KR20130099088A - Improving capacity and performance of process columns by overhead heat recovery into an organic rankine cycle for power generation - Google Patents

Improving capacity and performance of process columns by overhead heat recovery into an organic rankine cycle for power generation Download PDF

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KR20130099088A
KR20130099088A KR1020137008570A KR20137008570A KR20130099088A KR 20130099088 A KR20130099088 A KR 20130099088A KR 1020137008570 A KR1020137008570 A KR 1020137008570A KR 20137008570 A KR20137008570 A KR 20137008570A KR 20130099088 A KR20130099088 A KR 20130099088A
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존 데이비드 펜톤
레오노어 알. 루즈
제리 엠. 로브너
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셰브런 유.에스.에이.인크.
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Abstract

공정 칼럼에서 나온 오버헤드 스트림의 열 부산물로부터 전기 및/또는 기계적 전력을 생성하기 위한 열 회수 시스템 및 방법이 제공된다. 열 회수 시스템 및 방법은 유기 랭킨 사이클의 작동 유체를 직접 또는 간접적으로 가열하기 위한 공정 열 부산물 스트림을 포함한다. 유기 랭킨 사이클은 열 교환기, 전기적 또는 기계적 전력을 생성하기 위한 터빈-발전기 시스템, 응축기 열 교환기 및 열 교환기로 작동 유체를 재순환하기 위한 펌프를 포함한다.Heat recovery systems and methods are provided for generating electrical and / or mechanical power from heat byproducts of overhead streams from process columns. The heat recovery system and method includes a process heat byproduct stream for heating, directly or indirectly, the working fluid of the organic Rankine cycle. The organic Rankine cycle includes a heat exchanger, a turbine-generator system for generating electrical or mechanical power, a condenser heat exchanger and a pump for recycling the working fluid to the heat exchanger.

Figure P1020137008570
Figure P1020137008570

Description

전력 생산을 위하여 유기 랭킨 사이클로의 오버헤드 열 회수에 의한 공정 칼럼의 용량 및 성능 개선{IMPROVING CAPACITY AND PERFORMANCE OF PROCESS COLUMNS BY OVERHEAD HEAT RECOVERY INTO AN ORGANIC RANKINE CYCLE FOR POWER GENERATION}IMPROVING CAPACITY AND PERFORMANCE OF PROCESS COLUMNS BY OVERHEAD HEAT RECOVERY INTO AN ORGANIC RANKINE CYCLE FOR POWER GENERATION}

일반적으로, 본 발명은 열 회수 및 사용에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 본 발명은 유기 랭킨(Rankine) 사이클의 사용을 통해 전기 및/또는 기계적 전력을 생산하기 위하여, 공정 칼럼에서 나온 공정 열 부산물을 사용하는 것에 관한 것이다.In general, the present invention relates to heat recovery and use. More particularly, the present invention relates to the use of process heat by-products from process columns to produce electrical and / or mechanical power through the use of organic Rankine cycles.

제련소에서 폐열(waste heat)을 획득 및/또는 되찾기 위한 노력이 공지된다(가령, Badenhausen의 미국 특허 번호 2,335,727호 참조). 상기 문서는, 제련소의 모든 유형 및 이러한 제련소 내에서 수행되는 모든 열-생산 공정을 위한 일반적인 폐열 회수 전략이 없다고 언급했다. 따라서, 상기 노력의 대부분은, 유기 랭킨 사이클 시스템이 종종 그 파트인 다양한 기술을 사용하는 다수의 제련소 공정에서 나온 폐열의 활용으로부터 누적되는 이점을 찾는데 관한 것이었다(가령, Carson의 미국 출원 번호 4,109,469호 참조).Efforts to obtain and / or recover waste heat at smelters are known (see, eg, US Pat. No. 2,335,727 to Badenhausen). The document stated that there is no general waste heat recovery strategy for all types of smelters and for all heat-producing processes performed within such smelters. Thus, much of this effort has been directed to finding the benefits that organic Rankine cycle systems often accumulate from the utilization of waste heat from a number of smelter processes using a variety of technologies that are part of it (see, eg, Carson, US Application No. 4,109,469). ).

많은 제련소에서, 공정 칼럼의 유압 용량은 고용량 트레이(high capacity tray)를 설치하여 증가될 수 있다. 보통, 리보일러 입력(reboiler input)은 추가 열 매체(종종 증기)의 효용성 및 관련 교환기의 한 면에서의 상 변화에 의해 제공된 우수한 열 전달 때문에 증가 될 수 있다. 그러나, 이러한 시스템 내의 오버헤드 냉각 용량이 종종 주위 조건 및 상기 시스템의 관련 공기 냉각셀에 의해 요구되는 많은 양의 공간에 의해 제한되어서 더욱 문제가 될 수 있다.In many smelters, the hydraulic capacity of the process column can be increased by installing a high capacity tray. Usually, the reboiler input can be increased because of the good heat transfer provided by the availability of additional heat medium (often steam) and the phase change on one side of the associated exchanger. However, the overhead cooling capacity in such a system can often be more problematic as it is limited by the ambient conditions and the large amount of space required by the associated air cooling cells of the system.

또한, 폐열은 지열(geothermal) 산업 내의 유기 랭킨 사이클(organic Rankine cycle)의 사용을 통해 회수되어 왔다. 지열 공정에서 나온 폐열 온도는 공정 칼럼 오버헤드 내에서 발견된 폐열 온도와 가깝게 맞춰진다. 그러나, 이 유형의 출원에서 유기 랭킨 사이클 기술의 추가 사용에 대한 주요 장애는 현재 유기 랭킨 사이클 설계는 안정한 공정 조건에 매우 의존한다는 것이다. 게다가, 현재 설계 내에서 사용되는 기존 장비는, 공정 칼럼 장비 내에 널리 퍼져있는 오염 또는 부식 문제가 더욱 발생하기 쉽다. 또 다른 장애는 유기 랭킨 사이클 시스템을 기존 칼럼 작업으로 통합하는데 있어, 증가된 설계 복잡성일 수 있다.Waste heat has also been recovered through the use of organic Rankine cycles in the geothermal industry. The waste heat temperature from the geothermal process is closely matched with the waste heat temperature found within the process column overhead. However, a major obstacle to the further use of organic Rankine cycle technology in this type of application is that current organic Rankine cycle designs are highly dependent on stable process conditions. In addition, existing equipment used within the current design is more prone to contamination or corrosion problems that are prevalent in process column equipment. Another obstacle can be increased design complexity in integrating organic Rankine cycle systems into existing column operations.

상기 내용을 고려하여, 이러한 상기-언급된 공정 칼럼에서 나온 이러한 오버헤드 열의 회수에 대한 임의의 공정 또는 향상은 폐열 회수/되찾기 관점은 물론 공정 효율 견지에서 이점으로 여겨질 수 있다.
In view of the above, any process or improvement to the recovery of such overhead heat from this above-mentioned process column may be seen as an advantage in terms of waste heat recovery / recovery as well as process efficiency.

본 발명은 유기 랭킨(Rankine) 사이클의 사용을 통해 전기 및/또는 기계적 전력을 생산하기 위하여, 공정 칼럼에서 나온 공정 열 부산물을 사용하는 방법을 제공한다. The present invention provides a method of using process heat by-products from process columns to produce electrical and / or mechanical power through the use of organic Rankine cycles.

본 발명은 제련소에서 열 회수를 위한 공정에 관한 것이고, 여기서, 이러한 열 회수는 열 에너지를 공정 칼럼의 오버헤드 스트림에서 유기 랭킨 사이클로 전달하여 실현되며, 이로부터 전기가 터빈-구동식 발전기를 통하여 발생된다. 또한, 본 발명은 이러한 공정을 실행하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a process for heat recovery in a smelter, where such heat recovery is realized by transferring heat energy from the overhead stream of the process column to an organic Rankine cycle, from which electricity is generated via a turbine-driven generator. do. The invention also relates to a system for carrying out such a process.

본 발명의 일면에서, 공정 칼럼 유닛에서 나온 열을 되찾기 위한 공정은 동시에 발생하고, 히터 또는 열 교환기를 통해 연결된 두 개의 서브 공정을 포함한다. 제1 서브 공정에서, 공정 칼럼 유닛에서 나온 오버헤드 스트림은 히터로 안내되고, 유기 랭킨 사이클의 작동 유체 스트림을 가열하는데 사용되어서, 감소된 열의 오버헤드 스트림 및 가열된 작동 유체 스트림을 생성한다. 오버헤드 스트림은 작동 유체 스트림과 열적으로 접촉하여, 열을 작동 유체 스트림으로 전달한다. 감소된 열의 오버헤드 스트림은 또 다른 열 교환기로 안내되어서, 냉각된 중간물을 생성한다. 그 후에, 냉각된 중간물은, 상기 냉각된 중간물이 증기 스트림, 경액체 스트림 및 중액체 스트림으로 분리되는 분리기로 입력된다. 경액체 스트림은 펌프에 통과되어서, 그 후에, 공정 칼럼으로 안내될 수 있는 환류 유체를 형성한다. 제2 서브 공정에서, 작동 유체 스트림은 히터에서 오버헤드 스트림에 의해 가열되어, 가열된 작동 유체 스트림을 형성한다. 어떤 면에서, 가열된 작동 유체 스트림은 증발된다. 가열된 작동 유체 스트림은 터빈-발전기 세트에 통과되어서, 팽창된 작동 유체 스트림을 형성하고, 전기 및/또는 기계적 전력을 생성한다. 그 후에, 팽창된 작동 유체 스트림은 또 다른 열 교환기로 안내되어서, 응축된 작동 유체 스트림을 형성한다. 그 후에, 응축된 작동 유체 스트림은 펌프에 통과되어서, 유기 랭킨 사이클의 히터로 입력되는 작동 유체 스트림을 형성한다.In one aspect of the invention, the process for recovering heat from the process column unit occurs simultaneously and comprises two sub-processes connected via a heater or heat exchanger. In the first sub-process, the overhead stream from the process column unit is directed to a heater and used to heat the working fluid stream of the organic Rankine cycle, producing an overhead stream of reduced heat and a heated working fluid stream. The overhead stream is in thermal contact with the working fluid stream to transfer heat to the working fluid stream. The overhead stream of reduced heat is directed to another heat exchanger, creating a cooled intermediate. Thereafter, the cooled intermediate is input into a separator where the cooled intermediate is separated into a vapor stream, a hard liquid stream and a solid liquid stream. The hard liquid stream is passed through a pump, which then forms a reflux fluid that can be directed to a process column. In a second sub-process, the working fluid stream is heated by an overhead stream in a heater to form a heated working fluid stream. In some aspects, the heated working fluid stream is evaporated. The heated working fluid stream is passed through a turbine-generator set to form an expanded working fluid stream and generate electrical and / or mechanical power. Thereafter, the expanded working fluid stream is directed to another heat exchanger to form a condensed working fluid stream. Thereafter, the condensed working fluid stream is passed through a pump to form a working fluid stream that enters the heater of the organic Rankine cycle.

