CN113908576A - 精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，包括自驱增压系统、提质加热系统、冷却系统及控制系统，所述自驱增压系统包括有机工质蒸发器、有机工质冷凝器、透平膨胀机与工质加压泵，所述提质加热系统包括离心压缩机与塔釜再沸器，所述冷却系统作为自驱增压系统的冷端，包括有机工质冷凝器；所述控制系统包括控制器，通过控制器调节精馏塔的塔顶气态产物至所述自驱增压系统和提质加热系统的分配比例。本发明取消了传统的电压缩机，采用自驱增压系统取代了传统的电增压系统，通过能量转化过程，极大减少了电能的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及涉及石油化工行业精馏塔余热利用技术领域，具体为一种精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置。
背景技术
精馏塔是石油化工生产过程中广泛应用的一种组分分离、传质传热装置。精馏塔塔顶气态产物温度和压力都比较低，但是蕴含巨大的潜热，对塔顶气态产物进行增压增温提质处理后可以将其作为塔釜加热热源，利用塔顶气态产物的潜热，减少新蒸汽消耗量。传统的利用技术都是采用电压缩的方式对塔顶气态产物进行增压增温提质处理，在利用塔顶气态产物潜热的同时需要消耗大量的电能，在余热利用的同时减小电能消耗已成余热利用行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，采用透平膨胀机和离心压缩机联合的自驱增压系统，取消了传统的电压缩机，通过能量转化过程，极大减少了电能的消耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
精馏塔塔顶余热自驱增压装置，包括自驱增压系统、提质加热系统、冷却系统及控制系统，所述自驱增压系统包括有机工质蒸发器、有机工质冷凝器、透平膨胀机与工质加压泵，所述提质加热系统包括离心压缩机与塔釜再沸器，所述冷却系统作为自驱增压系统的冷端，包括有机工质冷凝器；所述控制系统包括控制器，通过控制器调节精馏塔的塔顶气态产物至所述自驱增压系统和提质加热系统的分配比例。
所述离心压缩机、透平膨胀机、有机工质蒸发器、工质加压泵与有机工质冷凝器连接组成ORC有机朗肯循环系统，所述ORC有机朗肯循环系统吸收精馏塔塔顶低品位的余热驱动透平膨胀机带动离心压缩机给低压蒸汽增压提质。
所述自驱增压系统、提质加热系统、冷却系统及控制系统组合形成三条功能路线：加热气路线、增压气路线与有机工质环路，所述加热气路线与增压气路线通过所述有机工质环路连接，所述加热气路线与增压气路线的气流量通过所述控制器调节，实现热平衡。
所述加热气路线依次串联有离心压缩机、塔斧再沸器，所述增压气路线依次串联有机工质蒸发器、储液罐与塔顶产品输送泵；所述有机工质环路依次串联有机工质冷凝器、工质加压泵、有机工质蒸发器与透平膨胀机。
所述加热气路线的离心压缩机与所述有机工质环路的透平膨胀机通过联轴器连接，所述增压气路线的有机工质蒸发器与所述有机工质环路的透平膨胀机连接。
进一步，所述有机工质环路内充入有机工质，所述有机工质采用低沸点环保型工质，优选为五氟丙烷R245fa。
所述自驱增压系统根据有机工质的状态改变可分为四个过程：有机工质蒸发器内定压蒸发过程、有机工质冷凝器内定压冷凝过程、透平膨胀机内绝热膨胀过程、工质加压泵内绝热压缩过程。
所述离心压缩机与透平膨胀机的进口处均设置电动调节阀门，通过控制器控制进气量。
所述有机工质蒸发器和有机工质冷凝器之间设置联通管，作为启动旁路，在启动暖机时气态有机工质不进入透平膨胀机中而进入到有机工质冷凝器直接冷凝。
所述有机工质冷凝器的冷侧通过循环冷却水，作为冷源吸收有机工质冷凝器中有机工质冷凝释放的热量。
所述有机工质蒸发器的塔顶气态产物流出处设置管道及相连的抽气机，在启动初期通过抽气机建立流动负压，所述抽气机的出口接至精馏塔上部。
进一步，所述透平膨胀机和离心压缩机通过联轴器连接，采用同轴连接方式，所述透平膨胀机将部分塔顶气态产物的热能转化成机械能，所述离心压缩机将机械能转化成部分塔顶气态产物的热能。
进一步，所述离心压缩机与精馏塔之间设置塔斧再沸器，所述塔斧再沸器还连接有塔釜产品输送泵。气态产物在离心压缩机中被压缩，压力和温度都升高的气态产物进入塔釜再沸器中，气态产物在塔釜再沸器中冷凝成液态，作为回流液进入精馏塔中。
所述提质加热系统将部分精馏塔塔顶气态产物经离心压缩机增压增温提质后作为塔釜再沸器的热源加热。
所述有机工质蒸发器通过管路还连接储液罐，所述储液罐再连接塔顶产品输送泵。气态产物在有机工质蒸发器中冷凝成液态，然后进入所述储液罐中，储液罐底部液态物质进入塔顶产品输送泵中，经过增压后作为塔顶产品输出。
本发明精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，也可以是汽提搭塔顶余热自驱增压节电装置，技术方案也适用于汽提搭。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，采用透平膨胀机和离心压缩机联合的自驱增压系统，取消了传统的电压缩机，通过热能→机械能→机械能→热能的转化过程，极大减少了电能的消耗。
