CN106540639B - 一种烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺 - Google Patents

一种烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺，包括下述步骤：来自中变反应器的中变气依次进入中变气/原料换热器和中变气/锅炉水换热器中换热，然后经中变气第一分液罐分离出液相，气相进入中变气/热水换热器中与来自热水缓冲罐的循环热水换热，再进入中变气水冷器换热，经中变气第二分液罐冷凝后分离出液相进入PSA装置生产纯氢气；循环热水在中变气/热水换热器中加热后，进入蒸发器与有机工质换热，降温后的热水进入热水缓冲罐，经热水循环泵升压后，进入热水冷却器换热，然后进入中变气/热水换热器与中变气换热；换热后的有机工质经蒸发器加热气化后，进入膨胀机驱动发电机发电，出膨胀机的有机工质冷却液化、升压后，返回蒸发器。

Description

一种烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺
技术领域
本发明涉及石化装置的节能领域，尤其涉及到一种烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺。
背景技术
目前，以烃类为原料采用蒸汽转化工艺生产氢气在工业氢气的生产中占有重要地位，烃类蒸汽转化制氢装置为高能耗装置，制氢装置中变反应器出口的中变气需要从420℃冷却到40℃，才能进入PSA装置对氢气进行提纯。如何充分回收中变气的热量，是制氢装置工艺设计中需要重点考虑的问题。
传统制氢装置中变气热量回收主要由以下步骤组成：加热制氢原料气、加热锅炉给水、加热脱盐水或生产低压蒸汽，经过上述步骤后，中变气的温度依然还有130℃～170℃，再送入后续空冷器和水冷器进一步冷却到工艺要求的40℃。130℃～170℃的中变气直接送入空冷器和水冷器冷却，不仅中变气的低温余热得不到充分回收，而且还需要消耗大量的电能和循环水。因此，合理设计中变气的低温余热回收系统，对降低制氢装置的能耗至关重要。
申请号为201110254586.0的中国发明专利申请所公开的《一种制氢装置中变气热量利用新工艺》，其工艺流程设置为：通过热联合技术，将制氢装置中变气与其它炼油装置的热阱进行热联合，利用其它炼油装置的冷介质将中变气的热量取走，达到回收中变气余热的目的。
该工艺的缺点：只有在其它装置能够为制氢装置提供冷介质的情况下，才能够采用该工艺，当提供冷介质的装置故障停车时，必然会对制氢装置的稳定运行造成影响，甚至会造成制氢装置的停车。其次，出中变气-贫胺液换热器的中变气温度为130℃～140℃，仍需要设置空冷器，将中变气进一步冷却后再送入水冷器，中变气的余热得不到充分回收，还需要消耗大量的电能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能够充分回收利用中变气低温余热的烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺，从而达到节能降耗的目的。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺，其特征在于包括下述步骤：
来自中变反应器出口的温度为400～450℃、压力为2.0～3.1MPaG的中变气依次进入中变气/原料换热器和中变气/锅炉水换热器中分别与原料气和锅炉水换热后温度降为130～170℃，然后经中变气第一分液罐冷凝后，分离出液相，气相进入中变气/热水换热器中与来自热水缓冲罐的温度为60～80℃的循环热水换热至70～90℃，再进入中变气水冷器换热至20～45℃，经中变气第二分液罐冷凝后分离出液相进入PSA装置生产纯氢气；
所述循环热水为脱盐水，所述循环热水在中变气/热水换热器中加热到80～110℃后，进入蒸发器与有机工质换热，温度降为60～80℃，降温后的热水进入热水缓冲罐，经热水循环泵升压到0.5～1.5MPaG后，进入热水冷却器，进一步调节热水温度为60～80℃，出热水冷却器的循环热水进入中变气/热水换热器与中变气换热；
换热后的有机工质经蒸发器加热气化后，进入膨胀机，通过膨胀机驱动发电机发电，出膨胀机的有机工质经冷凝器冷却液化，再经有机工质循环泵升压至0.8～1.4MPaG，返回蒸发器与循环热水换热。
优选所述的热水冷却器的壳程出口循环冷却回水管道上设置有用于控制返回中变气/热水换热器的循环热水的温度的温度调节阀。
更好地，所述的热水缓冲罐还可以连接有脱盐水补水管道，所述补水管道上设有用于控制所述热水缓冲罐内液位的液位调节阀。
所述的有机工质为低沸点有机工质：五氟丙烷(R245fa)。
与现有技术相比，本发明所提供的烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺具有以下优点：
1、取消了传统制氢装置中变气余热回收及冷却换热系统中的空冷器，通过增设中变气-热水换热器及热水发电机组等设备，利用130℃～170℃的中变气加热脱盐水，再利用加热后的脱盐水驱动发电机组发电，向外输送一定的电能。出中变气-热水换热器的中变气温度降为80℃后进入中变气水冷器；本工艺能够将中变气80℃以上的余热充分回收，同时，通过向外输送一定的电量，进一步降低制氢装置的能耗。
2、热水发电机组为独立的系统，制氢装置的连续稳定运行不受其它装置的制约。
3、在热水循环回路中设置热水冷却器，当热水发电机组故障停车时，热水冷却器也能将返回中变气/热水换热器的热水温度冷却到65℃，从而保证制氢装置的连续稳定运行。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
如图1所示，该烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺包括下述步骤：
烃类蒸汽转化制氢装置的中变反应器1出口420℃、3.1MPaG的中变气依次经中变气/原料换热器2和中变气/锅炉水换热器3分别与原料天然气和锅炉水换热,温度降为170℃，经中变气第一分液罐4分离冷凝液后，气相进入中变气/热水换热器5与来自热水冷却器11的65℃热水换热，温度降为80℃，再进入中变气水冷器6换热，温度降为40℃，经中变气第二分液罐7分离冷凝液后，进入PSA装置8生产纯氢气。
本实施例中循环热水采用脱盐水，循环热水经中变气/热水换热器5加热到90℃后，进入蒸发器12与有机工质五氟丙烷(R245fa)换热，温度降为65℃，降温后的热水进入热水缓冲罐9，经热水循环泵10升压到1.0MPaG后，进入热水冷却器11，出热水冷却器11的循环热水返回中变气/热水换热器5与中变气换热，从而完成循环过程。
有机工质经蒸发器12加热气化后，进入膨胀机13，通过膨胀机13驱动发电机14发电，出膨胀机13的有机工质经冷凝器15冷却液化，再经有机工质循环泵16升压至1.07MPaG后，返回蒸发器12与循环热水换热，从而完成发电过程。
制氢装置开车时，通过脱盐水补水管道17给热水缓冲罐9补充脱盐水，装置正常运行时，通过液位调节阀18控制热水缓冲罐9的液位。
当蒸发器12出口热水温度产生波动或热水发电机组故障停车时，通过热水冷却器11壳程出口循环冷却回水管道19上的温度调节阀20控制循环热水温度为65℃。
将本实施例应用于30000Nm3/h的烃类蒸汽转化制氢装置中，每小时净发电量约715度，而常规的现有技术中采用空冷器，则每小时需要消耗约105度电。

