CN104403700A - 焦炉煤气冷却及余热回收利用装置及方法 - Google Patents

焦炉煤气冷却及余热回收利用装置及方法 Download PDF

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祝仰勇
张顺贤
杨繁
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Abstract

本发明公开了焦炉煤气冷却及余热回收利用装置及方法,包括气液分离器、热泵机组、用热单元、热介质循环泵、焦油氨水分离装置、焦化煤气净化单元,气液分离器与热泵机组、焦油氨水分离装置连接,热泵机组与低温冷却段、用热单元连接,低温冷却段与焦化煤气净化单元连接,用热单元与热介质循环泵连接,热介质循环泵与热泵机组,包括以下步骤:高温焦炉煤气通入气液分离器;高温焦炉煤气在气液分离器中分离,高温焦炉煤气进入热泵机组回收,高温循环热源输送至用热单元,焦炉煤气降低温度后进入焦化煤气净化单元,实现了液体介质的循环利用,降低煤气、蒸汽消耗,节约中温循环水的消耗,节约中温循环水系统的设备投资及运行成本。

Description

焦炉煤气冷却及余热回收利用装置及方法
技术领域
[0001] 本发明提供了一种可广泛应用于焦化行业的焦炉煤气余热回收再利用技术,属于余热利用领域,具体说是一种焦炉煤气冷却及余热回收利用装置及方法。
背景技术
[0002] 在焦化行业中,余热资源的高效回收利用是降低能耗,建立环境友好的绿色焦化厂的主要方向之一。对于焦化行业低品质热源比如82°C左右的焦炉荒煤气,其低温余热回收时温差小,换热设备庞大,回收技术也较复杂而没有引起足够的重视,但由于其量的巨大,回收总量十分可观。随着能源的短缺和科技的进步,近年来对低温余热的回收利用日益受到重视并取得了进展。
[0003]目前荒煤气的冷却工艺为:焦炉煤气从炭化室出来经过上升管的温度为650-750°C,经过循环氨水喷洒温度降至76至86°C,为进一步冷却煤气和冷凝水、焦油汽等,以减少煤气体积,便于节省输送煤气所需要的动力以及有利于化产品的回收,由集气管出来的煤气在初冷器中继续冷却到20〜30°C。这种高效冷却存在大量的能源浪费,一是82°C左右的荒煤气余热未收回,造成大量热量浪费,二是煤气在初冷器中用中低温循环水冷却,循环水升温后需要经凉水塔冷却后循环使用,这就造成了能源的再次浪费,同时也增加了水耗,降低了能源利用率。
发明内容
[0004] 本发明就是为了解决现有技术存在的上述问题,提供一种焦炉煤气冷却及余热回收利用装置,采用热泵替代原初冷器的上段和中段冷却部分,冷却煤气的同时回收荒煤气余热,利用煤气余热驱动热泵加热循环介质为高温循环介质,作为热源用于化产单元操作,从而实现焦炉煤气的余热回收利用,焦炉煤气经热泵回收热量后,温度降低至45°C左右或82-45°C之间的任意温度,再经低温水进行冷却,冷却至20〜30°C,为煤气输送及化产品回收提供条件。
[0005] 本发明还提供一种焦炉煤气冷却及余热回收利用方法。
[0006] 为实现上述目的,本发明所述方法由以下技术方案解决:
[0007] —种焦炉煤气冷却及余热回收利用装置,包括气液分离器、热泵机组、低温冷却段、用热单元、用于输送循环介质的热介质循环泵、焦油氨水分离装置、焦化煤气净化单元,所述气液分离器分别与热泵机组、焦油氨水分离装置连接,热泵机组分别与低温冷却段、用热单元连接,低温冷却段与焦化煤气净化单元连接,用热单元与热介质循环泵进液口连接,热介质循环泵出液口通过管道与热泵机组;所述循环介质为液态传热介质。