본 발명의 또 다른 면에서, 공정 칼럼 유닛에서 나온 열을 되찾기 위한 공정은 동시에 발생하는 세 개의 서브 공정을 포함한다. 제1 및 제2 서브 공정은 제1 히터를 통해 연결되고, 제2 및 제3 서브 공정은 제2 히터를 통해 연결된다. 제1 서브 공정에서, 공정 칼럼에서 나온 오버헤드 스트림은 제1 히터로 안내되고, 제1 작동 유체 스트림을 가열하는데 사용되어서, 감소된 열의 오버헤드 스트림 및 가열된 작동 유체 스트림을 생성한다. 오버헤드 스트림은 제1 작동 유체 스트림과 열적으로 접촉하여, 열을 제1 작동 유체 스트림으로 전달한다. 감소된 열의 오버헤드 스트림은 또 다른 열 교환기로 안내되어서 냉각된 중간물을 생성한다. 그 후에, 냉각된 중간물은, 상기 냉각된 중간물이 증기 스트림, 경액체 스트림 및 중액체 스트림으로 분리되는 분리기로 입력된다. 경액체 스트림은 펌프에 통과되어서, 그 후에, 공정 칼럼으로 안내될 수 있는 환류 유체를 형성한다. 제2 서브 공정에서, 제1 작동 유체 스트림은 제1 히터에서 오버헤드 스트림에 의해 가열되어서, 제1 가열된 작동 유체 스트림을 형성한다. 제1 가열된 작동 유체 스트림은 제2 히터로 안내되고, 유기 랭킨 사이클의 작동 유체 스트림을 가열하는데 사용되어서, 냉각된 작동 유체 스트림 및 제2 가열된 작동 유체 스트림을 생성한다. 제1 가열된 작동 유체 스트림은 유기 랭킨 사이클의 작동 유체 스트림과 열적으로 접촉하여, 열을 유기 랭킨 사이클의 작동 유체 스트림으로 전달한다. 그 후에, 냉각된 작동 유체 스트림은 펌프에 통과되어서, 제1 작동 유체 스트림을 형성한다. 제3 서브 공정에서, 유기 랭킨 사이클의 작동 유체 스트림은 가열되어서, 제2 가열된 작동 유체 스트림을 형성한다. 어떤 면에서, 제2 가열된 작동 유체 스트림은 증발된다. 제2 가열된 작동 유체 스트림은 터빈-발전기 세트에 통과되어서 팽창된 작동 유체 스트림을 형성하고, 전기 및/또는 기계적 전력을 생성한다. 그 후에, 팽창된 작동 유체 스트림은 또 다른 열 교환기로 안내되어서, 응축된 작동 유체 스트림을 형성한다. 그 후에, 응축된 작동 유체 스트림은 펌프에 통과되어서, 유기 랭킨 사이클의 히터로 입력되는 작동 유체 스트림을 형성한다.In another aspect of the invention, the process for recovering the heat from the process column unit comprises three sub-processes occurring simultaneously. The first and second sub-processes are connected through a first heater, and the second and third sub-processes are connected through a second heater. In the first sub-process, the overhead stream from the process column is directed to a first heater and used to heat the first working fluid stream, producing an overhead stream of reduced heat and a heated working fluid stream. The overhead stream is in thermal contact with the first working fluid stream to transfer heat to the first working fluid stream. The overhead stream of reduced heat is directed to another heat exchanger to produce a cooled intermediate. Thereafter, the cooled intermediate is input into a separator where the cooled intermediate is separated into a vapor stream, a hard liquid stream and a solid liquid stream. The hard liquid stream is passed through a pump, which then forms a reflux fluid that can be directed to a process column. In a second sub-process, the first working fluid stream is heated by the overhead stream in the first heater to form the first heated working fluid stream. The first heated working fluid stream is directed to a second heater and used to heat the working fluid stream of the organic Rankine cycle, producing a cooled working fluid stream and a second heated working fluid stream. The first heated working fluid stream is in thermal contact with the working fluid stream of the organic Rankine cycle to transfer heat to the working fluid stream of the organic Rankine cycle. Thereafter, the cooled working fluid stream is passed through a pump to form a first working fluid stream. In a third sub process, the working fluid stream of the organic Rankine cycle is heated to form a second heated working fluid stream. In some aspects, the second heated working fluid stream is evaporated. The second heated working fluid stream is passed through a turbine-generator set to form an expanded working fluid stream and generates electrical and / or mechanical power. Thereafter, the expanded working fluid stream is directed to another heat exchanger to form a condensed working fluid stream. Thereafter, the condensed working fluid stream is passed through a pump to form a working fluid stream that enters the heater of the organic Rankine cycle.

본 발명의 또 다른 면에서, 공정 칼럼 유닛에서 나온 열을 되찾기 위한 시스템은 공정 칼럼에서 나온 오버헤드 스트림, 오버헤드 스트림을 입력받기 위한 공정 칼럼 유닛과 연결된 오버헤드 관, 오버헤드 스트림을 입력받고 냉각시켜서 냉각된 중간물을 생성하는 하나 이상의 공기 냉각기, 냉각된 중간물을 입력받고, 증기물 및 액체물로 분리시키기 위한 분리기, 액체물을 공정 칼럼 유닛으로 리턴하기 위한 유체관 및 유기 랭킨 사이클 서브시스템을 포함한다. 어떤 면에서, 유기 랭킨 사이클 서브시스템은 오버헤드 스트림이 하나 이상의 공기 냉각기로 안내되기 이전에, 오버헤드 관과 열적으로 연결되는 열 교환기, 작동 유체를 가진 유기 랭킨 사이클 흐름 라인, 여기서, 상기 흐름 라인은 열 교환기와 열적으로 연결되고, 열 교환기는 가열된 작동 유체를 형성하기 위한 작동 유체를 가열하기 위하여, 열 에너지를 오버헤드 스트림에서 작동 유체로 전달함, 통과된 가열된 작동 유체로부터 전기 및/또는 기계적 전력을 생산하기 위한 터빈-계 발전기, 응축된 작동 유체를 형성하기 위한 가열된 작동 유체를 응축하기 위한 하나 이상의 응축기, 및 열 교환기로 입력되는 작동 유체를 형성하기 위한 응축된 작동 유체를 펌핑하기 위한 펌프를 포함한다.In another aspect of the present invention, a system for recovering heat from a process column unit includes an overhead stream from a process column, an overhead tube connected to a process column unit for receiving an overhead stream, and an overhead stream received and cooled. One or more air coolers to generate cooled intermediates, separators for receiving the cooled intermediates and separating them into steam and liquids, fluid tubes for returning liquids to the process column unit and organic Rankine cycle subsystem It includes. In some aspects, the organic Rankine cycle subsystem includes a heat exchanger, an organic Rankine cycle flow line with a working fluid, which is thermally connected to an overhead tube, before the overhead stream is directed to one or more air coolers, wherein the flow line Is thermally connected with the heat exchanger, the heat exchanger transfers thermal energy from the overhead stream to the working fluid to heat the working fluid to form a heated working fluid, from the passed heated working fluid to electricity and / or Or pumping a condensed working fluid to form a turbine-based generator for producing mechanical power, one or more condensers for condensing a heated working fluid for forming a condensed working fluid, and a working fluid input to a heat exchanger. It includes a pump for.

본 발명의 특징은, 후술하고 선호되는 실시예의 설명을 읽는다면, 기술분야의 기술자에게 용이하게 명백해질 것이다.
Features of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art upon reading the following and the description of the preferred embodiment.

본 발명의 예시적 실시예와 본 발명의 장점의 더 완벽한 이해를 위하여, 이제, 다음과 같이 간단히 기술되는 도면과 함께 후술하는 설명을 참조한다.
도 1은 예시적 실시예에 따른, 공정 칼럼에서 나온 공정 열 부산물의 직접적인 사용을 위한 열 회수 시스템의 모식도이다.
도 2는 또 다른 예시적 실시예에 따른, 공정 칼럼에서 나온 공정 열 부산물의 직접적인 사용을 위한 열 회수 시스템의 모식도이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른, 공정 칼럼에서 나온 공정 열 부산물의 간접적인 사용을 위한 열 회수 시스템의 모식도이다.
도 4는 또 다른 예시적 실시예에 따른, 공정 칼럼에서 나온 공정 열 부산물의 간접적인 사용을 위한 열 회수 시스템의 모식도이다.For a more complete understanding of the exemplary embodiments of the invention and the advantages of the invention, reference is now made to the following description in conjunction with the following briefly described drawings.
1 is a schematic diagram of a heat recovery system for direct use of process heat byproducts from a process column, according to an exemplary embodiment.
2 is a schematic diagram of a heat recovery system for the direct use of process heat byproducts from a process column, according to another exemplary embodiment.
3 is a schematic diagram of a heat recovery system for indirect use of process heat byproducts from a process column, according to an exemplary embodiment.
4 is a schematic diagram of a heat recovery system for indirect use of process heat byproducts from a process column, according to another exemplary embodiment.

본 발명의 설명적인 실시예가 아래에 기술된다. 명확성을 위하여, 이 명세서에 실제적인 실행의 모든 특징이 기술되지 않는다. 기술분야의 통상적인 기술자는 이러한 임의의 실제적인 실시예의 개발에서, 시스템-관련 및 비지니스-관련 제약을 준수하는 것과 같은 개발업자의 특정 목표를 달성하기 위하여, 많은 실행-특정 결정(implementation-specific decision)이 이루어져야하고, 이는 하나의 실행에서 다른 실행으로 변한다는 것을 이해한다. 게다가, 이러한 개발 노력은 복잡하고, 시간이 소요되나, 그럼에도 불구하고 이 개시의 이점을 가진 기술분야의 통상적인 기술자에게 일상적인 작업일 수 있다.An illustrative embodiment of the present invention is described below. In the interest of clarity, not all features of an actual implementation are described in this specification. One of ordinary skill in the art would, in the development of any such practical embodiment, implement many implementation-specific decisions to achieve the developer's specific goals, such as complying with system-related and business-related constraints. Understand that it must be done, and that it changes from one run to another. In addition, this development effort is complex and time consuming, but can nevertheless be a routine task for a person skilled in the art having the benefit of this disclosure.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 실시예의 후술하는 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있고, 여기서, 도면 각각의 유사한 부분은 동일한 참조 기호로 표시된다. 본 명세서에 사용된 단어와 구는 관련 기술의 기술자에 의하여 단어와 구의 이해와 일관된 의미를 가지도록 이해되고 해석되어야 한다. 용어 또는 구의 특별한 정의, 가령, 기술분야의 기술자에 의해 이해되는 바와 같은 통상적이고 일상적인 의미와 다른 정의는 본 명세서의 용어 또는 구의 일관된 사용에 의하여 함축되도록 의도되지 않는다. 용어 또는 구가 특별한 의미, 가령, 기술적 숙련가에 의해 이해되는 것 이외의 의미 갖도록 의도되는 범위에 대하여, 이러한 특별한 정의는, 직접적이고 모호하지 않게 용어 또는 구에 대한 특별한 정의를 제공하는 정의적인 방식으로 본 명세서에 명백히 제시될 것이다. 게다가, 다양한 스트림 또는 상태가 "뜨거운", "차가운", "냉각된", "따듯한" 등 또는 다른 유사한 전문용어와 같은 용어로 언급될 수 있다. 기술분야의 기술자는 이러한 용어가, 임의의 특정 온도의 절대 측정이 아닌 또 다른 공정 스트림과 관련된 상태를 나타낸다는 것을 인식할 것이다.The invention may be better understood by reading the following description of non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings, wherein like parts of each of the drawings are denoted by the same reference signs. The words and phrases used herein should be understood and interpreted to have a meaning consistent with the understanding of the words and phrases by those skilled in the relevant art. Specific definitions of terms or phrases, such as those customary and ordinary, as understood by those skilled in the art, are not intended to be construed by the consistent use of the terms or phrases herein. To the extent that a term or phrase is intended to have a special meaning, for example, a meaning other than that understood by a technical skilled person, such special definition is in a definite manner that provides a special definition for the term or phrase, directly and unambiguously. It will be expressly set forth herein. In addition, various streams or states may be referred to in terms such as "hot", "cold", "cooled", "warm", or other similar terminology. Those skilled in the art will recognize that this term refers to a condition associated with another process stream that is not an absolute measurement of any particular temperature.

본 출원은 제련소 내의 공정 칼럼에서 나온 공정 열 부산물의 열 회수 및 사용을 위한 공정에 관한 것이고, 여기서, 이러한 열 회수는, 공정 칼럼 오버헤드 스트림에서 유기 랭킨 사이클로 (열 교환기를 사용하여) 열 에너지를 전달 또는 그렇지 않으면 안내에 의해 실현되고, 이로부터 전기가 터빈-구동식 발전기를 사용하여 파생될 수 있다. 또한, 본 출원은 이러한 공정을 실행하기 위한 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 본 발명은 현재 시스템이 가지는 상기 언급된 문제를 극복하기 위하여, 향상된 열 회수 설계 내에서 유기 랭킨 사이클 기술을 사용한다.The present application relates to a process for the heat recovery and use of process heat by-products from process columns in smelters, where such heat recovery involves the thermal energy (using heat exchangers) of organic Rankine cycles in the process column overhead stream. Realized by transmission or otherwise guidance, from which electricity can be derived using a turbine-driven generator. The present application also relates to a system for carrying out such a process. In general, the present invention uses organic Rankine cycle technology within an improved heat recovery design to overcome the above mentioned problems with current systems.

이제 도 1을 참조하면, 공정 칼럼(102)에서 나온 오버헤드 스트림(101)의 공정 열 부산물을 직접적으로 사용하기 위한 열 회수 시스템(100)이 도시된다. 공정 칼럼의 적절한 예는 증류 칼럼(distillation column)과 스트리퍼(stripper)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 어떤 예시적 실시예에서, 오버헤드 스트림(101)은 화씨(℉)로 약 170에서 약 320도 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 오버헤드 스트림(101)은 증기이고, 오버헤드 증기관을 통하여 공정 칼럼(102)을 탈출한다. 오버헤드 스트림(101)의 부분(101a)은 유기 랭킨 사이클의 작동 유체(working fluid) 스트림(103)을 가열하는데 사용될 수 있다. 어떤 예시적 실시예에서, 작동 유체 스트림(103)은 유기 유체를 포함한다. 다른 실시예에서, 작동 유체 스트림(103)은 냉각제를 포함한다. 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명이 유기 랭킨 사이클 내에서 많은 작동 유체를 사용할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 유기 랭킨 사이클 내에서 사용을 위한 작동 유체의 적절한 예는 암모니아(NH3), 브롬(Br2), 사염화탄소(CCl4), 에틸 알코올 또는 에타놀 (CH3CH20H, C2H60), 퓨란(C4H40), 헥사플루오로벤젠 또는 퍼플루오로벤젠(C6F6), 히드라진(N2H4), 메틸 알코올 또는 메타놀(CH30H), 모노클로로벤젠 또는 클로로벤젠 또는 클로로벤졸 또는 벤진 클로라이드(C6H5Cl), 엔-펜탄 또는 노말 펜탄(nC5), 아이-헥산 또는 이소헥산(iC5), 피리덴 또는 아자벤젠(C5H5N), 냉각제 11 또는 프레온 11 또는 CFC-11 또는 R-ll 또는 트리클로로플루오로메탄(CCl3F), 냉각제 12 또는 프레온 12 또는 R-12 또는 디클로로플루오로메탄(CCl2F2), 냉각제 21 또는 프레온 21 또는 CFC-21 또는 R-21 (CHCl2F), 냉각제 30 또는 프레온 30 또는 CFC-30 또는 R-30 또는 디클로로메탄 또는 메틸렌 클로라이드 또는 메틸렌 디클로라이드(CH2Cl2), 냉각제 115 또는 프레온 115 또는 CFC-115 또는 R-115 또는 클로로-펜타플루오로에탄 또는 모노클로로펜타플루오로에탄, 냉각제 123 또는 프레온 123 또는 HCFC-123 또는 R-123 또는 2,2 디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄, 냉각제 123a 또는 프레온 123a 또는 HCFC-123a 또는 R-123a 또는 1,2-디클로로-1,1,2-트리플루오로에탄, 냉각제 123b1 또는 프레온 123b1 또는 HCFC-123bl 또는 R-123b1 또는 할로탄 또는 2-브로모-2-클로로-1,1,1-트리플루오로에탄, 냉각제 134A 또는 프레온 134A 또는 HFC-134A 또는 R-134A 또는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 냉각제 150A 또는 프레온 150A 또는 CFC-150A 또는 R-150A 또는 디클로로에탄 또는 에틸렌 디클로라이드(CH3CHCl2), 티오펜(C4H4S), 톨루엔 또는 메틸벤젠 또는 페닐메탄 또는 톨루올(C7H8), 물(H20), 이산화탄소(C02)등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 어떤 예시적 실시예에서, 작동 유체는 성분의 조합을 포함할 수 있다. 가령, 상기 표시된 하나 이상의 합성물이 가령, 이소부텐과 같은 탄화수소 유체와 결합될 수 있다. 그러나, 기술분야의 기술자는 본 발명이 작동 유체 또는 냉각제의 임의의 특정 유형으로 제한되지 않다는 것을 인식할 것이다. 이와 같이, 이러한 제한이 명백하게 첨부된 청구항에 제시되지 않는다면, 본 발명은 임의의 특정한 작동 유체로 제한되도록 간주되지 않아야 한다.Referring now to FIG. 1, a heat recovery system 100 is shown for direct use of process heat byproducts of overhead stream 101 from process column 102. Suitable examples of process columns include, but are not limited to, distillation columns and strippers. In some example embodiments, overhead stream 101 has a temperature in the range of about 170 to about 320 degrees Fahrenheit (° F). In some demonstrative embodiments, overhead stream 101 is steam and exits process column 102 through an overhead steam pipe. Portion 101a of overhead stream 101 may be used to heat working fluid stream 103 of an organic Rankine cycle. In some demonstrative embodiments, the working fluid stream 103 comprises an organic fluid. In another embodiment, the working fluid stream 103 comprises a coolant. One of ordinary skill in the art will recognize that the present invention can use many working fluids in organic Rankine cycles. Suitable examples of working fluids for use in organic Rankine cycles include ammonia (NH 3), bromine (Br 2), carbon tetrachloride (CCl 4), ethyl alcohol or ethanol (CH 3 CH 20 H, C 2 H 60), furan (C 4 H 40), hexafluorobenzene or purple Fluorobenzene (C6F6), hydrazine (N2H4), methyl alcohol or methanol (CH30H), monochlorobenzene or chlorobenzene or chlorobenzol or benzine chloride (C6H5Cl), en-pentane or normal pentane (nC5), i-hexane or Isohexane (iC5), pyriden or azabenzene (C5H5N), coolant 11 or freon 11 or CFC-11 or R-ll or trichlorofluoromethane (CCl3F), coolant 12 or freon 12 or R-12 or dichlorofluoro Romethane (CCl2F2), coolant 21 or Freon 21 or CFC-21 or R-21 (CHCl2F), coolant 30 or Freon 30 or CFC-30 or R-30 or dichloromethane or methylene chloride or methylene dichloride (CH2Cl2), Refrigerant 115 Or Freon 115 or CFC-115 or R-115 or chloro-pentafluoroethane or monochloropentafluoroethane, coolant 123 or Freon 123 or HCFC-123 or R-123 or 2,2 dichloro-1,1,1 -Trifluoroethane, coolant 123a or freon 123a or HCFC-123a or R-123a or 1,2-dichloro-1,1,2-trifluoroethane, coolant 123b1 or freon 123b1 or HCFC-123bl or R-123b1 Or halotan or 2-bromo-2-chloro-1,1,1-trifluoroethane, coolant 134A or freon 134A or HFC-134A or R-134A or 1,1,1,2-tetrafluoroethane , Coolant 150A or freon 150A or CFC-150A or R-150A or dichloroethane or ethylene dichloride (CH3CHCl2), thiophene (C4H4S), toluene or methylbenzene or phenylmethane or toluol (C7H8), water (H20), Carbon dioxide (C02) and the like, but is not limited thereto. In some demonstrative embodiments, the working fluid may comprise a combination of components. For example, one or more of the compounds indicated above may be combined with a hydrocarbon fluid, such as isobutene. However, one skilled in the art will recognize that the present invention is not limited to any particular type of working fluid or coolant. As such, unless such limitations are expressly set forth in the appended claims, the present invention should not be considered limited to any particular working fluid.

