CN206069360U - 一种节能环保的换热和冷凝系统 - Google Patents

一种节能环保的换热和冷凝系统 Download PDF

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Abstract

一种节能环保的换热和冷凝系统，属于节能技术和环保装备领域，涉及气体换热技术，适用于有冷凝液产生的所有冷凝系统，适用于所有化工行业，尤其是甲醇裂解制氢行业。本实用新型专利由原料液罐、预热器、换热器、汽化器、转化器、水冷器及液位调节阀等设备通过管道连接而成，该系统通过改变气体进出口方向和改进流体通道，很好地实现了气体和冷凝液的分离，提高了换热系数，减少了整个系统的供热量，减少了循环水用量，减少了换热面积，回收了有用物质，解决了化工生产中热量回收不完全，能量消耗过大的问题，达到了节能环保的目的。

Description

一种节能环保的换热和冷凝系统
技术领域
本项目属于节能技术和环保装备领域，属于节能环保技术和产品，涉及气体换热技术，适用于有冷凝液产生的所有冷凝系统，适用于所有化工行业，尤其是甲醇裂解制氢行业。
背景技术
就目前情况来看，我国水资源和能源都非常紧张，节能被称为是水、煤、石油、天然气之外的“第五能源”，而目前各类化工行业工程和设备中涉及的能源浪费现象十分严重，热能回收不完全，冷却水需求量大，冷却水用水直接排放会造成热污染、经济和资源浪费，节水节能已成为急需解决的问题。
换热和冷凝系统的主要作用是回收热流体中的热量，同时将需要冷却的介质得到冷却。通常热源气体中高品味的热能通过与需要加热的冷介质将其中热能加以回收，低品位热源则通过水或空气为冷却剂带走热量，实现热源气体的冷却。
换热器是一个量大而品种繁多的产品，对国外冷凝系统市场的调查表明，管壳式冷凝系统市场仍占64％。虽然各种板式冷凝系统的竞争力在上升，但管壳式冷凝系统承受高压及高压差方面有极大的优势，仍将占据主导地位。
氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。对没有方便氢源的地区，如果采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需庞大投资――“相当于半个合成氨”，只适用于大规模用户。中小型用户电解水可方便制得氢气，但能耗很大，每立方米氢气耗电高达达至6度，且氢纯度不理想，杂质多，同时规模也受到限制，因此近年来许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用甲醇蒸汽转化制氢新的工艺路线。
如今，甲醇裂解制氢装置应用广泛，其基本方法为：将甲醇和水按一定的比例混合，用泵将其加压后，经换热器换热，再经汽化、过热到反应所需的温度后进入转化器，在转化器中催化剂的作用下，甲醇首先分解成氢气、一氧化碳，一氧化碳再与水蒸汽反应生成氢气、二氧化碳等转化气，转化气在换热器中与原料甲醇、水换热后再经冷凝器冷却后进入提纯工序进行提纯处理；在该流程中，反应出来的转化气温度约230℃左右，在换热器中与原料甲醇和水进行换热降温后再经冷凝器由循环冷却水冷至40℃以下，在转化气冷却过程中，气相水蒸汽不断被冷凝出来，与气体形成气液两相流，影响冷凝器传热系数，温度不易降下来，一般进冷凝器时，转化气的温度在130℃左右，而且所需要的换热面积大，投资成本高，热量回收不够理想，且所需冷却水用量大。
发明内容
本实用新型针对上述背景技术存在的缺陷提供了一种节能环保的换热和冷凝系统，该系统通过改变原有的换热和冷凝系统的设备数量和设备结构，建立新的工艺流程，实现换热系统中的气液分离，提高了介质的传热系数，将热源进入水冷却系统的介质温度尽可能地将低，最大化地回收其中的热量，减少了汽化过热器的供热量，减少水冷却系统的冷却水用量，减少整个系统的总的换热面积，节约设备投资。
为达到这一目的，本实用新型公布了一种节能环保的换热和冷凝系统，它由通过管道相连的原料液罐、预热器、换热器、汽化器、转化器、水冷器及液位调节阀等设备组成。