[0008] 所述用热单元包括蒸馏系统,加热装置,储槽保温中的一种或者几种;所述蒸馏系统包括蒸氨蒸馏系统、碱法脱硫系统、焦油蒸馏系统;所述加热装置包括电捕焦油器绝缘箱、煤气预热器、硫铵干燥空气换热器、制冷机加热器、脱硫熔硫釜加热夹套、焦油大槽脱水加热器;所述液态传热介质为循环水、废水、循环油。
[0009] 所述用热单元为蒸氨蒸馏系统,所述蒸氨蒸馏系统包括蒸氨再沸器、蒸氨塔、塔顶氨汽、蒸氨废水泵和外送废水,蒸氨再沸器与热泵机组出液管道连接,蒸氨再沸器通过出液管道与热介质循环泵连接,蒸氨再沸器上部与蒸氨塔下部连接,蒸氨塔底部与蒸氨废水泵连接,蒸氨废水泵分别与蒸氨再沸器底部、外送废水连接,热介质循环泵出液口通过管道与热泵机组回水口连接,氨汽从蒸氨塔塔顶被收集。
[0010] 所述热泵机组采用一类或二类双效热泵机组。
[0011] 一种焦炉煤气冷却及余热回收利用方法,包括以下步骤:
[0012] 1)将高温焦炉煤气通入气液分离器;
[0013] 2)高温焦炉煤气在气液分离器中分离,其中分离出的液相进入焦油氨水分离装置进行油水分离,高温焦炉煤气则进入热泵机组回收;
[0014] 3)在热泵机组内回收的高温焦炉煤气热量将循环介质加热为高温循环热源,高温循环热源经管道输送至用热单元,为用热单元提供所需热量,高温循环热源温度降低后经循环泵及管道送回热泵加热,完成循环介质的闭路循环;高温焦炉煤气经热泵机组回收热量,温度降低后进入低温冷却段,在低温冷却段进一步降低温度后进入后序的焦化煤气净化单元。
[0015] 所述高温焦炉煤气经气液分离后,煤气气相送至热泵机组,利用焦炉煤气驱动热泵机组加热循环热水,被加热高温循环热水送至蒸氨再沸器,蒸氨塔底热废水用蒸氨废水泵抽出,一路外送,一路送至蒸氨再沸器,蒸氨废水在蒸氨再沸器中与高温循环热水进行热交换,蒸氨废水被循环热水加热转化为蒸汽送至蒸氨塔,经过热交换的循环热水温度降低后,由热介质循环泵加压送至热泵机组加热,形成循环热水的闭路循环使用。
[0016] 所述高温焦炉煤气温度降低至82°C〜45°C区间时进入低温冷却段,在低温冷却段采用低温水进一步降低温度冷却至20〜30°C后进入焦化煤气净化单元。
[0017] 所述高温焦炉煤气温度降低至45°C时进入低温冷却段。
[0018] 所述的热泵机组用于直接加热采暖水供热,在热泵机组中以煤气作为热源,在吸收器中通过吸收冷剂时产生的吸收热制取温度较高的采暖水系统,工艺流程为:热泵机组的蒸发器和发生器的一端分别与焦炉煤气连接,采暖水由采暖水泵送至吸收器,冷凝器与循环水相连,在热泵机组内通过吸收焦炉煤气余热升温的采暖水送往居民区供热,供热后的低温采暖水则通过循环泵送至热泵吸收器再次加热,形成采暖水的循环供暖系统;温度降低的焦炉煤气则进入低温冷却段进一步冷却至20-30°C,送至后续的化产回收单元。
[0019] 所述的热泵机组用于直接加热除盐水,在热泵中以煤气作为热源,在吸收器中通过吸收冷剂产生的吸收热制取温度较高的除盐水,工艺流程为:焦炉煤气进入热泵机组的蒸发器和发生器,除盐水由除盐水泵送至热泵机组的吸收器,通过机组内的热传递,吸收焦炉煤气余热,温度升高后返回除氧器,温度降低的焦炉煤气则进入低温冷却段进一步冷却至20-30°C,送至后续的化产回收单元。
