一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，它包括顺次连接成一循环回路的吸收塔、中压闪蒸塔、再吸收塔及热再生塔，在吸收塔的CO2吸收出口和H2S吸收出口、中压闪蒸塔的H2S闪蒸段出口分别增设有第一、第二、第三液力透平，第一液力透平的动力输出端连接第一流程泵的动力输入端，第二液力透平的动力输出端连接第二流程泵的动力输入端，第三液力透平的动力输出端连接第三流程泵的动力输入端，以便将物流向下级输出时的高位能量转化为辅助驱动流程泵的动能，减少低温甲醇冼系统外部冷量需求。本实用新型提高了低温高气蚀流体的高位能量利用率，减少了高位能量的浪费，降低了电耗，同时也减少了低温甲醇冼系统外部冷量需求。
【专利说明】一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及低温甲醇洗工艺，特别涉及一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，适用于新建的低温甲醇洗系统或对现有的低温甲醇洗系统进行节能改造。
【背景技术】
[0002]目前，在新型煤化工及高碳高硫粗合成气的净化工艺过程中，通常采用能耗较低的低温甲醇洗工艺来脱除粗合成气中的酸性气体。低温甲醇洗工艺是一种气体净化工艺，该工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除粗合成气中的酸性气体。该工艺气体净化度高，选择性好，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性地进行，也可以是在H2S吸收塔和CO2吸收塔分开进行。当低温甲醇脱除酸性气体后，低温甲醇吸收液(含有大量被溶解酸性气体的富碳富硫)需要通过减压闪蒸、氮气气提和热精馏工艺流程而实现再生。
[0003]低温甲醇吸收液含有较高浓度的溶解酸性气体，比如-10?-40°C的低温富碳富硫的低温甲醇吸收液中含有溶解酸性气体的比例约为0.336?0.397 (mol/mol)。低温甲醇吸收液具有压力高、低温、高气体含量的富液特性，该特性使得低温甲醇吸收液在低温甲醇洗系统中具有潜在可回收利用的高位能量。
[0004]然而，在现有技术中，低温甲醇洗系统中的高位能量并没有得到充分利用，直接通过减压送往下游设备，造成了能量的巨大浪费。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种可提高能量利用率、降低电耗及可以减少冷却甲醇所需的部分外部冷量需求的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，将低温甲醇洗工艺中具有回收能量物流的高位能量通过液力透平转换为动能辅助驱动流程泵或者用于发电。
[0006]本实用新型的上述目的通过如下的技术方案来实现:一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，它包括顺次连接成一循环回路的吸收塔、中压闪蒸塔、再吸收塔及热再生塔，所述热再生塔的出口与所述吸收塔的进口之间、再吸收塔的出口与热再生塔的进口之间和再吸收塔的回液管路上分别设有第一、第二、第三流程泵；所述吸收塔的CO2吸收出口与H2S吸收出口分别和中压闪蒸塔的CO2闪蒸段与H2S闪蒸段对应连通；其中，中压闪蒸塔的CO2闪蒸段与再吸收塔的上部连通，H2S闪蒸段与再吸收塔的下部连通，其特征在于:在吸收塔的CO2吸收出口和H2S吸收出口、中压闪蒸塔的H2S闪蒸段出口分别增设有第一、第二、第三液力透平，第一液力透平的动力输出端连接第一流程泵的动力输入端，第二液力透平的动力输出端连接第二流程泵的动力输入端，而第三液力透平的动力输出端连接第三流程泵的动力输入端，以便将物流向下级输出时的高位能量转化为辅助驱动流程泵的动能，同时由于可逆绝热的等熵膨胀比节流等焓膨胀至相同压力时温度更低，减少了冷却甲醇所需的部分外部冷量。
