專利名稱：一種采用超高溫?zé)岜没厥绽胢dea脫碳工藝余熱的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱泵與脫碳化工工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到超高溫?zé)岜猛琈DEA脫碳工藝結(jié)合利用的技術(shù)及裝置。
背景技術(shù)：
合成氨耗能占化工行業(yè)總量的40%，是我國化工行業(yè)五大高耗能產(chǎn)業(yè)之一。在合成氨生產(chǎn)中，脫碳工序能耗大約為總能耗的10% 15%。所以，脫碳工序可節(jié)能空間很大?；罨疢DEA脫碳是國外70年代BASF開發(fā)和工業(yè)化技術(shù)。這種脫碳工藝技術(shù)具有凈化度高、可同時脫硫脫碳、氮?dú)錃鈸p失量少、再生CO2氣純度高、溶劑損失少、不易降解等優(yōu)點(diǎn)。但是MDEA脫碳工藝在眾多脫碳工藝中屬高能耗工藝，與PSA、PC等工藝比較時，蒸汽消耗、電耗等均處于劣勢。在節(jié)能減排的大背景下，MDEA脫碳工藝的能耗問題亟待解決。
MDEA法脫碳就是利用MDEA溶液低溫吸附CO2、高溫脫附CO2的原理來實(shí)現(xiàn)的。在低溫的條件下，活化MDEA溶液吸收工藝氣體中的CO2,吸收CO2的MDEA溶液稱為富液。在高溫的條件下，CO2從MDEA溶液中解析出來，同時溶液得以再生，釋放出CO2的MDEA溶液稱為貧液。傳統(tǒng)工藝流程中為實(shí)現(xiàn)所需的環(huán)境條件，采用冷卻水將高溫富液降至需求的溫度(80°C左右降至50°C 65°C )，降溫后的MDEA溶液去吸收工藝氣體的CO2，采用高溫蒸汽加熱MDEA溶液(75°C左右升至105°C左右)，使其再生。在原工藝流程中，冷卻塔將冷卻水中的熱量散發(fā)到空氣，不僅需要配置相應(yīng)的設(shè)備，還需要消耗電能等高品質(zhì)能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，這部分的余熱沒有利用，反而還需要消耗大量的能源；另外，在MDEA溶液再生的過程中，又需消耗大量的一次能源產(chǎn)生蒸汽用于加熱MDEA溶液。這就意味著MDEA脫碳工藝流程中不但消耗了大量的能源，而且其余熱未被合理有效的利用。如何將MDEA脫碳工藝流程中的余熱充分合理的利用，提升能質(zhì)品質(zhì)，產(chǎn)生的高品質(zhì)熱能再回用到MDEA脫碳工藝流程中，是MDEA脫碳工藝應(yīng)積極探尋的方式之一。這樣不僅大大降低了 MDEA脫碳的能耗，而且可減少環(huán)境污染和熱污染。熱泵技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這一目的的有效技術(shù)手段之一。熱泵技術(shù)將MDEA脫碳工藝的余熱轉(zhuǎn)化為高位能，產(chǎn)生的高位能加熱再生過程中的MDEA溶液，代價僅為消耗較少量的高品位能(電能、機(jī)械能等)。這樣既可取代原工藝的冷卻塔等設(shè)備，充分利用工藝中余熱，又可取代原有的蒸汽，減少煤炭等化石燃料的消耗，間接提高工業(yè)流程的能源利用率。一般來說，高溫?zé)岜玫漠a(chǎn)熱溫度在65°C以上，卻在100°C以下，但是本工藝的MDEA溶液再生過程中需求的高溫是105°C，因此傳統(tǒng)意義上的高溫?zé)岜秒y以滿足此工藝需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種采用超高溫?zé)岜没厥绽肕DEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)，解決MDEA脫碳工藝流程中的低品位余熱無法利用，又需消耗大量的一次能源產(chǎn)生蒸汽用于加熱MDEA溶液的資源浪費(fèi)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種采用超高溫?zé)岜没厥绽肕DEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)，主要由MDEA脫碳和超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)兩個流程耦合而成(I)MDEA 