CN104763486A - 甲醛余热发电方法及其发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲醛余热发电方法及其余热发电机组；甲醛余热发电方法，包括以下步骤：（1）将75～85℃的高温甲醛液体引入蒸发器的热侧通道，以与流经蒸发器中冷却通道的工质进行热交换；（2）热交换后，蒸发器中热侧通道出口侧输出60～70℃的低温甲醛液体至吸收塔，进行循环降温处理，直至达到工艺要求；而蒸发器中冷却通道出口侧则输出高压工质至透平机的工质通道产生机械能，以驱动发电机发电，产生电能。因此：通过将75～85℃甲醛液体中低品位热能转换成电能，达到节约电能、提高余热资源最大化再利用、实现甲醛的低碳生产的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲醛余热发电方法及其发电机组，属于甲醛液体余热发电技术。
背景技术
在化工领域，银法甲醛生产广泛使用电解银催化剂作为甲醇氧化脱氢化学反应生成甲醛，进入反应器前的多元混合物料有三元气体和四元气体两种。三元气体是空气、甲醇、水蒸汽三种气体；四元气体是空气、甲醇、水蒸汽里再加入部分尾气变为四种气体成分，也称尾气循环法；所述的银法甲醛生产工艺包括如下步骤：三元气体或四元气体，经加热混合后进入氧化反应器，在高温650℃催化剂的作用下，甲醇氧化脱氢化学反应生成甲醛气体，然后通过吸收塔加水物理吸收，通过管道泵循环降温反复在吸收塔逆程水吸，达到所需的液体甲醛浓度37-55%。吸收塔设置多级串联，液体是经循环泵从塔底吸入较高温度的甲醛水溶液，通过冷凝器降温输出再输送到塔顶上段，自上而下喷淋。塔底段上口进入气体成分，由下向上流动，与喷淋下来的水紧密接触吸收，未被吸收的气体由塔顶输出再进入下一级吸收塔。
利用上述原理生产甲醛的方法在中国已有58年历史。生产中，从氧化反应器出来的气体必须进入第一吸收塔下部，由塔底吸出经热交换冷却后再进入塔顶喷淋落下，如此循环被称为循环吸收工艺。
甲醇氧化脱氢化学反应生成甲醛是放热反应，生成的甲醛气体温度在110～190℃，进入第一吸收塔被循环液体降温了一部分，但还需要通过热交换进一步冷却后才能控制一塔的底温在55～85℃内，该冷却工艺原理一直沿用至今。
通过上述分析可知：传统甲醛冷却工艺存在的问题是，浪费了大量的低品位热能、又要消耗大量的电能用来冷却。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种甲醛余热发电方法及其发电机组，通过将75～85℃甲醛液体中低品位热能转换成电能，达到节约电能、提高余热资源最大化再利用、实现甲醛的低碳生产的目的。
为实现以上的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：
一种甲醛余热发电方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将75～85℃的高温甲醛液体引入蒸发器的热侧通道，以与流经蒸发器中冷却通道的工质进行热交换；（2）热交换后，蒸发器中热侧通道出口侧输出60～70℃的低温甲醛液体至吸收塔，进行循环降温处理，直至达到工艺要求；而蒸发器中冷却通道出口侧则输出工质高压蒸汽至透平机的工质通道产生机械能，以驱动发电机发电，产生电能。
作为本发明的进一步改进，所述的工质为蒸汽；步骤（1）中，工质吸热升压为高压蒸汽。
作为本发明的进一步改进，所述的高温甲醛液体有两套，分别为高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为有机朗肯蒸发器；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B相互独立地接入有机朗肯蒸发器的卧式蒸发器列管内。
作为本发明的进一步改进，所述的高温甲醛液体有两套，分别为高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为两台平板式换热器组合构成；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B分别进入对应的平板式换热器的热侧通道，而两台平板式换热器的冷侧通道出口并联后与透平机的工质通道入口连接。
作为本发明的进一步改进，高压蒸汽经透平机的泄压处理后，进入冷却器变为液体，再通过工质泵泵入蒸发器的冷侧通道，以与流经蒸发器中热侧通道的高温甲醛液体进行热交换。
本发明还提供了一种基于上述甲醛余热发电方法的甲醛余热发电机组，包括蒸发器、透平机、交流发电机以及冷却器；所述蒸发器的热侧通道入口与75～85℃的甲醛液体输入管道连接，而蒸发器的热侧通道出口则与相应的吸收塔连接，且蒸发器的热侧通道出口处甲醛液体的温度为60～70℃；所述的蒸发器冷侧通道与透平机的工质通道、冷却器的热侧通道依次首尾相连，且蒸发器冷侧通道、冷却器的冷侧通道分别有冷媒流经，而透平机的动力输出轴则与交流发电机的动力输入轴连接。
作为本发明的进一步改进，所述的甲醛液体输入管道有两套，分别输入高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为有机朗肯蒸发器；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B分别通过各自的甲醛液体输入管道，相互独立地接入有机朗肯蒸发器的卧式蒸发器列管内。
