CN110240948A - 一种煤化工控温变换联产电能系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤化工装置工艺优化和余热回收利用技术领域，具体涉及一种煤化工控温变换联产电能系统及方法。本发明提出在煤化工生产中引入余热发电技术的设计理念，通过在一氧化碳变换工艺中串联发电机组优化和搭建工艺流程，在满足生产工艺和保证CO转化率要求的同时，有效回收利用一氧化碳变换过程余热联产电能，具有能量集成效果好、余热利用效率高、经济效益显著等特点。
Description
技术领域
本发明属于煤化工装置工艺节能优化和工厂废热回收利用技术领域，涉及一种煤化工 控温变换联产电能系统及方法，是余热发电技术在化工生产装置的工业化应用。
背景技术
为了加强工厂节能技术的应用，优化工艺技术路线，合理配置资源、采用高效节能设 备，推动产业升级和发展方式转变，具有十分重要的意义。余热发电技术具有节约能源、改善环境，增加电力供应等综合效益，符合国家可持续发展战略。
在煤化工生产中，通常来自上游煤气化装置的粗合成气中CO的含量较多，甚至高达 65％以上，因此需要通过变换催化反应将CO与水反应转化成CO2和H2，对工艺气体组分进行调节，获得满足下游装置需求的气体组成。一氧化碳变换反应属于强放热反应，是一个热力学控制的过程。目前，一氧化碳控温变换技术可以避免高一氧化碳时反应器易飞温问题，具有操控简便，流程短、系统阻力小、露点腐蚀少等优势，可以满足了各位煤化工 装置的匹配需求，近些年备受关注并取得一些良好工程业绩。然而，CO变换过程的大量 反应热回收是通过设置多台换热器，副产中低压蒸汽、预热锅炉给水、加热脱盐水和循环 水冷却等方式来实现。通常副产的大多数蒸汽品位低、能量利用率低，产生的大量多余蒸 汽往往直接放空排放，造成能源的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在针对现有技术存在的不足之处，而提供一种煤化工控温变换联产电能 工艺装置及方法。结合工厂余热回收利用技术，优化和搭建工艺流程，提出在煤化工生产 工艺装置中，通过引入发电机组用于回收利用变换反应热，满足工艺生产要求的同时获得 电能，并具有能量集成效果好、节能降耗显著、余热利用效率高等特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种煤化工控温变换联产电能系统，该装置包括第一气液分离器、第二气液分离器、 第三气液分离器和第四气液分离器；
粗合成气的输出管道与第一气液分离器相连，所述第一气液分离器顶部的输出端通过 第一发生器与第二气液分离器的输入端相连，第二气液分离器顶部的输出端通过粗煤气预 热器与脱毒槽的输入端相连；
所述脱毒槽底部的输出端与变换炉顶部的输入端相连，所述变换炉底部的输出端通过 粗煤气预热器与第二发生器相连，所述第二发生器的输出端与第三气液分离器相连，所述 第三气液分离器顶部的输出端通过水冷器与第四气液分离器相连，所述第四气液分离器顶 部的输出端与送去界外。
本发明技术方案中：所述的第一发生器与第一发电机组匹配相连；所述的变换炉与第 二发电机组匹配相连；所述的第二发生器与第三发电机组匹配相连。
本发明技术方案中：所述的变换炉为内置换热管束的控温反应器.
