基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統及方法與流程
2023-06-12 20:57:21
本發明涉及石化廠低溫餘熱的回收利用，具體涉及一種基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統及方法。
技術背景
石油化工行業餘熱資源約佔其燃料消耗總量的17％～67％，可回收利用的餘熱資源約為餘熱總資源的60％。石油化工行業的餘熱種類較多，主要有產品餘熱、循環冷卻水餘熱和煙氣餘熱等。石化行業的餘熱按其品位可以分為以下幾類：1)高品位餘熱，溫度範圍大約在150～350℃；2)較高品位餘熱，溫度範圍大約在70～150℃；3)低品位餘熱，溫度範圍大約在30～70℃。
目前，經過多年的節能減排工作的開展及其相應工程的配套建設，石化企業的高品位餘熱及絕大部分的中品位餘熱基本得到了的回收利用。低品位的餘熱因其餘熱量巨大、回收難度大，缺少有效的經濟回收利用技術，而未能得到回收利用，只能通過循環冷卻塔排放到環境中。例如，石化廠穩定塔底70℃汽油需要水冷至40℃，而部分物料需要由30℃預熱至40℃、由50℃預熱至90℃，由於這部分物料量很大，因此預熱這部分物料需要消耗大量瓦斯或者低壓蒸汽。因此，如何進一步回收低溫餘熱，實現石化廠內餘熱資源的逐級利用，實現節能減排效果，具有重大意義。
技術實現要素：
在本發明的一個方面，提供了一種基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統，包括吸收式熱泵組件1、2、3和4、溶液泵6、冷劑泵7、熱交換器5以及相應連接管路，所述吸收式熱泵組件包括蒸發器1、吸收器2、發生器3和冷凝器4，其中，該系統還包括熱源物料一次側管路8，需預熱物料二次側管路9和需預熱物料三次側管路10，其中，
所述熱源物料一次側管路8依次穿過所述蒸發器1和所述發生器3，並被配置為允許石化廠內具有中低溫餘熱的第一低溫物料依次在所述蒸發器1中和在所述發生器3中作為驅動熱源；
所述需預熱物料二次側管路9穿過所述冷凝器4，並被配置為允許石化廠內需預熱的第二低溫物料通過吸收所述冷凝器4中的低壓工質蒸汽冷凝產生的熱量而預熱升溫，然後輸送到石化廠的第二工藝管路中；
所述需預熱物料三次側管路10穿過所述吸收器2，並被配置為允許石化廠內需預熱的第三低溫物料通過吸收所述吸收器2中的濃吸收劑溶液與高壓工質蒸汽混合產生的中高溫的熱量而預熱升溫，然後輸送到石化廠的第三工藝管路中；
所述蒸發器1被配置為允許其中的工質水通過蒸發吸收作為驅動熱源的所述第一低溫物料的熱量，並蒸發為所述高壓工質蒸汽，而進入所述吸收器2中；
所述吸收器2被配置為允許其中的濃吸收劑溶液與所述高壓工質蒸汽混合產生中高溫的熱量，從而預熱所述需預熱物料三次側管路10中的所述第三低溫物料，並允許稀釋的吸收劑溶液通過所述熱交換器5輸送到所述發生器3；
所述發生器3被配置為允許所述熱源物料一次側管路8中的所述第一低溫物料作為驅動熱源加熱所述稀釋的吸收劑溶液，形成低壓工質蒸汽和濃吸收劑溶液，並允許所述低壓工質蒸汽輸送到所述冷凝器4中；
所述溶液泵6被配置為將所述發生器3中的所述濃吸收劑溶液通過所述交換器5輸送到所述吸收器2；
所述熱交換器5被配置為在由所述發生器3輸送的所述濃吸收劑溶液和由所述吸收器2輸送的所述稀釋的吸收劑溶液之間交換熱量；
所述冷凝器4被配置為允許來自所述發生器3的所述低壓工質蒸汽被所述需預熱物料二次側管路9中的所述第二低溫物料降溫，從而冷凝為工質水，同時將所述第二低溫物料預熱升溫；以及
所述冷劑泵7被配置為將所述冷凝器4中的工質水輸送到所述蒸發器1中。
在本發明的另一個方面，提供了一種基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用方法，所述方法用於基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統，所述系統包括吸收式熱泵組件1、2、3和4、溶液泵6、冷劑泵7、熱交換器5以及相應連接管路，所述吸收式熱泵組件包括蒸發器1、吸收器2、發生器3和冷凝器4，所述系統還包括熱源物料一次側管路8，需預熱物料二次側管路9和需預熱物料三次側管路10，所述熱源物料一次側管路8依次穿過所述蒸發器1和所述發生器3，所述需預熱物料二次側管路9穿過所述冷凝器4，所述需預熱物料三次側管路10穿過所述吸收器2，所述方法包括：
允許石化廠內具有中低溫餘熱的第一低溫物料進入所述熱源物料一次側管路8，並在所述蒸發器1中作為驅動熱源，使得所述蒸發器1中的工質水通過蒸發吸收所述第一低溫物料的熱量，並蒸發為高壓工質蒸汽，而進入所述吸收器2中；
允許石化廠內需預熱的第三低溫物料進入所述需預熱物料三次側管路10，並允許所述吸收器2中的濃吸收劑溶液與所述高壓工質蒸汽混合產生中高溫的熱量，從而預熱所述第三低溫物料，然後輸送到石化廠的第三工藝管路中，並允許稀釋的吸收劑溶液通過所述熱交換器5輸送到所述發生器3；
允許所述熱源物料一次側管路8中的所述第一低溫物料在所述發生器3中作為驅動熱源加熱所述稀釋的吸收劑溶液，形成低壓工質蒸汽和濃吸收劑溶液，允許所述低壓工質蒸汽輸送到所述冷凝器4中；
由所述溶液泵6將所述發生器3中的所述濃吸收劑溶液通過所述交換器5輸送到所述吸收器2；
由所述熱交換器5在由所述發生器3輸送的所述濃吸收劑溶液和由所述吸收器2輸送的所述稀釋的吸收劑溶液之間交換熱量；
允許石化廠內需預熱的第二低溫物料進入所述需預熱物料二次側管路9，並通過吸收所述冷凝器4中的低壓工質蒸汽冷凝產生的熱量而預熱升溫，然後輸送到石化廠的第二工藝管路中，並使得所述低壓工質蒸汽冷凝為工質水；以及
由所述冷劑泵7將所述冷凝器4中的工質水輸送到所述蒸發器1中。
本發明的技術方案的優點包括：利用了石化行業中現有技術難以利用的低溫餘熱，採用石化廠內需要冷卻的物料作為驅動熱源、需要預熱的物料作為低溫熱源，從而減少甚至替代石化廠原有預熱能耗，實現了石化廠內能源的逐級梯度利用。
附圖說明
圖1為根據本發明的實施例的基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統的結構示意圖；以及
圖2為根據本發明的實施例的基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用方法的流程圖。
具體實施方式
下面參照附圖詳細描述本發明的實施例。在下面的描述中，闡述了許多具體細節以便使所屬技術領域的技術人員更全面地了解本發明。但是，對於所屬技術領域內的技術人員明顯的是，本發明的實現可不具有這些具體細節中的一些。此外，應當理解的是，本發明並不限於所介紹的特定實施例。相反，可以考慮用下面的特徵和要素的任意組合來實施本發明，而無論它們是否涉及不同的實施例。因此，下面的方面、特徵、實施例和優點僅作說明之用而不應被看作是權利要求的要素或限定，除非在權利要求中明確提出。
現參照圖1，其為根據本發明的實施例的基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統100的結構示意圖。如圖1中所示，該石化廠低溫餘熱回收利用系統100包括吸收式熱泵組件1、2、3和4、溶液泵6、冷劑泵7、熱交換器5以及相應連接管路，所述吸收式熱泵組件包括蒸發器1、吸收器2、發生器3和冷凝器4，其中，該系統100還包括熱源物料一次側管路8，需預熱物料二次側管路9和需預熱物料三次側管路10，其中，
所述熱源物料一次側管路8依次穿過所述蒸發器1和所述發生器3，並被配置為允許石化廠內具有中低溫餘熱的第一低溫物料依次在所述蒸發器1中和在所述發生器3中作為驅動熱源；
所述需預熱物料二次側管路9穿過所述冷凝器4，並被配置為允許石化廠內需預熱的第二低溫物料通過吸收所述冷凝器4中的低壓工質蒸汽冷凝產生的熱量而預熱升溫，然後輸送到石化廠的第二工藝管路中；
所述需預熱物料三次側管路10穿過所述吸收器2，並被配置為允許石化廠內需預熱的第三低溫物料通過吸收所述吸收器2中的濃吸收劑溶液與高壓工質蒸汽混合產生的中高溫的熱量而預熱升溫，然後輸送到石化廠的第三工藝管路中；
所述蒸發器1被配置為允許其中的工質水通過蒸發吸收作為驅動熱源的所述第一低溫物料的熱量，並蒸發為所述高壓工質蒸汽，而進入所述吸收器2中；
所述吸收器2被配置為允許其中的濃吸收劑溶液與所述高壓工質蒸汽混合產生中高溫的熱量，從而預熱所述需預熱物料三次側管路10中的所述第三低溫物料，並允許稀釋的吸收劑溶液通過所述熱交換器5輸送到所述發生器3；
所述發生器3被配置為允許所述熱源物料一次側管路8中的所述第一低溫物料作為驅動熱源加熱所述稀釋的吸收劑溶液，形成低壓工質蒸汽和濃吸收劑溶液，並允許所述低壓工質蒸汽輸送到所述冷凝器4中；
所述溶液泵6被配置為將所述發生器3中的所述濃吸收劑溶液通過所述交換器5輸送到所述吸收器2；
所述熱交換器5被配置為在由所述發生器3輸送的所述濃吸收劑溶液和由所述吸收器2輸送的所述稀釋的吸收劑溶液之間交換熱量；
所述冷凝器4被配置為允許來自所述發生器3的所述低壓工質蒸汽被所述需預熱物料二次側管路9中的所述第二低溫物料降溫，從而冷凝為工質水，同時將所述第二低溫物料預熱升溫；
所述冷劑泵7被配置為將所述冷凝器4中的工質水輸送到所述蒸發器1中。
在一些實施例中，所述吸收式熱泵組件1、2、3和4例如可以為升溫型吸收式熱泵組件。
在一些實施例中，所述吸收式熱泵組件1、2、3和4還可以包括所述溶液泵6、冷劑泵7、熱交換器5以及相應連接管路。
在一些實施例中，所述各吸收式熱泵組件1、2、3和4等可以包括在一吸收式熱泵中。當然，所述吸收式熱泵還可以包括其他部件。
在一些實施例中，所述吸收劑可以為溴化鋰溶液。在其他實施例中，所述吸收劑可以為其他吸收劑，例如氨水等。
所述第一低溫物料可以是石化廠中任何具有餘熱的低溫或中物料，例如諸如水、油氣、汽油、柴油等低溫或中溫的液體或氣體。
在一些實施例中，所述第一低溫物料在進入所述熱源物料一次側管路8的一次側熱物料入口時(即進入所述蒸發器1之前)的溫度為70℃左右，例如65-75℃，或者60-80℃，並且在離開所述熱源物料一次側管路8的一次側熱物料出口時(即離開所述發生器3之後)的溫度為40℃左右，例如35-50℃，或者30-50℃。離開所述一次側熱物料出口的所述第一低溫物料可以被排放掉，或者可以輸入到石化廠的工藝管路中進一步利用。根據本發明的實施例的所述系統100通過利用現有技術很難利用因而被廢棄的、石化廠中具有餘熱的低溫或中溫物料作為驅動熱源，來預熱其他需要預熱的物料，而不必消耗大量的瓦斯或者低壓蒸氣等熱源作為驅動熱源，節約了大量能源，減少了碳排放。
所述第二低溫物料可以是石化廠中任何需要預熱到中低溫度的低溫物料，例如諸如水、油氣、汽油、柴油等低溫或中溫的液體或氣體。
在一些實施例中，所述第二低溫物料在進入所述需預熱物料二次側管路9的二次側預熱物料入口時(即進入所述冷凝器4之前)的溫度為30℃左右，例如25-35℃，或者20-40℃，並且在離開所述需預熱物料二次側管路9的二次側預熱物料出口時(即離開所述冷凝器4之後)的溫度為45℃左右，例如40-50℃，或者35-55℃。根據本發明的實施例的所述系統100通過將需預熱的低溫物料用作所述冷凝器4的冷凝劑，不但使用餘熱對石化廠中需預熱的低溫物料進行了適當預熱，滿足了工藝要求，而且在保證系統正確運行的同時，不必使用專門的冷卻水及冷卻塔等來為冷凝器4提供冷凝劑，節約了能源和資本。
所述第三低溫物料可以是石化廠中任何需要預熱到中高溫度的低溫物料，例如諸如水、油氣、汽油、柴油等低溫或中溫的液體或氣體。
在一些實施例中，第三低溫物料在進入所述需預熱物料三次側管路10的三次側預熱物料入口時(即進入所述吸收器2之前)的溫度為50℃左右，例如45-55℃，或者40-60℃，並且在離開所述需預熱物料三次側管路10的三次側預熱物料出口時(即離開所述吸收器2之後)的溫度為90℃左右，例如85-95℃左右，或者80-100℃。根據本發明的實施例的所述系統100通過利用石化廠內具有餘熱的低溫物料的熱量，將需預熱的低溫物料加熱至較高溫度，在滿足了工藝要求的同時節約了能源。
以上參照附圖描述了根據本發明的實施例的基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統，應指出的是，以上描述和圖示僅為示例，而不是對本發明的限制。在本發明的其他實施例中，該系統可具有更多、更少或不同的部件，且各部件之間的連接、包含和功能關係可以與所描述和圖示的不同。例如，通常多個部件可以合併為一個大的部件。再例如，各部件的名稱並非對本發明的限制。
現參照圖2，其為根據本發明的實施例的一種基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用方法的示意性流程圖，所述方法用於基於吸收式換熱的石化廠低溫餘熱回收利用系統(例如上述根據本發明的實施例的系統100)，所述系統包括吸收式熱泵組件1、2、3和4、溶液泵6、冷劑泵7、熱交換器5以及相應連接管路，所述吸收式熱泵組件包括蒸發器1、吸收器2、發生器3和冷凝器4，所述系統還包括熱源物料一次側管路8，需預熱物料二次側管路9和需預熱物料三次側管路10，所述熱源物料一次側管路8依次穿過所述蒸發器1和所述發生器3，所述需預熱物料二次側管路9穿過所述冷凝器4，所述需預熱物料三次側管路10穿過所述吸收器2)，所述方法包括以下步驟：
在步驟201，允許石化廠內具有中低溫餘熱的第一低溫物料進入所述熱源物料一次側管路8，並在所述蒸發器1中作為驅動熱源，使得所述蒸發器1中的工質水通過蒸發吸收所述第一低溫物料的熱量，並蒸發為高壓工質蒸汽，而進入所述吸收器2中；
在步驟202，允許石化廠內需預熱的第三低溫物料進入所述需預熱物料三次側管路10，並允許所述吸收器2中的濃吸收劑溶液與所述高壓工質蒸汽混合產生中高溫的熱量，從而預熱所述第三低溫物料，然後輸送到石化廠的第三工藝管路中，並允許稀釋的吸收劑溶液通過所述熱交換器5輸送到所述發生器3；
在步驟203，允許所述熱源物料一次側管路8中的所述第一低溫物料在所述發生器3中作為驅動熱源加熱所述稀釋的吸收劑溶液，形成低壓工質蒸汽和濃吸收劑溶液，允許所述低壓工質蒸汽輸送到所述冷凝器4中；
在步驟204，由所述溶液泵6將所述發生器3中的所述濃吸收劑溶液通過所述交換器5輸送到所述吸收器2；
在步驟205，由所述熱交換器5在由所述發生器3輸送的所述濃吸收劑溶液和由所述吸收器2輸送的所述稀釋的吸收劑溶液之間交換熱量；
在步驟206，允許石化廠內需預熱的第二低溫物料進入所述需預熱物料二次側管路9，並通過吸收所述冷凝器4中的低壓工質蒸汽冷凝產生的熱量而預熱升溫，然後輸送到石化廠的第二工藝管路中，並使得所述低壓工質蒸汽冷凝為工質水；
在步驟207，由所述冷劑泵7將所述冷凝器4中的工質水輸送到所述蒸發器1中。
在一些實施例中，所述熱源物料一次側管路8中的所述第一低溫物料在進入所述蒸發器1時的溫度為60-80℃，在離開所述發生器3時的溫度為30-50℃；
所述需預熱物料二次側管路9中的所述第二低溫物料在進入所述冷凝器4時的溫度為20-40℃，在離開所述冷凝器4時的溫度為35-55℃；以及
所述需預熱物料三次側管路10中的所述第三低溫物料在進入所述吸收器2時的溫度為40-60℃，在離開所述吸收器2時的溫度為80-100℃。
以上參照附圖描述了根據本發明的實施例的石化廠低溫餘熱回收利用方法，應指出的是，以上描述和圖示僅為示例，而不是對本發明的限制。在本發明的其他實施例中，該方法可具有更多、更少或不同的步驟，且各步驟之間的順序、包含和功能關係可以與所描述和圖示的不同。
本發明針對石化行業工藝流程中餘熱資源的分布特點和餘熱等級，提出了一種合理梯度地利用石化廠的低溫餘熱物料的技術方案。本發明的技術方案的優點包括：利用了石化行業中現有技術難以利用的低溫餘熱，採用石化廠內需要冷卻的物料作為驅動熱源、需要預熱的物料作為低溫熱源，從而減少甚至替代石化廠原有預熱能耗，實現了石化廠內能源的逐級梯度利用。
應指出的是，本發明的技術方案不局限於石化行業，也可應用於其他工業物料預熱循環，為低溫餘熱回收和利用提供了新方向。
雖然本發明已經通過實施例披露如上，但本發明並非限定於此。本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內所作的各種更動與修改，均應納入本發明的保護範圍，本發明的保護範圍僅以權利要求的語言及其等價語言所限定的範圍為準。