CN203515704U - 基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，包括芳烃联合装置低温热源和有机朗肯循环***，所述有机朗肯循环***包括换热单元和首尾两端分别连接所述换热单元的低温介质入口和低温介质出口的有机工质循环管道，所述有机工质循环管道上安装有透平膨胀机，所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端连接所述换热单元的高温介质入口，所述换热单元的高温介质出口连接高温介质后续处理设备。本实用新型可以回收芳烃联合装置内能量同级利用完成后剩余的低品位热能，通过有机朗肯循环***实现能量的升级利用，利用部分低温余热做功或将其转化为电能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种芳烃联合装置的能量回收***，尤其涉及一种基于有机朗肯循环的低品位热能利用***。
背景技术
芳烃联合装置通常由催化重整、芳烃抽提、歧化和烷基转移、二甲苯分馏、吸附分离和异构化等单元构成，包含不同的反应***和分离***，一般由加热炉提供外部热源，经联合装置热集成后，通过同级换热无法再利用的低温热能用空冷器散发到大气中。据统计，一个典型百万吨级芳烃联合装置内80~250℃的低品位热源高达400多MW，其中100~200℃范围内约200MW，如甲苯塔顶气相178℃，冷却到161℃，抽出液塔、抽余液塔塔顶气相146℃冷却到121℃。这些单点十几到上百兆瓦的低品位热能因在本装置内无适宜换热需求而浪费到大气中。
国内部分企业针对芳烃装置内部分低温余热进行了回收利用，如利用甲苯塔顶和脱庚烷塔顶蒸汽分别加热热水和除盐水，用于催化裂化气体分馏装置供热及向油品罐区提供伴热。这种通过加热热水再向其它工艺或辅助装置传递热量的方式仍属于同级换热范畴，但通常受限于换热网络的匹配或冬夏季需求变化。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，可以有效回收芳烃联合装置内能量同级利用完成后剩余的低品位热能。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，包括芳烃联合装置低温热源和有机朗肯循环***，所述有机朗肯循环***包括换热单元和首尾两端分别连接所述换热单元的低温介质入口和低温介质出口的有机工质循环管道，所述有机工质循环管道上安装有透平膨胀机，所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端连接所述换热单元的高温介质入口，所述换热单元的高温介质出口连接高温介质后续处理设备。
所述有机工质循环管道上所述透平膨胀机的后面可以依次安装有透平空冷器、回收罐和有机工质循环泵，所述透平膨胀机和透平空冷器之间的有机工质循环管道与所述有机工质循环泵和换热单元之间的有机工质循环管道可以通过回热器换热。
所述有机工质可以为R113、R245fa、R123、丁烷、戊烷、甲苯、二甲苯或氨水。
所述换热单元与所述透平空冷器之间可以设有第一故障跨线，所述第一故障跨线的前端与所述换热单元和透平膨胀机之间的有机工质循环管道连通，后端与所述回热器和透平空冷器之间的有机工质循环管道连通，所述第一故障跨线上优选安装有阀门，所述第一故障跨线的前端与所述透平膨胀机之间的有机工质循环管道和所述第一故障跨线的后端与所述回热器之间的有机工质循环管道上均可以安装有阀门。
所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端与所述高温介质后续处理设备之间可以设有第二故障跨线，所述第二跨线的前端与所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端和所述换热单元之间的管道连通，后端与所述换热单元和所述高温介质后续处理设备之间的管道连通，所述第二故障跨线上优选安装有阀门，所述第二故障跨线的前端与所述换热单元之间的管道和所述第二故障跨线的后端与所述换热单元之间的管道上均可以安装有阀门。
所述换热单元可以包括两个换热器，分别为第一换热器和第二换热器，所述第一换热器的低温介质出口可以通过管道连接所述第二换热器的高温介质入口，所述第二换热器的高温介质出口可以通过管道连接所述第一换热器的低温介质入口，所述第一换热器的高温介质入口连接所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端，所述第一换热器的高温介质出口连接所述高温介质后续处理设备，所述第二换热器的低温介质入口和低温介质出口连接所述有机工质循环管道的首尾两端。
所述第一换热器的低温介质出口与所述第二换热器的高温介质入口之间的管道和所述第一换热器的低温介质入口与所述第二换热器的高温介质出口之间的管道共同构成中间介质循环管道，所述中间介质循环管道上可以安装有循环泵，所述中间介质可以为水或导热油。
所述换热器可以为列管换热器或板壳式换热器。
所述芳烃联合装置的低温热源的数量可以为若干个，其中温度最高的低温热源连接所述换热单元的高温介质入口，其余的低温热源的低温余热输出端分别通过各自的介质输送管道连接各自的后续处理设备，除温度最高的低温热源以外的其余的低温热源的介质输送管道与所述回热器和换热单元之间的有机工质循环管道可以通过预热器换热，温度越高的低温热源对应的预热器距离所述换热单元越近。
所述透平膨胀机的数量可以为若干个，若干个所述透平膨胀机并联安装。
本实用新型的有益效果：
本实用新型可以回收芳烃联合装置内能量同级利用完成后剩余的低品位热能，通过有机朗肯循环***实现能量的升级利用，利用部分低温余热做功或将其转化为电能；
第一故障跨线和第二故障跨线的设置，当***出现故障时，工艺物流可以直接通过后续处理设备处理，其热量可以通过透平空冷器带走，不影响芳烃装置工艺正常操作运行。
附图说明
图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图；
图2是本实用新型的另一种实施例的结构示意图；
图3是本实用新型的第三种实施例的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型提供了一种基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，包括芳烃联合装置低温热源1和有机朗肯循环***（再热型、回热型或回热-再热型），所述芳烃联合装置低温热源可以为芳烃联合装置内的分馏塔顶有机蒸汽、换热器出口物流或其他工艺物流，工艺物流的特征为温度范围为80～280℃，压力范围为0～5MPa，单个热源热能负荷范围为1～250MW，本实施例中所述芳烃联合装置低温热源采用甲苯塔的塔顶余热，温度为178℃，可作为独立热源，热源负荷18MW，所述有机朗肯循环***包括换热单元2和首尾两端分别连接所述换热单元的低温介质入口和低温介质出口的有机工质循环管道，所述有机工质循环管道上安装有透平膨胀机3（或者为径流透平、轴流透平、全流透平或螺杆膨胀机），所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端连接所述换热单元的高温介质入口，所述换热单元的高温介质出口连接高温介质后续处理设备9，为了使芳烃联合装置的低温余热可以更好地利用该***，所述透平膨胀机的负载8可以为芳烃联合装置内的大型离心泵或氢气压缩机，也可以用于带动电机进行发电，根据***回收热能负荷与机泵需求匹配，可以驱动一台或联合驱动多台，如所述透平膨胀机驱动的负载为芳烃联合装置内的泵或压缩机，工艺物流（低温热源）应适当留有余量，余量范围为***利用负荷的10%左右，以备***波动时保证机泵满足工艺操作要求。
所述换热单元可以为换热器，所述换热器可以为列管换热器或板壳式换热器，所述有机工质循环管道上所述透平膨胀机的后面可以依次安装有透平空冷器4（或其他冷凝设备，冷凝方式也可根据不同地区或装置特点选择空冷、水冷、联合制冷或其他可以带走热量的方式）、回收罐5和有机工质循环泵6，所述透平膨胀机和透平空冷器之间的有机工质循环管道与所述有机工质循环泵和换热单元之间的有机工质循环管道可以通过回热器7换热，即所述透平膨胀机的出口连接所述回热器的高温介质入口，所述回热器的高温介质出口连接所述透平空冷器的入口，所述有机工质循环泵的出口连接所述回热器的低温介质入口，所述回热器的低温介质出口连接所述换热单元的低温介质入口。所述换热器与所述透平膨胀机之间的有机工质循环管道上可以安装加热器，以便在工艺热源未到位时通过对有机工质的加热满足有机朗肯循环***的运行。
所述有机工质可以为R113、R245fa、R123、丁烷、戊烷、甲苯、二甲苯、氨水或上述工质中的两种或多种的混合物，也可以为其他适用工作温区、环境友好及具有经济性的工质。
本实施例的工作过程为：甲苯塔的塔顶余热蒸汽与有机朗肯循环***中的有机工质在换热器中换热，甲苯塔的塔顶余热蒸汽被冷却至饱和液体，送至后续处理设备，蒸发态的有机工质进入透平膨胀机做功，通过联轴器驱动芳烃联合装置内的大型离心泵或氢气压缩机，做功后的有机工质经回热器后送至空冷器，使有机工质冷却成液态，进入回收罐，液态的有机工质经回热器预热后通过工质循环泵循环回换热器。
本实用新型的主要目的在于回收芳烃联合装置内能量同级利用完成后剩余的低品位热能，通过有机朗肯循环***实现能量的升级利用，利用部分低温余热做功或将其转化为电能。
所述换热单元与所述透平空冷器之间可以设有第一故障跨线10，所述第一故障跨线的前端与所述换热单元和透平膨胀机之间的有机工质循环管道连通，后端与所述回热器和透平空冷器之间的有机工质循环管道连通，所述第一故障跨线上安装有阀门，所述第一故障跨线的前端与所述透平膨胀机之间的有机工质循环管道和所述第一故障跨线的后端与所述回热器之间的有机工质循环管道上均安装有阀门。所述第一故障跨线的设置，使当有机朗肯循环***中的工质透平出现故障时，开启所述第一故障跨线上的阀门，关闭所述第一故障跨线两端的有机工质循环管道上的阀门，启动所述第一故障跨线，有机工质携带的工艺物流热量可以直接通过所述透平空冷器带走，而不影响芳烃联合装置工艺的正常操作。
所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端与所述高温介质后续处理设备之间可以设有第二故障跨线11，所述第二跨线的前端与所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端和所述换热单元之间的管道连通，后端与所述换热单元和所述高温介质后续处理设备之间的管道连通，所述第二故障跨线上安装有阀门，所述第二故障跨线的前端与所述换热单元之间的管道和所述第二故障跨线的后端与所述换热单元之间的管道上均安装有阀门。当所述换热单元出现故障时，开启所述第二故障跨线上的阀门，关闭所述第二故障跨线两端的管道上的阀门，启动所述第二故障跨线，使所述工艺物流可以直接输送至高温介质后续处理设备。
参见图2，根据具体热源及有机工质的情况，所述换热单元除了可以采用上述的直接换热的方式外，还可以采用通过中介介质间接换热的方式。本实施例在图1所示的实施例的基础上进行了改进：所述换热单元包括两个换热器，分别为第一换热器12和第二换热器14，所述第一换热器的低温介质出口通过管道连接所述第二换热器的高温介质入口，所述第二换热器的高温介质出口通过管道连接所述第一换热器的低温介质入口，所述第一换热器的高温介质入口连接所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端，所述第一换热器的高温介质出口连接所述高温介质后续处理设备，所述第二换热器的低温介质入口和低温介质出口连接所述有机工质循环管道的首尾两端。所述第一换热器的低温介质出口与所述第二换热器的高温介质入口之间的管道和所述第一换热器的低温介质入口与所述第二换热器的高温介质出口之间的管道共同构成中间介质循环管道，所述中间介质循环管道上可以安装有循环泵13，为所述中间介质的循环提供动力，所述中间介质可以为水（水蒸气）或导热油，也可以为其他芳烃工艺***可以接受的物质。
本实施例的工作过程中，低温热源和有机工质之间的换热时通过中间介质过渡完成的，换热单元的换热包括两个过程，即甲苯塔顶蒸汽与中间介质通过第一换热器进行换热，中间介质通过第二换热器与有机朗肯循环***中的有机工质换热，中间介质通过循环泵完成循环。本实施例采用间接换热的目的是为降低有机工质对芳烃工艺***造成潜在的因泄露等原因而致的污染风险。
参见图3，所述芳烃联合装置的低温热源的数量可以为若干个，其中温度最高的低温热源连接所述换热单元的高温介质入口，其余的低温热源的低温余热输出端分别通过各自的介质输送管道连接各自的后续处理设备，除温度最高的低温热源以外的其余的低温热源的介质输送管道与所述回热器和换热单元之间的有机工质循环管道通过预热器换热，即其余的低温热源的介质输送管道与相应的预热器的高温介质通道连通，有机工质循环管道与这些预热器的低温介质通道分别连通，温度越高的低温热源对应的预热器距离所述换热单元越近，以使回流的有机工质逐步预热升温。所述透平膨胀机的数量也可以为若干个，若干个所述透平膨胀机并联安装。
本实施例在图1所示的实施例的基础上进行改进：低温热源的数量为两个，其中一个为甲苯塔顶蒸汽，另一个为抽余塔顶气相物质21，其中所述甲苯塔顶蒸汽的温度为178℃，热源负荷18MW；抽余液塔顶气相物质的温度为148℃，热源负荷94MW。所述透平膨胀机的数量为三个，并联安装在所述有机工质循环管道上，抽余塔顶气相物质的输出端连接预热器23的高温介质入口，所述预热器的高温介质出口连接后续处理设备22，所述预热器的低温介质入口连接所述回热器的低温介质出口，所述预热器的低温介质出口连接所述换热器的低温介质入口。
本实施例的工作过程为：甲苯塔顶蒸汽与有机工质在换热器中换热，塔顶蒸汽被冷却至饱和液体，蒸发态的有机工质分别进入透平膨胀机做功，联合驱动芳烃装置内的压缩机或泵，优选有备台的机泵。做功后的有机工质先经回热器后送至透平空冷器，使有机工质冷凝成液态，进入回收罐，液态的有机工质经回热器预热后，通过工质循环泵送入以抽余液塔顶气相物质作为热源的预热器，预热后循环回换热器。本实施例的***中也优选设置故障跨线。
Claims (10)
1.一种基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于包括芳烃联合装置低温热源和有机朗肯循环***，所述有机朗肯循环***包括换热单元和首尾两端分别连接所述换热单元的低温介质入口和低温介质出口的有机工质循环管道，所述有机工质循环管道上安装有透平膨胀机，所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端连接所述换热单元的高温介质入口，所述换热单元的高温介质出口连接高温介质后续处理设备。
2.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述有机工质循环管道上所述透平膨胀机的后面依次安装有透平空冷器、回收罐和有机工质循环泵，所述透平膨胀机和透平空冷器之间的有机工质循环管道与所述有机工质循环泵和换热单元之间的有机工质循环管道通过回热器换热。
3.根据权利要求2所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述有机工质为R113、R245fa、R123、丁烷、戊烷、甲苯、二甲苯或氨水。
4.根据权利要求3所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述换热单元与所述透平空冷器之间设有第一故障跨线，所述第一故障跨线的前端与所述换热单元和透平膨胀机之间的有机工质循环管道连通，后端与所述回热器和透平空冷器之间的有机工质循环管道连通，所述第一故障跨线上安装有阀门，所述第一故障跨线的前端与所述透平膨胀机之间的有机工质循环管道和所述第一故障跨线的后端与所述回热器之间的有机工质循环管道上均安装有阀门。
5.根据权利要求3所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端与所述高温介质后续处理设备之间设有第二故障跨线，所述第二跨线的前端与所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端和所述换热单元之间的管道连通，后端与所述换热单元和所述高温介质后续处理设备之间的管道连通，所述第二故障跨线上安装有阀门，所述第二故障跨线的前端与所述换热单元之间的管道和所述第二故障跨线的后端与所述换热单元之间的管道上均安装有阀门。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述换热单元包括两个换热器，分别为第一换热器和第二换热器，所述第一换热器的低温介质出口通过管道连接所述第二换热器的高温介质入口，所述第二换热器的高温介质出口通过管道连接所述第一换热器的低温介质入口，所述第一换热器的高温介质入口连接所述芳烃联合装置低温热源的低温余热输出端，所述第一换热器的高温介质出口连接所述高温介质后续处理设备，所述第二换热器的低温介质入口和低温介质出口连接所述有机工质循环管道的首尾两端。
7.根据权利要求6所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述第一换热器的低温介质出口与所述第二换热器的高温介质入口之间的管道和所述第一换热器的低温介质入口与所述第二换热器的高温介质出口之间的管道共同构成中间介质循环管道，所述中间介质循环管道上安装有循环泵，所述中间介质为水或导热油。
8.根据权利要求7所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述换热器为列管换热器或板壳式换热器。
9.根据权利要求2、3、4或5所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述芳烃联合装置的低温热源的数量为若干个，其中温度最高的低温热源连接所述换热单元的高温介质入口，其余的低温热源的低温余热输出端分别通过各自的介质输送管道连接各自的后续处理设备，除温度最高的低温热源以外的其余的低温热源的介质输送管道与所述回热器和换热单元之间的有机工质循环管道通过预热器换热，温度越高的低温热源对应的预热器距离所述换热单元越近。
10.根据权利要求9所述的基于有机朗肯循环的芳烃联合装置的低品位热能利用***，其特征在于所述透平膨胀机的数量为若干个，若干个所述透平膨胀机并联安装。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170216 Address after: 100037 Beijing city Haidian District Zengguang Road No. 21 Patentee after: CHINA KUNLUN CONTRACTING & ENGINEERING Corp. Address before: 100037 Beijing city Haidian District Zengguang Road No. 21 Patentee before: CHINA KUNLUN CONTRACTING & ENGINEERING Corp. Patentee before: China Textile Industry Design Institute |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140402 |