一種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置製造方法
2023-04-28 02:52:56 2
一種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置製造方法
【專利摘要】一種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置，其包括：置於乙烯裂解爐餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器，依次連接於煙氣餘熱換熱器高溫出口的高溫、中溫和低溫蒸汽換熱器，低溫蒸汽換熱器低溫出口通過管道、閥門及載熱流體循環泵與煙氣餘熱換熱器低溫入口相連；還包括吸收制冷機組、載冷流體循環泵和後續用冷工藝段；吸收式制冷機組的發生器置於乙烯裂解爐的餘熱排出段；吸收式制冷機組的蒸發器對外出口通過載冷流體循環泵連接後續用冷工藝段低溫入口，後續用冷工藝段高溫出口連接吸收式制冷機組蒸發器對外入口；可分溫位的實現餘熱高效轉換，提高能源利用率，工藝設備減化。
【專利說明】—種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油化工及能源領域，特別涉及一種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置。該裝置可以將乙烯裂解爐煙氣餘熱，尤其是低品質餘熱直接高效轉換為製冷量，供乙烯裝備後續工藝段使用，從而提高乙烯裝備的能源利用效率，達到節能的目的。
【背景技術】
[0002]乙烯作為一種重要的原料，全球每年有巨大的需求量，為滿足需要，全球已建立了眾多的不同產能規模的乙烯生產裝置。現有的乙烯生產裝置，大多以石油產品(如石腦油)為原料，採用熱裂解方式獲得混合氣，再由後續工段製取乙烯產品。原料在裂解爐內經過預熱、汽化和裂解三個階段，由裂解爐內的燃燒器提供所需熱量。汽化和裂解(尤其是裂解)都發生在較高溫度下，且所需熱能遠大於預熱，從而不可避免地要產生大量的煙氣餘熱。
[0003]目前，通常採用製取水蒸汽方式回收這部分餘熱(如圖1，F為乙烯裂解爐，S為餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器，HH為高溫蒸汽換熱器，MH為中溫蒸汽換熱器，LH為低溫蒸汽換熱器)，所產生的水蒸汽用於後續工藝段中驅動蒸汽輪機(帶動壓縮機、泵等)和加熱，其中相當一部分用於為後續工藝段的製冷系統提供動力。一方面，為了保證系統的全年正常工作，整個裝置的能量平衡點以最大需求(通常為冬季工況)為設計基準，這就會造成其它工況蒸汽的剩餘，使餘熱不能得到充分利用。另一方面，為了保證裝置的產能，這些工況下，後續工藝段往往又需要更多的製冷量。
[0004]現有乙烯裝置後續的分離工藝段需要用到從環境溫度直至_160°C左右大量的、不同溫度的製冷量。目前，這些製冷量都採用壓縮製冷獲得，這些壓縮製冷系統的壓縮機部分由蒸汽輪機驅動(蒸汽來源於裂解爐煙氣餘熱回收)，如丙烯冷凍壓縮機(產生從室溫至-40°C左右的多個溫位製冷量)，乙烯冷凍壓縮機(由丙烯製冷系統冷卻形成復疊製冷系統)。這些過程中，實際上進行的是將煙氣餘熱轉換為不同溫位製冷量的過程。上述將煙氣餘熱轉換為不同溫位製冷量的過程中，歷經了將煙氣餘熱由換熱器轉換為高溫、高壓蒸汽，將高溫、高壓蒸汽由蒸汽輪機轉換為機械能，再將機械能驅動壓縮機由壓縮製冷系統轉換為不同溫位製冷量的多個能量轉換過程，上述每一步轉換中還涉及多個熱力過程，整個煙氣餘熱利用工藝經歷了從熱能到壓力能(蒸汽)、由壓力能到機械能和再由機械能到熱能(製冷量)的三次能量轉換。通常來講，隨著能量轉換過程的增多，不僅會導致產生不可逆損失的因素增多(可能使能量利用效率降低)，而且還可能帶來系統的複雜性增加(常使設備投資增加，可靠性下降)。
