CN209398470U - 应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，包括：燃料系统，其具有两个进口且分别为副产氢气进口、天然气或液化石油气进口；燃气轮机，其燃烧室连接所述燃料系统的出口，所述燃气轮机直接驱动产品气压缩机作业；补燃型余热锅炉，其通过烟气余热管道连接所述燃气轮机，所述补燃型余热锅炉还具有天然气补燃进口；蒸汽轮机，其通过补燃型余热锅炉蒸汽驱动，所述蒸汽轮机直接驱动热泵压缩机作业。本实用新型利用丙烷催化脱氢工艺线中的副产氢气和蒸汽，搭建以富氢燃气为燃料的燃气蒸汽联合循环驱动系统；通过与化工工艺线的高度耦合以及高效的联合循环热力系统，大幅降低大型轻烃深加工项目的运营成本。

Description

应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统

技术领域

本实用新型基于UOP丙烷催化脱氢工艺包开发，涉及大型轻烃深加工化工工程配套高效动力系统领域。更具体地说，本实用新型涉及应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统。

背景技术

目前基于UOP丙烷催化脱氢工艺的传统驱动方式有汽轮机驱动和电动机驱动。汽轮机驱动的驱动介质依赖高温高压蒸汽，蒸汽产生装置主要有燃煤锅炉或燃气锅炉，但采用燃煤锅炉一方面造成比较严重的污染，另一方面无法消纳工艺线中副产的氢气。采用燃气锅炉，虽然可以消纳掉副产的氢气，但必须补充大量额外的燃气，外加汽轮机的效率较低，所以该传统系统的整体经济性较差。主流大型轻烃深加工的年产量在40万吨-60万吨级，动力部分消耗的成本占生产成本的比重极高，故优化驱动方式对于提升大型轻烃深加工项目具有非常重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，利用丙烷催化脱氢工艺线中的副产氢气和蒸汽，搭建以富氢燃气为燃料的燃气蒸汽联合循环驱动系统；通过与化工工艺线的高度耦合以及高效的联合循环热力系统，大幅降低大型轻烃深加工项目的运营成本。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，包括：

燃料系统，其具有两个进口且分别为副产氢气进口、天然气或液化石油气进口；

燃气轮机，其燃烧室连接所述燃料系统的出口，所述燃气轮机直接驱动产品气压缩机作业；

补燃型余热锅炉，其通过烟气余热管道连接所述燃气轮机，所述补燃型余热锅炉还具有天然气补燃进口；

蒸汽轮机，其通过补燃型余热锅炉蒸汽驱动，所述蒸汽轮机直接驱动热泵压缩机作业；

所述烟气余热管道外壁覆盖一层保温层，所述烟气余热管道外还套设有隔热套筒，其两端与所述烟气余热管道密封连接，所述隔热套筒与保温层之间形成各处厚度均等的中空腔体，所述中空腔体内为真空状态或填充有空气。

优选的是，所述燃料系统中设置有气体混合腔，其包括：

转动腔，其水平设置，且所述转动腔一端通过电机驱动绕其中心轴旋转、另一端中心具有开口并通过轴承密封连接出气管，所述出气管连通燃料系统的出口，所述转动腔靠近电机的一侧在转动腔的外侧壁上相对设置有两条进气通道，其包括多个沿转动腔长度方向间隔设置的进气口，所述转动腔内靠近出气管设置有圆形挡板，所述挡板上设置有多个出气口，所述转动腔内在挡板远离出气管侧设置有多个体积相同质量不等的球体。

优选的是，所述气体混合腔还包括：

进气腔，其为套筒状，且所述进气腔两端与所述转动腔外侧壁轴承密封连接并在中间形成各处均等的中空结构，所述进气腔外侧壁也相对设置有两条进气通道，其包括多组沿进气腔长度方向间隔设置的进气孔，每组进气孔均包括一个副产氢气进口和一个天然气或液化石油气进口。

