CN110469840A - Mto冷凝水系统热能回收装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及MTO冷凝水热能处理领域，公开了一种MTO冷凝水系统热能回收装置和方法。装置包括通过管道依次连通的第一换热器、第二换热器和水处理系统，以及连接第一换热器和第二换热器的压力平衡系统，第一换热器用于将热冷凝水与冷除盐水进行换热，得到第一冷凝水和热除盐水；第二换热器用于将所述第一冷凝水与冷生水进行换热，得到第二冷凝水和热生水；水处理系统用于将所述第二冷凝水进行水处理，得到冷二级除盐水并连通到第一换热器；压力平衡系统用于检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。该装置具有充分利用MTO装置产生的热冷凝水的显热，节约运行成本，有效防止冷除盐水被污染的优点。

Description

MTO冷凝水系统热能回收装置和方法

技术领域

本发明涉及MTO冷凝水热能处理领域，具体地涉及MTO冷凝水系统热能回收装置，以及采用该装置进行的MTO冷凝水系统热能回收方法。

背景技术

近年来，我国煤(甲醇)制烯烃产业快速发展，2015年底达到900万吨/年，预计2020年将达到2860万吨/年。可见该产业正在蓬勃发展。由于煤(甲醇)制烯烃生产过程中所需能量巨大，所以每个煤(甲醇)制烯烃的工厂都配备自己的发电机组为工艺单元提供电力。在生产过程中发电锅炉和工艺单元都会产生100-120℃的高温冷凝水(也称热冷凝水)，大部分工厂将热冷凝水的部分显热用于给生水加热(根据MTO工艺需要，通常升温25℃左右)，随后通过工业循环冷却水进行冷却，冷却后的热冷凝水通过水处理进行加药等处理得到冷二级除盐水，再将冷二级除盐水加热后供给锅炉使用。一方面，热冷凝水通过工业循环水冷却，浪费掉了大部分的显热；另一方面，水处理后的冷二级除盐水需要通过蒸汽进行加热，增加了运行成本。此外，现有的将热冷凝水中部分显热给生水加热的换热器容易出现泄露问题，污染冷除盐水。这也是现有技术中无法充分利用热冷凝水的显热的主要原因。

因此，在现有的MTO冷凝水热能处理装置中，存在热冷凝水的显热被浪费，冷二级除盐水依靠蒸汽加热增加了运行成本，冷除盐水存在被污染的风险，进而影响热除盐水在下游工艺中的使用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供MTO冷凝水系统热能回收装置和方法，该装置具有充分利用MTO装置产生的热冷凝水的显热，节约运行成本，同时，还能有效防止冷除盐水被污染的优点。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种MTO冷凝水系统热能回收装置，该装置包括通过管道依次连通的第一换热器1、第二换热器2和水处理系统3，以及连接第一换热器1和第二换热器2的压力平衡系统4，其中，

第一换热器1用于将热冷凝水与冷除盐水进行换热，得到温度降低的第一冷凝水和温度升高的热除盐水，其中，所述冷除盐水为冷驱动除盐水或冷二级除盐水，所述热除盐水为热驱动除盐水或热二级除盐水；