[0005]熱驅動製冷技術經過多年發展，已在一些領域發揮了重要作用，如空調製冷。近年來，隨著節能環保理念的深化，該技術得到進一步的快速發展。熱驅動製冷技術可以直接將熱能轉換為不同溫位的製冷量，尤其是吸收式製冷和吸附式製冷還可以高效利用溫位較低(低品位)的熱能，如，溴化鋰吸收式製冷，在少量輸入機械功下(驅動溶液泵等)，將約120°C熱能轉換為7V -10°C製冷量的製冷係數達到1.0左右(即輸入I份熱能獲得接近I份的製冷量)，這是目前其它轉換技術所無法期待的。目前熱驅動製冷技術中最為成熟，也是最容易實現大型化的是吸收式製冷。吸收式製冷的機制通常以所用的工質對區分，雖然見於研究報導的工質對有很多種，但當前較為成熟的有兩種:1.溴化鋰-水吸收式製冷劑。其製冷劑為水，可用於製取室溫以下直至(TC以上的冷量；2.氨-水吸收式制冷機。其製冷劑為氨，可用於製取室溫直至-60°C的不同溫位的冷量。上述吸收式製冷劑可以高效地利用200°C以下的低溫餘熱，將其轉換為不同溫位的冷量，而且還可以利用不同流程、循環結構或組合，適應利用多溫位餘熱轉換需要。
[0006]目前，從技術層面講，吸收式製冷已可實現利用低品位(200°C以下)的熱能高效製取室溫至_50°C任何溫位的製冷量。從整個乙烯裝置工藝流程上講，裂解工藝段有大量的餘熱(包括由其產生的蒸汽)，尤其是大量200°C以下的低品位熱能並未得到充分利用，而在分離段又需要從室溫直至約-160°C多溫位的大量的製冷量，其中約_40°C以上的這部分製冷量(現有裝置中採用由高壓蒸汽驅動的壓縮製冷系統獲取，如圖2所示)完全可以採用吸收式製冷，利用裂解工藝段產生的200°C以下的低品位熱能直接轉換獲取。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置，可更加高效利用乙烯裂解爐煙氣餘熱，以吸收式製冷直接製取從室溫至約_40°C不同溫位的製冷量，代替現有乙烯裝置中的丙烯製冷系統(先將煙氣餘熱轉換為高壓蒸汽，再由高壓蒸汽驅動壓縮製冷)，使乙烯裂解爐的200°C以下的低品位餘熱得到更加有效和充分的利用，而且使工藝得到簡化。
[0008]本發明的技術方案如下:
[0009]本發明提供的利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置，其為採用乙烯裂解爐煙氣的部分餘熱，尤其是200°C以下的低品位餘熱驅動的製冷裝置；如圖3所示，本發明提供的利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置包括:置於乙烯裂解爐F餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器S，依次連接於所述煙氣餘熱換熱器S高溫出口的高溫蒸汽換熱器HH、中溫蒸汽換熱器MH和低溫蒸汽換熱器LH，所述低溫蒸汽換熱器LH的低溫出口通過管道，閥門及載熱流體循環泵PH與所述煙氣餘熱換熱器S低溫入口相連；其特徵在於，還包括:吸收制冷機組A、載冷流體循環泵PR和後續用冷工藝段R ；
[0010]所述吸收式制冷機組A的發生器置於乙烯裂解爐F的餘熱排出段；吸收式制冷機組A的蒸發器對外出口通過載冷流體循環泵PR連接後續用冷工藝段R的低溫入口，後續用冷工藝段R的高溫出口連接吸收式制冷機組A的蒸發器對外入口。
[0011]如圖4所示，所述的吸收式制冷機組A由η個並列的產生不同溫度冷量的分吸收式制冷機組(Α1，Α2，……An)組成；相應的，載冷流體循環泵PR分別由並列的η個載冷流體循環泵(PR1，PR2，……PRn)組成，後續用冷工藝段R分別由並列的η個後續用冷工藝段(R1，R2，……Rn)組成，所述η為I?50的正整數；其連接方式為:吸收式制冷機組A的每一個分吸收式制冷機組的發生器分別置於乙烯裂解爐F的餘熱排出段，以直接吸收乙烯裂解爐F餘熱；每一個分吸收式制冷機組的蒸發器對外出口分別通過各自的載冷流體循環泵連接各自的後續用冷工藝段的低溫入口 ；每一個後續用冷工藝段的高溫出口分別連接各自的分吸收式制冷機組的蒸發器對外入口。
[0012]如圖5所示，本發明提供的利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置包括:置於乙烯裂解爐F餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器S，依次連接於所述煙氣餘熱換熱器S高溫出口的高溫蒸汽換熱器HH和中溫蒸汽換熱器MH，所述中溫蒸汽換熱器MH的低溫出口通過管道，閥門及載熱流體循環泵PH與所述煙氣餘熱換熱器S低溫入口相連；其特徵在於，還包括:吸收制冷機組A、載冷流體循環泵PR和後續用冷工藝段R ；