脫碳流程MDEA脫碳流程依次包括再生塔、冷凝器、蒸發(fā)器、貧液泵、吸收塔、閃蒸塔、溶液換熱器相互連通組成的循環(huán)系統(tǒng)；在再生塔中再生的貧液(105°C左右)進(jìn)入溶液換熱器，放出部分熱量，降溫后的貧液(80°C左右)再進(jìn)入蒸發(fā)器，放出熱量，溫度降至50°C 65°C的貧液經(jīng)貧液泵加壓后進(jìn)入吸收塔的上部，吸收塔中的貧液吸收工藝氣體中的CO2,吸收CO2的MDEA溶液成為富液；吸收塔底部的富液減壓后進(jìn)入閃蒸塔的上部，液體自上而下與再生塔的蒸汽和CO2混合氣逆流接觸，吸收蒸汽和CO2混合氣的熱量，通過填料層后，富液中部分的CO2解析出來，富液變?yōu)榘胴氁?；出閃蒸塔的半貧液分為兩部分，其中大部分半貧液加壓后送到吸收塔的中部，另一部分半貧液加壓后進(jìn)入溶液換熱器，回收部分貧液的熱量；升溫后的半貧液進(jìn)入再生塔的上部，經(jīng)填料層同自下而上的蒸汽和CO2混合氣一起進(jìn)入到冷凝器，在冷凝器中吸收熱量，半貧液的溫度由75°C左右升至105°C左右，升溫后的半貧液再回到再生塔，解析出溶液中的CO2，變成貧液，循環(huán)使用； (2)超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)流程超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)流程主要包括壓縮機(jī)、膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器以及超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)；高溫氣態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥膨脹而降低壓力和溫度，低溫低壓的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收貧液的余熱而氣化，氣化的低壓制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，壓縮機(jī)排氣口的制冷劑成為高溫高壓狀態(tài)，高溫高壓的制冷劑進(jìn)入冷凝器冷凝放熱而液化，冷凝熱加熱再生過程中的MDEA脫碳溶液，使其達(dá)到工藝要求，液化的制冷劑再進(jìn)入膨脹閥循環(huán)運(yùn)行。所述高溫工質(zhì)為混合制冷劑BY-4。商品名為北洋4#制冷劑，廠家是天津大學(xué)制冷劑廠。此系統(tǒng)中，超高溫?zé)岜脵C(jī)組的蒸發(fā)器取代原有冷卻水，將脫碳工藝的貧液溫度降到要求溫度，降溫后的貧液去吸收工藝氣體的CO2;超高溫?zé)岜脵C(jī)組的冷凝器取代原有的高溫蒸汽，滿足MDEA溶液再生過程對高品質(zhì)熱量的需求。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出了一種采用超高溫?zé)岜没厥绽肕DEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)與裝置，將余熱利用以及能源品位的提升技術(shù)同MDEA脫碳工藝有機(jī)的結(jié)合起來。在此系統(tǒng)裝置中，不僅將MDEA脫碳工藝中產(chǎn)生的低溫余熱加以回收，并且通過超高溫?zé)岜锰嵘擞酂岬哪苜|(zhì)品質(zhì)，產(chǎn)生的高品位熱滿足工藝中MDEA溶液再生的熱量需求。在此過程中，超高溫?zé)岜镁哂休^高的能效比(在3. 5以上)?？偟膩碚f，不但減少了傳統(tǒng)工藝中冷卻水的應(yīng)用，還減少余熱排放到大氣中所產(chǎn)生的熱污染，此外，產(chǎn)生的高溫?zé)嵊挚晒㎝DEA溶液再生使用，減少了原工藝中高溫蒸汽的使用，從而減少了產(chǎn)生蒸汽而造成的煤炭等化石燃料的消耗和大量有害氣體的排放。此系統(tǒng)不僅提高了工藝流程的能源利用率，還有著很好的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效果。本發(fā)明采用的超高溫?zé)岜眉夹g(shù)突破了原有的高溫?zé)岜脺囟认拗频募夹g(shù)瓶頸，極大的擴(kuò)展了低溫余熱的再利用范圍。采用超高溫混合工質(zhì)，利用MDEA脫碳工藝過程產(chǎn)生的余熱，提升能質(zhì)品質(zhì)，以滿足MDEA脫碳溶液再生時需要的高溫?zé)帷?br>