本发明所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，采用控制透平膨胀机和离心压缩机的进气参数，可在线实现热量平衡。根据热量平衡精确控制精馏塔塔顶气态产物至自驱增压系统和提质加热系统的分配比例。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、精馏塔；2、塔斧再沸器；3、储液罐；4、塔顶产品输送泵；5、塔釜产品输送泵；6、控制器；7、离心压缩机；8、联轴器；9、透平膨胀机； 10、有机工质蒸发器；11、工质加压泵；12、有机工质冷凝器；13、抽气机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案:
精馏塔塔顶余热自驱增压装置，包括自驱增压系统、提质加热系统、冷却系统及控制系统，所述自驱增压系统包括有机工质蒸发器10、有机工质冷凝器12、透平膨胀机9与工质加压泵11，所述提质加热系统包括离心压缩机7与塔釜再沸器2，所述冷却系统作为自驱增压系统的冷端，包括有机工质冷凝器12；所述控制系统包括控制器6，通过控制器6调节精馏塔1的塔顶气态产物至所述自驱增压系统和提质加热系统的分配比例。
所述加热气路线依次串联有离心压缩机7、塔斧再沸器2，所述增压气路线依次串联有机工质蒸发器10、储液罐3与塔顶产品输送泵4；所述有机工质环路依次串联有机工质冷凝器12、工质加压泵11、有机工质蒸发器10与透平膨胀机9。
所述加热气路线的离心压缩机7与所述有机工质环路的透平膨胀机9通过联轴器8连接，所述增压气路线的有机工质蒸发器10与所述有机工质环路的透平膨胀机9连接。
离心压缩机7与精馏塔1之间设置塔斧再沸器2，所述塔斧再沸器2的支路还连接有塔釜产品输送泵5。气态产物在离心压缩机7中被压缩，压力和温度都升高的气态产物进入塔釜再沸器2中，气态产物在塔釜再沸器2中冷凝成液态，作为回流液再进入精馏塔1中。
所述有机工质蒸发器10还通过管路连接储液罐3，储液罐3再连接塔顶产品输送泵4。气态产物在有机工质蒸发器10中冷凝成液态，然后进入所述储液罐3中，储液罐3底部液态物质进入塔顶产品输送泵4中，经过增压后作为塔顶产品输出。
有机工质蒸发器10的塔顶气态产物流出处设置管道及相连的抽气机13，在启动初期通过抽气机13建立流动负压，所述抽气机13的出口接至精馏塔1 上部。
所述离心压缩机7、透平膨胀机9、有机工质蒸发器10、工质加压泵11 与有机工质冷凝器12连接组成ORC有机朗肯循环系统，所述ORC有机朗肯循环系统吸收精馏塔塔顶低品位的余热驱动透平膨胀机9带动离心压缩机7给低压蒸汽增压提质。
本发明的自驱增压系统、提质加热系统、冷却系统及控制系统组合形成三条功能路线：加热气路线、增压气路线与有机工质环路，所述加热气路线与增压气路线通过所述有机工质环路连接，所述加热气路线与增压气路线的气流量通过所述控制器6调节，实现热平衡。
增压气路线：精馏塔1塔顶气态产物的一部分进入有机工质蒸发器10中，气态产物在有机工质蒸发器10中冷凝成液态，然后进入储液罐3中，储液罐 3底部液态物质进入塔顶产品输送泵4中，经过增压后作为塔顶产品输出。
加热气路线：精馏塔1塔顶气态产物的一部分进入离心压缩机7中，气态产物在离心压缩机7中被压缩，压力和温度都升高的气态产物进入塔釜再沸器2中，气态产物在塔釜再沸器2中冷凝成液态，作为回流液进入精馏塔1 中。
有机工质环路：液态有机工质在有机工质冷凝器12底部进入工质加压泵 11中，经工质加压泵11的增压作用后进入有机工质蒸发器10中，液态有机工质在有机工质蒸发器10中吸收热量蒸发成气态，气态有机工质进入透平膨胀机9中膨胀做功，压力温度都降低的气态有机工质进入有机工质冷凝器12 内冷凝成液态，液态有机工质从有机工质冷凝器12底部再次进入工质泵11 中，如此不断循环。
所述精馏塔1塔顶气态产物分两路分别进入到增压气路线和加热气路线，两路气流量依据热平衡计算确定，通过控制器6实现精确调节。。
所述透平膨胀机9与离心压缩机7采用联轴器8连接，透平膨胀机9所输出的机械功由有机工质吸收精馏塔1塔顶气态产物的潜热转化而来，离心压缩机7输入功由透平膨胀机9提供，输出功转化至气精馏塔1塔顶气态产物的热能。
所述有机工质采用低沸点环保型工质五氟丙烷R245fa。
所述有机工质冷凝器12冷侧通过循环冷却水，作为冷源吸收有机工质冷凝器12中有机工质冷凝释放的热量。
所述有机工质蒸发器10和有机工质冷凝器12之间设置联通管，作为启动旁路，在启动暖机时气态有机工质不进入透平膨胀机9中而进入到有机工质冷凝器12直接冷凝。
本发明的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，采用透平膨胀机和离心压缩机联合的自驱增压系统，取消了传统的电压缩机，通过热能→机械能→机械能→热能的转化过程，极大减少了电能的消耗。
