蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置製造方法
2023-05-25 08:59:26 3
蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置；充分利用蒸餾塔頂的氣相餘能，通過採用另一種與其存在換熱溫差的工質換熱，給該種工質提供蒸發膨脹所需要的能量，主要由蒸餾塔、相變取熱器、取熱物流冷凝器、取熱物流循環泵、發電機、蒸餾塔冷凝液接收罐、蒸餾塔冷凝液輸送泵等組成。充分回收原來被空冷和水冷冷卻的塔頂氣相的餘能，轉化為電能，實現過程能量回收和利用。本發明能夠充分利用蒸餾塔頂氣相所具有的不易回收的「餘能」，並將熱能轉化為機械能進而轉變為電能，能夠最大程度的實現精餾裝置能量的利用和回收。具有工藝流程簡單、設備投資較低、操作方便、能充分回收塔頂氣相餘能等優點。
【專利說明】蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及分離技術及裝備領域，特別是涉及一種蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]蒸餾過程是化學工業中能耗高的化工單元操作之一。從能量本質來分析，蒸餾是將物理有效能轉化為擴散有效能的過程，過程中伴隨著物理有效能的降階損失。造成其過程有效能損失的原因是混合相濃度不平衡物流間的傳質或不同濃度物流間的混合、不同溫度物流之間的傳熱、流體流動的壓力降的不可逆性。
[0003]蒸餾過程通過多級冷凝蒸發，實現不同沸點組分從混合液中的分離。在一般蒸餾塔中，再沸器95 %的能量被塔頂冷凝器中的冷卻水或冷卻空氣帶走，而僅5 %的能量被有效利用。同時又由於換熱設備結垢、水蒸氣洩漏，以及設備維修不良而引起的其他問題等，使得蒸餾過程本來很低的能量利用率進一步降低。
[0004]蒸餾塔頂氣相出來，大部分進入冷凝器，通過冷卻介質將其冷卻成液相後，進行採出，或者進行回流和產品採出的操作。冷凝器作用僅為對氣相的冷卻，若氣相溫位較高可跟其他物流進行換熱，實現熱量回收，但溫度在100°c以下的氣相所具有的能量，大部分採用風冷、水冷進行冷卻，這部分熱量基本不能利用，被稱為「餘能」。
[0005]若能通過先進的技術手段實現蒸餾塔頂氣相「餘能」的利用和回收，真正達到節能降耗、降低產品成本的目的，對於我國石油化工行業發展的推動作用則是相當巨大的。
【發明內容】
[0006]本發明以實現塔頂氣相能量充分回收的基礎上，提出的一種蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置。
[0007]本發明的目的是充分利用蒸餾塔頂的氣相餘能，通過採用另一種與其存在換熱溫差的工質換熱，給該種工質提供蒸發膨脹所需要的能量，從而使其膨脹做功將餘能轉化為電能，具有工藝流程簡單、設備投資較低、操作方便、能充分回收塔頂氣相餘能等優點。
[0008]本發明的蒸餾塔頂餘能轉化為電能裝置，主要由蒸餾塔、相變取熱器、取熱物流冷凝器、取熱物流循環泵、發電機、蒸餾塔冷凝液接收罐、蒸餾塔冷凝液輸送泵等組成。本發明的方法及裝置的特點在於能夠充分回收原來被空冷和水冷冷卻的塔頂氣相的餘能，轉化為電能，實現過程能量回收和利用。
[0009]本發明的技術方案如下:
[0010]一種蒸餾塔頂餘能轉化為電能的裝置；包括蒸餾塔、相變取熱器、取熱物流冷凝器、取熱物流循環泵、發電機、蒸餾塔冷凝液接收罐、蒸餾塔冷凝液輸送泵以及相關進料管線和連接以上設備的管線；蒸餾塔塔頂氣相出口連接到相變取熱器，相變取熱器熱側出口連接到蒸餾塔冷凝液接收罐，冷凝液接收罐出口連接到蒸餾塔冷凝液輸送泵進口，泵出口連接到蒸餾塔回流口和產品出口 ；取熱物流循環泵連接到相變取熱器的冷側進口，相變取熱器冷測出口連接到帶動發電機的膨脹機進口，膨脹機出口連接到取熱物流冷凝器的進口，取熱物流冷凝器出口連接到取熱物流循環泵入口。