[0013]所述吸收式制冷機組A的發生器置於所述中溫蒸汽換熱器MH出口 ；吸收式制冷機組A的蒸發器對外出口通過載冷流體循環泵PR連接後續用冷工藝段R的低溫入口，後續用冷工藝段R的高溫出口連接吸收式制冷機組A的蒸發器對外入口。
[0014]如圖6所示，所述的吸收式制冷機組A由η個並列的產生不同溫度冷量的分吸收式制冷機組(Α1、Α2，……An)組成；相應的，載冷流體循環泵PR分別由並列的η個載冷流體循環泵(PR1，PR2，……PRn)組成，後續用冷工藝段R分別由並列的η個後續用冷工藝段(Rl, R2,……Rn)組成，所述η為I?50的正整數；其連接方式為:吸收式制冷機組(A)的每一個分吸收式制冷機組的發生器依次連接於所述中溫蒸汽換熱器(MH)出口 ；每一個分吸收式制冷機組的蒸發器對外出口分別通過各自的載冷流體循環泵連接各自的後續用冷工藝段的低溫入口 ；每一個後續用冷工藝段的高溫出口分別連接各自的分吸收式制冷機組的蒸發器對外入口。
[0015]本發明的利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置:使用吸收式制冷機組A直接將煙氣部分餘熱轉換所需各溫位製冷量，特別是使乙烯裂解爐的200°C以下的低品位餘熱得到更加有效的充分利用，更好地實現餘熱分級(分溫位)高效轉換，使能源利用效率得到有效提高，並使工藝、設備得到減化。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0016]圖1現有技術乙烯裝置裂解爐煙氣餘熱利用工藝簡圖；
[0017]圖2現有高壓蒸汽驅動壓縮製冷系統工藝簡圖；
[0018]圖3本發明的吸收器置於裂解爐的煙氣餘熱利用工藝簡圖；
[0019]圖4本發明的吸收器置於裂解爐的多級煙氣餘熱利用工藝簡圖；
[0020]圖5本發明的吸收器置於中溫蒸汽換熱器後的煙氣餘熱利用工藝簡圖；
[0021]圖6本發明的吸收器置於中溫蒸汽換熱器後的多級煙氣餘熱利用工藝簡圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖及實施例進一步闡述本發明。
[0023]實施例1:
[0024]如圖3所示，採用氨水吸收式制冷機組將乙烯裂解爐煙氣餘熱轉換為後續用冷工藝段所需的-60°C低溫冷量，使用的設備由置於乙烯裂解爐F餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器S、高溫蒸汽換熱器HH、中溫蒸汽換熱器MH、低溫蒸汽換熱器LH、載熱流體循環泵PH、吸收制冷機組A、載冷流體循環泵PR和後續用冷工藝段R及管道和閥門組成，其連接方式為:煙氣餘熱換熱器S高溫出口連接高溫蒸汽換熱器HH的高溫入口，高溫蒸汽換熱器HH的低溫出口連接中溫蒸汽換熱器MH的高溫入口，中溫蒸汽換熱器MH的低溫出口連接低溫蒸汽換熱器LH的高溫入口，低溫蒸汽換熱器LH的低溫出口連接載熱流體循環泵PH入口，載熱流體循環泵PH出口連接煙氣餘熱換熱器S的低溫入口 ；氨水吸收式制冷機組A的發生器置於乙烯裂解爐F的餘熱排出段，直接吸收乙烯裂解爐F餘熱；氨水吸收式制冷機組A的蒸發器對外出口連接載冷流體循環泵PR入口，載冷流體循環泵PR出口連接後續用冷工藝段R的低溫入口，後續用冷工藝段R的高溫出口連接氨水吸收式制冷機組A的蒸發器對外入口。
[0025]實施例2:
[0026]如圖4所示，採用氨水吸收式製冷系統將乙烯裂解爐煙氣餘熱轉換為後續工段所需的-60°C至(TC低溫環境，使用的設備由置於乙烯裂解爐F餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器