优选的是，每组进气孔包括的一个副产氢气进口和一个天然气或液化石油气进口均对称倾斜设置，且靠近所述转动腔的端口互相靠近。

优选的是，所述转动腔内还上下相对设置有多块阻板，上下相对的阻板相互交错设置，所述阻板朝向转动腔设置电机的一侧倾斜，且所述阻板倾斜后的竖直高度大于所述转动腔半径，相邻阻板间的空间能容纳球体自由通过。

优选的是，所述挡板上的出气口均设置为倾斜口且倾斜方向各不相同。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、本实用新型系统的使用可以有效利用丙烷催化脱氢工艺包副产的大量氢气，将氢气与LPG液化石油气或者天然气按一定比例混合后注入燃气轮机，然后直接驱动产品气压缩机。燃气轮机排气排入余热锅炉，用余热产生蒸汽，同时进行烟气补燃，产生的蒸汽再进入到蒸汽轮机中驱动热泵压缩机。通过参烧氢气，就地消纳了催化脱氢产生的大量氢气，除此之外，利用燃气蒸汽联合循环系统，充分利用燃气轮机排烟余热来驱动热泵压缩机，大幅提升系统整体效率，降低了工艺包整体能耗水平。

2、本实用新型烟气余热管道结构的设置可大幅度减少烟气余热管道内的热量损失，提高了能量利用率。

3、本实用新型气体混合腔结构的设置可使得两种气体充分混合均匀后再进入燃烧室，燃烧更为充分。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的系统示意图；

图2为本实用新型烟气余热管道的结构示意图；

图3为本实用新型气体混合腔的结构示意图。

附图标记说明：

1、燃料系统，2、燃烧室，3、燃气轮机，4、产品气压缩机，5、补燃型余热锅炉，6、蒸汽轮机，7、热泵压缩机，81、保温层，82、隔热套筒，83、中空腔体，11、转动腔，110、电机，111、出气管，112、进气口，113、挡板，114、出气口，115、球体，116、阻板，12、进气腔，120、中空结构，121、进气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供一种应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，包括：燃料系统1，其具有两个进口且分别为副产氢气进口、天然气或液化石油气进口；燃气轮机3，其燃烧室2连接所述燃料系统1的出口，所述燃气轮机3直接驱动产品气压缩机4作业；补燃型余热锅炉5，其通过烟气余热管道连接所述燃气轮机3，所述补燃型余热锅炉5还具有天然气补燃进口；蒸汽轮机6，其通过补燃型余热锅炉5蒸汽驱动，所述蒸汽轮机6直接驱动热泵压缩机7作业。

在上述技术方案中，本实用新型的设计理念基于燃气蒸汽联合循环理论。燃气蒸汽联合循环是一种将布雷顿循环和朗肯循环两种典型热力循环进行组合，实现热能梯级利用的高效热力循环理念，目前该设计理念主要应用于燃气发电领域。移植该基本理论，可以实现热能梯级利用，大幅提升系统效率，又能起到节能减排的双重效益。

本实用新型的整体系统结构包括：二段离心式产品气压缩机4及其相应的辅助系统、工业驱动型燃气轮机3及其相应的辅助系统、燃料系统1、补燃型烟气余热锅炉5、工艺驱动型蒸汽轮机6及其相应的辅助系统、二段离心式热泵压缩机7及其相应的辅助系统(如凝汽器、冷却塔、循环水系统)。燃气轮机3的燃料有化工工艺包的副产氢气和天然气混气(或副产氢气和液化石油气混气)，蒸汽轮机6的蒸汽来自补燃型余热锅炉。燃气轮机3用于驱动产品气压缩机4，蒸汽轮机6用于驱动热泵压缩机7。

一种实施例中，UOP丙烷催化脱氢工艺包共有转动设备与机械总计58台(套)；其中压缩机及机泵类58台(套)，全厂耗能最高的为两台离心压缩机，一台为产品气压缩机，另一台为热泵压缩机，两台压缩机的功率比为1.5：1，对于一个年产40万吨级的项目，产品气压缩机的功率约40MW，热泵压缩机的功率约27MW。产品气压缩机和热泵压缩机的功率差为设计联合循环驱动系统提供了可能。