作为本发明的进一步改进，所述的甲醛液体输入管道有两套，分别输入高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为两台平板式换热器组合构成；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B分别通过各自的甲醛液体输入管道，进入对应的平板式换热器的热侧通道，而两台平板式换热器的冷侧通道出口并联后与透平机的工质通道入口连接。
根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：本发明是利用第一吸收塔某段的温度较高的甲醛液体先进行温差发电，然后再送回到第一吸收塔上部，利用甲醛余热发电机组吸收掉部分甲醛热能来代替了冷却设备；本发明应用于甲醛生产节电60%以上，年产两套5万吨的甲醛装置配备310kw的甲醛余热发电机组，年总发电量2,116,800kwh。传统甲醛工艺每生产1吨37%浓度甲醛，电耗26～30kwh/t。本发明提供的发电技术，每生产1吨37%浓度甲醛，可发电18～23kwh，折合CO2减排5.9～7.5kg(1kg标煤折合发电3.06kwh)，可实现甲醛低碳生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1是构成本发明甲醛余热发电机组的工艺流程原理框图。
图中：1. 有机朗肯蒸发器，2.透平机，3.交流发电机，4.冷却器，5.甲醛液体管道泵A，6.甲醛液体管道泵B ，7. 冷媒工质泵 ，8. 冷却水泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，其公开了本发明所述甲醛余热发电机组的一种具体实施例。据图可知：本实施例所述的甲醛余热发电机组，包括两套甲醛液体输入管道、两个甲醛液体管道泵、一个蒸发器、一个透平机、一个发电机、一个冷却器、一个工质泵；
两套甲醛液体输入管道，分别用于输送75～85℃的甲醛液体A、甲醛液体B；
两个甲醛液体管道泵，分别安装在前述的两套甲醛液体输入管道上，用于泵送75～85℃的甲醛液体A、甲醛液体B；
蒸发器，本实施例采用有机朗肯蒸发器；有机朗肯蒸发器里高温甲醛溶液行走在卧式蒸发器列管内，可独立接入两套甲醛生产装置的甲醛溶液。交换后的工质蒸汽行走在卧式蒸发器列管外。卧式蒸发器的输入输出封头内置有密封隔离板，保障两套甲醛生产装置的甲醛溶液介质互不影响；
透平机，工质通道中输入有机朗肯蒸发器卧式蒸发器列管外的工质蒸汽；而动力输出轴则与发电机的动力输入轴连接；
冷却器，冷侧通道中流经冷媒，本实施例中，冷媒为冷却水，热侧通道中，入口与透平机的工质通道出口连接，出口则通过工质泵与蒸发器的冷侧通道连接；由此，完成工质的循环使用。
工作原理：
来自车间的两套甲醛装置的高温75～85℃甲醛液体A和B分别经甲醛管道泵5和6进入有机朗肯蒸发器1入口端，有机朗肯蒸发器出口端低温60～70℃甲醛液体分别引至对应的吸收塔上部。有机朗肯蒸发器列管外工质受热膨胀产生高压蒸汽进入双螺杆透平机2做功，泄压后的工质被工质泵7送回蒸发器，开始循环热膨胀收缩再受热膨胀往复地进入透平机，透平机2的驱动轴连接的发电机产生高速旋转而输出电力。
提高双螺杆透平机2的入口出口压力差，等于提高了透平机工作效率。附图中在透平机的出口工质经过了冷却器4后，再由工质泵7加压回送到蒸发器1内。
附图中虚框内流程为本发明的甲醛余热发电机组，冷却水泵8、甲醛管道泵5、6是车间内原有标准工艺设备。
本发明应用于甲醛生产节电60%以上，年产两套5万吨的甲醛装置配备310kw的甲醛余热发电机组，年总发电量2,116,800kwh。传统甲醛工艺每生产1吨37%浓度甲醛，电耗26～30kwh/t。本发明提供的发电技术，每生产1吨37%浓度甲醛，可发电18～23kwh，折合CO2减排5.9～7.5kg(1kg标煤折合发电3.06kwh)，可实现甲醛低碳生产。
实施2
本实施例与实施例1的技术方案大体相同，只是本实施中，采用了不同结构形式的蒸发器，即：蒸发器为两台平板式换热器组合构成；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B分别通过各自的甲醛液体输入管道，进入对应的平板式换热器的热侧通道，而两台平板式换热器的冷侧通道出口并联后与透平机的工质通道入口连接。
另外，本发明中，引入的75～85℃的甲醛液体并不局限于两套，选择两套，主要是考虑到其热量为低品位热量，单路甲醛液体可能不能满足透平机的工作需求；而再增加一路的话，将造成整个蒸发器体积增加，较为笨重。
本发明相对于现有技术，可以将75～85℃的甲醛液体中的低品位热量加以利用，通过发电产生电能，以达到节约能源的目的；避免现有技术中，为冷却75～85℃的甲醛液体，而需要使用额外的能量；即本发明从两个方面均达到了节能的目的。主要是利用温差吸热发电，有效利用75～85℃甲醛液体的低品位热能、节约电能、提高余热资源最大化再利用、实现甲醛的低碳生产。本发明的甲醛余热发电机组可同时应用在一个车间内的两套甲醛生产装置，占地面积小，空间利用率和设备利用率高，投资回收期短。本发明应用于甲醛生产过程余热发电，每生产一吨甲醛液体可发电18～23kwh。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种甲醛余热发电方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将75～85℃的高温甲醛液体引入蒸发器的热侧通道，以与流经蒸发器中冷却通道的工质进行热交换；（2）热交换后，蒸发器中热侧通道出口侧输出60～70℃的低温甲醛液体至吸收塔，进行循环降温处理，直至达到工艺要求；而蒸发器中冷却通道出口侧则输出工质高压蒸汽至透平机的工质通道产生机械能，以驱动发电机发电，产生电能。