[0020] 本发明的有益效果是:
[0021] 1.本发明用热泵代替原初冷器上段和中段冷却煤气,通过热泵机组回收利用焦炉煤气热量用于加热循环介质,加热后的循环介质再通过用热单元进行间接或直接供热,循环介质降温后经循环泵加压返回热泵机组循环加热,实现液体介质的循环利用,不产生废水,从而降低煤气、蒸汽等热源的消耗,同时节约了大量中温循环水的消耗、及中温循环水系统的设备投资,具有良好的经济效益、社会效益和环保效益。
[0022] 2.本发明通过采用热泵机组冷却荒煤气,替代目前采用中温循环水冷却方式,同时回收煤气显热,利用煤气余热驱动热泵加热循环介质(水或油),被加热的高温循环介质可用于蒸馏系统、加热保温系统、储槽保温等;也可用于加热采暖水,提高采暖水温度,增加供热能力,或用于加热除盐水,提高除盐水进入除氧器温度,提高了能源的利用率,特别适用于焦化行业;
[0023] 3.本发明回收利用焦炉煤气热量加热循环介质,被加热的循环介质为用热单元间接或直接供热,循环介质经泵加压返回热泵机组循环加热,实现了焦炉煤气热量的回收利用;
[0024] 4.本发明用热泵代替原初冷器上段和中段,通过热泵机组,将煤气部分热量传递给循环介质,降低了中温水消耗,从而降低水耗;本发明热泵以热循环介质为载体,通过向用热单元间接提供热量,不增加废水总量。
[0025] 5.本发明煤气在经热泵机组回收热量后由低温水进一步冷却至满足化产工序所需温度,进入后序化产单元;用热泵代替初冷器上段和中段,将回收的热量供给用热单元,回收热量后的煤气再经低温水冷却,不影响煤气的原冷却效果,对煤气初冷设备是一种革新,大大节约中温循环水系统的设备投资及运行成本。
[0026] 6.本发明该工艺可适于焦炉煤气的初步冷却,以及向用热单元供热(蒸馏系统-蒸氨蒸馏系统、焦油蒸馏系统等、碱法脱硫系统;加热装置-电捕焦油器绝缘箱、煤气预热器、硫铵干燥空气换热器、制冷机加热器、脱硫熔硫釜加热夹套、焦油大槽脱水加热器等;储槽保温),推广应用范围广。
附图说明
[0027] 图1为本发明实施例1的系统结构图;
[0028] 图2为本发明用热单元蒸氨蒸馏系统实施例图;
[0029] 图3为热泵的工作原理图;
[0030] 图4为本发明实施例2的系统结构图。
具体实施方式
[0031] 为了更好地理解本发明,下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。
[0032] 实施例1
[0033] 结合图1至图4,一种焦炉煤气冷却及余热回收利用装置,包括气液分离器1、热泵机组2、低温冷却段3、用热单元4、热介质循环泵5、焦油氨水分离装置6、焦化煤气净化单元7,所述气液分离器I分别与热泵机组2、焦油氨水分离装置6连接,热泵机组2分别与低温冷却段3、用热单元4连接,低温冷却段3与焦化煤气净化单元7连接,用热单元4与热介质循环泵5进液口连接,热介质循环泵5出液口通过管道与热泵机组2连接。
[0034] 所述用热单元包括蒸馏系统-蒸氨蒸馏系统、碱法脱硫系统、焦油蒸馏系统等;力口热装置-电捕焦油器绝缘箱、煤气预热器、硫铵干燥空气换热器、制冷机加热器、脱硫熔硫釜加热夹套、焦油大槽脱水加热器等;储槽保温等;循环介质供热可为其中某个用热单元但并不局限在以上装置,或者其中多个用热单元使用,可根据产生的热量和各单元所需温度进行调整和控制。