오버헤드 스트림(101)의 부분(101a) 및 작동 유체 스트림(103)은, 이들이 열적으로 접촉되어서 가열된 작동 유체 스트림(106) 및 감소된 열의 오버헤드 스트림(108)을 생성하는 열 교환기(105)에 입력된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구 "열적으로 접촉"은 일반적으로 열의 공정을 통한 에너지 교환을 말하는 것이고, 스트림들의 물리적 혼합 또는 직접적인 물리적 접촉을 의미하지 않는다. 일반적으로, 오버헤드 스트림(101)에서 나온 열은 두 개의 스트림이 열적으로 접촉함에 의하여 작동 유체 스트림(103)을 가열하는데 사용되어서, 열은 오버헤드 스트림(101)에서 작동 유체 스트림(103)으로 전달된다. 열 교환기(105)는 유기 랭킨 사이클의 파트이다. 열 교환기(105)는 한 유체 스트림에서 또 다른 유체 스트림으로 열을 전달시킬 수 있는 임의 유형의 열 교환기일 수 있다. 열 교환기의 적절한 예는 히터, 베이퍼라이저, 이코노마이저 및 다른 열 회수 열 교환기를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 가령, 열 교환기(105)는 쉘-튜브형(shell-and-tube) 열 교환기, 플레이트-핀-튜브(plate-fin-tube) 코일식 열 교환기, 나관(bare tube) 또는 핀 튜브 번들(finned tube bundle), 용접된 플레이트 열 교환기 등일 수 있다. 이와 같이, 이러한 제한이 명백하게 첨부된 청구항에 제시되지 않는다면, 본 발명은 임의의 특정한 열 교환기의 유형으로 제한되도록 간주되지 않아야 한다. 어떤 예시적 실시예에서, 작동 유체 스트림(103)은 약 80 에서 약 150℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 가열된 작동 유체 스트림(106)은 약 160 에서 약 310℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 가열된 작동 유체 스트림(106)은 기화, 과열 또는 초임계화 된다. 어떤 예시적 실시예에서, 감소된 열의 오버헤드 스트림(108)은 약 90 에서 약 210℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 오버헤드 스트림(101)의 부분(101b)은 바이패스 밸브(109)를 통해 전환되고, 그 후에, 감소된 열의 오버헤드 스트림(108)과 결합되어서, 중간 오버헤드 스트림(110)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(110)은 약 90 에서 215℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 오버헤드 스트림(101)은 열 교환기(105)를 통하여 전체적으로 안내된다.The portion 101a of the overhead stream 101 and the working fluid stream 103 are heat exchangers 105 in which they are in thermal contact to produce a heated working fluid stream 106 and a reduced heat overhead stream 108. ) Is entered. As used herein, the phrase “thermally contacting” generally refers to energy exchange through the process of heat, and does not mean physical mixing or direct physical contact of streams. In general, the heat from overhead stream 101 is used to heat working fluid stream 103 by thermal contact of two streams such that heat is transferred from overhead stream 101 to working fluid stream 103. Delivered. Heat exchanger 105 is part of the organic Rankine cycle. Heat exchanger 105 may be any type of heat exchanger capable of transferring heat from one fluid stream to another. Suitable examples of heat exchangers include, but are not limited to, heaters, vaporizers, economizers, and other heat recovery heat exchangers. For example, heat exchanger 105 may be a shell-and-tube heat exchanger, plate-fin-tube coiled heat exchanger, bare tube or finned tube bundle. bundles), welded plate heat exchangers, and the like. As such, unless such limitations are expressly set forth in the appended claims, the present invention should not be considered limited to any particular type of heat exchanger. In some exemplary embodiments, the working fluid stream 103 has a temperature in the range of about 80 to about 150 ° F. In some exemplary embodiments, the heated working fluid stream 106 has a temperature in the range of about 160 to about 310 ° F. In some exemplary embodiments, the heated working fluid stream 106 is vaporized, superheated or supercritical. In some example embodiments, the reduced heat overhead stream 108 has a temperature in a range from about 90 to about 210 ° F. In some demonstrative embodiments, portion 101b of overhead stream 101 is diverted via bypass valve 109, and then combined with reduced heat overhead stream 108 to provide an intermediate overhead stream. Produce 110. In some example embodiments, the intermediate overhead stream 110 has a temperature in the range of about 90 to 215 ° F. In some demonstrative embodiments, overhead stream 101 is guided entirely through heat exchanger 105.

어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(110)의 부분(110a)은 하나 이상의 열 교화기로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 하나 이상의 열 교환기는 공랭식 응축기(112)이다. 어떤 예시적 실시예에서, 두 개의 공랭식 응축기(112)는 직렬로 나타난다. 어떤 예시적 실시예에서, 공랙식 응축기(112) 각각은 가변 주파수 구동부(113)에 의하여 제어된다. 어떤 예시적 실시예에서, 공랭식 응축기(112)는 중간 오버헤드 스트림(110)을 냉각시켜서 응축된 중간 스트림(114)를 형성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 응축된 중간 스트림(114)은 약 85 에서 약 215℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(110)의 부분(110b)은 바이패스 밸브(115)를 통해 전환되고, 그 후에, 응축된 중간 스트림(114)과 결합되어서, 중간 스트림(116)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 스트림(116)은 약 85 에서 약 215℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(110)은 공랭식 응축기(112)를 통하여 전체적으로 안내된다.In some demonstrative embodiments, portion 110a of intermediate overhead stream 110 is directed to one or more heat exchangers. In some demonstrative embodiments, the one or more heat exchangers are air cooled condensers 112. In some exemplary embodiments, two air cooled condensers 112 appear in series. In some exemplary embodiments, each of the blank condenser 112 is controlled by a variable frequency drive 113. In some exemplary embodiments, the air cooled condenser 112 cools the intermediate overhead stream 110 to form a condensed intermediate stream 114. In some exemplary embodiments, the condensed intermediate stream 114 has a temperature in the range of about 85 to about 215 ° F. In some demonstrative embodiments, portion 110b of intermediate overhead stream 110 is diverted through bypass valve 115, and then combined with condensed intermediate stream 114, intermediate stream 116. Create In some exemplary embodiments, the intermediate stream 116 has a temperature in the range of about 85 to about 215 ° F. In some exemplary embodiments, the intermediate overhead stream 110 is guided entirely through the air cooled condenser 112.

그 후에, 중간 스트림(116)은 분리기(120)로 안내된다. 어떤 실시예에서, 분리기(120)는 환류 드럼(reflux drum), 오버헤드 리시버(overhead receiver) 또는 어큐뮬레이터(accumulator)이다. 어떤 실시예에서, 분리기(120)는 중간 스트림(116)을 증기물(vapor product)과 액체물(liquid product)로 분리한다. 어떤 예시적 실시예에서, 분리기(120)는 중간 스트림(116)을 증기물 스트림(121), 경액체물 스트림(light liquid product stream, 122) 및 중액체물 스트림(heavy liquid product stream, 123)으로 분리한다. 어떤 예시적 실시예에서, 그 후에, 증기물 스트림(121)은 연료 가스 시스템 또는 경 탄화수소 회수 시스템(미도시)으로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 그 후에, 중액체물 스트림(123)은 펌프(126)로 안내되는데, 상기 펌프는 중액체물 스트림(123)을 더 높은 압력으로 펌핑해서 공정수 시스템(미도시)로 안내되는 중액체물 스트림(127)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 경액체물 스트림(122)은 환류 드럼(130)으로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 환류 드럼(130)은 가변 주파수 구동부(131)에 의해 제어된다. 환류 드럼(130)은 경액체물 스트림(122)을 더 높은 압력으로 펌핑해서 환류물 스트림(reflux product stream, 133)을 생성한다. 어떤 실시예에서, 환류물 스트림(133)의 부분(133a)는 유체관을 통해 공정 칼럼(102)으로 안내된다. 어떤 실시예에서, 환류물 스트림(133)의 부분(133b)은 가령, 나프타 또는 가솔린과 같은 경질 탄화수소 회수 시스템(미도시)으로 안내된다. 어떤 실시예에서, 환류물 스트림(133)은 전체적으로 공정 칼럼(102)으로 안내된다.Thereafter, the intermediate stream 116 is directed to the separator 120. In some embodiments, separator 120 is a reflux drum, an overhead receiver, or an accumulator. In some embodiments, separator 120 separates intermediate stream 116 into a vapor product and a liquid product. In some exemplary embodiments, separator 120 converts intermediate stream 116 into vapor stream 121, light liquid product stream 122, and heavy liquid product stream 123. Separate. In some exemplary embodiments, the vapor stream 121 is then directed to a fuel gas system or a light hydrocarbon recovery system (not shown). In some exemplary embodiments, the heavy liquid stream 123 is then directed to a pump 126, which pumps the heavy liquid stream 123 to a higher pressure to a process water system (not shown). Produces a solids stream (127). In some exemplary embodiments, the hard liquor stream 122 is directed to a reflux drum 130. In some exemplary embodiments, the reflux drum 130 is controlled by the variable frequency driver 131. The reflux drum 130 pumps the hard liquor stream 122 to a higher pressure to produce a reflux product stream 133. In some embodiments, portion 133a of reflux stream 133 is directed to process column 102 through a fluid tube. In some embodiments, portion 133b of reflux stream 133 is directed to a light hydrocarbon recovery system (not shown) such as, for example, naphtha or gasoline. In some embodiments, reflux stream 133 is directed to process column 102 as a whole.

그 후에, 가열된 작동 유체 스트림(106)의 적어도 하나의 부분(106b)은, 가열된 작동 유체 스트림(106)의 부분(106a)이 팽창되어서 팽창된 작동 유체 스트림(151)을 생성하고, 전력을 생산하는 터빈-발전기 시스템(150)으로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 팽창된 작동 유체 스트림(151)은 약 80 에서 약 300℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 실시예에서, 가열된 작동 유체 스트림(106)의 부분(106b)은 바이패스 밸브(152)를 통해 전환되고, 그 후에, 팽창된 작동 유체 스트림(151)과 결합되어서, 중간 작동 유체 스트림(155)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 작동 유체 스트림(155)은 약 80 에서 약 305℉ 범위의 온도를 가진다.Thereafter, at least one portion 106b of heated working fluid stream 106 expands portion 106a of heated working fluid stream 106 to produce expanded working fluid stream 151 and power It is directed to a turbine-generator system 150 to produce a. In some exemplary embodiments, the expanded working fluid stream 151 has a temperature in the range of about 80 to about 300 ° F. In some embodiments, portion 106b of heated working fluid stream 106 is diverted through bypass valve 152 and then combined with expanded working fluid stream 151 to provide an intermediate working fluid stream ( 155). In some exemplary embodiments, the intermediate working fluid stream 155 has a temperature in the range of about 80 to about 305 ° F.

그 후에, 중간 작동 유체 스트림(155)은 하나 이상의 공랭식 응축기(157)로 안내된다. 공랭식 응축기(157)는 유기 랭킨 사이클의 파트이다. 어떤 예시적 실시예에서, 유기 랭킨 사이클은 두 개의 공랭식 응축기(157)를 직렬로 포함한다. 어떤 예시적 실시예에서, 공랭식 응축기(157) 각각은 가변 주파수 구동부(158)에 의하여 제어된다. 공랭식 응축기는 중간 작동 유체 스트림(155)을 냉각시켜서 응축된 작동 유체 스트림(159)을 형성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 응축된 작동 유체 스트림(159)은 약 80 에서 약 150℉ 범위의 온도를 가진다.Thereafter, the intermediate working fluid stream 155 is directed to one or more air cooled condensers 157. Air-cooled condenser 157 is part of the organic Rankine cycle. In some exemplary embodiments, the organic Rankine cycle includes two air cooled condensers 157 in series. In some exemplary embodiments, each of the air cooled condensers 157 is controlled by a variable frequency drive 158. The air cooled condenser cools the intermediate working fluid stream 155 to form a condensed working fluid stream 159. In some exemplary embodiments, the condensed working fluid stream 159 has a temperature in the range of about 80 to about 150 ° F.

그 후에, 응축된 작동 유체 스트림(159)는 펌프(160)로 안내된다. 펌프(160)는 유기 랭킨 사이클의 파트이다. 어떤 예시적 실시예에서, 펌프(160)는 가변 주파수 구동부(161)에 의해 제어된다. 펌프(160)는 응축된 작동 유체 스트림(159)을 더 높은 압력으로 되돌려서(return), 열 교환기(105)로 안내되는 작동 유체 스트림(103)을 생성한다.Thereafter, the condensed working fluid stream 159 is directed to the pump 160. Pump 160 is part of an organic Rankine cycle. In some exemplary embodiments, pump 160 is controlled by variable frequency driver 161. Pump 160 returns the condensed working fluid stream 159 to a higher pressure to produce working fluid stream 103 which is directed to heat exchanger 105.

도 2는 또 다른 예시적 실시예에 따른, 공정 칼럼(102)에서 나온 오버헤드 스트림(101)의 공정 열 부산물을 직접적으로 사용하기 위한 열 회수 시스템(200)을 도시한다. 열 회수 시스템(200)은 아래 구체적으로 진술된 것을 제외하고, 상기 기술된 열 회수 시스템(100)에 관한 것과 동일하다. 간결성을 위하여, 유사한 것들은 이하에서 반복되지 않는다. 이제 도 2를 참조하면, 중간 작동 유체 스트림(155)은 하나 이상의 수냉식 응축기(257)로 안내된다. 수냉식 응축기(257)는 유기 랭킨 사이클의 파트이다. 어떤 예시적 실시예에서, 유기 랭킨 사이클은 직렬로 두 개의 수냉식 응축기(257)를 포함한다. 수냉식 응축기(257)은 중간 작동 유체 스트림(155)을 냉각시켜서 응축된 작동 유체 스트림(259)을 형성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 응축된 작동 유체 스트림(259)은 약 80 에서 약 150℉ 범위의 온도를 가진다. 그 후에, 응축된 작동 유체 스트림(259)은 펌프(160)로 안내되고, 더 높은 압력으로 되돌려서, 열 교환기(105)로 안내되는 작동 유체 스트림(103)이 생성된다.2 illustrates a heat recovery system 200 for directly using process heat byproducts of overhead stream 101 from process column 102, according to another exemplary embodiment. The heat recovery system 200 is the same as that for the heat recovery system 100 described above, except as specifically stated below. For brevity, similar ones are not repeated below. Referring now to FIG. 2, the intermediate working fluid stream 155 is directed to one or more water cooled condensers 257. Water-cooled condenser 257 is part of the organic Rankine cycle. In some exemplary embodiments, the organic Rankine cycle includes two water cooled condensers 257 in series. Water-cooled condenser 257 cools intermediate working fluid stream 155 to form condensed working fluid stream 259. In some exemplary embodiments, the condensed working fluid stream 259 has a temperature in the range of about 80 to about 150 ° F. Thereafter, the condensed working fluid stream 259 is directed to the pump 160, and returned to a higher pressure to produce a working fluid stream 103 that is directed to the heat exchanger 105.

도 3은 예시적 실시예에 따른, 공정 칼럼(302)에서 나온 오버헤드 스트림(301)의 공정 열 부산물을 간접적으로 사용하기 위한 열 회수 시스템(300)을 도시한다. 오버헤드 스트림(301)의 부분(301a)는 중간 작동 유체 스트림(303)을 가열하는데 사용될 수 있다. 오버헤드 스트림(301)의 부분(301a)은 중간 작동 유체 스트림(303)과 열적으로 접촉되어서, 열을 오버헤드 스트림(301)에서 중간 작동 유체 스트림(303)으로 전달한다. 중간 작동 유체 스트림(303)의 적절한 예는 물, 글리콜, 써미놀 유체(therminol fluid), 알칸, 알켄, 클로로플루오로카본, 히드로플루오로카본, 이산화탄소(CO2), 냉각제 및 다른 탄화수소 성분과의 혼합물을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 기술분야의 기술자는 본 발명이 중간 작동 유체의 임의의 특정 유형으로 제한되지 않다는 것을 인식할 것이다. 이와 같이, 이러한 제한이 명백하게 첨부된 청구항에 제시되지 않는다면, 본 발명은 임의의 특정한 중간 작동 유체로 제한되도록 간주되지 않아야 한다. 오버헤드 스트림(301)의 부분(301a) 및 중간 작동 유체 스트림(303)은 열 교환기(305)로 입력되어서, 가열된 중간 작동 유체 스트림(306) 및 감소된 열의 오버헤드 스트림(308)을 생성한다. 일반적으로, 오버헤드 스트림(301)에서 나온 열은 중간 작동 유체 스트림(303)을 가열하는데 사용된다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 작동 유체 스트림(303)은 약 85 에서 약 155℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 가열된 중간 작동 유체 스트림(306)은 약 165 에서 약 315℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 감소된 열의 오버헤드 스트림(308)은 약 90 에서 약 210℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 오버헤드 스트림(301)의 부분(301b)은 바이패스 밸브(309)를 통해 전환되고, 그 후에, 감소된 열의 오버헤드 스트림(308)과 결합되어서, 중간 오버헤드 스트림(310)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(310)은 약 90 에서 약 215℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 오버헤드 스트림(301)은 열 교환기(305)를 통하여 전체적으로 안내된다.3 illustrates a heat recovery system 300 for indirectly using process heat byproducts of the overhead stream 301 from the process column 302, according to an exemplary embodiment. Portion 301a of overhead stream 301 may be used to heat intermediate working fluid stream 303. Portion 301a of overhead stream 301 is in thermal contact with intermediate working fluid stream 303 to transfer heat from overhead stream 301 to intermediate working fluid stream 303. Suitable examples of intermediate working fluid streams 303 include water, glycols, thermonol fluids, alkanes, alkenes, chlorofluorocarbons, hydrofluorocarbons, carbon dioxide (CO2), coolants and mixtures with other hydrocarbon components. Including, but not limited to. Those skilled in the art will appreciate that the present invention is not limited to any particular type of intermediate working fluid. As such, unless such limitations are expressly set forth in the appended claims, the present invention should not be considered limited to any particular intermediate working fluid. Portion 301a of overhead stream 301 and intermediate working fluid stream 303 are input to heat exchanger 305 to produce heated intermediate working fluid stream 306 and reduced heat overhead stream 308. do. Generally, heat from overhead stream 301 is used to heat intermediate working fluid stream 303. In some exemplary embodiments, the intermediate working fluid stream 303 has a temperature in the range of about 85 to about 155 ° F. In some exemplary embodiments, the heated intermediate working fluid stream 306 has a temperature in the range of about 165 to about 315 ° F. In some example embodiments, the reduced heat overhead stream 308 has a temperature in a range from about 90 to about 210 ° F. In some demonstrative embodiments, portion 301b of overhead stream 301 is diverted through bypass valve 309 and then combined with reduced heat overhead stream 308 to provide an intermediate overhead stream. Generate 310. In some example embodiments, the intermediate overhead stream 310 has a temperature in a range from about 90 to about 215 ° F. In some demonstrative embodiments, overhead stream 301 is guided entirely through heat exchanger 305.

어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(310)의 부분(310a)는 하나 이상의 열 교환기로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 하나 이상의 열 교환기는 공랭식 응축기(312)이다. 어떤 예시적 실시예에서, 어떤 예시적 실시예에서, 두 개의 공랭식 응축기(312)는 직렬로 나타난다. 어떤 예시적 실시예에서, 공랙식 응축기(312) 각각은 가변 주파수 구동부(313)에 의하여 제어된다. 어떤 예시적 실시예에서, 공랭식 응축기(312)는 중간 오버헤드 스트림(310)을 냉각시켜서 응축된 중간 스트림(314)를 형성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 응축된 중간 스트림(314)은 약 85 에서 약 215℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(310)의 부분(310b)은 바이패스 밸브(315)를 통해 전환되고, 그 후에, 응축된 중간 스트림(314)과 결합되어서, 중간 스트림(316)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 스트림(316)은 약 85 에서 약 215℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 오버헤드 스트림(310)은 공랭식 응축기(312)를 통하여 전체적으로 안내된다.In some demonstrative embodiments, portion 310a of intermediate overhead stream 310 is directed to one or more heat exchangers. In some demonstrative embodiments, the one or more heat exchangers are air cooled condensers 312. In some exemplary embodiments, in some exemplary embodiments, two air cooled condensers 312 are shown in series. In some exemplary embodiments, each of the empty condenser 312 is controlled by a variable frequency drive 313. In some exemplary embodiments, the air cooled condenser 312 cools the intermediate overhead stream 310 to form a condensed intermediate stream 314. In some exemplary embodiments, the condensed intermediate stream 314 has a temperature in the range of about 85 to about 215 ° F. In some demonstrative embodiments, portion 310b of intermediate overhead stream 310 is diverted via bypass valve 315, and then combined with condensed intermediate stream 314 to intermediate stream 316. Create In some exemplary embodiments, the intermediate stream 316 has a temperature in the range of about 85 to about 215 ° F. In some exemplary embodiments, the intermediate overhead stream 310 is guided entirely through the air cooled condenser 312.

그 후에, 중간 스트림(316)은 분리기(320)로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 분리기(320)는 중간 스트림(316)을 증기물 스트림(321), 경액체물 스트림(322) 및 중액체물 스트림(323)으로 분리한다. 어떤 예시적 실시예에서, 그 후에, 중액체물 스트림(323)은 펌프(326)로 안내되는데, 상기 펌프는 중액체물 스트림(323)을 더 높은 압력으로 펌핑해서 중액체물 스트림(327)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 경액체물 스트림(322)은 환류 드럼(330)으로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 환류 드럼(330)은 가변 주파수 구동부(331)에 의해 제어된다. 환류 드럼(330)은 경액체물 스트림(322)을 더 높은 압력으로 펌핑해서 환류물 스트림(333)을 생성한다. 어떤 실시예에서, 환류물 스트림(333)의 부분(333a)는 유체관을 통해 공정 칼럼(302)으로 안내된다. 어떤 실시예에서, 환류물 스트림(133)의 부분(333b)은 경질 탄화수소 회수 시스템(미도시)으로 안내된다. 어떤 실시예에서, 환류물 스트림(333)은 전체적으로 공정 칼럼(302)으로 안내된다.Thereafter, the intermediate stream 316 is directed to the separator 320. In some exemplary embodiments, separator 320 separates intermediate stream 316 into vapor stream 321, hard liquor stream 322 and heavy liquor stream 323. In some exemplary embodiments, the solids stream 323 is then directed to a pump 326, which pumps the solids stream 323 to a higher pressure to produce the solids stream 327. . In some exemplary embodiments, the hard liquor stream 322 is directed to a reflux drum 330. In some exemplary embodiments, the reflux drum 330 is controlled by the variable frequency driver 331. The reflux drum 330 pumps the hard liquor stream 322 to a higher pressure to produce a reflux stream 333. In some embodiments, portion 333a of reflux stream 333 is directed to process column 302 through a fluid tube. In some embodiments, portion 333b of reflux stream 133 is directed to a light hydrocarbon recovery system (not shown). In some embodiments, reflux stream 333 is directed to process column 302 as a whole.

그 후에, 가열된 중간 작동 유체 스트림(306)은 열 교환기(335)로 안내되고, 유기 랭킨 사이클의 작동 유체 스트림(336)을 가열하여 가열된 작동 유체 스트림(337) 및 감소된 열의 중간 작동 유체 스트림(338)을 생성한다. 가열된 중간 작동 유체 스트림(306)은 작동 유체 스트림(336)과 열적으로 접촉되어서, 열을 가열된 중간 작동 유체 스트림(306)에서 작동 유체 스트림(336)으로 전달한다. 어떤 예시적 실시예에서, 작동 유체 스트림(336)은 유기 유체 또는 냉각제를 포함한다. 어떤 예시적 실시예에서, 작동 유체 스트림(336)은 약 80 에서 약 150℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 가열된 작동 유체 스트림(337)은 약 160 에서 약 310℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 가열된 작동 유체 스트림(337)은 기화, 과열 또는 초임계화 된다. 어떤 예시적 실시예에서, 열이 가열된 중간 작동 유체 스트림(338)은 약 85 에서 약 155℉ 범위의 온도를 가진다.Thereafter, the heated intermediate working fluid stream 306 is directed to a heat exchanger 335 and heats the working fluid stream 336 of the organic Rankine cycle to heat the heated working fluid stream 337 and the reduced heat intermediate working fluid. Generate stream 338. The heated intermediate working fluid stream 306 is in thermal contact with the working fluid stream 336 to transfer heat from the heated intermediate working fluid stream 306 to the working fluid stream 336. In some exemplary embodiments, the working fluid stream 336 includes an organic fluid or coolant. In some example embodiments, the working fluid stream 336 has a temperature in a range from about 80 to about 150 ° F. In some exemplary embodiments, the heated working fluid stream 337 has a temperature in the range of about 160 to about 310 ° F. In some exemplary embodiments, the heated working fluid stream 337 is vaporized, superheated or supercritical. In some exemplary embodiments, the heated intermediate working fluid stream 338 has a temperature in the range of about 85 to about 155 ° F.

그 후에, 감소된 열의 중간 작동 유체 스트림(338)은 펌프(342)로 안내된다. 어떤 예시적 실시예에서, 펌프(342)는 가변 주파수 구동부(미도시)에 의하여 제어된다. 펌프(342)는 감소된 열의 중간 작동 유체 스트림(338)을 더 높은 압력으로 되돌려서, 열 교환기(305)로 입력되는 중간 작동 유체 스트림(303)이 생성된다.Thereafter, the reduced heat intermediate working fluid stream 338 is directed to the pump 342. In some exemplary embodiments, pump 342 is controlled by a variable frequency driver (not shown). The pump 342 returns the reduced heat of the intermediate working fluid stream 338 to a higher pressure, resulting in an intermediate working fluid stream 303 entering the heat exchanger 305.

그 후에, 가열된 작동 유체 스트림(337)의 적어도 하나의 부분(337a)은, 유기 랭킨 사이클의 파트인 터빈-발전기 시스템(350)으로 안내된다. 가열된 작동 유체 스트림(337)의 부분(337a)은 터빈-발전기 시스템(350)에서 팽창되어서, 팽창된 작동 유체 스트림(351)을 생성하고, 전력을 생산한다. 어떤 예시적 실시예에서, 팽창된 작동 유체 스트림(351)은 약 80 에서 약 300℉ 범위의 온도를 가진다. 어떤 예시적 실시예에서, 터빈-발전기 시스템(350)은 전기 또는 전기적 전력을 생산한다. 어떤 다른 실시예에서, 터빈-발전기 시스템(350)은 기계적 전력을 생산한다. 어떤 예시적 실시예에서, 가열된 작동 유체 스트림(337)의 부분(337b)은 바이패스 밸브(352)를 통해 전환되고, 그 후에, 팽창된 작동 유체 스트림(351)과 결합되어서, 중간 작동 유체 스트림(355)을 생성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 중간 작동 유체 스트림(355)은 약 80 에서 약 305℉ 범위의 온도를 가진다.Thereafter, at least one portion 337a of the heated working fluid stream 337 is directed to a turbine-generator system 350 that is part of an organic Rankine cycle. Portion 337a of heated working fluid stream 337 is expanded in turbine-generator system 350 to produce expanded working fluid stream 351 and to produce power. In some exemplary embodiments, the expanded working fluid stream 351 has a temperature in the range of about 80 to about 300 ° F. In some demonstrative embodiments, turbine-generator system 350 produces electrical or electrical power. In some other embodiments, turbine-generator system 350 produces mechanical power. In some exemplary embodiments, portion 337b of heated working fluid stream 337 is diverted through bypass valve 352 and then combined with expanded working fluid stream 351 to provide intermediate working fluid. Generate stream 355. In some exemplary embodiments, the intermediate working fluid stream 355 has a temperature in the range of about 80 to about 305 ° F.

그 후에, 중간 작동 유체 스트림(355)은 하나 이상의 공랭식 응축기(357)로 안내된다. 공랭식 응축기(357)는 유기 랭킨 사이클의 파트이다. 어떤 예시적 실시예에서, 유기 랭킨 사이클은 두 개의 공랭식 응축기(357)를 직렬로 포함한다. 어떤 예시적 실시예에서, 공랭식 응축기(357) 각각은 가변 주파수 구동부(358)에 의하여 제어된다. 공랭식 응축기(357)는 중간 작동 유체 스트림(355)을 냉각시켜서 응축된 작동 유체 스트림(359)을 형성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 응축된 작동 유체 스트림(359)은 약 80 에서 약 150℉ 범위의 온도를 가진다.Thereafter, the intermediate working fluid stream 355 is directed to one or more air cooled condensers 357. Air-cooled condenser 357 is part of the organic Rankine cycle. In some exemplary embodiments, the organic Rankine cycle includes two air cooled condensers 357 in series. In some exemplary embodiments, each of the air cooled condensers 357 is controlled by a variable frequency drive 358. The air cooled condenser 357 cools the intermediate working fluid stream 355 to form a condensed working fluid stream 359. In some exemplary embodiments, the condensed working fluid stream 359 has a temperature in the range of about 80 to about 150 ° F.

그 후에, 응축된 작동 유체 스트림(359)는 펌프(360)로 안내된다. 펌프(360)는 유기 랭킨 사이클의 파트이다. 어떤 예시적 실시예에서, 펌프(360)는 가변 주파수 구동부(361)에 의해 제어된다. 펌프(360) 응축된 작동 유체 스트림(359)을 더 높은 압력으로 되돌려서, 열 교환기(335)로 안내되는 작동 유체 스트림(336)을 생성된다.Thereafter, the condensed working fluid stream 359 is directed to the pump 360. Pump 360 is part of the organic Rankine cycle. In some exemplary embodiments, pump 360 is controlled by variable frequency driver 361. Pump 360 returns the condensed working fluid stream 359 to a higher pressure to produce a working fluid stream 336 that is directed to heat exchanger 335.

도 4는 또 다른 예시적 실시예에 따른, 공정 칼럼(302)에서 나온 오버헤드 스트림(301)의 공정 열 부산물을 직접적으로 사용하기 위한 열 회수 시스템(400)을 도시한다. 열 회수 시스템(400)은 아래 구체적으로 진술된 것을 제외하고, 상기 기술된 열 회수 시스템(300)에 관한 것과 동일하다. 간결성을 위하여, 유사한 것들은 이하에서 반복되지 않는다. 이제 도 4를 참조하면, 중간 작동 유체 스트림(355)은 하나 이상의 수냉식 응축기(457)로 안내된다. 수냉식 응축기(457)는 유기 랭킨 사이클의 파트이다. 어떤 예시적 실시예에서, 유기 랭킨 사이클은 직렬로 두 개의 수냉식 응축기(457)를 포함한다. 수냉식 응축기(457)은 중간 작동 유체 스트림(355)을 냉각시켜서 응축된 작동 유체 스트림(459)을 형성한다. 어떤 예시적 실시예에서, 응축된 작동 유체 스트림(459)은 약 80 에서 약 150℉ 범위의 온도를 가진다. 그 후에, 응축된 작동 유체 스트림(459)은 펌프(360)로 안내되고, 더 높은 압력으로 되돌려서, 열 교환기(335)로 안내되는 작동 유체 스트림(336)을 생성된다.4 illustrates a heat recovery system 400 for directly using process heat by-products of the overhead stream 301 from the process column 302, according to another exemplary embodiment. The heat recovery system 400 is the same as that for the heat recovery system 300 described above, except as specifically stated below. For brevity, similar ones are not repeated below. Referring now to FIG. 4, the intermediate working fluid stream 355 is directed to one or more water cooled condensers 457. Water-cooled condenser 457 is part of the organic Rankine cycle. In some exemplary embodiments, the organic Rankine cycle includes two water cooled condensers 457 in series. Water-cooled condenser 457 cools intermediate working fluid stream 355 to form condensed working fluid stream 459. In some exemplary embodiments, the condensed working fluid stream 459 has a temperature in a range from about 80 to about 150 ° F. Thereafter, the condensed working fluid stream 459 is directed to the pump 360 and back to a higher pressure to produce a working fluid stream 336 that is directed to the heat exchanger 335.

일반적으로, 본 출원은 유기 랭킨 사이클을 가지고, 공정 칼럼에서 나온 오버헤드 스트림 내의 열 부산물을 사용하여, 전기적 및/또는 기계적 전력을 생성하기 위한 직접 및 간접적인 열 회수 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예시적 시스템은 공정 칼럼에서 나온 오버헤드 스트림, 히터 또는 열 교환기, 터빈-발전기 세트, 응축기 열 교환기 및 펌프를 포함할 수 있다. 본 발명의 시스템의 전반적인 효율성은 종래의 시스템보다 증가되는데, 왜냐하면, 통상 대기로 버려지는 오버헤드 응축기 효율(duty)이 (냉각 팬을 작동시키는 추가 비용과 함께) 이제 전력으로 회수되기 때문이다. 또한, 칼럼의 전반적인 오버헤드 냉각 용량을 증가시키기 위한 유기 랭킨 사이클 응축기를 사용한 직렬인 기존의 열 교환기의 일부 또는 전부를 연속적으로 작동시킴에 의하여, 후술하는 장점이 실현될 수 있다. (1) 공정 칼럼의 처리량이 트레이의 충분한 유압 용량으로 증가될 수 있고, (2) 공정 칼럼 오버헤드 압력이 감소될 수 있다. 이 후자의 장점에 관하여, 일반적으로, 이러한 압력 감소는 액체 성분과 관련된 휘발성을 증가시킨다. 이는, 제련소에서 전형적으로 발견되는 바와 같이, 분리를 개선시켜서, 더욱 가치있는 중간 보일링 액체물(intermediate boilinng liquid product)을 칼럼 사이드스트림(sidestream)으로부터 얻어낼 수 있을 것이다. 대안적으로, 동일하게 분배된 액체물은 낮은 환류비(reflux ratio)에서 유지될 수 있어서, 이에 따라, 감소된 리보일러 열 입력의 형태로 에너지를 절약한다. 유사한 이점이, 단지 두 개의 액체물을 가진 석유 화학 공장 칼럼에 적용된다. 제품(product)의 순도는 동일한 칼럼 열 입력으로 개선될 수 있고, 또는 기존의 제품 순도를 유지하면서, 에너지는 리보일러 열 입력을 감소시킴에 의하여 절약될 수 있다.In general, the present application is directed to direct and indirect heat recovery systems and methods for generating electrical and / or mechanical power, using organic by-products and heat byproducts in overhead streams from process columns. Exemplary systems may include overhead streams from a process column, heaters or heat exchangers, turbine-generator sets, condenser heat exchangers, and pumps. The overall efficiency of the system of the present invention is increased over conventional systems, since the overhead condenser duty, which is typically thrown into the atmosphere, is now recovered to power (with the additional cost of operating the cooling fan). In addition, by continuously operating some or all of the existing heat exchangers in series using an organic Rankine cycle condenser to increase the overall overhead cooling capacity of the column, the advantages described below can be realized. The throughput of the process column can be increased to a sufficient hydraulic capacity of the tray, and the process column overhead pressure can be reduced. With regard to this latter advantage, this pressure reduction generally increases the volatility associated with the liquid component. This may improve separation, as is typically found in smelters, so that more valuable intermediate boilinng liquid products may be obtained from the column sidestream. Alternatively, the equally dispensed liquid can be maintained at a low reflux ratio, thus saving energy in the form of reduced reboiler heat input. Similar advantages apply to petrochemical plant columns with only two liquids. The purity of the product can be improved with the same column heat input, or energy can be saved by reducing the reboiler heat input while maintaining the existing product purity.

그러므로, 본 발명은 언급됨은 물론 그 안에 내재된 목적 및 장점을 달성하는데 잘 부합된다. 본 발명이 본 명세서의 내용의 이익을 가지는 기술분야의 숙련가에게 명백하고, 다르나 동등한 방식으로 수정되고 실시될 수 있는 것 처럼, 상기 개시된 특정 실시예는 단지 설명적일 뿐이다. 기술분야의 숙련가에 의해 많은 변화가 있을 수 있지만, 이러한 변화는 첨부된 청구항에 의해 정의된 바와 같이, 본 발명의 사상 내에 포함된다. 더욱이, 아래 청구항에서 기술된 것 이외에, 본 명세서에 도시된 구성 또는 설계의 설명에 대하여 어떠한 제한이 의도되지 않는다. 그러므로, 상기 개시된 특정 설명적인 실시예는 변경되거나 수정될 수 있고, 이러한 모든 변형은 본 발명의 범위 및 사상 이내라고 간주되는 것은 명백하다. 청구항 내의 용어는, 특허권자에 의해 설명적이고 명백하게 정의되지 않는다면, 상기 용어의 분명하고 일반적인 의미를 가진다.
Therefore, the present invention is well-suited to achieving the objects and advantages inherent therein as well as those mentioned. The specific embodiments disclosed above are merely illustrative, as the invention is apparent to those skilled in the art having the benefit of the teachings herein and may be modified and practiced in different but equivalent ways. While many changes can be made by those skilled in the art, such changes are included within the spirit of the invention, as defined by the appended claims. Moreover, no limitation is intended to the description of the construction or design shown herein, other than as described in the claims below. Therefore, it is apparent that the specific illustrative embodiments disclosed above may be changed or modified, and all such modifications are considered to be within the scope and spirit of the present invention. The terminology in the claims shall have the clear and general meaning of the term unless descriptive and clearly defined by the patentee.

Claims (20)

제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법에 있어서,
상기 회수 방법은 제1 서브공정 및 제2 서브 공정을 포함하고,
상기 제1 서브 공정은,
a) 오버헤드 스트림의 적어도 하나의 부분을 상기 공정 칼럼 유닛에서 히터로 안내하는 단계;
b) 상기 히터에서 상기 오버헤드 스트림을 작동 유체와 열적으로 접촉시켜서, 오버헤드 스트림을 냉각하여 감소된 열의 오버헤드 스트림을 형성하는 단계;
c) 감소된 열의 오버헤드 스트림의 적어도 일부분을 적어도 하나의 제1 열 교환기에 통과시켜서, 냉각된 중간물을 형성하는 단계;
d) 냉각된 중간물을 분리기로 안내하는 단계, 여기서, 냉각된 중간물은 증기 스트림과 적어도 하나의 액체 스트림으로 분리됨;
e) 적어도 하나의 액체 스트림의 적어도 일 부분을 적어도 하나의 제1 펌프에 통과시켜서, 환류 유체(reflux fluid)를 형성하는 단계; 및
f) 적어도 일부의 환류 유체를 상기 공정 칼럼 유닛 내로 안내하는 단계를 포함하고,
상기 제2 서브 공정은,
g) 상기 히터에서 작동 유체를 가열하여 가열된 작동 유체를 형성하는 단계;
h) 가열된 작동 유체를 터빈에 통과시켜서, 팽창된 작동 유체를 형성하는 단계, 여기서, 가열된 작동 유체를 터빈에 통과시켜 전기 및 기계적 전력 중 하나의 생성을 위한 발전기를 구동시킴;
i) 팽창된 작동 유체를 적어도 하나의 제2 열 교환기에 통과시켜서, 응축된 작동 유체를 형성하는 단계; 및
j) 응축된 작동 유체를 적어도 하나의 제2 펌프에 통과시켜서, 상기 작동 유체를 형성하는 단계를 포함하되,
여기서, 제1 및 제2 서브 공정은 히터를 통해 연결되고, 제1 및 제2 서브 공정은 동시에 발생하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.In a method for recovering heat from a process column unit in a smelter,
The recovery method comprises a first sub-process and a second sub-process,
The first sub-process,
a) directing at least one portion of an overhead stream from said process column unit to a heater;
b) thermally contacting the overhead stream with a working fluid in the heater to cool the overhead stream to form a reduced heat overhead stream;
c) passing at least a portion of the reduced heat overhead stream through at least one first heat exchanger to form a cooled intermediate;
d) directing the cooled intermediate to a separator, wherein the cooled intermediate is separated into a vapor stream and at least one liquid stream;
e) passing at least a portion of the at least one liquid stream through at least one first pump to form a reflux fluid; And
f) directing at least some of the reflux fluid into the process column unit,
The second sub-process,
g) heating the working fluid in the heater to form a heated working fluid;
h) passing the heated working fluid through the turbine to form an expanded working fluid, wherein the heated working fluid is passed through the turbine to drive a generator for the generation of either electrical or mechanical power;
i) passing the expanded working fluid through at least one second heat exchanger to form a condensed working fluid; And
j) passing the condensed working fluid through at least one second pump to form the working fluid,
Wherein the first and second sub-processes are connected via a heater, and the first and second sub-processes occur at the same time. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 서브 공정은 폐쇄된 루프의 유기 랭킨 사이클인, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
And said second sub-process is a closed loop organic Rankine cycle. 제 1 항에 있어서,
상기 작동 유체는 유기 작동 유체인, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
And the working fluid is an organic working fluid. 제 1 항에 있어서,
상기 작동 유체는 냉각제인, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
And said working fluid is a coolant. 제 1 항에 있어서,
상기 작동 유체를 가열하여, 가열된 작동 유체를 형성하는 단계는 작동 유체를 증발시키는 단계를 포함하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
Heating the working fluid to form a heated working fluid comprises evaporating the working fluid. 제 1 항에 있어서,
상기 작동 유체를 가열하여, 가열된 작동 유체를 형성하는 단계는 초임계 공정에서 작동 유체를 증발시키는 단계를 포함하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
Heating the working fluid to form a heated working fluid comprises evaporating the working fluid in a supercritical process. 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 열 교환기는 공랭식 응축기와 수냉식 응축기로 구성된 그룹에서 선택되는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
Wherein said at least one first heat exchanger is selected from the group consisting of an air-cooled condenser and a water-cooled condenser. 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 열 교환기는 공랭식 응축기와 수냉식 응축기로 구성된 그룹에서 선택되는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
Wherein said at least one second heat exchanger is selected from the group consisting of an air-cooled condenser and a water-cooled condenser. 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유체 스트림은 중액체 스트림(heavy liquid stream) 및 경액체 스트림(light liquid stream)을 포함하되, 여기서, 경액체 스트림은 적어도 하나의 제1 펌프에 통과되어서, 환류 액체를 형성하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.The method of claim 1,
The at least one fluid stream comprises a heavy liquid stream and a light liquid stream, wherein the hard liquid stream is passed through at least one first pump to form a reflux liquid, A method for recovering heat from process column units in a smelter. 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법에 있어서,
상기 회수 방법은 제1 서브공정, 제2 서브 공정 및 제3 서브 공정을 포함하고,
상기 제1 서브 공정은,
a) 오버헤드 스트림의 적어도 하나의 부분을 상기 공정 칼럼 유닛에서 제1 히터로 안내하는 단계;
b) 상기 제1 히터에서 오버헤드 스트림을 제1 작동 유체와 열적으로 접촉시켜서, 오버헤드 스트림을 냉각하여 감소된 열의 오버헤드 스트림을 형성하는 단계;
c) 적어도 일부의 감소된 열의 오버헤드 스트림을 적어도 하나의 제1 열 교환기에 통과시켜서, 냉각된 중간물을 형성하는 단계;
d) 냉각된 중간물을 분리기로 안내하는 단계, 여기서, 상기 냉각된 중간물은 증기 스트림과 적어도 하나의 액체 스트림으로 분리됨;
e) 적어도 하나의 액체 스트림의 적어도 일부분을 적어도 하나의 제1 펌프에 통과시켜서, 환류 유체를 형성하는 단계; 및
f) 적어도 일부의 환류 유체를 상기 증류 유닛 내로 안내하는 단계를 포함하고,
상기 제2 서브 공정은,
g) 상기 제1 히터에서 제1 작동 유체를 가열하여, 제1 가열된 작동 유체를 형성하는 단계;
h) 제1 가열된 작동 유체를 제2 히터로 안내하는 단계;
i) 상기 제2 히터에서 제1 가열된 작동 유체를 제2 작동 유체와 열적으로 접촉시켜서, 제1 가열된 작동 유체를 냉각하여 제1 냉각된 작동 유체를 형성하는 단계; 및
j) 제1 냉각된 작동 유체를 제2 펌프에 통과시켜서, 상기 제1 작동 유체를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제3 서브 공정은
k) 상기 제2 히터에서 제2 작동 유체를 가열하여, 제2 가열된 작동 유체를 형성하는 단계;
l) 제2 가열된 작동 유체를 터빈에 통과시켜서, 팽창된 작동 유체를 형성하는 단계, 여기서 상기 제2 가열된 작동 유체를 터빈에 통과시켜 전기 및 기계적 전력 중 하나의 생성을 위한 발전기를 구동시킴;
m) 팽창된 작동 유체를 적어도 하나의 제2 열 교환기에 통과시켜서, 응축된 작동 유체를 형성하는 단계; 및
n) 응축된 작동 유체를 적어도 하나의 제2 펌프에 통과시켜서, 상기 제2 작동 유체를 형성하는 단계를 포함하되,
여기서, 제1 및 제2 서브 공정은 제1 히터를 통해 연결되고, 제2 및 제3 서브 공정은 제2 히터를 통해 연결되며, 제1, 제2 및 제3 서브 공정은 동시에 발생하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.In a method for recovering heat from a process column unit in a smelter,
The recovery method includes a first sub-process, a second sub-process, and a third sub-process,
The first sub-process,
a) directing at least one portion of an overhead stream from said process column unit to a first heater;
b) thermally contacting the overhead stream with a first working fluid in the first heater to cool the overhead stream to form an overhead stream of reduced heat;
c) passing at least some of the reduced heat overhead stream through at least one first heat exchanger to form a cooled intermediate;
d) directing the cooled intermediate to a separator, wherein the cooled intermediate is separated into a vapor stream and at least one liquid stream;
e) passing at least a portion of the at least one liquid stream through at least one first pump to form a reflux fluid; And
f) directing at least some of the reflux fluid into the distillation unit,
The second sub-process,
g) heating a first working fluid in the first heater to form a first heated working fluid;
h) directing the first heated working fluid to a second heater;
i) thermally contacting a first heated working fluid with a second working fluid in the second heater to cool the first heated working fluid to form a first cooled working fluid; And
j) passing a first cooled working fluid through a second pump to form the first working fluid,
The third sub process
k) heating a second working fluid in the second heater to form a second heated working fluid;
l) passing a second heated working fluid through the turbine to form an expanded working fluid, wherein the second heated working fluid is passed through the turbine to drive a generator for the generation of either electrical or mechanical power. ;
m) passing the expanded working fluid through at least one second heat exchanger to form a condensed working fluid; And
n) passing the condensed working fluid through at least one second pump to form the second working fluid,
Here, the first and second sub-processes are connected through a first heater, the second and third sub-processes are connected through a second heater, the first, second and third sub-processes occur simultaneously. For recovering heat from the process column unit in the process. 제 10 항에 있어서,
상기 제2 작동 유체는 유기 작동 유체인, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.11. The method of claim 10,
And the second working fluid is an organic working fluid. 제 10 항에 있어서,
상기 제2 작동 유체는 냉각제인, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.11. The method of claim 10,
And the second working fluid is a coolant. 제 10 항에 있어서,
상기 제2 작동 유체를 가열하여, 제2 가열된 작동 유체를 형성하는 단계는 제2 작동 유체를 증발시키는 단계를 포함하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.11. The method of claim 10,
Heating the second working fluid to form a second heated working fluid comprises evaporating a second working fluid. 제 10 항에 있어서,
상기 제2 작동 유체를 가열하여, 제2 가열된 작동 유체를 형성하는 단계는 초임계 공정에서 제2 작동 유체를 증발시키는 단계를 포함하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.11. The method of claim 10,
Heating the second working fluid to form a second heated working fluid comprises evaporating the second working fluid in a supercritical process. 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 열 교환기는 공랭식 응축기와 수냉식 응축기로 구성된 그룹에서 선택되는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.11. The method of claim 10,
Wherein said at least one first heat exchanger is selected from the group consisting of an air-cooled condenser and a water-cooled condenser. 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 열 교환기는 공랭식 응축기와 수냉식 응축기로 구성된 그룹에서 선택되는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.11. The method of claim 10,
Wherein said at least one second heat exchanger is selected from the group consisting of an air-cooled condenser and a water-cooled condenser. 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유체 스트림은 중액체 스트림 및 경액체 스트림을 포함하되, 여기서, 상기 경액체 스트림은 적어도 하나의 제1 펌프에 통과되어서, 환류 액체를 형성하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛으로부터 나온 열을 회수하기 위한 방법.11. The method of claim 10,
The at least one fluid stream comprises a solid liquid stream and a hard liquid stream, wherein the hard liquid stream passes through at least one first pump to form heat from a process column unit in a smelter that forms reflux liquid. Method for recovery. 제련소에서 공정 칼럼 유닛에서 나온 열을 회수하는 시스템에 있어서,
상기 회수 시스템은
a) 오버헤드 스트림을 가진 공정 칼럼 유닛;
b) 상기 공정 칼럼 유닛과 연결된 오버헤드 관(conduit);
c) 상기 오버헤드 관을 통하여 오버헤드 스트림을 전달받고, 냉각된 중간물을 형성하기 위하여 오버헤드 스트림을 냉각시키는 하나 이상의 공기 냉각기;
d) 냉각된 중간물을 전달받고, 냉각된 중간물을 증기물과 액체물로 분리시키는 분리기;
e) 상기 액체물의 적어도 일부분을 공정 칼럼 유닛으로 되돌리기 위한 유체관; 및
f) 유기 랭킨 사이클 서브시스템을 포함하고,
상기 서브 시스템은,
i) 상기 오버헤드 스트림이 하나 이상의 공기 냉각기로 안내되기 이전에, 상기 오버헤드 관과 열적으로 연결되는 열 교환기;
ii) 작동 유체를 포함하는 유기 랭킨 사이클 흐름 라인, 여기서, 상기 흐름 라인은 열 교환기와 열적으로 연결되고, 열 교환기는 가열된 작동 유체를 형성하기 위한 작동 유체를 가열하기 위하여, 열 에너지를 오버헤드 스트림에서 작동 유체로 전달함;
iii) 터빈-계 발전기, 전기 및 기계적 전력 중 하나를 생산하기 위한 가열된 작동 유체가 통과되는 터빈임;
iv) 응축된 작동 유체를 형성하기 위한 가열된 작동 유체를 응축하기 위한 하나 이상의 응축기를 포함하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛에서 나온 열을 회수하는 시스템.In a system for recovering heat from a process column unit in a smelter,
The recovery system
a) a process column unit with an overhead stream;
b) an overhead conduit connected with said process column unit;
c) one or more air coolers receiving an overhead stream through the overhead tube and cooling the overhead stream to form a cooled intermediate;
d) a separator for receiving the cooled intermediate and separating the cooled intermediate into vapor and liquid water;
e) a fluid conduit for returning at least a portion of said liquid to the process column unit; And
f) an organic Rankine cycle subsystem,
The subsystem,
i) a heat exchanger in thermal communication with said overhead tube before said overhead stream is directed to at least one air cooler;
ii) an organic Rankine cycle flow line comprising a working fluid, wherein the flow line is in thermal communication with a heat exchanger, the heat exchanger overheads thermal energy to heat the working fluid to form a heated working fluid. Transfer from the stream to the working fluid;
iii) a turbine-based generator, a turbine through which a heated working fluid for producing one of electrical and mechanical power is passed;
iv) a system for recovering heat from the process column unit in a smelter comprising at least one condenser for condensing the heated working fluid to form a condensed working fluid. 제 18 항에 있어서,
상기 서브시스템은 상기 작동 유체를 형성하기 위한 응축된 작동 유체를 입력받기 위한 펌프를 더 포함하는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛에서 나온 열을 회수하는 시스템.The method of claim 18,
The subsystem further comprises a pump for receiving a condensed working fluid to form the working fluid. 제 18 항에 있어서,
상기 액체물은 중액체 스트림 및 경액체 스트림을 포함하되, 여기서, 상기 경액체 스트림은 유체관을 통하여 통과되는, 제련소에서 공정 칼럼 유닛에서 나온 열을 회수하는 시스템.The method of claim 18,
Wherein said liquid water comprises a solid liquid stream and a hard liquid stream, wherein said hard liquid stream is passed through a fluid conduit.
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