本发明技术方案中：所述的第一、第二和第三发电机组为卡琳娜循环(KalinaCycle)或 朗肯循环(Rankine Cycle)。
一种上述的系统实现煤化工控温变换联产电能的方法，该方法包括以下步骤：
1)粗合成气进入第一气液分离器后，经过第一发生器驱动第一发电机组获得电能， 被降温后进入第二气液分离器进行汽液分离；
2)经第二气液分离器分离后得到的气相经过粗煤气预热器加热升温后进入脱毒槽除 去灰尘和杂质后进入变换炉进行一氧化碳变换反应，放出的反应热用于驱动第二发电机组 获得电能；
3)从变换炉底部输出的高温变换气经过粗煤气预热器被冷却后进入第二发生器驱动 第三发电机组获得电能；
4)经第二发生器后驱动发电降温后气体先进入第三气液分离器，经分离后得到的气 相去水冷器冷却后进入第四气液分离器，从第四气液分离器出来的气体送至界外；
5)第一气液分离器和第二气液分离器的底部凝液汇合后送去气化单元，第三气液分 离器和第四气液分离器的底部凝液汇合后送去界外进一步处理。
上述方法中：变换炉的入口温度控制在200～280℃之间，变换炉出口温度控制在240～320℃。
上述方法中：变换炉的入口粗煤气的水汽比控制在0.2～0.7℃之间。
本发明的有益效果：
按照国家节能减排的发展和相关政策要求，结合工厂余热回收利用技术，优化和搭建 工艺流程，提出在煤化工生产工艺装置中，引入余热发电技术的设计思路，提出在一氧化 碳变换工艺中串联了第一、第二和第三循环工质发电机组，有效回收利用一氧化碳变换过 程余热联产电能，具有能量集成效果好、余热利用效率高、经济效益显著等特点。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图中：1-第一气液分离器，2-第一发生器，3-第一发电机组，4-第二气液分离器，5-粗煤气预热器，6-脱毒槽，7-变换炉，8-第二发电机组，9-第二发生器，10-第三发电机组，11-第三气液分离器，12-水冷器，13-第四气液分离器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
一种煤化工控温变换联产电能系统，该装置包括第一气液分离器(1)、第二气液分离 器(4)、第三气液分离器(11)和第四气液分离器(13)；
粗合成气的输出管道与第一气液分离器(1)相连，所述第一气液分离器(1)顶部的输出端通过第一发生器(2)与第二气液分离器(4)的输入端相连，第二气液分离器(4) 顶部的输出端通过粗煤气预热器(5)与脱毒槽(6)的输入端相连；
所述脱毒槽(6)底部的输出端与变换炉(7)顶部的输入端相连，所述变换炉(7) 底部的输出端通过粗煤气预热器(5)与第二发生器(9)相连，所述第二发生器(9)的 输出端与第三气液分离器(11)相连，所述第三气液分离器(11)顶部的输出端通过水冷 器(12)与第四气液分离器(13)相连，所述第四气液分离器(13)顶部的输出端与送去 界外。
所述的第一发生器(2)与第一发电机组(3)匹配相连；所述的变换炉(7)与第二 发电机组(8)匹配相连；所述的第二发生器(9)与第三发电机组(10)匹配相连。
所述的变换炉为内置换热管束的控温反应器.
所述的第一、第二和第三发电机组为卡琳娜循环(Kalina Cycle)或朗肯循环(Rankine Cycle)。
实施例1
来自上游水煤浆煤气化装置的10000Nm3/h粗合成气(245℃，6.25MPa)，进入第一气 液分离器(1)气液分离后，经过第一发生器驱动第一发电机组获得电能，被降温后至175℃， 进入第二气液分离器进行汽液分离，气相水汽比降低至0.2后，经过粗煤气预热器加热升 温至200℃后，再进入脱毒槽除去灰尘和杂质后进入变换炉进行一氧化碳变换反应，放出 的反应热用于驱动第二发电机组获得电能；所得的变换气温度为240℃，再经过粗煤气预 热器被冷却后进入第二发生器驱动第三发电机组获得电能。驱动发电降温后气体先进入第 三气液分离器，经分离后得到的气相去水冷却被进一步冷却后进入第四气液分离器，从第 四气液分离器出来的气体送至界外。第一气液分离器和第二气液分离器的底部凝液汇合后 送去气化单元，第三气液分离器和第四气液分离器的底部凝液汇合后送去界外进一步处 理。
表1控温变换联产电能一览表
| 序号 | 名称 | 发电量/kW |
| 1 | 第一发电机组 | 455 |
| 2 | 第二发电机组 | 54.5 |
| 3 | 第三发电机组 | 65.5 |
| 4 | 合计 | 575 |
实施例2
来自上游水煤浆煤气化装置的10000Nm3/h粗合成气(245℃，6.25MPa)，进入第一气 液分离器(1)气液分离后，经过第一发生器驱动第三发电机组获得电能，被降温后至190℃， 进入第二气液分离器进行汽液分离，气相水汽比降低至0.31后，经过粗煤气预热器加热升 温至235℃后，再进入脱毒槽除去灰尘和杂质后进入变换炉进行一氧化碳变换反应，放出 的反应热用于驱动第二发电机组获得电能；所得的变换气温度为285℃，再经过粗煤气预 热器被冷却后进入第二发生器驱动第三发电机组获得电能。驱动发电降温后气体先进入第 三气液分离器，经分离后得到的气相去水冷却被进一步冷却后进入第四气液分离器，从第 四气液分离器出来的气体送至界外。第一气液分离器和第二气液分离器的底部凝液汇合后 送去气化单元，第三气液分离器和第四气液分离器的底部凝液汇合后送去界外进一步处 理。