[0035] 所述热泵机组2是一种常见的热能回收装置,本系统以二类吸收式热泵为例,是利用煤气作为热源,在吸收器中制取温度较高的循环介质的热泵系统。在机组内以冷剂和吸收剂为载体,实现余热与循环介质间的能量搬运。所述热泵机组2的蒸发器和发生器的一端分别与焦炉煤气连接,吸收器与循环介质连接,冷凝器与循环水相连,其原理如图2,在蒸发器内,由冷剂泵将冷剂输送到蒸发器,冷剂吸收传热管内煤气的热量而蒸发,使低压蒸汽部分凝结成液体排出机组。在吸收器内,通过喷淋至吸收器传热管上的吸收溶液,吸收由蒸发器产生的冷剂蒸汽,吸收冷剂时产生的吸收热使管内流动的循环介质升温。吸收冷剂蒸汽后,浓度下降的吸收液即稀溶液由溶液泵经溶液热交换器送入发生器。所述循环介质为液态传热介质的一种,可为循环水、废水、循环油。
[0036] 在发生器内,由吸收器返回的稀溶液,被喷淋在发生器传热管表面,稀溶液被传热管内的焦炉煤气加热。被加热的稀溶液产生冷剂蒸汽,变成浓度较高的吸收液即浓溶液,通过溶液热交换器被送回吸收器。
[0037] 在冷凝器内,在发生器产生的冷剂蒸汽,被冷凝器传热管内流动的冷却水冷却,冷凝后变成为冷剂液体,由冷剂泵输送至蒸发器。经过这样一个过程,实现焦炉荒煤气余热的回收。化产单元用热设备或装置4为余热的利用系统。
[0038] 高温焦炉煤经气液分离器1后液相进入焦油氨水分离装置6,气相则进入热泵机组2,在热泵机组2内回收焦炉煤气热量加热循环介质为高温循环介质,高温循环介质经热介质循环泵5再送至用热单元4间接或直接供热提供所需热量,高温焦炉煤气经热泵机组2回收热量后,温度降低,较高温度的焦炉煤气再进入低温冷却段3,采用低温水进一步冷却至20〜30°C,进入后序的焦化煤气净化单元7,不影响煤气的原冷却效果,改变传统采用初冷器用大量的中温水进行煤气冷却,是一种全新的煤气余热回收及煤气冷却工艺。
[0039] 所述焦油蒸馏系统、加热装置及储槽保温均为已知技术的换热设备。
[0040] 本发明的煤气余热驱动热泵可用于加热采暖水,提高采暖水温度,增加供热能力;也可用于加热除盐水,提高除盐水进入除氧器温度,也可用于其他单元锅炉软水加热。
[0041] 如图1所示,一种焦炉煤气冷却及余热回收利用工艺,包括以下步骤:
[0042] 1)将高温焦炉煤气通入气液分离器1 ;
[0043] 2)高温焦炉煤气在气液分离器1中分离,其中分离出的液相进入焦油氨水分离装置6的澄清槽进行油水分离,焦炉煤气则进入热泵机组2回收;
[0044] 3)在热泵机组2内回收的高温焦炉煤气热量将循环介质加热为高温循环热源,高温循环热源经管道输送至用热单元4,为用热单元4提供所需热量,高温循环热源温度降低后经循环泵5及管道送回热泵加热,完成循环介质的闭路循环;高温焦炉煤气经热泵机组回收热量,温度降低后进入低温冷却段3,在低温冷却段3进一步降低温度后进入后序的焦化煤气净化单元7。
[0045] 所述高温焦炉煤气温度降低至82V〜45°C区间时进入低温冷却段3,在低温冷却段3采用低温水进一步降低温度冷却至20〜30°C后进入焦化煤气净化单元7。所述高温焦炉煤气温度降低至45°C时进入低温冷却段3。
[0046] 所述的热泵机组可用于直接加热采暖水供热,即在热泵机组中以煤气作为热源,在吸收器中通过吸收冷剂时产生的吸收热制取温度较高的采暖水系统,工艺流程为:热泵机组的蒸发器和发生器的一端分别与焦炉煤气连接,采暖水由采暖水泵送至吸收器,冷凝器与循环水相连,在热泵机组内通过吸收焦炉煤气余热升温的采暖水送往居民区供热,供热后的低温采暖水则通过循环泵送至热泵吸收器再次加热,形成采暖水的循环供暖系统;温度降低的焦炉煤气则进入低温冷却段进一步冷却至20-30°C,送至后续的化产回收单元。
