CN102971057B - 用于从太阳能热设备回收分解的导热油的装置以及相关的回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明可用于提高从太阳能热设备回收的降解的导热油（1）的产量，包括连续地分离重组分（4）（邻三联苯、间三联苯和对三联苯）和轻组分（7）（苯酚和苯）。所述装置包括：用于冷却降解的导热油（1）以获得冷却的油（12）的空气冷却的冷却器（2）；从冷却的导热油（12）中分离重组分（4）以及轻组分（7）和油的蒸汽（15）的蒸馏塔（3）；以及从蒸汽（15）中分离轻组分（7）和再生油（17）的精馏塔（6）。所述方法包括：在空气冷却的冷却器（2）内冷却降解的导热油（1）、在蒸馏塔（3）中分离重组分（4）、以及在精馏塔（6）中分离轻组分（7）和再生油（17）。

Description

用于从太阳能热设备回收分解的导热油的装置以及相关的回收方法
技术领域
本发明可用于在抛物面槽式集热器装置(parabolic trough collectorplant)中捕获太阳能的技术领域，特别用于再生所述装置中使用的导热油。
本发明的目的是用于为太阳能热设备再生降解的导热油的装置以及用于进行所述再生的方法。
背景技术
抛物面槽式集热器太阳能装置在直接蒸汽生成收集器中通常使用可以是热油和热水两者的传热液。在收集器使用油作为传热液的情况下，在收集器中加热热油，在通过热交换器后，所述热油可以产生随后在常规的兰金循环涡轮(Rankine cycle turbine)内膨胀的加压蒸气。
存在用作太阳能装置热油的多种化合物，各自具有特殊性质。特别地，这些油之一是由联苯和二苯醚的低共熔混合物组成(以名称Dowtherm A或Therminol VP1销售)。这种类型油的性质使其特别适于在高达400℃的温度范围内进行热传递。
流体的热稳定性由其组成决定。当油的温度达到太阳能热装置的工作值时(高达400℃的温度)，流体结构的分子键断裂从而形成两大类降解产物：轻化合物和重化合物。
在上述油的特定情况中，它经历缓慢降解成为轻组分(低沸物)(基本上是苯和苯酚)，以及重组分(高沸物)(基本上是邻三联苯、间三联苯、对三联苯和2-苯氧基联苯)。由于以下事实这些油降解产物的浓度不能超过某一限度，即具有较高蒸汽压力的轻组分增加了系统的压力并可能在泵内引起气穴现象，而由于除了其他事项之外，重组分降低了导热油的比热并增加其粘度，因而重组分限制了导热油的效率。
为了避免积累，必须定期从设备中清除所述重组分和轻组分，因为它们改变了导热油的性质。
已经通过实验证实了简单的快速蒸馏(单步蒸馏)紧接着部分冷凝在蒸馏器中产生的蒸汽流不能有效地再生导热油。大量重组分的分离必然与大量油损耗相关。因而，例如，消除70％重组分造成约30％的油损耗。
由于所述油的价格相当高，所提出的技术问题由以下构成：描述能够将油降解和油损耗降至最低以及提高再生性能的热油再生装置。
发明内容
通过根据本发明第一目的用于再生循环通过太阳能热装置的收集器的导热油的装置，以及根据本发明第二目的用于进行所述再生的方法，本发明解决了提出的问题。
再生装置包括：
-用于分离重组分的蒸馏塔(气提塔)；
-锅炉；
-用于分离轻组分的精馏塔；
-空气冷凝器；
-回流罐；
-第一泵和第二泵。
本发明的装置可另外包括空气冷却器。在这种情况下，所述空气冷却器是装置的第一元件。来自太阳能设备的高温的降解的油到达空气冷却器。优选地，空气冷却器入口的温度包括在295℃-310℃之间。空气冷却器出口的温度优选包括在95℃-110℃之间。在空气冷却器出口获得冷却的油。
相对于未使用预冷却的情况，在95℃-110℃之间，优选100℃的所述温度是足够低的以防止重组分被从蒸馏塔顶部流出的蒸汽带走，这显著地提高了再生性能。在将降解的油引入蒸馏塔之前将其冷却提高了所述蒸馏塔的性能。
在缺少空气冷却器的情况下，将降解的油直接引入蒸馏塔中。在具有空气冷却器的情况下，在所述空气冷却器的出口将冷却的油引入蒸馏塔中。蒸馏塔包括一列由碳钢制成的第一多孔板以及锅炉。油通过蒸馏塔的上部进入其中并通过锅炉在所述蒸馏塔内被加热。
通过重力将有害的重组分(邻三联苯、间三联苯和对三联苯)连同少量油一起分离到塔尾中，而实际上所有油和轻组分通过连续的第一塔板直至它们到达称为顶部的蒸馏塔的上部，在此它们以蒸汽形式离开蒸馏塔。
