CN108726536A - 一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统及其方法，包括吸收器、发生器、冷凝器中间换热器、预冷器和溶液加压泵，该发生器中被加热产生的氨气通过氨气管路进入蒸发式冷凝器，低压工艺气态氨通过管路送入吸收器，该氨气吸收器中的贫氨溶液吸收低压氨气后变为富氨溶液，该富氨溶液通过富液加压泵泵入交换器，在交换器中吸热后进入发生器，该发生器中的贫氨溶液经过交换器冷却后进入氨气吸收器。本系统利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液的余热来对低压氨进行提压再降温，以获得高压液氨供给外冷器进行制冷或其他工艺用途，替代传统的大功率氨制冷压缩机，而实现了节能的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及吸收式余热利用系统，具体涉及一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统及其方法。
背景技术
在化工生产过程中，蒸汽冷凝水余热的合理利用直接关系到企业的经济效益及碳排放数量，也是实现经济可持续发展的必由之路。目前这部分余热很难通过现有技术重新回收利用，同时又不能直接排放至环境中，只能通过循环冷却水降温的方式进行处理，造成了极大的浪费。而在联碱工序中又需要消耗外界能量将工艺产生的低压氨气进行提压液化，目前利用压缩机将低压的气氨压缩到高压气氨，消耗了额外的电能。如何将蒸汽冷凝水的余热应用于联碱工序中也已成为如今化工生产企业研究的一大课题。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，该系统利用煅烧工序中产生的副产物蒸汽冷凝水作为驱动能源，制取高压液氨，使得余热得到了回收利用，节约了成本，降低了能耗。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其为采用纯碱生产工艺中的煅烧工序副产150℃饱和蒸汽冷凝水的余热驱动的液氨制取系统，包括发生器、蒸发式冷凝器、外冷器、氨气吸收器和交换器，其中：所述发生器上设有蒸汽冷凝液进口和蒸汽冷凝液出口，用于将纯碱生产工艺中的煅烧工序副产150℃饱和蒸汽冷凝水输入和输出，利用冷凝水的余热使发生器内的富氨溶液形成氨气，所述发生器的氨气输出端连接至蒸发式冷凝器的输入端；蒸发式冷凝器的输出端通过液氨储槽连接至外冷器的输入端，将氨气冷凝成液氨后输送至纯碱工艺的外冷器中供其他工序使用；外冷器的氨气输出端连接至氨气吸收器，将液氨转换成低压氨气后输送至氨气吸收器中；所述氨气吸收器通过富液加压泵与交换器连接，将形成的富氨溶液输送到交换器内；所述交换器的富氨溶液输出端与发生器的输入端连接，将交换器中的富氨溶液输送到发生器内；所述该发生器的贫氨溶液输出端与交换器的贫氨溶液输入端连接，且交换器的贫氨溶液输出端与氨气吸收器连接，用于将发生器中的贫氨溶液经过交换器冷却后输送到氨气吸收器内。
作为本发明进一步优化的方案，所述发生器通过初效过滤器与蒸发式冷凝器连接，且所述初效过滤器设于发生器的顶部。
作为本发明进一步优化的方案，所述初效过滤器通过气液分离器与蒸发式冷凝器连接。
作为本发明进一步优化的方案，所述气液分离器的液体输出端还与发生器通过管路连接，用于将气液分离器中分离出来的液滴通过管路输送到发生器内。
作为本发明进一步优化的方案，所述氨气吸收器的贫氨溶液输出端连接有贫液循环泵，贫液循环泵的输出端与氨气吸收器的顶部连接，所述贫液循环泵用于将贫氨溶液循环地喷淋入氨气吸收器内。
作为本发明进一步优化的方案，所述交换器还连接有冷却器，所述冷却器的输出端与氨气吸收器连接。
作为本发明进一步优化的方案，所述冷却器为水冷交换器，冷却器上设有循环水的进水口和出水口。
作为本发明进一步优化的方案，所述氨气吸收器上设有液位控制器，在蒸汽冷凝液进口连接的管路上设有自动调节阀，自动调节阀与液位控制器连接。
一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的方法，步骤如下：
步骤一：将来自煅烧工序的副产物150℃左右的饱和蒸汽通过蒸汽冷凝液进口通入发生器，利用饱和蒸汽的余热对发生器中的富氨溶液进行加热，使之成为氨气和贫氨溶液，其中，氨气通过气液分离器去除夹杂的液体后，被输送到蒸发式冷凝器内，贫氨溶液被管路输送到交换器内；