第二换热器2用于将所述第一冷凝水与冷生水进行换热，得到温度降低的第二冷凝水和温度升高的热生水；

水处理系统3用于将所述第二冷凝水进行水处理，得到冷二级除盐水并连通到第一换热器1；

压力平衡系统4用于检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。

优选地，所述第一换热器1的换热器为热管换热器。

优选地，所述第一换热器内的工质为纯净水。

优选地，所述第二换热器2的换热器为热管换热器。

优选地，所述第二换热器内的工质为纯净水。

优选地，所述压力平衡系统4包括第一压力检测器41、第二压力检测器42、控制系统43、第一压力溢流阀44和第二压力溢流阀45；其中，

第一压力检测器41用于检测冷除盐水管道的压力；

第二压力检测器42用于检测冷生水管道的压力；

控制系统43分别连接第一压力检测器41和第二压力检测器42，用于将第一压力检测器41和第二压力检测器42的检测信号反馈给控制系统43；

第一压力溢流阀44与控制系统43相连接，用于调节热冷凝水进入第一换热器1的管道压力；

第一压力溢流阀45与控制系统43相连接，用于调节第一冷凝水进入第二换热器2的管道压力。

优选地，所述控制系统为PLC控制系统。

优选地，所述第一压力检测器和/或第二压力检测器为压力传感器。

优选地，所述第一压力溢流阀和/或第二压力溢流阀为电动压力溢流阀。

本发明第二方面提供了一种本发明提供的MTO冷凝水系统热能回收装置进行MTO冷凝水系统热能回收的方法，其中，该方法包括以下步骤：

(a)通过管道依次连通第一换热器1、第二换热器2和水处理系统3，并通过数据线将第一换热器1和第二换热器2与压力平衡系统4连接；

(b)在第一换热器1中，将热冷凝水与冷驱动除盐水进行换热，得到温度降低的第一冷凝水和温度升高的热驱动除盐水；

(c)在第二换热器2中，将所述第一冷凝水与冷生水进行换热，得到温度降低的第二冷凝水和温度升高的热生水；

(d)在水处理系统3中，将所述第二冷凝水进行水处理，得到冷二级除盐水；

(e)停止冷驱动除盐水供给，切换至冷二级除盐水，在第一换热器1中，将热冷凝水与冷二级除盐水进行换热，得到热二级除盐水；

其中，通过压力平衡系统4检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。

通过上述技术方案，能够充分利用MTO装置产生的热冷凝水的显热，同时避免了换热器泄露造成冷除盐水被污染，进而影响热除盐水的使用的问题，降低运行成本，且节能环保，以350吨/小时的热冷凝水计算，通过本发明的热能回收装置，每月可节约180万元人民币。

附图说明

图1是本发明的MTO冷凝水系统热能回收装置的流程图；

图2是热管换热器的结构及工作原理示意图。

附图标记说明

1、第一换热器 2、第二换热器

3、水处理系统 4、压力平衡系统

41、第一压力检测器 42、第二压力检测器

43、控制系统 44、第一压力溢流阀

45、第二压力溢流阀

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明第一方面提供了一种MTO冷凝水系统热能回收装置，如图1所示，该装置包括通过管道依次连通的第一换热器1、第二换热器2和水处理系统3，以及连接第一换热器1和第二换热器2的压力平衡系统4，其中，

第一换热器1用于将热冷凝水与冷除盐水进行换热，得到温度降低的第一冷凝水和温度升高的热除盐水，其中，所述冷除盐水为冷驱动除盐水或冷二级除盐水，所述热除盐水为热驱动除盐水或热二级除盐水；

第二换热器2用于将所述第一冷凝水与冷生水进行换热，得到温度降低的第二冷凝水和温度升高的热生水；

水处理系统3用于将所述第二冷凝水进行水处理，得到冷二级除盐水并连通到第一换热器1；

压力平衡系统4用于检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。

在本发明中，第一换热器1将热冷凝水与冷除盐水进行换热，不仅不需要通过工业循环水将其冷却，而且充分利用了MTO装置产生的热冷凝水的显热，优化了资源的配置。

在本发明中，压力平衡系统4可以避免冷除盐水受到污染，保证热除盐水的正常使用，装置平稳运行，从而使得本发明能够充分利用MTO装置产生的热冷凝水的显热。例如，检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力时，当热冷凝水管道的压力大于冷除盐水管道的压力，热冷凝水管道内的热冷凝水会自动溢出进行减压，从而使得热冷凝水管道的压力小于冷除盐水管道的压力，保证冷除盐水不会受到污染；检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力时，当第一冷凝水管道的压力大于冷生水管道的压力，第一冷凝水管道内的第一冷凝水会自动溢出进行减压，从而使得第一冷凝水管道的压力小于冷生水管道的压力，保证生水不会污染第二冷凝水，进而保证进入水处理系统的第二冷凝水的洁净度，从而确保冷除盐水不会受到污染。

在本发明中，热冷凝水、冷生水和冷驱动除盐水分别通过管道进入本发明的MTO冷凝水系统热能回收装置。

在本发明中，热生水、热驱动除盐水、热驱动除盐水和热二级除盐水分别通过管道排出本发明的MTO冷凝水系统热能回收装置。

在本发明中，在水处理系统3中，第二冷凝水进行加药处理得到冷二级除盐水。其中，加药处理为本领域常规的操作，以客户需求而添加不同的药剂，在此不再赘述。

在本发明中，所述第一换热器1的换热器为热管换热器，优选地，所述第一换热器内的工质为纯净水。

热管换热器的热管为高导热的传热元件。热管的结构及工作原理如图2所示。热管一般是由管壳和端盖组成，首先将管内抽真空，使管内始终保持一定的真空度，并充以适量的工质。管的下端为蒸发段(加热段)，中部为绝热段，上端为冷凝段(冷却段)。由于热管内部为真空状态，液体工质极易蒸发与沸腾，热管启动迅速。在蒸发段吸收热量后，管芯内部的液体工质受热蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向冷凝段，并带走大量的热量。蒸汽在冷凝段受冷后放热并冷凝成液体，然后依靠重力作用回流到蒸发段，再次吸热，汽化，传输，放热，冷凝，循环往复，热管连续不断地工作。利用工质的蒸发和冷凝，热量不断由热管的一端传至另一端。热管工作原理的核心即利用工质相变吸、放潜热的机理和重力引起工质的循环进行热能输送。