2.根据权利要求1所述的甲醛余热发电方法，其特征在于，所述的工质为蒸汽；步骤（1）中，工质吸热升压为高压蒸汽。
3.根据权利要求2所述的甲醛余热发电方法，其特征在于，所述的高温甲醛液体有两套，分别为高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为有机朗肯蒸发器；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B相互独立地接入有机朗肯蒸发器的卧式蒸发器列管内。
4.根据权利要求2所述的甲醛余热发电方法，其特征在于，所述的高温甲醛液体有两套，分别为高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为两台平板式换热器组合构成；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B分别进入对应的平板式换热器的热侧通道，而两台平板式换热器的冷侧通道出口并联后与透平机的工质通道入口连接。
5.根据权利要求2所述的甲醛余热发电方法，其特征在于，高压蒸汽经透平机的泄压处理后，进入冷却器变为液体，再通过工质泵泵入蒸发器的冷侧通道，以与流经蒸发器中热侧通道的高温甲醛液体进行热交换。
6.一种基于权利要求1所述甲醛余热发电方法的甲醛余热发电机组，其特征在于，包括蒸发器、透平机、交流发电机以及冷却器；所述蒸发器的热侧通道入口与75～85℃的甲醛液体输入管道连接，而蒸发器的热侧通道出口则与相应的吸收塔连接，且蒸发器的热侧通道出口处甲醛液体的温度为60～70℃；所述的蒸发器冷侧通道与透平机的工质通道、冷却器的热侧通道依次首尾相连，且蒸发器冷侧通道、冷却器的冷侧通道分别有冷媒流经，而透平机的动力输出轴则与交流发电机的动力输入轴连接。
7.根据权利要求6所述的甲醛余热发电机组，其特征在于，所述的甲醛液体输入管道有两套，分别输入高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为有机朗肯蒸发器；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B分别通过各自的甲醛液体输入管道，相互独立地接入有机朗肯蒸发器的卧式蒸发器列管内。
8.根据权利要求6所述的甲醛余热发电机组，其特征在于，所述的甲醛液体输入管道有两套，分别输入高温甲醛液体A、高温甲醛液体B；蒸发器为两台平板式换热器组合构成；高温甲醛液体A、高温甲醛液体B分别通过各自的甲醛液体输入管道，进入对应的平板式换热器的热侧通道，而两台平板式换热器的冷侧通道出口并联后与透平机的工质通道入口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Denomination of invention: Formaldehyde waste heat power generation method and generator set thereof Effective date of registration: 20170622 Granted publication date: 20160413 Pledgee: Jiangsu Wujin credit Company limited by guarantee Pledgor: Jiangsu Kaimao Chemical Technology Co., Ltd. Registration number: 2017990000474 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20180411 Granted publication date: 20160413 |
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| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20181011 Granted publication date: 20160413 |
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Effective date of registration: 20181219 Granted publication date: 20160413 |
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Date of cancellation: 20211219 Granted publication date: 20160413 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160413 Termination date: 20210324 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |