CN209242675U - 一种能量耦合的变换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能量耦合的变换装置，属于煤化工技术领。该装置通过将冰机系统的主压缩机驱动装置和变换单元产生的中压过热蒸汽作能量耦合，既可以充分利用变换单元蒸汽的能量，又可以节省压缩机的电耗，提高运行经济性；此外通过将酸脱尾气洗涤系统的尾气和来自第三凝液分离器的变换气作能量耦合，可充分回收了低温甲醇洗出塔尾气的冷量，由于换热后的尾气处于过热状态，可有效防止由于尾气中水蒸气的冷凝形成的酸性冷凝液(出塔尾气中含有少量的H2S)对管道的腐蚀，另一方面，由于回收了这部分出塔尾气的冷量，可节省下游的循环水消耗量。
Description
技术领域
本实用新型一种能量耦合的变换装置，属于煤化工技术领域。
背景技术
目前的煤制氢气的技术路线为由煤直接气化生成合成气(CO+H2)，合成气经过水煤气变换反应生成氢气和CO2。由于水煤气变换反应生成的氢气中含有大量的CO2，需要再经过低温甲醇洗和PSA等单元来分离CO2并得到高纯度的氢气。
低温甲醇洗单元流程中，来自H2S浓缩塔的入塔尾气主要由CO2和N2组成，温度约为20-30℃，这股尾气在尾气洗涤塔中洗涤后高点放空。由于尾气中水蒸汽的分压极低，在洗涤过程中，有相当一部分水蒸发进入尾气中，由于蒸发吸热，导致出塔尾气的温度较低，大约10℃，按照现有技术的低温甲醇洗的流程配置，这股尾气的冷量未经回收直接放空。可见，现有工艺虽然洗涤了尾气中的残留甲醇，未实现冷量的充分利用，导致大量冷量的浪费；而且，由于出塔尾气中含有少量的H2S，出塔尾气温度低就会导致水蒸气冷凝形成酸性冷凝液，就会腐蚀管道。
实用新型内容
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
一种能量耦合的装置，该装置包括第一变换炉、第二变换炉、第三变换炉；
粗合成气的输出管道与进料分离器相连，所述的进料分离器的输出端通过变换气/蒸汽换热器与第一变换炉相连，所述的第一变换炉通过变换气/蒸汽换热器依次与第一中压蒸汽发生器，第二变换炉，低压蒸汽过热器，第二中压蒸汽发生器，第三变换炉，低压蒸汽发生器，第一凝液分离器，锅炉水预热器，第二凝液分离器，脱盐水预热器，第三凝液分离器，变换气/尾气换热器，变换气水冷器和变换气氨洗塔相连；所述的变换气氨洗塔的输出端与脱酸单元相连；
来自界区的中压锅炉给水输出管道分别与第一中压蒸汽发生器和第二中压蒸汽发生器相连，所述的第一中压蒸汽发生器和第二中压蒸汽发生器顶部的输出管道均与变换气/蒸汽换热器相连；所述的变换气/蒸汽换热器的一个输出端与全厂管网相连，另一个输出端与冰机系统的制冷剂压缩机的驱动装置相连；
来自界区的低压锅炉水输出管道与低压蒸汽发生器相连，所述的低压蒸汽发生器的输出端与低压蒸汽过热器相连；
本实用新型技术方案中：所述的冰机系统包括制冷剂压缩机，所述的制冷剂压缩机依次通过冷凝器、节流阀、制冷剂蒸发器和制冷剂压缩机相连。
本实用新型技术方案中：高压锅炉给水系统的高压锅炉水送至锅炉水预热器(11)预热后返回系统，脱盐水系统的脱盐水送至脱盐水预热器(13)预热后返回系统。
本实用新型技术方案中：第三凝液分离器(14)和变换气氨洗塔(17)底部的输出端与气提装置相连。