典型30万吨丙烷脱氢UOP工艺包全厂耗能最高的为两台离心压缩机，一台为产品气压缩机，另一台为热泵压缩机。压缩机的参数如下：

相应的驱动方式和动力岛配置如下：

产品气压缩机驱动方式——燃机直驱；

热泵压缩机驱动方式——余热汽驱；

动力岛配置——1套40MW级富氢燃料燃气轮机+1套120t/h补燃型烟气余热锅炉+1套27MW级蒸汽轮机。

工艺过程：甲烷脱氢工艺中产生的氢气进入燃料系统1，经过净化、过滤、增压模块后与高压天然气形成高压混合富氢燃料或与LPG混合再进行增压，形成高压混合燃料注入到燃气轮机3的燃烧室2中进行燃烧。燃气轮机3与产品气压缩机4进行直驱连接，燃气轮机3产生的驱动力直接带动产品气压缩机4进行增压作业。燃气轮机3的高温排气排入补燃型烟气余热锅炉5，高温烟气在余热锅炉中与补燃燃料进行再次燃烧，产生的高温、高压蒸汽进入蒸汽轮机6。蒸汽轮机6与热泵压缩机7进行直驱连接，蒸汽轮机6产生的驱动力直接带动热泵压缩机7进行压缩作业。蒸汽轮机6排汽进入凝汽器冷凝，重新作为锅炉给水进入余热锅炉中。

如图2所示，在另一种技术方案中，所述烟气余热管道外壁覆盖一层保温层81，所述烟气余热管道外还套设有隔热套筒82，其两端与所述烟气余热管道密封连接，所述隔热套筒82与保温层81之间形成各处厚度均等的中空腔体83，所述中空腔体83内为真空状态或填充有空气。保温层81以及隔热套筒82的设置可减少烟气余热管道内烟气余热的损失，另外中空腔体83内空气或者真空的填充，可进一步隔绝热量，提高余热烟气能量的利用率。

如图3所示，在另一种技术方案中，所述燃料系统1中设置有气体混合腔，其包括：转动腔11，其水平设置，且所述转动腔11一端通过电机110驱动绕其中心轴旋转、另一端中心具有开口并通过轴承密封连接出气管111，所述出气管111连通燃料系统1的出口，所述转动腔11靠近电机110的一侧在转动腔11的外侧壁上相对设置有两条进气通道，其包括多个沿转动腔11长度方向间隔设置的进气口112，所述转动腔11内靠近出气管111设置有圆形挡板113，所述挡板113上设置有多个出气口114，所述转动腔11内在挡板113远离出气管111侧设置有多个体积相同质量不等的球体115。

在上述技术方案中，副产氢气、天然气或液化石油气通过进气口112进入到转动腔11内，转动腔11在电机110的驱动下发生转动，其内的球体115可在转动腔11内跟随转动，使得转动腔11内的气体在球体115的运动下发生更均匀的混合；球体115设置为密度大小不同，可保证球体115在转动腔11内各处均分布，不至于全部紧贴转动腔11内壁旋转，起不到加强气体混合的作用。挡板113的设置可防止球体115从出气管111滑出。多个进气口112组成两条进气通道，即可将两种气体分别从两条进气通道进气也可交错从两条进气通道进气，效果各不相同。

在另一种技术方案中，所述气体混合腔还包括：进气腔12，其为套筒状，且所述进气腔12两端与所述转动腔11外侧壁轴承密封连接并在中间形成各处均等的中空结构120，所述进气腔12外侧壁也相对设置有两条进气通道，其包括多组沿进气腔12长度方向间隔设置的进气孔121，每组进气孔121均包括一个副产氢气进口和一个天然气或液化石油气进口。

在另一种技术方案中，每组进气孔121包括的一个副产氢气进口和一个天然气或液化石油气进口均对称倾斜设置，且靠近所述转动腔11的端口互相靠近。

在上述技术方案中，在转动腔11外还套设有进气腔12，在转动腔11转动时，进气腔12不发生转动，一方面方便进气，另一方面转动腔11和进气腔12发生相对的转动，可使得气体在两者形成的中空结构120内发生一定程度的流动混合。一个副产氢气进口和一个天然气或液化石油气进口构成一组同时进气，进气后就可在第一时间进行混合，同时进气孔121设置为对称倾斜的，如图3所示的倾斜方向，进气后两种气体发生相对流动，更有利于混合。