原料液由界外通过管道进入原料液罐，经缓冲后进入预热器壳程，在预热器中吸收转化气热量进行预热，再进入换热器壳程与转化气进行第二次热量交换后进入汽化过热器，在汽化过热器中进行汽化并过热到反应所需温度后进入转化器进行裂解和转化反应，生成高温的转化气，该反应裂解需要吸热，转化反应会释放热量，汽化过热器和转化器所需热量均由界外供热；转化气从转化器出来后进入换热器管程与原料液进行换热，降温，此时会有部分冷凝液产生，为避免气体与冷凝液混合产生两相流，影响传热效率，在换热器管程出口端对气液进行分流，将冷凝液从换热器底部引出通过液位调节阀返回原料液罐，将其携带的未反应的物料和热量都直接返回原料液罐，不再参与下一步的冷却，气体则从换热器顶部出去进入预热器管程，与原料液再次进行换热，此时从气相中被冷凝出的冷凝液再次被引出通过液位调节阀返回原料液罐，气体从预热器顶部引出后进入水冷器壳程，直到冷却到常温后出系统到界外，此时温度差大，大量未反应的原料液被冷凝下来，直接从壳程下面排出到液位调节阀返回原料液罐，从预热器、换热器和水冷器引出的冷凝液均通过；水冷却介质为循环冷却水或冷冻盐水。
综上所述，该系统具有以下特征：
在预热器、换热器和水冷器中，气体均从换热器顶部出口排出，冷凝液均从换热器底部排出，实现气相和液相分流，避免形成气液两相，提高了换热系数，增强了换热能力。
冷凝液从预热器、换热器、水冷器、底部排出后，不再参与后面冷却过程，通过管道直接返回原料液罐，将热量直接带回了原料液系统，回收了冷凝液热量。
冷凝液从预热器、换热器、水冷器、底部排出后，通过管道返回原料液罐，直接回收了未反应的物料，实现了冷凝液的零排放，具有很好的环保效应。
水冷器采用冷却水走管程，气相走壳程的方式，及时将冷凝液从换热器壳程底部排出，提高传热系数。
换热器顶部设置一个气室，以便原料液温度升高后有足够的汽化空间。
冷凝液到原料液罐的管道上安装了一个液位调节阀，以保证冷凝液外排时转化气不会排出。
附图说明
附图1为本实用新型专利的工艺流程图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明专利的特征、技术手段及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明专利进一步详细描述。
请参阅附图1，该装置为一套6000Nm3/h的甲醇制氢装置的热量回收利用及转化气冷却系统，该系统操作压力为1.8MPa，原料液由甲醇和水各50％(w/w)组成，水过量，汽化温度为170℃。
该装置由通过管道相连的原料液罐(101)、预热器(102)、换热器(103)、汽化器(104)、转化器(105)、水冷器(106)及液位调节阀V1组成，各部件间的连接都采用管道连接，其工艺过程如下：
来自外界的原料液通过管道(1)进入原料液罐(101)缓冲后，通过管道(2)进入预热器(102)壳程，在预热器(102)中与转化气进行热交换进行初步预热后通过管道(3)进入换热器(103)壳程与转化气进行第二次热量交换升温后，再通过管道(4)进入汽化过热器(104)，在汽化过热器(104)中进行汽化并过热到反应所需温度后通过管道(5)进入转化器(105)进行裂解和转化反应，生成高温的转化气，转化气从转化器(105)出来后经管道(6)进入换热器(103)管程与原料液进行换热，降温，此时会有部分冷凝液产生，为避免气体与冷凝液混合产生两相流，影响传热效率，在换热器(103)管程出口端对气液进行分流，将冷凝液从换热器底部引出通过管道(10)及液位调节阀(V1)返回原料液罐(101)，将其携带的未反应的物料和热量都直接返回原料液罐(101)，不再参与下一步的冷却，气体则从换热器(103)顶部出去通过管道(8)进入预热器(102)管程，与原料液再次进行换热，此时从气相中被冷凝出的冷凝液通过管道(11)引出通过液位调节阀返回原料液罐(101)，气体从预热器(102)顶部引出通过管道(9)进入水冷器(106)壳程，直到冷却到常温后通过管道(9)排出系统到界外，此时温度差大，大量未反应的原料液被冷凝下来，直接从水冷器(106)壳程下面通过管道(12)和液位调节阀(V1)返回原料液罐(101)，水冷器(106)的冷却介质为循环冷却水；在本工艺流程中，汽化过热器和转化器所需要的热量由界外过来的导热油供给。