一种利用上述的装置实现能量耦合的方法，该方法是将粗合成气进入进料分离器分离凝液后由顶部离开，并经预热后进入第一变换炉进行变换反应，该股变换气经变换气/蒸汽换热器后进入第一中压蒸汽发生器副产中压蒸汽，然后进入第二变换炉进行反应，从第二变换炉出来的变换气经低压蒸汽过热器后进入第二中压蒸汽发生器副产中压蒸汽，离开第二中压蒸汽发生器的变换气进入第三变换炉进行反应，反应后变换气进入低压蒸汽发生器副产低压蒸汽，离开低压蒸汽发生器的变换气依次进入第一凝液分离器分液和高压锅炉水系统换热，降温后的变换气进入第二凝液分离器分离凝液，分液后的气相变换气由顶部离开并进入脱盐水预热器，降温后的变换气进入第三凝液分离器分离凝液，分液后的气相变换气由顶部离开并进入变换气/尾气换热器，将来自酸脱单元的尾气℃加热至40～60℃，变换气降温，然后经变换气水冷器进一步降温至30～45℃，然后进入变换气氨洗塔脱除气体中的氨，合格的变换气自该塔顶部离开送至下游酸脱单元。
上述方法中：第一变换炉出口的变换气温度为350～500℃，CO摩尔含量为2.0～3.0％；优选的，温度为400～450℃。
上述方法中：第一中压蒸汽发生器副产中压蒸汽，温度180～220℃，压力1.2～1.6MPa。
上述方法中：第二变换炉出口的变换气温度为200～300℃，优选温度为240～260℃；CO摩尔含量为0.4％。
上述方法中：第二中压蒸汽发生器副产中压蒸汽，温度180～220℃，压力1.2～1.6MPa。
上述方法中：离开低压蒸汽发生器的变换气温度140～180℃，压力3.0～3.5MPaG。
本实用新型技术方案中：冰机系统内的制冷剂压缩机驱动方式为汽轮机驱动。
本实用新型技术方案中：冰机系统所用制冷剂可以是丙烯、丙烷、氨等多种形式。
本实用新型技术方案中：变换装置产生的中压蒸汽可以部分或全部用于驱动冰机系统内的制冷剂压缩机汽轮机。
本实用新型技术方案中：来自低温甲醇洗尾气吸收系统尾气吸收塔的尾气和来自第三凝液分离器的变换气进行换热。
本实用新型技术方案中：该系统适用于煤制氢气系统。
本实用新型技术方案中：所述的压力均为表压。
本实用新型的有益效果：
(1)通过将冰机系统的主压缩机驱动装置和变换单元产生的中压过热蒸汽作能量耦合，既可以充分利用变换单元蒸汽的能量，又可以节省压缩机的电耗，提高运行经济性；
(2)通过将酸脱尾气洗涤系统的尾气和来自第三凝液分离器的变换气作能量耦合，可充分回收了低温甲醇洗出塔尾气的冷量，由于换热后的尾气处于过热状态，可有效防止由于尾气中水蒸气的冷凝形成的酸性冷凝液(出塔尾气中含有少量的H2S)对管道的腐蚀，另一方面，由于回收了这部分出塔尾气的冷量，可节省下游的循环水消耗量。
附图说明
图1是一种能量耦合的变换方法及装置实施例的结构示意图。
1-进料分离器，2-变换气/蒸汽换热器，3-第一变换炉，4-第一中压蒸汽发生器，5-第二变换炉，6-低压蒸汽过热器，7-第二中压蒸汽发生器，8-第三变换炉，9-低压蒸汽发生器，10-第一凝液分离器，11-锅炉水预热器，12-第二凝液分离器，13-脱盐水预热器，14-第三凝液分离器，15-变换气/尾气换热器，16-变换气水冷器，17-变换气氨洗塔，18-制冷剂压缩机，19-冷凝器，20-节流阀，21-制冷剂蒸发器，22-尾气洗涤塔。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：
如图1，一种能量耦合的装置，该装置包括第一变换炉(3)、第二变换炉(5)、第三变换炉(8)；
粗合成气的输出管道与进料分离器(1)相连，所述的进料分离器(1)的输出端通过变换气/蒸汽换热器(2)与第一变换炉(3)相连，所述的第一变换炉(3)通过变换气/蒸汽换热器(2)依次与第一中压蒸汽发生器(4)，第二变换炉(5)，低压蒸汽过热器(6)，第二中压蒸汽发生器(7)，第三变换炉(8)，低压蒸汽发生器(9)，第一凝液分离器(10)，锅炉水预热器(11)，第二凝液分离器(12)，脱盐水预热器(13)，第三凝液分离器(14)，变换气/尾气换热器(15)，变换气水冷器(16)和变换气氨洗塔(17)相连；所述的变换气氨洗塔(17)的输出端与脱酸单元相连；
来自界区的中压锅炉给水输出管道分别与第一中压蒸汽发生器(4)和第二中压蒸汽发生器(7)相连，所述的第一中压蒸汽发生器(4)和第二中压蒸汽发生器(7)顶部的输出管道均与变换气/蒸汽换热器(2)相连；所述的变换气/蒸汽换热器(2)的一个输出端与全场管网相连，另一个输出端与冰机系统的制冷剂压缩机(18)的驱动装置相连；
来自界区的低压锅炉水输出管道与低压蒸汽发生器(9)相连，所述的低压蒸汽发生器(9)的输出端与低压蒸汽过热器(6)相连；
所述的冰机系统包括制冷剂压缩机(18)，所述的制冷剂压缩机(18)依次通过冷凝器(19)、节流阀(20)、制冷剂蒸发器(21)和制冷剂压缩机(18)相连。
高压锅炉给水系统的高压锅炉水送至锅炉水预热器(11)预热后返回系统，脱盐水系统的脱盐水送至脱盐水预热器(13)预热后返回系统。
第三凝液分离器(14)和变换气氨洗塔(17)底部的输出端与气提装置相连。
来自酸脱尾气洗涤系统内的尾气进入变换气/尾气换热器换热升温后高点放空。
一种利用上述装置实现能量回收的方法，具体如下：
来自上游气化装置(水煤浆气化)的粗合成气温度215℃，压力3.8MPaG，流量318500Nm3/h，主要气体组分的摩尔组成如下表：
上述粗合成气进入进料分离器分离凝液后由顶部离开，并经预热后进入第一变换炉进行变换反应，第一变换炉出口温度为430℃左右，CO摩尔含量为2.7％，该股变换气经变换气/蒸汽换热器后进入第一中压蒸汽发生器副产中压蒸汽30750kg/h，规格：温度201℃，压力1.49MPaG，然后进入第二变换炉进行反应，出口温度251℃，CO摩尔含量为0.4％，该股变换气经低压蒸汽过热器后进入第二中压蒸汽发生器副产中压蒸汽4937kg/h，规格同上，离开第二中压蒸汽发生器的变换气进入第三变换炉进行反应，反应后变换气进入低压蒸汽发生器副产低压蒸汽，离开低压蒸汽发生器的变换气温度168℃，压力3.2MPaG，该股变换气进入第一凝液分离器分液后和高压锅炉水系统换热，将350t/h的高压锅炉水从124℃预热至150℃，降温后的变换气进入第二凝液分离器分离凝液，分液后的气相变换气由顶部离开并进入脱盐水预热器，将456t/h的脱盐水由30℃预热至84℃，降温后的变换气进入第三凝液分离器分离凝液，分液后的气相变换气由顶部离开并进入变换气/尾气换热器，将来自酸脱单元的尾气洗涤塔流量为133336kg/h的尾气由10.2℃加热至50℃，变换气本身由60℃降低至54℃，然后经变换气水冷器进一步降温至40℃，然后进入变换气氨洗塔脱除气体中的氨，合格的变换气自该塔顶部离开送至下游酸脱单元。该系统副产中压过热蒸汽(规格：压力1.0MPaG，温度250℃)35075kg/h。