[0011]本發明的蒸餾塔頂餘能轉化為電能的操作方法，蒸餾塔塔頂氣相進入相變取熱器的熱側，取走熱量冷凝液進入蒸餾塔冷凝液接收罐，接收罐採出冷凝液經過蒸餾塔冷凝液輸送泵出口液體一部分作為回流液，一部分作為產品採出液；相變取熱器冷側的出口取熱後物流進入帶有發電機的膨脹機，膨脹機出口取熱物流經過取熱物流冷凝器後的取熱物流冷凝液進入取熱物流循環泵，取熱物流循環泵出口物流回到相變取熱器的冷側。
[0012]本發明的蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置，其優點在於能夠充分利用蒸餾塔頂氣相所具有的不易回收的「餘能」，並將熱能轉化為機械能進而轉變為電能，能夠最大程度的實現精餾裝置能量的利用和回收。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1蒸餾塔頂餘能轉化為電能的流程示意圖。
[0014]設備:T1.蒸餾塔，El.相變取熱器，Ε2.取熱物流冷凝器，Cl.蒸餾塔冷凝液接收罐，Pl.蒸餾塔冷凝液輸送泵，Ρ2.取熱物流循環泵，Fl.膨脹機，Dl.發電機
[0015]物流:S1.蒸餾塔頂氣相，S2.冷凝液，S3.接收罐採出冷凝液，S4.冷凝液輸送泵出口液體，S5.回流液，S6.產品採出液，S7.蒸餾塔底出料，S8.取熱後物流，S9.膨脹機出口取熱物流，S10.取熱物流冷凝液，Sll.取熱物流循環泵出口物流
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明所提供的方法及裝置進行進一步的說明。
[0017]本發明是通過如下技術方案實現的:
[0018]本發明的蒸餾塔頂餘能轉化為電能的裝置，包括蒸餾塔、相變取熱器、取熱物流冷凝器、取熱物流循環泵、發電機、蒸餾塔冷凝液接收罐、蒸餾塔冷凝液輸送泵以及相關進料管線和連接以上設備的管線；其特徵是:蒸餾塔塔頂氣相出口連接到相變取熱器，相變取熱器熱側出口連接到蒸餾塔冷凝液接收罐，冷凝液接收罐出口連接到蒸餾塔冷凝液輸送泵進口，泵出口連接到蒸餾塔回流口和產品出口 ；取熱物流循環泵連接到相變取熱器的冷側進口，相變取熱器冷測出口連接到帶動發電機的膨脹機進口，膨脹機出口連接到取熱物流冷凝器的進口，取熱物流冷凝器出口連接到取熱物流循環泵入口。
[0019]本發明的蒸餾塔頂餘能轉化為電能的裝置的操作方法是:蒸餾塔(Tl)塔頂氣相
(SI)進入相變取熱器(El)的熱側，取走熱量冷凝液(S2)進入蒸餾塔冷凝液接收罐(Cl)，接收罐採出冷凝液(S3)經過蒸餾塔冷凝液輸送泵(Pl)出口液體(S4) —部分作為回流液
(S5)，一部分作為產品採出液(S6);相變取熱器冷側的出口取熱後物流(S8)進入帶有發電機(Dl)的膨脹機(Fl)，膨脹機出口取熱物流(S9)經過取熱物流冷凝器(E2)後的取熱物流冷凝液(SlO)進入取熱物流循環泵(P2)，取熱物流循環泵出口物流(Sll)回到相變取熱器(El)的冷側。
[0020]本發明的技術和設備可廣泛適用於蒸餾塔頂氣相餘能的回收過程，為了更好地說明本發明在產品純度與收率方面的優勢，選取其中兩個應用實例加以說明，但並不因此限制本技術和設備的適用範圍，附圖是為說明本發明而繪製的，不對本發明的具體應用形式構成限制。
[0021]實施例1
[0022]將本發明方法用於乙醇水分離的蒸餾過程，如圖1所示，包括蒸餾塔、相變取熱器、取熱物流冷凝器、取熱物流循環泵、發電機、蒸餾塔冷凝液接收罐、蒸餾塔冷凝液輸送泵以及相關進料管線和連接以上設備的管線；蒸餾塔塔頂氣相出口連接到相變取熱器，相變取熱器熱側出口連接到蒸餾塔冷凝液接收罐，冷凝液接收罐出口連接到蒸餾塔冷凝液輸送泵進口，泵出口連接到蒸餾塔回流口和產品出口 ；取熱物流循環泵連接到相變取熱器的冷側進口，相變取熱器冷測出口連接到帶動發電機的膨脹機進口，膨脹機出口連接到取熱物流冷凝器的進口，取熱物流冷凝器出口連接到取熱物流循環泵入口。