在本发明中，将热冷凝水管道和冷除盐水管道设计为相互独立的管道，热管换热器内的工质为纯净水，通过热管换热器进行换热。该热管换热器可以把两种换热介质隔开并达到预想的换热效果。为了防止热管内工质泄漏造成冷除盐水污染，故将纯净水作为热管内工质。一旦热管换热器发生泄漏也不会对冷除盐水造成污染。

在本发明中，所述第二换热器2的换热器为热管换热器，优选地，所述第二换热器内的工质为纯净水。同样的，将第一冷凝水管道和冷生水管道设计为相互独立的管道，热管换热器内的工质为纯净水，通过热管换热器进行换热。能够达到预想的换热效果，且确保热管换热器发生泄漏也不会对第二冷凝水造成污染，进而保证冷除盐水的洁净度。

在本发明中，所述压力平衡系统4包括第一压力检测器41、第二压力检测器42、控制系统43、第一压力溢流阀44和第二压力溢流阀45；其中，第一压力检测器41用于检测冷除盐水管道的压力；第二压力检测器42用于检测冷生水管道的压力；控制系统分别43连接第一压力检测器41和第二压力检测器42，用于将第一压力检测器41和第二压力检测器42的检测信号反馈给控制系统43；第一压力溢流阀44与控制系统43相连接，用于调节热冷凝水进入第一换热器1的管道压力；第一压力溢流阀45与控制系统43相连接，用于调节第一冷凝水进入第二换热器2的管道压力。

在本发明中，所述控制系统以能够控制和反馈信号为目的，例如可以为DCS控制系统、PLC控制系统，优选为PLC控制系统。

在本发明中，所述第一压力检测器和/或第二压力检测器以能够检测管道内的压力为目的，例如可以为压力传感器。

在本发明中，所述第一压力溢流阀和/或第二压力溢流阀以能够调节管道压力为目的，当热冷凝水管道的压力大于冷除盐水管道的压力，和/或第一冷凝水管道的压力大于冷生水管道的压力时，热冷凝水管道内的热冷凝水和/或第一冷凝水管道内的第一冷凝水会自动溢出进行减压，优选地，所述第一压力溢流阀和/或第二压力溢流阀为电动压力溢流阀。

本发明第二方面提供了一种本发明提供的MTO冷凝水系统热能回收装置进行MTO冷凝水系统热能回收的方法，其中，该方法包括以下步骤：

(a)通过管道依次连通的第一换热器1、第二换热器2和水处理系统3，并通过数据线将第一换热器1和第二换热器2与压力平衡系统4连接；

(b)在第一换热器1中，将热冷凝水与冷驱动除盐水进行换热，得到温度降低的第一冷凝水和温度升高的热驱动除盐水；

(c)在第二换热器2中，将所述第一冷凝水与冷生水进行换热，得到温度降低的第二冷凝水和温度升高的热生水；

(d)在水处理系统3中，将所述第二冷凝水进行水处理，得到冷二级除盐水；

(e)停止冷驱动除盐水供给，切换至冷二级除盐水，在第一换热器1中，将热冷凝水与冷二级除盐水进行换热，得到热二级除盐水；

其中，通过压力平衡系统4检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。

根据本发明的方法，在水处理系统3中，第二冷凝水进行加药处理得到冷二级除盐水。其中，加药处理为本领域常规的操作，以客户需求而添加不同的药剂，在此不再赘述。

根据本发明的方法，所述热冷凝水的温度可以为但不限于：100-120℃。

根据本发明的方法，所述第一冷凝水的温度可以为但不限于：50-70℃。

根据本发明的方法，所述第二冷凝水的温度可以为但不限于：15-20℃。

根据本发明的方法，所述冷驱动除盐水的温度可以为但不限于：15-25℃。

根据本发明的方法，所述热驱动除盐水的温度可以为但不限于：85-90℃。

根据本发明的方法，所述冷生水的温度可以为但不限于：15-20℃。

根据本发明的方法，所述热生水的温度可以为但不限于：35-40℃。

根据本发明的方法，所述冷二级除盐水的温度可以为但不限于：15-20℃。

根据本发明的方法，所述热二级除盐水的温度可以为但不限于：85-90℃。

根据本发明的方法，所述第一换热器1和/或第二换热器2的工质为纯净水。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例中，甲醇制烯烃项目，年产聚烯烃60万吨，并产生110-120℃的流量为350t/h的热冷凝水。该厂有热电单元，该热电单元主要是为MTO装置提供能量。