圖I是本發(fā)明采用超高溫?zé)岜没厥绽肕DEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)的工藝流程圖；其中I—吸收塔；2—閃蒸塔；3—一溶液換熱器；4—再生塔；5——冷凝器；6—壓縮機(jī)；7—膨脹閥；8—蒸發(fā)器；9—貧液泵。
具體實(shí)施例方式將超高溫?zé)岜没厥绽肕DEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)與裝置用于甘肅某企業(yè)的MDEA脫碳工藝進(jìn)行實(shí)例分析，結(jié)合系統(tǒng)流程圖I進(jìn)行表述。本實(shí)例里再生塔4中再生的貧液(105°C )進(jìn)入溶液換熱器3，放出部分熱量，溫度降為80°C。80°C的貧液進(jìn)入蒸發(fā)器8，蒸發(fā)器8中貧液的溫度降到60°C，然后貧液回到貧液泵9進(jìn)口，打入吸收塔I吸收工藝氣體中的CO2，貧液成為富液。富液進(jìn)入閃蒸塔2與再生塔4的蒸汽和CO2混合氣逆流接觸吸收熱量，通過閃蒸塔2的富液解析出部分CO2,富液 變成半貧液。半貧液分為兩部分，大部分半貧液加壓后送到吸收塔I的中部；另一部分半貧液加壓后進(jìn)入溶液換熱器3，吸收熱量，升溫后的半貧液進(jìn)入再生塔4上部，同自下而上的蒸汽和C02混合氣一起進(jìn)入到冷凝器5。半貧液進(jìn)入冷凝器5中吸收冷凝熱，溫度由75°C升至105°C。然后，升溫后的半貧液再回到再生塔4，解析出溶液中的CO2,變成貧液，循環(huán)使用。本實(shí)例采用超高溫?zé)岜脵C(jī)組將貧液的余熱吸收，減少了原方案中冷卻水的循環(huán)水量，降低冷卻水的運(yùn)行費(fèi)用以及設(shè)備費(fèi)用；機(jī)組冷凝器端產(chǎn)生的高溫?zé)嵊靡约訜嵩偕腗DEA脫碳溶液，取代了原方案中高溫蒸汽的加熱。高溫高壓的制冷劑BY-4進(jìn)入冷凝器5，冷凝器5中的制冷劑液化冷凝放熱加熱MDEA脫碳工藝中的半貧液，然后制冷劑BY-4進(jìn)入膨脹閥7，在膨脹閥7中制冷劑的溫度和壓力都降低，低溫低壓的制冷劑BY-4進(jìn)入蒸發(fā)器8，吸收MDEA脫碳工藝中貧液的熱量而氣化；氣化的低壓制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)6進(jìn)行壓縮，壓縮后的高壓制冷劑進(jìn)入冷凝器循環(huán)運(yùn)行。本方案中高溫?zé)岜玫腃OP保守取值為3. 5，MDEA脫碳溶液流量170m3/h，比熱容I. 29kcal/(kg -0O0計算可得貧液的余熱4491. 3kff, MDEA脫碳溶液再生時升溫需熱量3725. 17kW，按完全滿足供工藝升溫?zé)崃?725. 17kff需求計算，需建立1064KW的熱泵機(jī)組，熱泵需吸收余熱2660kW，可從貧液降溫處吸收大約半數(shù)的熱量。每年經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)100多萬元，除此之外，還有很好的環(huán)境效益和節(jié)能效果。經(jīng)折算，每年可節(jié)省標(biāo)煤2200多噸，CO2減排量4900多噸，SO2減排量150多噸，NOx減排量為70多噸。一般來說，貧液降溫的余熱總量較多，只要從貧液出吸收部分余熱，就能滿足工藝升溫所需的熱量。所以未被吸收的貧液余熱仍需要采用冷卻水進(jìn)行冷卻，但是冷卻水的水量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原工藝中的冷卻水水量，從而降低了冷卻水循環(huán)的功耗以及減小冷卻塔等設(shè)備費(fèi)用。此外，還可以利用超高溫?zé)岜脤⒇氁旱挠酂崛坷?，產(chǎn)生的高溫?zé)嵋徊糠钟糜贛DEA溶液再生的熱量需求，富裕的高品質(zhì)熱量也可用于供暖、生活熱水或者其它工藝流程等，可節(jié)約大量高品質(zhì)能源、降低一次能源燃燒產(chǎn)生的大量有害氣體的排放和熱污染。