[0023]蒸餾塔(Tl)常壓操作，塔頂氣相(SI)為乙醇水的共沸物，溫度為78°C，流量為300kg/h，進入相變取熱器(El)的熱側，採用溫度為40°C的工質取走熱量為73kW，將塔頂氣相全部冷凝成液相，冷凝液(S2)進入蒸餾塔冷凝液接收罐(Cl)，接收罐採出冷凝液(S3)經過蒸餾塔冷凝液輸送泵(Pl)出口液體(S4) —部分作為回流液(S5)，一部分作為產品採出液(S6);相變取熱器冷側的出口取熱後物流(S8)進入帶有發電機(Dl)的膨脹機(Fl)，膨脹機出口取熱物流(S9)經過取熱物流冷凝器(E2)後的取熱物流冷凝液(SlO)進入取熱物流循環泵(P2)，取熱物流循環泵出口物流(Sll)回到相變取熱器(El)的冷側。
[0024]充分利用蒸餾塔頂氣相所具有的不易回收的中低溫的餘能，並將熱量轉化為機械能進而轉變為電能，能夠最大程度的實現精餾裝置能量的利用和回收。本裝置最終發電量為 2.9kff0
[0025]實施例2
[0026]將本發明方法用於環己酮和環己醇分離的蒸餾過程，如圖1所示，包括蒸餾塔、相變取熱器、取熱物流冷凝器、取熱物流循環泵、發電機、蒸餾塔冷凝液接收罐、蒸餾塔冷凝液輸送泵以及相關進料管線和連接以上設備的管線；蒸餾塔塔頂氣相出口連接到相變取熱器，相變取熱器熱側出口連接到蒸餾塔冷凝液接收罐，冷凝液接收罐出口連接到蒸餾塔冷凝液輸送泵進口，泵出口連接到蒸餾塔回流口和產品出口 ；取熱物流循環泵連接到相變取熱器的冷側進口，相變取熱器冷測出口連接到帶動發電機的膨脹機進口，膨脹機出口連接到取熱物流冷凝器的進口，取熱物流冷凝器出口連接到取熱物流循環泵入口。
[0027]蒸餾塔(Tl)操作壓力為53kPa，塔頂氣相(SI)為99%的環己酮，溫度為123.7V,流量為1200kg/h，進入相變取熱器(El)的熱側，採用溫度為60°C的工質取走熱量為159.78kW，將氣相全部冷凝成液相，冷凝液(S2)進入蒸餾塔冷凝液接收罐(Cl)，接收罐採出冷凝液(S3)經過蒸餾塔冷凝液輸送泵(Pl)出口液體(S4) —部分作為回流液(S5)，一部分作為產品採出液(S6);相變取熱器冷側的出口取熱後物流(S8)進入帶有發電機(Dl)的膨脹機(Fl)，膨脹機出口取熱物流(S9)經過取熱物流冷凝器(E2)後的取熱物流冷凝液(SlO)進入取熱物流循環泵(P2)，取熱物流循環泵出口物流(Sll)回到相變取熱器(El)的冷側。
[0028]充分利用蒸餾塔頂氣相所具有的不易回收的中低溫餘能，並將熱量轉化為機械能進而轉變為電能，能夠最大程度的實現精餾裝置能量的利用和回收。本裝置最終發電量為8.0lkff0
[0029]本發明提出的蒸餾塔頂餘能轉化為電能的方法及裝置，已通過較佳實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本
【發明內容】
、精神和範圍內對本文所述的設備和工藝流程進行改動或適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、範圍和內容中。
【權利要求】
1.一種蒸餾塔頂餘能轉化為電能的裝置；包括蒸餾塔、相變取熱器、取熱物流冷凝器、取熱物流循環泵、發電機、蒸餾塔冷凝液接收罐、蒸餾塔冷凝液輸送泵以及相關進料管線和連接以上設備的管線；其特徵是:蒸餾塔塔頂氣相出口連接到相變取熱器，相變取熱器熱側出口連接到蒸餾塔冷凝液接收罐，冷凝液接收罐出口連接到蒸餾塔冷凝液輸送泵進口，泵出口連接到蒸餾塔回流口和產品出口 ；取熱物流循環泵連接到相變取熱器的冷側進口，相變取熱器冷測出口連接到帶動發電機的膨脹機進口，膨脹機出口連接到取熱物流冷凝器的進口，取熱物流冷凝器出口連接到取熱物流循環泵入口。
2.權利要求1的蒸餾塔頂餘能轉化為電能的操作方法，其特徵是蒸餾塔塔頂氣相進入相變取熱器的熱側，取走熱量冷凝液進入蒸餾塔冷凝液接收罐，接收罐採出冷凝液經過蒸餾塔冷凝液輸送泵出口液體一部分作為回流液，一部分作為產品採出液；相變取熱器冷側的出口取熱後物流進入帶有發電機的膨脹機，膨脹機出口取熱物流經過取熱物流冷凝器後的取熱物流冷凝液進入取熱物流循環泵，取熱物流循環泵出口物流回到相變取熱器的冷側。
【文檔編號】F01K27/02GK104047650SQ201410298819
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】李鑫鋼, 李洪, 高鑫 申請人:天津大學