[0047] 所述的热泵机组可用于直接加热除盐水,即在热泵中以煤气作为热源,在吸收器中通过吸收冷剂产生的吸收热制取温度较高的除盐水,工艺流程为:焦炉煤气进入热泵机组的蒸发器和发生器,除盐水由除盐水泵送至热泵机组的吸收器,通过机组内的热传递,吸收焦炉煤气余热,温度升高后返回除氧器,温度降低的焦炉煤气则进入低温冷却段进一步冷却至20-30°C,送至后续的化产回收单元。
[0048] 实施例2
[0049] 图2为本发明实施例附图,一种焦炉煤气冷却及余热回收利用工艺,气液分离器1、热泵机组2、低温冷却段3、热介质循环泵5、作为焦油氨水分离装置6、焦化煤气净化单元7的化产回收单元,用热单元4为蒸氨蒸馏系统,所述蒸氨蒸馏系统包括蒸氨再沸器8、蒸氨塔9、塔顶氨汽10、蒸氨废水泵11和外送废水12,蒸氨再沸器8与热泵机组2出液管道连接,蒸氨再沸器8通过出液管道与热介质循环泵5连接,蒸氨再沸器8上部与蒸氨塔9下部连接,蒸氨塔9底部与蒸氨废水泵11连接,蒸氨废水泵11分别与蒸氨再沸器8底部、外送废水12连接,热介质循环泵5出液口通过管道与热泵机组2回水口连接,氨汽10从蒸氨塔9塔顶被收集。
[0050] 具体过程是:高温焦炉煤气经气液分离I后,煤气气相送至热泵机组2,利用焦炉煤气驱动热泵机组2加热循环热水,被加热高温循环热水送至蒸氨再沸器8,蒸氨塔9底热废水用蒸氨废水泵11抽出,一路外送,一路送至蒸氨再沸器8,蒸氨废水在蒸氨再沸器8中与高温循环热水进行热交换,蒸氨废水被循环热水加热转化为蒸汽送至蒸氨塔9,经过热交换的循环热水温度降低后,由热介质循环泵加压送至热泵机组2加热,形成循环热水的闭路循环使用,使热能得以充分使用,
[0051] 上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种焦炉煤气冷却及余热回收利用装置,包括气液分离器、热泵机组、低温冷却段、用热单元、用于输送循环介质的热介质循环泵、焦油氨水分离装置、焦化煤气净化单元,所述气液分离器分别与热泵机组、焦油氨水分离装置连接,热泵机组分别与低温冷却段、用热单元连接,低温冷却段与焦化煤气净化单元连接,用热单元与热介质循环泵进液口连接,热介质循环泵出液口通过管道与热泵机组,所述循环介质为液态传热介质。
2.如权利要求1所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用装置,其特征是,所述用热单元包括蒸馏系统,加热装置,储槽保温中的一种或者几种;所述蒸馏系统包括蒸氨蒸馏系统、碱法脱硫系统、焦油蒸馏系统;所述加热装置包括电捕焦油器绝缘箱、煤气预热器、硫铵干燥空气换热器、制冷机加热器、脱硫熔硫釜加热夹套、焦油大槽脱水加热器;所述液态传热介质为循环水、废水、循环油。
3.如权利要求1所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用装置,其特征是,所述用热单元为蒸氨蒸馏系统,所述蒸氨蒸馏系统包括蒸氨再沸器、蒸氨塔、塔顶氨汽、蒸氨废水泵和外送废水,蒸氨再沸器与热泵机组出液管道连接,蒸氨再沸器通过出液管道与热介质循环泵连接,蒸氨再沸器上部与蒸氨塔下部连接,蒸氨塔底部与蒸氨废水泵连接,蒸氨废水泵分别与蒸氨再沸器底部、外送废水连接,热介质循环泵出液口通过管道与热泵机组回水口连接,氨汽从蒸氨塔塔顶被收集。