表2控温变换联产电能一览表
实施例3
来自上游水煤浆煤气化装置的10000Nm3/h粗合成气(245℃，6.25MPa)，进入第一气 液分离器(1)气液分离后，经过第一发生器驱动第三发电机组获得电能，被降温后至175℃， 进入第二气液分离器进行汽液分离，气相水汽比降低至0.7后，经过粗煤气预热器加热升 温至280℃后，再进入脱毒槽除去灰尘和杂质后进入变换炉进行一氧化碳变换反应，放出 的反应热用于驱动第二发电机组获得电能；所得的变换气温度为320℃，再经过粗煤气预 热器被冷却后进入第二发生器驱动第三发电机组获得电能。驱动发电降温后气体先进入第 三气液分离器，经分离后得到的气相去水冷却被进一步冷却后进入第四气液分离器，从第 四气液分离器出来的气体送至界外。第一气液分离器和第二气液分离器的底部凝液汇合后 送去气化单元，第三气液分离器和第四气液分离器的底部凝液汇合后送去界外进一步处 理。
表3控温变换联产电能一览表
| 序号 | 名称 | 发电量/kW |
| 1 | 第一发电机组 | 236 |
| 2 | 第二发电机组 | 110 |
| 3 | 第三发电机组 | 245 |
| 4 | 合计 | 591 |
本发明设计的一种煤化工控温变换联产电能工艺装置及方法在保证CO高效转换率， 满足生产工艺要求的同时，可以实现电能输出，节能效果显著。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明创造的原理，并不因此而限定本发明的 保护范围，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本技术发明还会有各种变化和改进， 这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明未涉及部分均与现有技术相同或 可采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种煤化工控温变换联产电能系统，其特征在于：该装置包括第一气液分离器(1)、第二气液分离器(4)、第三气液分离器(11)和第四气液分离器(13)；
粗合成气的输出管道与第一气液分离器(1)相连，所述第一气液分离器(1)顶部的输出端通过第一发生器(2)与第二气液分离器(4)的输入端相连，第二气液分离器(4)顶部的输出端通过粗煤气预热器(5)与脱毒槽(6)的输入端相连；
所述脱毒槽(6)底部的输出端与变换炉(7)顶部的输入端相连，所述变换炉(7)底部的输出端通过粗煤气预热器(5)与第二发生器(9)相连，所述第二发生器(9)的输出端与第三气液分离器(11)相连，所述第三气液分离器(11)顶部的输出端通过水冷器(12)与第四气液分离器(13)相连，所述第四气液分离器(13)顶部的输出端与送去界外。
2.根据权利要求1所述的煤化工控温变换联产电能系统，其特征在于：所述的第一发生器(2)与第一发电机组(3)匹配相连；所述的变换炉(7)与第二发电机组(8)匹配相连；所述的第二发生器(9)与第三发电机组(10)匹配相连。
3.根据权利要求1所述的煤化工控温变换联产电能系统，其特征在于：所述的变换炉为内置换热管束的控温反应器。
4.根据权利要求2所述的煤化工控温变换联产电能系统，其特征在于：所述的第一、第二和第三发电机组为卡琳娜循环或朗肯循环。
5.一种利用权利要求1所述的系统实现煤化工控温变换联产电能的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)粗合成气进入第一气液分离器后，经过第一发生器驱动第一发电机组获得电能，被降温后进入第二气液分离器进行汽液分离；
2)经第二气液分离器分离后得到的气相经过粗煤气预热器加热升温后进入脱毒槽除去灰尘和杂质后进入变换炉进行一氧化碳变换反应，放出的反应热用于驱动第二发电机组获得电能；
3)从变换炉底部输出的高温变换气经过粗煤气预热器被冷却后进入第二发生器驱动第三发电机组获得电能；
4)经第二发生器后驱动发电降温后气体先进入第三气液分离器，经分离后得到的气相去水冷器冷却后进入第四气液分离器，从第四气液分离器出来的气体送至界外；
5)第一气液分离器和第二气液分离器的底部凝液汇合后送去气化单元，第三气液分离器和第四气液分离器的底部凝液汇合后送去界外进一步处理。
6.根据权利要求5所述的煤化工控温变换联产电能的方法，其特征在于：变换炉的入口温度控制在200～280℃之间，变换炉出口温度控制在240～320℃之间。
7.根据权利要求5所述的煤化工控温变换联产电能的方法，其特征在于：变换炉的入口粗煤气的水汽比控制在0.2～0.7℃之间。
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