经过本发明专利一种节能环保的换热和冷凝系统后，实验数据非常理想，主要体现在以下几个方面：
转化气进水冷器(106)的温度降到了80℃以下，而常规换热系统只能降到110℃。
原料液汽化所需要的热量为241万大卡，而常规系统原料液汽化所需要的热量为266万大卡。
总换热面积为338m2，而常规冷凝器换热面积高达520m2。
冷凝器用冷却水用量24.7吨，而常规消耗冷却水达38吨。
以上所述实例仅表达了本发明专利的一种实施方式，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，在不脱离本发明专利构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。因此，本发明专利的保护范围 应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种节能环保的换热和冷凝系统，包括原料液罐、预热器、换热器、汽化器、转化器、水冷器及液位调节阀，原料管道（1）与原料液罐（101）进口相连；原料液罐（101）出口通过管道（2）与预热器（102）原料液进口相连接；预热器（102）原料液出口与换热器（103）原料液进口通过管道（3）相连；换热器（103）原料液出口通过管道（4）与汽化过热器（104）物料进口端相连；汽化过热器（104）物料汽化端出口通过管道（5）与转化器（105）进口相连，转化器（105）出口通过管道（6）与换热器（103）热侧端进口相连，换热器（103）热侧端出口通过管道（7）与预热器（102）热侧端进口相连，预热器（102）热侧端出口端通过管道（8）与水冷器（106）热侧进口端相连，从水冷器（106）热侧端出口通过管道（9）将冷却后的反应气体输送至界外；换热器（103）管程冷凝液排出口通过管道（10）与液位调节阀（V1）相连；预热器（102）管程冷凝液排出口通过管道（11）与液位调节阀（V1）相连；水冷器（106）壳程冷凝液排出口通过管道（12）与液位调节阀（V1）相连；液位调节阀（V1）通过管道与原料液罐返液进口相连；导热油通过管道（13）与汽化过热器（104）导热油进口端连接；汽化过热器（104）导热油出口通过管道（14）与转化器（105）导热油进口端相连，转化器（105）导热油出口端通过管道（15）将导热油输送输出界外。
2.按照权利要求1所述的一种节能环保的换热和冷凝系统，其特征在于：换热器（103）管程气体与冷凝液分别从不同管口排出，气体从换热器上部排出，冷凝液从换热器（103）底部排出。
3.按照权利要求1所述的一种节能环保的换热和冷凝系统，其特征在于：预热器（102）管程气体与冷凝液分别从不同管口排出，气体从预热器上部排出，冷凝液从预热器（102）底部排出。
4.按照权利要求1所述的一种节能环保的换热和冷凝系统，其特征在于：水冷器（106）中循环冷却水走管程，转化气走壳程。
5.按照权利要求1所述的一种节能环保的换热和冷凝系统，其特征在于：换热器（103）排出的冷凝液通过液位调节阀（V1）排入原料液罐（101）。
6.按照权利要求1所述的一种节能环保的换热和冷凝系统，其特征在于：预热器（102）排出的冷凝液通过液位调节阀（V1）排入原料液罐（101）。
7.按照权利要求1所述的一种节能环保的换热和冷凝系统，其特征在于：水冷器（106）排出的冷凝液通过液位调节阀（V1）排入原料液罐（101）。
8.按照权利要求1所述的一种节能环保的换热和冷凝系统，其特征在于：换热器（103）上部设置了一个汽室。
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