步骤二：氨气通过蒸发式冷凝器的作用产生的饱和液氨并储存在液氨储槽内，再通过液氨储槽自身的压力送至外冷器中待用；
步骤三：外冷器内反应产生的低压氨气输送到氨气吸收器中，氨气吸收器中的贫氨溶液吸收低压氨气后变为富氨溶液；
步骤四：将氨气吸收器中的富氨溶液通过富液加压泵输送到交换器内，并将交换器中的富氨溶液输送到发生器中；
步骤五：将发生器中的贫氨溶液输送到交换器内，贫氨溶液与富氨溶液在交换器中发生热交换冷却后输送到冷却器进一步降温后并输送到氨气吸收器内，并重复步骤三使贫氨溶液得以循环使用。
本发明的有益效果在于：
1)本系统利用纯碱生产工艺中的煅烧工序副产150℃饱和蒸汽冷凝水的余热来对低压氨进行提压再降温，以获得高压液氨，由此来替代传统的大功率氨制冷压缩机，从而实现了节能的有益效果；
2)所述的纯碱生产工艺的煅烧工序输出的150℃左右的高温冷凝液，经过余热利用后，温度降至100℃以下，因此避免了原150℃冷凝液在长距离输送过程中因蒸汽闪发而产生的管道振动、噪音、瞬间压强过高等现象，从而引起管子的破裂及水击(水锤)效应带来极大的破坏性等安全生产隐患，此降温后的冷凝液先与锅炉给水换热降温，再与脱盐水的原水换热降温，进入精制混床，作为锅炉的给水，不需要再增加用循环水的冷却装置，节省成本，降低能耗；
3)本系统利于采用余热及废热等低品位热源的回收利用新技术的推广运用，降低用户的运营成本，在化工领域具有很好的节能减排示范效应和社会效益。
附图说明
图1为本发明的氨气提压液化系统示意图；
图2为本发明的氨气提压液化方法流程图。
图中：10-发生器；100-蒸汽冷凝液入口；101-蒸汽冷凝液出口；11-初效过滤器；12-气液分离器；20-蒸发式冷凝器；21-液氨储槽；40-氨气吸收器；41-贫液循环泵；42-富液加压泵；50-交换器；60-冷却器；600-进水口；601-出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其为采用纯碱生产工艺中的煅烧工序副产150℃饱和蒸汽冷凝水的余热驱动的液氨制取系统，包括发生器10、蒸发式冷凝器20、氨气吸收器40和交换器50，所述发生器10上设有蒸汽冷凝液进口和蒸汽冷凝液出口，该发生器10中被加热产生的氨气通过氨气管路进入蒸发式冷凝器20，氨气通过蒸发式冷凝器20被冷凝为液氨并通过液氨管路进入液氨储槽21，该液氨储槽21中的液氨通过管路进入纯碱工艺内的外冷器30，外冷器30内反应产生的低压氨气进入氨气吸收器40，该氨气吸收器40中的，贫氨溶液吸收低压氨气后变为富氨溶液，该富氨溶液通过富液加压泵42泵入交换器50，在交换器中吸热后进入发生器10，该发生器10中的贫氨溶液经过交换器50冷却后进入氨气吸收器40。
本系统中利用纯碱生产工艺的煅烧工序副产150℃饱和蒸汽冷凝水的余热对低压氨提压再降温，获得高压液氨后续供纯碱生产工艺使用，由此替代了一台大功能率的氨制冷压缩机，实现了节能的效果。以煅烧工序每小时产生120吨150℃饱和蒸汽冷凝水为例，蒸汽冷凝水从150℃被冷却至90℃产生了8500Kw热量，能量一部分用于将0.4MPa低压气氨压缩到1.3MPa的高压气氨，其数值约1600Kw；其余热量用于将氨溶液的溶剂进行反复加热升温。本系统中氨溶液中采用新型的多元制冷工质，将原本需要通过螺杆压缩机完成的可压缩气体通过提压过程转变为不可压缩液体升压，在有效利用废热资源的同时大幅减少了电能损耗。
在交换器50和氨气吸收器40之间还设有冷却器60，从交换器50中出来的贫氨溶液经过该冷却器进一步降温后进入氨气吸收器40。交换器50的作用为来自氨气吸收器40中的低温富氨溶液与来自发生器10中的高温贫氨溶液进行热交换，富氨溶液经过富液加压泵42升压后达到约1.3MPa，经过交换器50升温后进入发生器10，发生器的压力为1.3MPa，因此从发生器10中出来的贫氨溶液足够克服阻力到达氨气吸收器40。
所述冷却器60为水冷交换器，该冷却器60上设有循环水的进水口600和出水口601。贫氨溶液在冷却器60内被循环冷却水进一步降温后，进入氨气吸收器40，从而有利于贫氨溶液对氨气的吸收。
所述氨气吸收器40还连接一贫液循环泵41，该贫液循环泵41用于将贫氨溶液循环地喷淋入氨气吸收器40。该贫液循环泵41作用是提高了喷淋密度，有利于溶剂对氨气的吸收。
所述发生器10中的氨气依次初效过滤器11和气液分离器12后进入蒸发式冷凝器20。该初效过滤器11为除雾沫器用于过滤掉氨气中的雾沫，气液分离器12进一步将氨气中携带的液滴分离出来，经过上述两道过滤程序后氨气中的液体含量降至0.1ppmw以下，从而提高了后续的制冷效率。本实施例中气液分离器采用颇尔过滤器有限公司的产品。