实施例1

(a)通过管道依次连通第一换热器1、第二换热器2和水处理系统3，并通过数据线将第一换热器1和第二换热器2与压力平衡系统4连接。

(b)将350t/h的热冷凝水通过管道输送至第一换热器1(第一换热器1为热管换热器，换热器内的工质为纯净水)，在第一换热器内，120℃的热冷凝水与400t/h的20℃驱动冷除盐水进行换热，得到温度降低到60℃的第一冷凝水和温度升高到85℃热驱动除盐水，并将85℃热驱动除盐水输送至锅炉。

(c)将300t/h的冷生水通过管道输送至第二换热器2(第二换热器2为热管换热器，换热器内的工质为纯净水)，在第一换热器内，60℃的第一冷凝水与500t/h的15℃的冷生水进行换热，得到温度降低到20℃的第二冷凝水和温度升高到35℃的热生水，并将35℃的热生水输送至下游工艺系统。

(d)在水处理系统3中，将所述第二冷凝水进行水处理，加入药剂，得到冷二级除盐水。

(e)停止冷驱动除盐水供给，切换至冷二级除盐水，在第一换热器1中，将120℃的热冷凝水与20℃的冷二级除盐水进行换热，得到90℃的热二级除盐水，并将90℃的热二级除盐水输送至锅炉。

其中，通过压力平衡系统4检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力，当热冷凝水管道的压力大于冷除盐水管道的压力时，热冷凝水管道内的热冷凝水会自动溢出进行减压，从而使得热冷凝水管道的压力小于冷除盐水管道的压力，保证冷除盐水不会受到污染；和/或，当第一冷凝水管道的压力大于冷生水管道的压力时，第一冷凝水管道内的第一冷凝水会自动溢出进行减压，从而使得第一冷凝水管道的压力小于冷生水管道的压力，保证生水不会污染第二冷凝水，进而保证进入水处理系统的第二冷凝水的洁净度，从而确保冷除盐水不会受到污染。

对比例1

将120℃的流量为350t/h的热冷凝水与300t/h的15℃的冷生水通过热管换热器(换热器内的工质为纯净水)进行换热，得到温度降低到100℃的第二凝冷水和温度升高到35℃的热生水，然后通过400t/h的工业循环冷却水将80℃的第二冷凝水冷却到30℃，将所述第二冷凝水进行水处理，加入药剂，得到30℃的冷二级除盐水，并用蒸汽将30℃的冷二级除盐水升温至90℃，并将90℃的热二级除盐水输送至锅炉。

通过压力平衡系统检测和调节热冷凝水管道与冷生水管道的压力，当热冷凝水管道的压力大于冷生水管道的压力时，热冷凝水管道内的热冷凝水会自动溢出进行减压，从而使得热冷凝水管道的压力小于冷除盐水管道的压力，保证冷除盐水不会受到污染。

对比例2

按照实施例1的方法，不同的是，不设置压力平衡系统4，即无法检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。

冷除盐水易受到污染，影响热除盐水的使用。

对比例3

按照实施例1的方法，不同的是，将第一换热器1的热管换热器替换为管壳式换热器，当换热器发生泄漏时，冷除盐水受到污染，影响热除盐水的使用。

对比例4

按照实施例1的方法，不同的是，将第二换热器2的热管换热器替换为管壳式换热器，当换热器发生泄漏时，第二冷凝水受到污染，进而冷除盐水受到污染，影响热除盐水的使用。

通过实施例1和对比例1能够看出，本发明的MTO冷凝水系统热能回收装置和方法能够充分利用热冷凝水的显热，降低运行成本，且节能环保。以350吨/小时的热冷凝水计算，对比例1的二级除盐水为30℃，而本发明实施例1的二级除盐水为90℃，每利用1℃热冷凝水可以节约蒸汽0.15％(通过热平衡和热工手册都可以确定这个比例)，采用本发明的装置每小时节约的蒸汽量＝350t/h×(90℃-30℃)×0.15％＝31.5t，每t蒸汽成本80元，则每小时节约2520元，每天节约6万元，每月节约180万，每年(11个生产月)节约2000万。