低温甲醇洗装置所需冷量4400KW，为满足该冷量，设置冰机系统，冰机系统以丙烯为制冷剂，制冷剂流量循环量64.1t/h，压缩机出口压力16.8bar，所需压缩机轴功率3600KW，由汽轮机驱动该压缩机，汽轮机为凝气式汽轮机，汽轮机出口蒸汽的压力为11.8KPaA，汽轮机的驱动蒸汽采用上述变换装置产生的中压蒸汽，根据水蒸汽物性表查的，汽轮机入口的水蒸汽的焓值为2939.265kJ/kg，汽轮机出口水蒸汽的焓值为2198.6kJ/kg，假设汽轮机的相对内效率为0.70，汽轮机的机械效率为0.96，则为达到工艺所需的压缩机轴功率，需要该中压过热蒸汽的量为31815kg/h，考虑到该变换装置副产的中压过热蒸汽总量为35075kg/h，剩余的中压过热蒸汽(3260kg/h)送至全厂中压蒸汽管网。
该实施例的装置运行经济性分析：(1)对于冰机系统，由于其主压缩机和变换装置的中压过热蒸汽作了能量耦合，相比于传统的变换装置和冰机系统，可节省电耗3600KW，且充分利用了装置内部中压蒸汽的能量；(2)通过将酸脱单元尾气洗涤系统的尾气和来自第三凝液分离器的变换气作能量耦合，按照循环水入口33℃，出口43℃考虑，可节省循环水消耗量125.6m3/h。
Claims (4)
1.一种能量耦合的变换装置，其特征在于：该装置包括第一变换炉(3)、第二变换炉(5)、第三变换炉(8)；
粗合成气的输出管道与进料分离器(1)相连，所述的进料分离器(1)的输出端通过变换气/蒸汽换热器(2)与第一变换炉(3)相连，所述的第一变换炉(3)通过变换气/蒸汽换热器(2)依次与第一中压蒸汽发生器(4)，第二变换炉(5)，低压蒸汽过热器(6)，第二中压蒸汽发生器(7)，第三变换炉(8)，低压蒸汽发生器(9)，第一凝液分离器(10)，锅炉水预热器(11)，第二凝液分离器(12)，脱盐水预热器(13)，第三凝液分离器(14)，变换气/尾气换热器(15)，变换气水冷器(16)和变换气氨洗塔(17)相连；所述的变换气氨洗塔(17)的输出端与脱酸单元相连；
来自界区的中压锅炉给水输出管道分别与第一中压蒸汽发生器(4)和第二中压蒸汽发生器(7)相连，所述的第一中压蒸汽发生器(4)和第二中压蒸汽发生器(7)顶部的输出管道均与变换气/蒸汽换热器(2)相连；所述的变换气/蒸汽换热器(2)的一个输出端与全场管网相连，另一个输出端与冰机系统的制冷剂压缩机(18)的驱动装置相连；
来自界区的低压锅炉水输出管道与低压蒸汽发生器(9)相连，所述的低压蒸汽发生器(9)的输出端与低压蒸汽过热器(6)相连。
2.根据权利要求1所述的能量耦合的变换装置，其特征在于：所述的冰机系统包括制冷剂压缩机(18)，所述的制冷剂压缩机(18)依次通过冷凝器(19)、节流阀(20)、制冷剂蒸发器(21)和制冷剂压缩机(18)相连。
3.根据权利要求1所述的能量耦合的变换装置，其特征在于：高压锅炉给水系统的高压锅炉水送至锅炉水预热器(11)预热后返回系统，脱盐水系统的脱盐水送至脱盐水预热器(13)预热后返回系统；来自酸脱尾气吸收系统尾气洗涤塔(22)的尾气和来自第三凝液分离器(14)的变换气进行换热。
4.根据权利要求1所述的能量耦合的变换装置，其特征在于：第三凝液分离器(14)和变换气氨洗塔(17)底部的输出端与气提装置相连。
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| CN201821929184.XU CN209242675U (zh) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 一种能量耦合的变换装置 |
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