工企业生产综合利用技术领域。技术方案是：设置增湿塔，二氧化碳气体在增湿塔内与回收了150℃以下的低温余热的热水逆流接触，通过传质传热作用将水中的热量直接转移到二氧化碳气体中，部分水以水蒸汽的形式转移到二氧化碳气体中，二氧化碳气体中的水汽含量大幅度提高，二氧化碳与水蒸汽混合气体的温度也得到了提高，同时水中杂质也随之转移到二氧化碳与水蒸汽的混合气体中；增湿塔出口的二氧化碳与水蒸汽混合气体作为煤气发生炉的气化剂使用。本发明利用现有煤气发生炉装置及工艺条件，新增的设备较少，具有很强的实用性和可实施性，投资少、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的方法及装置，属于化工企业生产综合利用技术领域。
背景技术
在工业生产领域，将150℃以下介质的热量称之为低温余热，在各类工业生产领域存在大量的低温余热，绝大部分为气体介质，因露点腐蚀问题，这部分低温余热的回收目前存在很大的技术难题；如110-150℃的炉、窑放空烟气，150℃以下的煤气等工艺气体，50-90℃的凝汽汽轮发电机乏汽、100℃以下的低温热水等；这部分低温余量约占总能源消耗量的8-15%，目前这部分热量绝大部分排到了大气中，造成了能源的极大浪费；这部分热量一部分直接排到了大气中，如110-150℃的炉、窑放空烟气；一部分需要采取空气冷却或冷却水降温的办法将介质降低到所需要的温度，如150℃以下的煤气等工艺气体、50-90℃的凝汽汽轮发电机乏汽等，空气冷却的方法将介质的热量直接传递给空气排到了大气中，同时还要消耗大量的动力电能，冷却水降温的办法需要消耗大量的冷却水，再通过冷却塔采用空气冷却降低冷却水的温度间接的将热量转移到大气中。
目前，背景技术有很少一部分采用热泵技术回收低温余热，但回收的热量品位较低，只能应用于采暖和满足较低温度热量的需求，无法提升热量回收的品位，进而无法将回收的热量大量返回到工业生产领域继续使用，无法提高低温热量的回收效率，同时投资较大、热量回收成本也较高。
发明内容
本发明目的是提供一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的方法及装置，以液态水为媒介，通过液态水将低温余热的热量转移到二氧化碳气体中，包括部分显热和潜热，提高二氧化碳气体的温度和水汽含量，同时低温余热气体介质中的一些杂质也通过水为媒介转移到二氧化碳和水蒸汽的混合气体中；二氧化碳与水蒸汽等混合气体作为煤气发生炉的气化剂或作为其他加热热源使用，实现低温余热的回收利用，节能、降耗、环保、增效，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的方法，适用于具有煤气发生炉设施、具有排放二氧化碳气体以及具有低温余热的生产企业，包含如下工艺步骤：设置增湿塔，回收了低温余热的热水进入增湿塔；二氧化碳气体在增湿塔内与热水逆流接触，通过传质传热作用将热水中的热量直接转移到二氧化碳气体中，部分水以蒸汽的形式转移到二氧化碳气体中，二氧化碳气体中的水汽含量大幅度提高，二氧化碳与水蒸汽混合气体的温度也得到了提高，同时热水中的部分杂质也随之转移到二氧化碳与水蒸汽的混合气体中；增湿塔出口的二氧化碳与水蒸汽混合气体作为煤气发生炉的气化剂使用，也可以作为其他加热热源使用，增湿塔出口降温后的液态水返回到热回收塔循环使用。
本发明还设置有热回收塔，低温余热介质在热回收塔内与增湿塔来的温度较低的水逆流接触，通过传质传热作用将部分显热和潜热转移到液态水中，提高液态水的温度；同时，低温余热介质中易溶于水的杂质也随之转移到水中，低温余热介质温度降低后进入下一工序，提温后的水进入增湿塔。
一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的装置，包含增湿塔、热回收塔、降温塔、低温余热介质和二氧化碳气源，热回收塔的下部连接低温余热气体介质，热回收塔的上部连接增湿塔底部的低温回水，热回收塔的顶部为低温热源降温后的介质出口，热回收塔的底部的热水连接增湿塔的上部，二氧化碳气源连接增湿塔的下部，增湿塔的顶部为二氧化碳和水蒸汽混合气体的输出端；低温余热气体介质在热回收塔内与增湿塔来的温度较低的水逆流接触，通过传质传热作用将部分显热和潜热转移到液态水中，提高液态水的温度，同时，低温余热介质中易溶于水的杂质也随之转移到水中，低温余热气体介质温度降低后进入下一工序，提温后的水进入增湿塔；二氧化碳气体在增湿塔内与热回收塔来的提温后的液态水逆流接触，通过传质传热作用将水中的热量直接转移到二氧化碳气体中，部分水以蒸汽的形式转移到二氧化碳气体中，二氧化碳气体中的水汽含量大幅度提高，二氧化碳与水蒸汽混合气体的温度也得到了提高，同时热水中的部分杂质也随之转移到二氧化碳与水蒸汽的混合气体中；增湿塔出口的二氧化碳与水蒸汽混合气体作为煤气发生炉的气化剂使用；降温后的液态水返回到热回收塔循环使用。
本发明还设有热水泵，设置在热回收塔与增湿塔之间，用于热水加压，强制热水循环。
本发明也可以用于回收温度高于150℃的余热。
本发明还可以不设置热回收塔，通过任意方式将低温余热转化为温度100℃以下和高于100℃的热水后，再进入增湿塔内与二氧化碳气体逆流接触生产二氧化碳与水蒸汽的混合气体。