4.如权利要求1所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用装置,其特征是,所述热泵机组采用一类或二类双效热泵机组。
5.一种焦炉煤气冷却及余热回收利用方法,包括以下步骤: 1)将高温焦炉煤气通入气液分离器; 2)高温焦炉煤气在气液分离器中分离,其中分离出的液相进入焦油氨水分离装置进行油水分离,高温焦炉煤气则进入热泵机组回收; 3)在热泵机组内回收的高温焦炉煤气热量将循环介质加热为高温循环热源,高温循环热源经管道输送至用热单元,为用热单元提供所需热量,高温循环热源温度降低后经循环泵及管道送回热泵加热,完成循环介质的闭路循环;高温焦炉煤气经热泵机组回收热量,温度降低后进入低温冷却段,在低温冷却段进一步降低温度后进入后序的焦化煤气净化单J Li ο
6.如权利要求5所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用方法,其特征是,所述步骤3)高温焦炉煤气经气液分离后,煤气气相送至热泵机组,利用焦炉煤气驱动热泵机组加热循环热水,被加热高温循环热水送至蒸氨再沸器,蒸氨塔底热废水用蒸氨废水泵抽出,一路外送,一路送至蒸氨再沸器,蒸氨废水在蒸氨再沸器中与高温循环热水进行热交换,蒸氨废水被循环热水加热转化为蒸汽送至蒸氨塔,经过热交换的循环热水温度降低后,由热介质循环泵加压送至热泵机组加热,形成循环热水的闭路循环使用。
7.如权利要求5所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用方法,其特征是,所述高温焦炉煤气温度降低至82°C〜45°C区间时进入低温冷却段,在低温冷却段采用低温水进一步降低温度冷却至20〜30°C后进入焦化煤气净化单元。
8.如权利要求7所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用方法,其特征是,所述高温焦炉煤气温度降低至45°C时进入低温冷却段。
9.如权利要求5所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用方法,其特征是,所述的热泵机组用于直接加热采暖水供热,即在热泵机组中以煤气作为热源,在吸收器中通过吸收冷剂时产生的吸收热制取温度较高的采暖水系统,工艺流程为:热泵机组的蒸发器和发生器的一端分别与焦炉煤气连接,采暖水由采暖水泵送至吸收器,冷凝器与循环水相连,在热泵机组内通过吸收焦炉煤气余热升温的采暖水送往居民区供热,供热后的低温采暖水则通过循环泵送至热泵吸收器再次加热,形成采暖水的循环供暖系统;温度降低的焦炉煤气则进入低温冷却段进一步冷却至20-30°C,送至后续的化产回收单元。
10.如权利要求5所述的焦炉煤气冷却及余热回收利用方法,其特征是,所述的热泵机组用于直接加热除盐水,即在热泵中以煤气作为热源,在吸收器中通过吸收冷剂产生的吸收热制取温度较高的除盐水,工艺流程为:焦炉煤气进入热泵机组的蒸发器和发生器,除盐水由除盐水泵送至热泵机组的吸收器,通过机组内的热传递,吸收焦炉煤气余热,温度升高后返回除氧器,温度降低的焦炉煤气则进入低温冷却段进一步冷却至20-30°C,送至后续的化产回收单元。
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