S、高溫蒸汽換熱器HH、中溫蒸汽換熱器MH、低溫蒸汽換熱器LH、載熱流體循環泵PH、吸收制冷機組A、載冷流體循環泵PR和後續用冷工藝段R及管道及閥門等組成，其連接方式為:煙氣餘熱換熱器S高溫出口連接高溫蒸汽換熱器HH的高溫入口，高溫蒸汽換熱器HH的低溫出口連接中溫蒸汽換熱器MH的高溫入口，中溫蒸汽換熱器MH的低溫出口連接低溫蒸汽換熱器LH的高溫入口，低溫蒸汽換熱器LH的低溫出口連接載熱流體循環泵(PH)入口，載熱流體循環泵(PH)出口連接煙氣餘熱換熱器S的低溫入口 ；氨水吸收式制冷機組A由n(n =50)個產生不同溫度冷量的分吸收式制冷機組(A1、A2……An)並列組成，相應的，載冷流體循環泵PR和後續用冷工藝段R也由η (η = 50)個載冷流體循環泵(PRl、PR2……PRn)和η (η = 50)個後續用冷工藝段(R1、R2……Rn)並列組成；其連接方式為:吸收式制冷機組的每一個分吸收式制冷機組的發生器分別置於乙烯裂解爐F的餘熱排出段直接吸收乙烯裂解爐F餘熱；每一個分吸收式制冷機組的蒸發器對外出口分別通過各自的載冷流體循環泵連接各自的後續用冷工藝段的低溫入口 ；每一個後續用冷工藝段的高溫出口分別連接各自的分吸收式制冷機組的蒸發器對外入口。
[0027]本實施例的分吸收式制冷機組A1、A2……An(A50)以10個為一組可以分別為後續用冷工藝段提供-60、-45、-30、_15、0°C溫區的冷量。
[0028]實施例3:
[0029]如圖5所示，採用溴化鋰吸收式製冷系統將乙烯裂解爐煙氣餘熱轉換為後續工段所需的10°c溫區冷量，使用的設備由置於乙烯裂解爐F餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器S、、高溫蒸汽換熱器HH、中溫蒸汽換熱器MH、載熱流體循環泵PH、溴化鋰吸收制冷機組A、載冷流體循環泵PR和後續用冷工藝段R及管道及閥門等組成，其連接方式為:煙氣餘熱換熱器S高溫出口連接高溫蒸汽換熱器HH的高溫入口，高溫蒸汽換熱器HH的低溫出口連接中溫蒸汽換熱器MH的高溫入口，中溫蒸汽換熱器MH的低溫出口連接溴化鋰吸收式制冷機組A的發生器入口，溴化鋰吸收式制冷機組A的發生器出口連接載熱流體循環泵PH入口，載熱流體循環泵PH出口連接煙氣餘熱換熱器S的低溫入口 ；溴化鋰吸收式制冷機組A的蒸發器對外出口連接載冷流體循環泵PR入口，載冷流體循環泵PR出口連接後續用冷工藝段R的低溫入口，後續用冷工藝段R的高溫出口連接溴化鋰吸收式制冷機組A的蒸發器對外入口。
[0030]實施例4:
[0031]如圖6所示，採用氨水吸收式製冷系統將乙烯裂解爐煙氣餘熱轉換為後續工段所需的-20°C至(TC低溫環境，使用的設備由置於乙烯裂解爐F的餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器S、高溫蒸汽換熱器HH、中溫蒸汽換熱器MH、載熱流體循環泵PH、吸收制冷機組、載冷流體循環泵PR和後續用冷工藝段R及管道及閥門等組成，其連接方式為:煙氣餘熱換熱器S高溫出口連接高溫蒸汽換熱器HH的高溫入口，高溫蒸汽換熱器(HH)的低溫出口連接中溫蒸汽換熱器MH高溫入口，中溫蒸汽換熱器MH的低溫出口連接溴化鋰吸收式制冷機組的發生器入口，溴化鋰吸收式制冷機組的發生器出口連接載熱流體循環泵PH入口，載熱流體循環泵(PH)出口連接煙氣餘熱換熱器S的低溫入口 ；氨水吸收式制冷機組由30個產生不同溫度冷量的分吸收式制冷機組(A1，A2……A30)並列組成，相應的，載冷流體循環泵和後用冷工藝段也由30個載冷流體循環泵(PR1，PR2……PR30)和後續用冷工藝段(R1，R2……R30)並列組成，其連接方式為:吸收式制冷機組的30個發生器依次連接中溫蒸汽換熱器MH的出口 ；吸收式制冷機組的30個蒸發器對外出口分別連接每個載冷流體循環泵入口，每個載冷流體循環泵出口分別連接每個後續用冷工藝段低溫入口，每個後續用冷工藝段的高溫出口連接每個吸收式制冷機組的蒸發器對外入口。本實施例的30個吸收式制冷機組可以分別為各自的後續用冷工藝段提供-20、_10、0°C溫區的冷量。
[0032]本發明的吸收式制冷機組A由η個並列的產生不同溫度冷量的分吸收式制冷機組(Α1、Α2、……An)組成；相應的，載冷流體循環泵PR分別由並列的η個載冷流體循環泵(PR1、PR2、……PRn)組成，後續用冷工藝段R分別由並列的η個後續用冷工藝段(RUR2、……Rn)組成，所述η為I?50的正整數；在此不再一一贅述。
【權利要求】