本发明精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，也可以是汽提搭塔顶余热自驱增压节电装置，技术方案也适用于汽提搭。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于，包括自驱增压系统、提质加热系统、冷却系统及控制系统，所述自驱增压系统包括有机工质蒸发器、有机工质冷凝器、透平膨胀机与工质加压泵，所述提质加热系统包括离心压缩机与塔釜再沸器，所述冷却系统作为自驱增压系统的冷端，包括有机工质冷凝器；所述控制系统包括控制器，通过控制器调节精馏塔的塔顶气态产物至所述自驱增压系统和提质加热系统的分配比例；
所述离心压缩机、透平膨胀机、有机工质蒸发器、工质加压泵与有机工质冷凝器连接组成ORC有机朗肯循环系统，所述ORC有机朗肯循环系统吸收精馏塔塔顶低品位的余热驱动透平膨胀机带动离心压缩机给低压蒸汽增压提质；
所述自驱增压系统、提质加热系统、冷却系统及控制系统组合形成三条功能路线：加热气路线、增压气路线与有机工质环路，所述加热气路线与增压气路线通过所述有机工质环路连接，所述加热气路线与增压气路线的气流量通过所述控制器调节，实现热平衡；
所述加热气路线依次串联有离心压缩机、塔斧再沸器，所述增压气路线依次串联有机工质蒸发器、储液罐与塔顶产品输送泵；所述有机工质环路依次串联有机工质冷凝器、工质加压泵、有机工质蒸发器与透平膨胀机；
所述加热气路线的离心压缩机与所述有机工质环路的透平膨胀机通过联轴器连接，所述增压气路线的有机工质蒸发器与所述有机工质环路的透平膨胀机连接。
2.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于：所述有机工质环路内充入有机工质，所述有机工质采用低沸点环保型工质五氟丙烷R245fa。
3.根据权利要求2所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于：所述自驱增压系统根据有机工质的状态改变可分为四个过程：有机工质蒸发器内定压蒸发过程、有机工质冷凝器内定压冷凝过程、透平膨胀机内绝热膨胀过程、工质加压泵内绝热压缩过程。
4.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于：所述离心压缩机与透平膨胀机的进口处均设置电动调节阀门，通过控制器控制进气量。
5.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于，所述有机工质蒸发器和有机工质冷凝器之间设置联通管，作为启动旁路。
6.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于，所述有机工质冷凝器的冷侧通过循环冷却水，作为冷源吸收有机工质冷凝器中有机工质冷凝释放的热量。
7.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于，所述有机工质蒸发器的塔顶气态产物流出处设置管道及相连的抽气机。
8.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于，所述透平膨胀机和离心压缩机通过联轴器连接，采用同轴连接方式，所述透平膨胀机将部分塔顶气态产物的热能转化成机械能，所述离心压缩机将机械能转化成部分塔顶气态产物的热能。
9.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于，所述离心压缩机与精馏塔之间设置塔斧再沸器，所述塔斧再沸器还连接有塔釜产品输送泵。
10.根据权利要求1所述的精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置，其特征在于，所述有机工质蒸发器通过管路连接储液罐，所述储液罐再连接塔顶产品输送泵。
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| CN202111403465.8A CN113908576A (zh) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 精馏塔塔顶余热自驱增压节电装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115430166A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-12-06 | 天津大学 | 一种蒸汽驱动热泵辅助隔壁塔的工艺系统及方法 |
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2021
- 2021-11-24 CN CN202111403465.8A patent/CN113908576A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN115430166A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-12-06 | 天津大学 | 一种蒸汽驱动热泵辅助隔壁塔的工艺系统及方法 |
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