通过实施例1和对比例2能够看出，本发明通过压力平衡系统检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力，防止冷除盐水被污染，从而保证装置的平稳运行，在工业化生产中，能够充分利用MTO装置产生的热冷凝水的显热。

通过实施例1、对比例3和4能够看出，本发明通过采用热管换热器将热冷凝水与冷二级除盐水完全隔离，以及将第一冷凝水与冷生水完全隔离，热管换热器内的工质为纯净水，防止泄露时对冷除盐水的污染。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MTO冷凝水系统热能回收装置，其特征在于，该装置包括通过管道依次连通的第一换热器(1)、第二换热器(2)和水处理系统(3)，以及连接第一换热器(1)和第二换热器(2)的压力平衡系统(4)，其中，

第一换热器(1)用于将热冷凝水与冷除盐水进行换热，得到温度降低的第一冷凝水和温度升高的热除盐水，其中，所述冷除盐水为冷驱动除盐水或冷二级除盐水，所述热除盐水为热驱动除盐水或热二级除盐水；

第二换热器(2)用于将所述第一冷凝水与冷生水进行换热，得到温度降低的第二冷凝水和温度升高的热生水；

水处理系统(3)用于将所述第二冷凝水进行水处理，得到冷二级除盐水并连通到第一换热器(1)；

压力平衡系统(4)用于检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。

2.根据权利要求1所述的MTO冷凝水系统热能回收装置，其中，所述第一换热器(1)的换热器为热管换热器；

优选地，所述第一换热器内的工质为纯净水。

3.根据权利要求1所述的MTO冷凝水系统热能回收装置，其中，所述第二换热器(2)的换热器为热管换热器；

优选地，所述第二换热器内的工质为纯净水。

4.根据权利要求1所述的MTO冷凝水系统热能回收装置，其中，所述压力平衡系统(4)包括第一压力检测器(41)、第二压力检测器(42)、控制系统(43)、第一压力溢流阀(44)和第二压力溢流阀(45)；其中，

第一压力检测器(41)用于检测冷除盐水管道的压力；

第二压力检测器(42)用于检测冷生水管道的压力；

控制系统(43)分别连接第一压力检测器(41)和第二压力检测器(42)，用于将第一压力检测器(41)和第二压力检测器(42)的检测信号反馈给控制系统(43)；

第一压力溢流阀(44)与控制系统(43)相连接，用于调节热冷凝水进入第一换热器(1)的管道压力；

第一压力溢流阀(45)与控制系统(43)相连接，用于调节第一冷凝水进入第二换热器(2)的管道压力。

5.根据权利要求4所述的MTO冷凝水系统热能回收装置，其中，所述控制系统为PLC控制系统。

6.根据权利要求4所述的MTO冷凝水系统热能回收装置，其中，所述第一压力检测器和/或第二压力检测器为压力传感器。

7.根据权利要求4所述的MTO冷凝水系统热能回收装置，其中，所述第一压力溢流阀和/或第二压力溢流阀为电动压力溢流阀。

8.一种权利要求1-7中所述的装置进行MTO冷凝水系统热能回收的方法，其中，该方法包括以下步骤：

(a)通过管道依次连通第一换热器(1)、第二换热器(2)和水处理系统(3)，并通过数据线将第一换热器(1)和第二换热器(2)与压力平衡系统(4)连接；

(b)在第一换热器(1)中，将热冷凝水与冷驱动除盐水进行换热，得到温度降低的第一冷凝水和温度升高的热驱动除盐水；

(c)在第二换热器(2)中，将所述第一冷凝水与冷生水进行换热，得到温度降低的第二冷凝水和温度升高的热生水；

(d)在水处理系统(3)中，将所述第二冷凝水进行水处理，得到冷二级除盐水；

(e)停止冷驱动除盐水供给，切换至冷二级除盐水，在第一换热器(1)中，将热冷凝水与冷二级除盐水进行换热，得到热二级除盐水；

其中，通过压力平衡系统(4)检测和调节热冷凝水管道与冷除盐水管道的压力、以及检测和调节第一冷凝水管道与冷生水管道的压力。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述热冷凝水的温度为100-120℃；

优选地，所述第一冷凝水的温度为50-70℃；

优选地，所述第二冷凝水的温度为15-20℃；

优选地，所述冷驱动除盐水的温度为15-25℃；

优选地，所述热驱动除盐水的温度为85-90℃；

优选地，所述冷生水的温度为15-20℃；

优选地，所述热生水的温度为35-40℃；

优选地，所述冷二级除盐水的温度为15-20℃；

优选地，所述热二级除盐水的温度为85-90℃。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一换热器(1)和/或第二换热器(2)的工质为纯净水。