1.一種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置，其為採用乙烯裂解爐煙氣的部分餘熱，尤其是200°c以下的低品位餘熱驅動的製冷裝置；所述利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置包括:置於乙烯裂解爐(F)餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器(S)，依次連接於所述煙氣餘熱換熱器(S)高溫出口的高溫蒸汽換熱器(HH)、中溫蒸汽換熱器(MH)和低溫蒸汽換熱器(LH)，所述低溫蒸汽換熱器(LH)的低溫出口通過管道，閥門及載熱流體循環泵(PH)與所述煙氣餘熱換熱器(S)低溫入口相連；其特徵在於，還包括:吸收制冷機組(A)、載冷流體循環泵(PR)和後續用冷工藝段(R)； 所述吸收式制冷機組(A)的發生器置於乙烯裂解爐(F)的餘熱排出段；吸收式制冷機組(A)的蒸發器對外出口通過載冷流體循環泵(PR)連接後續用冷工藝段(R)的低溫入口，後續用冷工藝段(R)的高溫出口連接吸收式制冷機組(A)的蒸發器對外入口。
2.按權利要求1所述的利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置，其特徵在於，所述的吸收式制冷機組(A)由η個並列的產生不同溫度冷量的分吸收式制冷機組(Α1，Α2，……An)組成；相應的，載冷流體循環泵(PR)分別由並列的η個載冷流體循環泵(PR1，PR2，……PRn)組成，後續用冷工藝段(R)分別由並列的η個後續用冷工藝段(R1，R2，……Rn)組成，所述η為I?50的正整數；其連接方式為:吸收式制冷機組(A)的每一個分吸收式制冷機組的發生器分別置於乙烯裂解爐(F)的餘熱排出段，以直接吸收乙烯裂解爐(F)餘熱；每一個分吸收式制冷機組的蒸發器對外出口分別通過各自的載冷流體循環泵連接各自的後續用冷工藝段的低溫入口 ；每一個後續用冷工藝段的高溫出口分別連接各自的分吸收式制冷機組的蒸發器對外入口。
3.一種利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置，其為採用乙烯裂解爐煙氣的部分餘熱，尤其是200°C以下的低品位餘熱驅動的製冷裝置；所述利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置包括:置於乙烯裂解爐(F)餘熱排出段的煙氣餘熱換熱器(S)，依次連接於所述煙氣餘熱換熱器(S)高溫出口的高溫蒸汽換熱器(HH)和中溫蒸汽換熱器(MH)，所述中溫蒸汽換熱器(MH)的低溫出口通過管道，閥門及載熱流體循環泵(PH)與所述煙氣餘熱換熱器(S)低溫入口相連；其特徵在於，還包括:吸收制冷機組(A)、載冷流體循環泵(PR)和後續用冷工藝段(R); 所述吸收式制冷機組(A)的發生器置於所述中溫蒸汽換熱器(MH)出口 ；吸收式制冷機組(A)的蒸發器對外出口通過載冷流體循環泵(PR)連接後續用冷工藝段(R)的低溫入口，後續用冷工藝段(R)的高溫出口連接吸收式制冷機組(A)的蒸發器對外入口。
4.按權利要求3所述的利用乙烯裂解爐煙氣餘熱驅動的製冷裝置，其特徵在於，所述的吸收式制冷機組(A)由η個並列的產生不同溫度冷量的分吸收式制冷機組(Α1、Α2，……An)組成；相應的，載冷流體循環泵(PR)分別由並列的η個載冷流體循環泵(PR1，PR2，……PRn)組成，後續用冷工藝段(R)分別由並列的η個後續用冷工藝段(Rl，R2，……Rn)組成，所述η為I?50的正整數；其連接方式為:吸收式制冷機組(A)的每一個分吸收式制冷機組的發生器依次連接於所述中溫蒸汽換熱器(MH)出口 ；每一個分吸收式制冷機組的蒸發器對外出口分別通過各自的載冷流體循環泵連接各自的後續用冷工藝段的低溫入口 ；每一個後續用冷工藝段的高溫出口分別連接各自的分吸收式制冷機組的蒸發器對外入口。
【文檔編號】F25B27/02GK104197577SQ201410446274
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】吳劍峰, 董學強, 公茂瓊, 沈俊 申請人:中國科學院理化技術研究所