所述初效过滤器11设于发生器10的顶部，所述气液分离器12中分离出来的液滴通过管路回到所述发生器10内。
所述氨气吸收器40上设有液位控制器(图中未示出)，在蒸汽冷凝液进口管路上设置自动调节阀(图中未示出)，该自动调节阀能够根据发生器10内的温度自动调节蒸汽冷凝液的流量大小。此处采用自动化控制，自动调节阀内设有软件控制系统，此软件控制系统与发生器中的温度计电性连接，软件控制系统从温度计中获得发生器内的温度后，根据此温度来调节自动调节阀门的开度，从而保证了发生器内换热的稳定性，此自动化控制为常规技术，在此不做进一步地详细说明。为了对富液加压泵42的保护，在氨气吸收器40上装上液位控制器，从而保证加压泵有足够的吸入高度，防止气蚀现象的发生并使轴承的润滑液有足够的压力；在富液加压泵42的电路中设有负载继电器(图中未示出)，在富液加压泵42的出口管道上装设温度继电器(图中未示出)，负载继电器用于对电机和叶轮等起到保护的作用；温度继电器用来防止润滑油温度过高使轴承受到损坏；为了保证系统的安全操作，还可设有一台备用的富液加压泵。
本系统经济性分析：
1、本余热项目耗电计算
①余热利用机组2台循环泵耗电，机组内循环泵总功率为84kW；
②需配套循环水1560m3/h，循环水能耗0.035kWh/m3，循环水冷却塔风机能耗为1560m3/h×0.035kWh/m3＝54.6kW；
③循环水泵能耗约为风机的两倍，即109.2kW；
余热利用机组总耗电：84+54.6+109.2＝247.8kW；
2、原一套螺杆式氨压缩机组耗电计算
①氨压缩机组主电机额定功率1600kW；
②机组内油泵电机15Kw，稀油站电机3Kw，共18Kw；
③机组采用蒸发式冷凝器冷却，每套氨制冷压缩机组配备四台额定换热量为2000kW的蒸发式冷凝器，每套冷凝器配备一台7.5kW的水泵，两台7.5kW功率的风机；
单套机组的冷凝器耗电：7.5kWx4+7.5kWx8＝90kW。
原一套氨制冷压缩机总耗电：1600+15+3+90＝1708kW。
3、系统运行后节省的电力成本
年经济效益：(1708-247.8)×8000×0.71＝8293936(元)
其中，电费为：0.71元/度，年按8000小时计算；因此通过采用本制冷系统，一年可以节省八百多万的电力成本。
如图2所示的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的方法，步骤如下：
步骤一：来之煅烧工序的副产物150℃左右的饱和蒸汽通过冷凝液进口进入发生器10，对发生器中的富氨溶液进行加热，使之成为氨气和贫氨溶液，氨气通过氨气管路进入蒸发式冷凝器20，高温的贫氨溶液进入交换器50；
步骤二：氨气通过蒸发式冷凝器20被冷却为饱和液氨，该液氨通过液氨管路自流入液氨储槽21，利用液氨储槽自身的压力送至纯碱工艺设备中待用；
步骤三：纯碱工艺外冷器中输出的低压氨气进入氨气吸收器40，氨气吸收器中的贫氨溶液吸收低压氨气后变为富氨溶液；
步骤四：氨气吸收器40中的富氨溶液通过富液加压泵进入交换器。
步骤五：发生器10中的贫氨溶液经过交换器50冷却后进入冷却器进一步降温，再进入氨气吸收器40，重复步骤三贫氨溶液得以循环使用。
150℃左右的高温饱和蒸汽冷凝液通过对富氨溶液进行加热，自身被降到100℃以下，而富氨溶液中的大部分低沸点的氨蒸发出来成为高压氨气，富氨溶液因为大部分的氨气蒸发出来而成为贫氨溶液，贫氨溶液经过交换器50(与富氨溶液进行热交换)和冷却器60(采用冷却水将贫氨溶液冷却)降温后进入氨气吸收器40，被降温后的贫氨溶液更利于氨气的吸收，高压氨气通过蒸发式冷凝器20后，变为高压液氨进入纯碱工艺设备待用，纯碱工艺外冷器中输出的低压氨气进入氨气吸收器40被贫氨溶液吸收，使得贫氨溶液变为富氨溶液，富氨溶液经过交换器50吸收贫氨溶液的热量后进入发生器10，在整个过程中，饱和蒸汽冷凝液的余热被利用，且低压氨气提压后变为高压液态氨供后续工艺使用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其为采用纯碱生产工艺中的煅烧工序副产150℃饱和蒸汽冷凝水的余热驱动的液氨制取系统，其特征在于，包括发生器(10)、蒸发式冷凝器(20)、外冷器(30)、氨气吸收器(40)和交换器(50)，其中：所述发生器(10)上设有蒸汽冷凝液进口(100)和蒸汽冷凝液出口(101)，用于将纯碱生产工艺中的煅烧