在另一种技术方案中，所述转动腔11内还上下相对设置有多块阻板116，上下相对的阻板116相互交错设置，所述阻板116朝向转动腔11设置电机110的一侧倾斜，且所述阻板116倾斜后的竖直高度大于所述转动腔11半径，相邻阻板116间的空间能容纳球体115自由通过。

在上述技术方案中，阻板116倾斜且相互交错设置，其一、气体从进气孔121进入到中空结构120内再从进气口112进入转动腔11后可在阻板116的作用下远离出气口114流动，增加了气体的流动路径，从而增加了两种气体的混合时间；其二、气体在阻板116的作用下，其向出气口114流动的路径更长更加曲折，从而进一步增加了两种气体的混合时间；其三，阻板116的设置可在转动腔11转动时与球体115发生碰撞，增加球体115的运动，从而增加气体流动的紊乱程度，从而加强气体的混合程度。阻板116固定于转动腔11内，其与转动腔11内壁固定接触的面积大于转动腔11截面面积的一半。

在另一种技术方案中，所述挡板113上的出气口114均设置为倾斜口且倾斜方向各不相同。出气口114设置为倾斜的，且倾斜方向设置为各不相同，使得气体在从挡板113流出时也不是平稳流出，可进一步加强气体混合。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，其特征在于，包括：

燃料系统，其具有两个进口且分别为副产氢气进口、天然气或液化石油气进口；

燃气轮机，其燃烧室连接所述燃料系统的出口，所述燃气轮机直接驱动产品气压缩机作业；

补燃型余热锅炉，其通过烟气余热管道连接所述燃气轮机，所述补燃型余热锅炉还具有天然气补燃进口；

蒸汽轮机，其通过补燃型余热锅炉蒸汽驱动，所述蒸汽轮机直接驱动热泵压缩机作业；

所述烟气余热管道外壁覆盖一层保温层，所述烟气余热管道外还套设有隔热套筒，其两端与所述烟气余热管道密封连接，所述隔热套筒与保温层之间形成各处厚度均等的中空腔体，所述中空腔体内为真空状态或填充有空气。

2.如权利要求1所述的应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，其特征在于，所述燃料系统中设置有气体混合腔，其包括：

转动腔，其水平设置，且所述转动腔一端通过电机驱动绕其中心轴旋转、另一端中心具有开口并通过轴承密封连接出气管，所述出气管连通燃料系统的出口，所述转动腔靠近电机的一侧在转动腔的外侧壁上相对设置有两条进气通道，其包括多个沿转动腔长度方向间隔设置的进气口，所述转动腔内靠近出气管设置有圆形挡板，所述挡板上设置有多个出气口，所述转动腔内在挡板远离出气管侧设置有多个体积相同质量不等的球体。

3.如权利要求2所述的应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，其特征在于，所述气体混合腔还包括：

进气腔，其为套筒状，且所述进气腔两端与所述转动腔外侧壁轴承密封连接并在中间形成各处均等的中空结构，所述进气腔外侧壁也相对设置有两条进气通道，其包括多组沿进气腔长度方向间隔设置的进气孔，每组进气孔均包括一个副产氢气进口和一个天然气或液化石油气进口。

4.如权利要求3所述的应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，其特征在于，每组进气孔包括的一个副产氢气进口和一个天然气或液化石油气进口均对称倾斜设置，且靠近所述转动腔的端口互相靠近。

5.如权利要求2所述的应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，其特征在于，所述转动腔内还上下相对设置有多块阻板，上下相对的阻板相互交错设置，所述阻板朝向转动腔设置电机的一侧倾斜，且所述阻板倾斜后的竖直高度大于所述转动腔半径，相邻阻板间的空间能容纳球体自由通过。

6.如权利要求2所述的应用于大型轻烃深加工的高效新型联合循环驱动系统，其特征在于，所述挡板上的出气口均设置为倾斜口且倾斜方向各不相同。