CN103408036B - 合成氨工艺低位热能回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种合成氨工艺低位热能回收方法，包括：锅炉排污水液相在换热器中与燃料气进行换热，将换热后的燃料气通入天然气预热盘管；使用逆流换热器对通入甲烷化气出口进水冷器前的工艺气与进入冷凝器前的锅炉给水进行换热；对通入高变炉出气锅炉给水预热器前的低变气与高压换热器入口前炉水进行换热。本发明的合成氨工艺低位热能回收方法可以有效的通过换热来对合成氨生产过程中产生的含有低位热能的锅炉水和工艺气中含有的热能进行有效的回收，从而使低位热能得到合理的利用。同时相应减少了其他能源的需求，从而有效的降低了生产成本，并且由于对能源需求的降低，还有利于环境的保护，进而有效的提高生产的经济效益和环境效益。

Description

合成氨工艺低位热能回收方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种合成氨工艺低位热能回收方法。
背景技术
目前，在合成氨工艺过程中，在热交换等工艺环节，会产生大量的温度相对较低（一般低于150℃）的低位热能的冷凝液、排污水和出口气等废水废气。
相对于已经广泛进行回收利用的高位热能而言，这些低位热能较难得到全面的回收利用。现有技术一般对这些低位热能的废水废气进行无害化处理后向外排放，在这过程中，甚至有时还需要补充能量进行处理。
尽管现有技术已经提出了一些低位热能回收的技术方案，但这些技术方案存在成本高和回收效率低等问题，从而导致无法在产业上大规模应用。
因此，如何经济高效的对合成氨工艺低位热能进行回收就成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术无法经济高效的对合成氨工艺低位热能进行回收的问题，本发明提供了一种合成氨工艺低位热能回收方法，包括以下步骤：
锅炉排污水液相在换热器中与燃料气进行换热，将换热后的燃料气通入天然气预热盘管；
使用逆流换热器对通入甲烷化气出口进水冷器前的工艺气与进入冷凝器前的锅炉给水进行换热；
对通入高变炉出气锅炉给水预热器前的低变气与高压换热器入口前炉水进行换热。
所述锅炉排污水液相通过换热器后温度降低至40℃。
所述燃料气换热后的温度升高95℃至100℃。
所述工艺气换热后的温度降至100℃至110℃。
所述锅炉给水换热后的温度升高至95℃至100℃。
所述低变气换热后的温度升高至110℃至120℃。
本发明的合成氨工艺低位热能回收方法可以有效的通过换热来对合成氨生产过程中产生的含有低位热能的锅炉水和工艺气中含有的热能进行有效的回收，从而使低位热能得到合理的利用。同时相应减少了其他能源的需求，从而有效的降低了生产成本，并且由于对能源需求的降低，还有利于环境的保护，进而有效的提高生产的经济效益和环境效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的合成氨工艺低位热能回收方法的实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的合成氨工艺低位热能回收方法的实施例的示意图，如图1所示，本实施例的合成氨工艺低位热能回收方法可以包括：
锅炉排污水液相在换热器中与燃料气进行换热，将换热后的燃料气通入天然气预热盘管。
根据发明人所进行的实际生产实验，在一般工况下，燃料气比热容C燃为：C燃=∑cixi=1.712KJ/(kg·℃)。
燃料气平均分子量M燃为：M燃=∑mixi=17.157kg/mol。
燃料气质量流量T燃为：T燃=16000/22.4×M燃=12255kg/h。
优选的，锅炉排污水液相通过换热器后温度降低至40℃。为达到最大换热温差，可以使排污水由140℃降至40℃，从而达到最大放热量，进而使低位热能得到更充分的利用。放出的热量Q1为：
Q1=T排×C排×Δt1=4000×4.18×（140-40）=1672000KJ/h
优选的，燃料气换热后的温度升高95℃至100℃。根据实际生产环境因素的差异，在某些特定环境下，例如在北方的夏季℃，燃料气平均温度为18℃，燃料气可以由18℃被加热至98℃。而在北方冬季时，由于气温相对低，燃料气入厂时平均温度在零度左右，从而会导致燃料气换热后的温度呈现一定的变化。
根据热量守恒定理，这些热量可以将一般生产条件下的18℃的燃料气加热到t1，则计算如下：
Q1=T燃×C燃×Δt2且Δt2=（t1-18），可得t1=98℃。
取天然气低位热值为34398KJ/Nm3，则可以节约的燃料气量为H1为：H1=1672000KJ/h/34398=48.6Nm3/h。
若按天然气价格为0.955元/Nm3计算，每年可节约的资金K1为：K1=48.6×0.955×24×365=406577.88元/年。
由以上数据可知，本发明的合成氨工艺低位热能回收方法可以为合成氨生产企业有效的节约生产成本，相应带来较为明显的经济效益。
使用逆流换热器对通入甲烷化气出口进水冷器前的工艺气与进入冷凝器前的锅炉给水进行换热。
对通入高变炉出气锅炉给水预热器前的低变气与高压换热器入口前炉水进行换热。
具体的，根据发明人所进行的实际生产实验，在一般工况下，甲烷化气比热容C甲为：C甲=∑cixi=10.9403KJ/(kg·℃)。
甲烷化气平均分子量M甲为M甲=∑mixi=8.76kg/mol。
甲烷化气质量流量T甲为T甲=125×1000/22.4×M甲=48896.65Kg/h。
一般而言，现有技术中的高变炉出气锅炉给水预热器进口处的低变气温度为39℃，出口处的温度升高至116℃，冷凝器进口处的温度为39℃，出口处的温度升高93℃，锅炉给水总流量为200t。可得高变炉出气锅炉给水预热器线路炉水流量T1=82.5t，冷凝器线路炉水流量T2=117.5t。
当取消高变炉出气锅炉给水预热器时，若仍要求冷凝器出口脱碳液温度保持不变，那么冷凝器管线通过的水量应维持在117.5t，同时出口温度保持93℃不变，将其与82.5t的温度为39℃脱盐水混合后，通过82.5×（t2-39）=117.5×（93-t2）可以得出温度t2为70.725℃。
优选的，工艺气换热后的温度降至100℃至110℃。
如果需要将200t锅炉水从70.725℃加热至98℃，所需热能Q2为，Q2=200×1000×4.18×（98-70.725）=22801900KJ/h。要提供这些热能，甲烷化气出口进水冷器入口工艺气需从将温度从145℃降至t3，则通过Q2=T甲×C甲×(145-t3)可得t3=102.4℃。根据实际工况和环境条件，工艺气降温值可能在一定的范围内浮动，一般可以控制在100℃至110℃的范围内。低变出口气的流量为150000Nm3/h，温度120℃，其成分为二氧化碳、甲烷、氮气、一氧化碳、氢气和氧气。
进一步优选的，锅炉给水换热后的温度升高至95℃至100℃。
低变气比热容C低为，C低=∑cixi=9.272KJ/(kg·℃)。低变气平均分子量M低为，M低=∑mixi=14.85kg/mol。低变气质量流量T低为=150000/22.4×M低=99441.96kg/h。当换热后低变气温度降至115℃时，则换热量Q3为，Q3=T低×C低×（120-115）=4609134.8KJ/h。这些热量可以使流量为T3=180t/h，温度为112℃的高压换热器管线的炉水温度上升至t4，可以得出t4=117℃。根据实际工况和环境条件，锅炉给水换热后的温度可能在一定的范围内浮动，一般可以控制在95℃至100℃的范围内。
进一步优选的，低变气换热后的温度升高至110℃至120℃。
理想状态下，通过高变炉出气锅炉给水预热器后的低变气温度为115℃，而根据实际工况和环境条件的差异，低变气换热后的温度可能在一定的范围内浮动，一般可以控制在110℃至120℃的范围内。比原现有技术的82℃提高了33℃。此时工艺气带入脱碳系统的热量增量Q4为，Q4=T低×C低×33=30420290KJ/h。在0.4MPa的压力下，每吨低压蒸汽从160℃降低至110℃时放出热量Q5为，Q5=1000×4.18×（160-110）+1000×水的汽化焓=1000×4.18×（160-110）+1000×2014=2223000KJ/kg。通过T4=Q4/Q5可以计算得出折合低压蒸汽用量T4=13.68t/h。取天然气低位热值为34398KJ/Nm3，则可以得出节约燃料气量T5为，T5=30420290KJ/h/34398=884Nm3/h。相比现有技术，增加到脱碳系统的热量相当于13.68t/h低压蒸汽的放热量，折合成燃料气为884Nm3/h。
在现有技术中的82℃的低变气经过低变气分离器闪蒸后，低变气分离器底部有流量为50t/h，温度为82℃的工艺冷凝液送至中压汽提系统。采用了本申请的方法后，该冷凝液温度被提升至115℃，相应带入中压汽提系统的热量增量Q6为，Q6=50×1000×4.18×（115-82）=6897000KJ/h。取天然气低位热值为34398KJ/Nm3，则相比现有技术可以节约燃料气用量T5为，T5=6897000KJ/h/34398=200Nm3/h。
在低变气分离器闪蒸时，温度为82℃时蒸汽的饱和蒸汽压为0.0514mPa，115℃时蒸汽的饱和蒸汽压为0.1692mPa。则温度上升后脱碳系统的流量增量T7为，T7=150000×(1.1692/2.78-0.0514/2.78)=6.4t/h。理想状态下，通过本发明的合成氨工艺低位热能回收方法可将进入脱碳系统的工艺气热量增加30420290KJ/h，相当于节省了13.68t/h低压蒸汽的用量，折合燃料气燃烧放热用量884Nm3/h。同时可将低变气分离器处的工艺冷凝液热能提高6897000KJ/h，相当于200Nm3/h的燃料气燃烧所产生的蒸汽量，从而有效的减少中压汽提对中压蒸汽的用量，从而降低生产成本。
本发明的合成氨工艺低位热能回收方法可以有效的通过换热来对合成氨生产过程中产生的含有低位热能的锅炉水和工艺气中含有的热能进行有效的回收，从而使低位热能得到合理的利用。同时相应减少了其他能源的需求，从而有效的降低了生产成本，并且由于对能源需求的降低，还有利于环境的保护，进而有效的提高生产的经济效益和环境效益。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种合成氨工艺低位热能回收方法，其特征在于，包括：
锅炉排污水液相在换热器中与燃料气进行换热，将换热后的燃料气通入天然气预热盘管；
使用逆流换热器对通入甲烷化气出口进水冷器前的工艺气与进入冷凝器前的锅炉给水进行换热；
对通入高变炉出气锅炉给水预热器前的低变气与高压换热器入口前炉水进行换热。
2.根据权利要求1所述的合成氨工艺低位热能回收方法，其特征在于，所述锅炉排污水液相通过换热器后温度降低至40℃。
3.根据权利要求2所述的合成氨工艺低位热能回收方法，其特征在于，所述燃料气换热后的温度升高95℃至100℃。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的合成氨工艺低位热能回收方法，其特征在于，所述工艺气换热后的温度降至100℃至110℃。
5.根据权利要求4所述的合成氨工艺低位热能回收方法，其特征在于，所述锅炉给水换热后的温度升高至95℃至100℃。
6.根据权利要求5所述的合成氨工艺低位热能回收方法，其特征在于，所述低变气换热后的温度升高至110℃至120℃。
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