工序副产150℃饱和蒸汽冷凝水输入和输出，利用冷凝水的余热使发生器(10)内的富氨溶液形成氨气，所述发生器(10)的氨气输出端连接至蒸发式冷凝器(20)的输入端；蒸发式冷凝器(20)的输出端通过液氨储槽(21)连接至纯碱工艺的外冷器(30)的输入端，将氨气冷凝成液氨后输送至外冷器(30)中；外冷器(30)输出端连接至氨气吸收器(40)，将液氨转换成低压氨气后输送至氨气吸收器(40)中；所述氨气吸收器(40)通过富液加压泵(42)与交换器(50)连接，将形成的富氨溶液输送到交换器(50)内；所述交换器(50)的富氨溶液输出端与发生器(10)的输入端连接，将交换器(50)中的富氨溶液输送到发生器(10)内；所述该发生器(10)的贫氨溶液输出端与交换器(50)的贫氨溶液输入端连接，且交换器(50)的贫氨溶液输出端与氨气吸收器(40)连接，用于将发生器(10)中的贫氨溶液经过交换器(50)热交换冷却后输送到氨气吸收器(40)内。
2.根据权利要求1所述的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其特征在于，所述发生器(10)通过初效过滤器(11)与蒸发式冷凝器(20)连接，且所述初效过滤器(11)设于发生器(10)的顶部。
3.根据权利要求2所述的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其特征在于，所述初效过滤器(11)通过气液分离器(12)与蒸发式冷凝器(20)连接。
4.根据权利要求3所述的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其特征在于，所述气液分离器(12)的液体输出端还与发生器(10)通过管路连接，用于将气液分离器(12)中分离出来的液滴通过管路输送到发生器(10)内。
5.根据权利要求1所述的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其特征在于，所述氨气吸收器(40)的贫氨溶液输出端连接有贫液循环泵(41)，贫液循环泵(41)的输出端与氨气吸收器(40)的顶部连接，所述贫液循环泵(41)用于将贫氨溶液循环地喷淋入氨气吸收器(40)内。
6.根据权利要求1所述的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其特征在于，所述交换器(50)还连接有冷却器(60)，所述冷却器(60)的输出端与氨气吸收器(40)连接。
7.根据权利要求6所述的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其特征在于，所述冷却器(60)为水冷交换器，冷却器(60)上设有循环水的进水口(600)和出水口(601)。
8.根据权利要求1所述的一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的系统，其特征在于，所述氨气吸收器(40)上设有液位控制器，在蒸汽冷凝液进口连接的管路上设有自动调节阀，自动调节阀与液位控制器连接。
9.一种利用纯碱生产工艺蒸汽冷凝液余热制取液氨的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：将来自煅烧工序的副产物150℃左右的饱和蒸汽通过蒸汽冷凝液进口通入发生器(10)，利用饱和蒸的余热汽对发生器(10)中的富氨溶液进行加热，使之成为氨气和贫氨溶液，其中，氨气通过气液分离器(12)去除夹杂的液体后，被输送到蒸发式冷凝器(20)内，贫氨溶液被管路输送到交换器(50)内；
步骤二：氨气通过蒸发式冷凝器(20)的作用产生的饱和液氨并储存在液氨储槽(21)内，再通过液氨储槽(21)自身的压力送至外冷器(30)中待用；
步骤三：外冷器(30)内反应产生的低压氨气输送到氨气吸收器中(40)，氨气吸收器(40)中的贫氨溶液吸收低压氨气后变为富氨溶液；
步骤四：将氨气吸收器(40)中的富氨溶液通过富液加压泵(42)输送到交换器(50)内，并将交换器(50)中的富氨溶液输送到发生器(10)中；
步骤五：将发生器(10)中的贫氨溶液输送到交换器(50)内，贫氨溶液与富氨溶液在交换器(50)中发生热交换冷却后输送到冷却器(60)进一步降温后并输送到氨气吸收器(40)内，并重复步骤三使贫氨溶液得以循环使用。
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