优选地，锅炉是热虹吸型热交换器，其通过自然循环来自太阳能设备的热油来工作。
通过蒸馏塔顶部离开蒸馏塔的基本上不含重组分的蒸汽进入精馏塔。精馏塔是具有由碳钢制成的多个第二多孔板的蒸馏塔。在精馏塔的下部回收再生油并且在精馏塔的上部回收轻组分，随后在空气冷凝器内将轻组分冷凝并传送到回流罐中。
此外，本发明包括第一泵和第二泵。第一泵将再生的油传送到太阳能热收集器中的其工作流体回路输送。第二泵将轻组分从回流罐传送到精馏塔。因为罐内压力低于精馏塔内压力，通过第二泵实现循环是必要的。
与再生之前油的初始94.3％纯度相比较，通过本发明可获得99.4％纯度的再生油。
附图说明
为了补充所做的说明以及为了帮助更好地理解本发明的特征，根据其优选的实际实施方式，包括了一组附图，其中在下面以说明性并且非限制性方式进行说明：
图1示出根据本发明装置的示意图。
具体实施方式
参照单独的图1，以下是本发明优选实施方式的说明。
根据本发明用于再生来自太阳能热设备的降解的导热油(1)的装置被用于再生在所述太阳能热设备中使用的油，所述油是联苯(26.5％)和苯醚(73.5)的低共熔混合物。表1示出了这种油的特性(具体地是Dowtherm A)。
表1：Dowtherm A热油的性质
以下示出以降解的导热油(1)的重量计的初始组合物。所述降解的导热油(1)的初始条件是302℃和33bar：
下表2示出流入和流出本发明装置的液流组成。
有待再生的油 重组分 轻组分 再生的油
流量(kg/h) 6,500 253.5 117 6129.5
苯 0.4 - 24.1 173ppm
苯酚 1.4 - 60.3 0.3
邻三联苯 2.9 68.4 - 0.3
间三联苯 0.5 12.1 - 152ppm
对三联苯 0.5 12.2 - 115ppm
Dowtherm A 94.3 7.2 15.6 99.4
温度(℃) 302℃ 351 138 275
压力(bar) 33 1.5 1.5 1.5
表2：流入和流出本发明装置的液流组成
如表2中所示，本发明设备适合用于处理体积为6500kg/h的降解的导热油(1)，它可以在总共200小时内，处理总量1300吨的在太阳能热设备中使用的油。指定的体积可以具有高达+-10％的变化而不显著影响本发明装置的性能。
所述装置包括以下元件：
-空气冷却器(2)
-用于分离重组分(4)的蒸馏塔(3)；
-锅炉(5)；
-用于分离轻组分(7)的精馏塔(6)；
-空气冷凝器(8)；
-回流罐(9)；
-第一泵(10)和第二泵(11)。
空气冷却器(2)接收来自太阳能热设备的降解的导热油(1)并将其温度由入口温度302℃降低到出口温度100℃。空气冷却器(2)包括用于控制出口温度的装置(未示出)，其包括变频器或多个独立控制的风扇。空气冷却器(2)还包括入口温度计和出口温度计以及流量计。
空气冷却器(2)的输出产物是引入到蒸馏塔(3)中的冷却油(12)，蒸馏塔(3)包括由碳钢制成的一列第一多孔板(13)，以及锅炉(5)。冷却油(12)通过位于蒸馏塔(3)上部的顶部(14)进入蒸馏塔(3)并在所述蒸馏塔(3)中通过锅炉(5)加热，锅炉(5)是热虹吸型热交换器，从而通过来自太阳能热设备的热油液流蒸发蒸馏塔(3)下部的产物。
锅炉(5)包括温度计和流量计以及流量控制阀(未示出)。
通过重力将有害的重组分(4)(邻三联苯、间三联苯和对三联苯)连同少量油一起分离到塔尾，而剩余的油和轻组分通过蒸馏塔(3)直至到达顶部(14)，在此它们以蒸汽形式(15)离开所述蒸馏塔(3)。
蒸馏塔(3)包括位于入口的压力传感器以及位于出口的压力和温度传感器。它还包括遍及其内部分布的多个温度传感器(每三个第一板(13)一个)，以及其下部的一个温度传感器、四个液位开关以及位于重组分(4)出口的自动阀门。
在电力中断的情况下为了将油保持在液态(250℃)，蒸馏塔(3)在其下部包括电阻(未示出)。
不含重组分(4)的蒸汽(15)通过顶部(14)离开蒸馏塔(3)并进入精馏塔(6)，所述精馏塔是具有由碳钢制成的多个第二多孔板(16)的蒸馏塔。在精馏塔(6)的下部回收再生的油(17)且在其上部收集轻组分(7)，所述轻组分在空气冷凝器(8)中冷凝并传送到回流罐(9)。
除了为了在电力中断的情况下使流体保持在液态(30℃)，在精馏塔的下部包括电阻之外，精馏塔(6)包括位于出口的压力传感器和温度传感器、遍及精馏塔(6)的内部分布的温度传感器、在下部的另外的温度传感器以及液位开关。
空气冷凝器(8)装配有用于控制出口温度的装置，优选变频器或多个独立控制的风扇。
尽管最终构造中附件可能变化，已经详细描述了多个附件，如阀门、辅助装置和器械。
另外，本发明包括将再生的油(17)循环返回到太阳能热设备的第一泵(10)，以及将轻组分(7)从回流罐(9)再循环到精馏塔(6)的第二泵(11)。

Claims (26)

1.用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，所述装置包括：
-用于从所述降解的油(1)中分离重组分(4)的蒸馏塔(3)，以及
-精馏塔(6)；
其特征在于所述蒸馏塔(3)包括：
-上部，其包括顶部(14)，用于通过所述顶部(14)接收所述降解的油(1)并通过所述顶部(14)排出蒸汽(15)，所述蒸汽(15)包括：来自所述降解的油(1)的不希望的轻组分(7)，以及大部分的所述降解的油(1)；以及
-下部，用于排出来自所述降解的油(1)的不希望的重组分(4)；
其中所述精馏塔(6)包括：
-上部，用于接收所述蒸汽(15)以及排出所述轻组分(7)；以及
-下部，用于排出再生油(17)。
2.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述蒸馏塔(3)包括一列第一多孔板(13)。
3.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述蒸馏塔(3)包括位于入口的压力传感器、位于出口的压力和温度传感器、遍及其内部分布的多个温度传感器、液面开关、位于所述重组分(4)出口的自动阀门以及用于将油保持在液态位于下部的电阻。
4.根据权利要求3所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于在其内部每三个第一平板(13)分布一个温度传感器。
5.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述蒸馏塔另外包括用于蒸发其下部产物的锅炉(5)，所述锅炉使用来自所述太阳能热设备的热的导热油来加热油循环通过所述蒸馏塔(3)。
6.根据权利要求5所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述锅炉(5)另外包括温度计和流量计以及流量控制阀。
7.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述精馏塔(6)包括多个第二多孔板(16)。
8.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述精馏塔(6)包括位于出口的压力和温度传感器、遍及内部分布的温度传感器、下部的温度传感器、液面开关以及为了使流体保持在液态位于下部的电阻。
9.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于其包括用于冷凝在所述精馏塔(6)下部收集的轻组分(7)的空气冷凝器(8)。
10.根据权利要求9所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述空气冷凝器(8)包括用于控制出口温度的变频器。
11.根据权利要求9所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述空气冷凝器(8)包括用于控制出口温度的多个独立控制的风扇。
12.根据权利要求9所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于其包括将在所述空气冷凝器(8)内冷凝的轻组分(7)传送到其中的回流罐(9)。
13.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于其另外包括用于将再生的油(17)循环返回到所述太阳能热设备的第一泵(10)。
14.根据权利要求12所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于其包括用于将所述轻组分(17)从所述回流罐(9)再循环到所述精馏塔(6)的第二泵(11)。
15.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于其包括用于将所述降解的导热油(1)从入口温度冷却到冷却油(12)出口温度的空气冷却器(2)。
16.根据权利要求15所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于当进入所述空气冷却器(2)时入口温度范围在295℃-310℃之间。
17.根据权利要求15所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于当流出所述空气冷却器(2)时出口温度范围在95℃-110℃之间。
18.根据权利要求15所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述空气冷却器(2)包括用于控制出口温度的变频器。
19.根据权利要求15所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述空气冷却器(2)包括用于控制出口温度的多个独立控制的风扇。
20.根据权利要求15所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述空气冷却器(2)包括入口温度计和出口温度计以及流量计。
21.根据权利要求1所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述降解的导热油(1)基本上是联苯和二苯醚的低共熔混合物。
22.根据权利要求21所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，其特征在于所述降解的导热油(1)是Dowtherm A。
23.根据权利要求21所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的装置，特征在于所述降解的导热油(1)是Therminol VP1。
24.使用前面权利要求中任一项所述的装置，用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-使用所述蒸馏塔(3)将所述降解的油(1)分离成：重组分(4)以及蒸汽(15)，所述蒸汽(15)包括轻组分(7)加上蒸汽再生油(17)；以及
-使用所述精馏塔将所述蒸汽(15)分离成再生油(17)和轻组分(7)。
25.根据权利要求24所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的方法，其特征在于所述方法包括在所述蒸馏塔(3)内分离之前，在所述空气冷却器(2)中冷却所述降解的油(1)的另外步骤。
26.根据权利要求25所述的用于从太阳能热设备回收降解的导热油(1)的方法，其特征在于：
-所述空气冷却器(2)接收来自所述太阳能热设备的降解的导热油(1)并将其温度从入口温度降低到出口温度；
-将通过所述空气冷却器(2)冷却的油(12)通过所述蒸馏塔(3)的上部引入蒸馏塔(3)中，并通过所述锅炉(5)加热以通过来自所述太阳能热设备的所述热油的液流来蒸发所述蒸馏塔(3)下部的产物；
-通过重力将有害的重组分(4)连同少量的油一起分离到塔尾中，而剩余的油和轻组分穿过所述蒸馏塔(3)直至到达顶部(14)，经过所述顶部它们以蒸汽(15)的形式离开所述蒸馏塔(3)；
-不含重组分(4)的蒸汽(15)进入所述精馏塔(6)，其中在所述精馏塔的下部回收再生油(17)，并且在所述精馏塔的上部收集轻组分(7)，所述轻组分在所述空气冷凝器(8)中被冷凝并传送到回流罐(9)中；
-通过第一泵(10)将所述再生油(17)循环返回到所述太阳能热设备中；
-通过第二泵(11)将所述轻组分(7)从所述回流罐(9)再循环到所述精馏塔(6)中。
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