Claims (4)

1.一种烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺，其特征在于包括下述步骤：
来自中变反应器(1)出口的温度为400～450℃、压力为2.0～3.1MPaG的中变气依次进入中变气/原料换热器(2)和中变气/锅炉水换热器(3)中分别与原料气和锅炉水换热后温度降为130～170℃，然后经中变气第一分液罐(4)冷凝后，分离出液相，气相进入中变气/热水换热器(5)中与来自热水冷却器(11)的温度为60～80℃的循环热水换热至70～90℃，再进入中变气水冷器(6)换热至20～45℃，经中变气第二分液罐(7)冷凝后分离出液相进入PSA装置生产纯氢气；
所述循环热水为脱盐水，所述循环热水在中变气/热水换热器(5)中加热到80～110℃后，进入蒸发器(12)与有机工质换热，温度降为60～80℃，降温后的热水进入热水缓冲罐(9)，经热水循环泵(10)升压到0.5～1.5MPaG后，进入热水冷却器(11)，进一步调节热水温度为60～80℃，出热水冷却器(11)的循环热水进入中变气/热水换热器(5)与中变气换热；
换热后的有机工质经蒸发器(12)加热气化后，进入膨胀机(13)，通过膨胀机(13)驱动发电机(14)发电，出膨胀机(13)的有机工质经冷凝器(15)冷却液化，再经有机工质循环泵(16)升压至0.8～1.4MPaG，返回蒸发器(12)与循环热水换热。
2.根据权利要求1所述的烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺，其特征在于所述的热水冷却器(11)的壳程出口循环冷却回水管道上设置有用于控制返回中变气/热水换热器(5)的循环热水的温度的温度调节阀(20)。
3.根据权利要求1或2所述的烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺，其特征在于所述的热水缓冲罐(9)连接有脱盐水补水管道(17)，所述补水管道(17)上设有用于控制所述热水缓冲罐(9)内液位的液位调节阀(18)。
4.根据权利要求3所述的烃类蒸汽转化制氢装置中变气低温余热回收工艺，其特征在于所述的有机工质为五氟丙烷。
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