盡管結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了上述描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種采用超高溫?zé)岜没厥绽肕DEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)，其特征在于，主要由MDEA脫碳和超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)兩個流程耦合而成 (1)MDEA脫碳流程 MDEA脫碳流程依次包括再生塔、冷凝器、蒸發(fā)器、貧液泵、吸收塔、閃蒸塔、溶液換熱器相互連通組成的循環(huán)系統(tǒng)；在再生塔中再生的貧液進(jìn)入溶液換熱器，放出部分熱量，降溫后的貧液再進(jìn)入蒸發(fā)器，放出熱量，然后經(jīng)貧液泵加壓后進(jìn)入吸收塔的上部，吸收塔中的貧液吸收工藝氣體中的CO2,吸收CO2的MDEA溶液成為富液；吸收塔底部的富液減壓后進(jìn)入閃蒸塔的上部，液體自上而下與再生塔的蒸汽和CO2混合氣逆流接觸，吸收蒸汽和CO2混合氣的熱量，通過填料層后，富液中部分的CO2解析出來，富液變?yōu)榘胴氁?；出閃蒸塔的半貧液分為兩部分，其中大部分半貧液加壓后送到吸收塔的中部，另一部分半貧液加壓后進(jìn)入溶液換熱器，回收部分貧液的熱量；升溫后的半貧液進(jìn)入再生塔的上部，經(jīng)填料層同自下而上的蒸汽和CO2混合氣一起進(jìn)入到冷凝器，在冷凝器中吸收熱量，半貧液的溫度升高，升溫后的半貧液再回到再生塔，解析出溶液中的CO2，變成貧液，循環(huán)使用； (2)超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)流程 超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)流程主要包括壓縮機(jī)、膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器以及超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)；高溫氣態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥膨脹而降低壓力和溫度，低溫低壓的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收貧液的余熱而氣化，氣化的低壓制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，壓縮機(jī)排氣口的制冷劑成為高溫高壓狀態(tài)，高溫高壓的制冷劑進(jìn)入冷凝器冷凝放熱而液化，冷凝熱加熱再生過程中的MDEA脫碳溶液，使其達(dá)到工藝要求，液化的制冷劑再進(jìn)入膨脹閥循環(huán)運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用超高溫?zé)岜没厥绽肕DEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫工質(zhì)為混合制冷劑BY-4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用超高溫?zé)岜没孛撎脊に囉酂岬南到y(tǒng)收利用MDEA脫碳工藝余熱的系統(tǒng)，主要包括MDEA脫碳和超高溫?zé)岜霉べ|(zhì)兩個流程。此系統(tǒng)中，超高溫?zé)岜脵C(jī)組的蒸發(fā)器取代原有冷卻水，將脫碳工藝的貧液溫度降到要求溫度，降溫后的貧液去吸收工藝氣體的CO2；超高溫?zé)岜脵C(jī)組的冷凝器取代原有的高溫蒸汽。本發(fā)明采用的超高溫?zé)岜眉夹g(shù)突破了原有的高溫?zé)岜脺囟认拗频募夹g(shù)瓶頸，極大的擴(kuò)展了低溫余熱的再利用范圍。采用超高溫混合工質(zhì)，利用MDEA脫碳工藝過程產(chǎn)生的余熱，提升能質(zhì)品質(zhì)，以滿足MDEA脫碳溶液再生時需要的高溫?zé)?。此系統(tǒng)不僅提高了工藝流程的能源利用率，還有著很好的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效果。
文檔編號F25B30/02GK102895843SQ20121036176
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者張于峰, 鄧娜, 于曉慧, 董勝明, 張彥 申請人:天津大學(xué)