本发明的积极效果：目前，很多排放二氧化碳气体的生产企业都有煤气发生炉设施，煤气发生炉都需要大量蒸汽作为气化剂生产水煤气、半水煤气或混合燃气，都设有水煤气、半水煤气或混合燃气降温及冷却装置，也有很多其它低温余热，本发明利用现有煤气发生炉装置及工艺条件、利用现有余热，增设热回收塔和增湿塔等设施，将低温余热间接转化为高品位的水蒸汽用于煤气发生炉的原料，在实现二氧化碳循环利用的同时实现了低温热源的回收及高效利用，新增的设备较少，具有很强的实用性和可实施性，投资少、成本低，与背景技术相比，大幅度提高低温余热的回收品位和回收效率，每吨二氧化碳可回收水蒸汽300-700kg、降低冷却水消耗15-40t。
附图说明
附图1是本发明实施例一示意图；
附图2是本发明实施例二示意图；
图中：二氧化碳增湿塔1、热回收塔2、热水泵3、降温塔4、低温余热气体介质5、二氧化碳气源6、二氧化碳和水蒸汽混合气体输出端7。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例一，参照附图1
一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的方法及装置，应用于合成氨系统煤气发生炉低温半水煤气热量回收，生产企业具有煤气发生炉设施，有排放的二氧化碳气体，低温热源为110-150℃的半水煤气，并具有降温塔。本发明包括增湿塔1、热回收塔2、热水泵3、降温塔4；110-150℃的低温半水煤气由热回收塔2的下部进入，与上部进来的30-60℃的低温水逆流接触进行传热传质，降温后的半水煤气通过顶部进入降温塔；热回收塔底部温度升高到60-100℃的热水经过热水泵加压，进入二氧化碳增湿塔的上部，与下部进来的温度10-40℃的二氧化碳气体逆流接触进行传质传热，提温增湿后的二氧化碳气体温度为50-90℃，每吨二氧化碳气体中水蒸汽含量增加300-700kg，进入煤气发生炉系统作为气化剂使用，底部温度较低的水进入热回收塔循环使用。每吨二氧化碳可回收水蒸汽300-700kg，相当于将110-150℃半水煤气低温热源转化为了煤气发生炉使用的高品位的水蒸汽。每吨合成氨循环利用二氧化碳量按0.5吨计算，与背景技术工艺相比较吨氨多回收蒸汽量150-350kg，半水煤气降温塔冷却水消耗由吨氨60-70t降到40-60t，冷却水消耗降低15-30%，同时彻底解决了半水煤气降温塔循环水涨水问题，减少半水煤气冷却循环水外排量，降低污水处理成本，吨氨节约水资源0.3-0.5t；本发明的经济效益和社会效益都非常显著。
实施例二，参照附图2。
实施例二只设置二氧化碳增湿塔1，不设置热回收塔，采用其它工序回收来的60-100℃的热水作为二氧化碳增湿热水，原理与实施例一相同。
Claims (3)
1.一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的方法，其特征在于：适用于具有煤气发生炉设施的排放二氧化碳气体生产企业，生产企业具有150℃以下低温余热，包含如下工艺步骤：设置热回收塔和增湿塔，150℃以下的低温余热气体介质在热回收塔内与增湿塔来的水逆流接触，通过传质传热作用将部分显热和潜热转移到水中，提高水的温度；同时，低温余热气体介质中易溶于水的杂质也随之转移到水中，提温后的水进入增湿塔；二氧化碳气体在增湿塔内与回收了低温余热的热水逆流接触，通过传质传热作用将热水中的热量直接转移到二氧化碳气体中，部分水以水蒸汽的形式转移到二氧化碳气体中，二氧化碳气体中的水汽含量大幅度提高，二氧化碳与水蒸汽混合气体的温度也得到了提高，同时热水中的部分杂质也随之转移到二氧化碳与水蒸汽的混合气体中；增湿塔出口的二氧化碳与水蒸汽混合气体作为煤气发生炉的气化剂使用；降温后的水返回到热回收塔循环使用。
2.一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的装置，其特征在于：包含增湿塔（1）、热回收塔（2）、低温余热气体介质（5）和二氧化碳气源（6），热回收塔的下部连接低温余热气体介质，热回收塔的上部连接增湿塔底部的水，热回收塔的底部连接增湿塔的上部，二氧化碳气源连接增湿塔的下部，增湿塔的顶部为二氧化碳与水蒸汽混合气体输出端（7）；低温余热气体介质在热回收塔内与增湿塔来的水逆流接触，通过传质传热作用将部分显热和潜热转移到水中，提高水的温度；同时，低温余热气体介质中易溶于水的部分杂质也随之转移到水中，提温后的水进入增湿塔；二氧化碳气体在增湿塔内与热回收塔来的提温后的水逆流接触，通过传质传热作用将水中的热量直接转移到二氧化碳气体中，部分水以蒸汽的形式转移到二氧化碳气体中，二氧化碳气体中的水汽含量大幅提高，二氧化碳与水蒸汽混合气体的温度也得到了提高，同时热水中的部分杂质也随之转移到二氧化碳与水蒸汽的混合气体中；增湿塔出口的二氧化碳与水蒸汽混合气体作为煤气发生炉的气化剂使用；降温后的水返回到热回收塔循环使用。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳增湿回收利用低温余热的装置，其特征在于还设有热水泵，设置在热回收塔与增湿塔之间，用于热水加压，强制热水循环。
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