[0007]本实用新型是在现有低温甲醇洗工艺管路上增设可以将低温高气蚀流体的高位能量转化为动能的液力透平，一方面，液力透平输出的动能与外部电力驱动电机提供的动能共同驱动流程泵，不但提高了低温高气蚀流体的高位能量利用率，减少了高位能量的浪费，而且降低了电耗；另一方面，液力透平向外输出功的同时甲醇溶液的可逆绝热的等熵膨胀比节流等焓膨胀至相同压力时温度更低，减少了低温甲醇冼系统的外部冷量需求。
[0008]上述为全贫液流程，在半贫液流程中，所述再吸收塔的上部具有出口，该出口与吸收塔的上中部连通且在二者之间设有第四流程泵，在所述中压闪蒸塔的CO2闪蒸段出口设有第四液力透平，该第四液力透平的动力输出端连接第四流程泵的动力输入端。
[0009]为了能够同时实现现有低温甲醇洗工艺流程，本实用新型可以有以下改进:
[0010]所述吸收塔的CO2吸收出口与中压闪蒸塔的CO2闪蒸段进口之间设有第一旁路支管，在所述第一旁路支管上设有膨胀阀，该第一旁路支管的两端分别与第一液力透平的介质进口和介质出口连接。
[0011]所述吸收塔H2S吸收出口与中压闪蒸塔的H2S闪蒸段进口之间设有第二旁路支管，在所述第二旁路支管上设有膨胀阀，该第二旁路支管的两端分别与第二液力透平的介质进口和介质出口连接。
[0012]所述中压闪蒸塔的H2S闪蒸段出口与再吸收塔的下部设有第三旁路支管，在所述第三旁路支管上设有膨胀阀，该第三旁路支管的两端分别与第三液力透平的介质进口和介质出口连接。
[0013]所述中压闪蒸塔的CO2闪蒸段出口与再吸收塔的上部进口之间设有第四旁路支管，在所述第四旁路支管上设有膨胀阀，该第四旁路支管的两端分别与第四液力透平的介质进口和介质出口连接。
[0014]本实用新型流程泵的驱动电机的电能可以全部由外部电力提供，作为本实用新型的进一步改进，所述第一、第二、第三、第四液力透平的动力输出端通过离合器分别与第一、第二、第三、第四流程泵动力输入端连接，通过离合器闭合或者断开以控制液力透平向流程泵输出动能的通断。当离合器闭合时，液力透平的动能输送至流程泵，当离合器断开时，流程泵所需的动能全部由电动机提供，即外部电力提供流程泵工作的全部能量。
[0015]作为本实用新型的另一种实施方式，气体的脱硫和脱碳在H2S吸收塔和CO2吸收塔分开进行，一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，它包括顺次连接成一循环回路的CO2吸收塔、H2S吸收塔、中压闪蒸塔、再吸收塔及热再生塔，其中，CO2吸收塔与中压闪蒸塔的CO2闪蒸段连通，H2S吸收塔与中压闪蒸塔的H2S闪蒸段连通，所述CO2吸收塔与H2S吸收塔之间、热再生塔和CO2吸收塔之间和再吸收塔和中压闪蒸塔H2S闪蒸段之间分别设有第一、第二、第三流程泵，其特征在于:在所述H2S吸收塔的出口、CO2吸收塔的出口和中压闪蒸塔的CO2闪蒸段出口分别增设有第一、第二、第三液力透平，第一、第二、第三液力透平的动力输出端分别连接第一、第二、第三流程泵的动力输入端，以便将物流向下级输出时的高位能量转化为辅助驱动流程泵的动能，同时由于可逆绝热的等熵膨胀比节流等焓膨胀至相同压力时温度更低，减少了冷却甲醇所需的部分外部冷量。
[0016]作为本实用新型的一种改进，在所述中压闪蒸塔的H2S闪蒸段出口增设有第四液力透平，所述第四液力透平的动力输出端连接发电机的动力输入端以便将物流向下级输出时的高位能量转化为动能向外输出发电。
[0017]作为本实用新型的进一步改进，所述的第一、第二、第三液力透平的动力输出端通过离合器分别与第一、第二、第三流程泵动力输入端连接，通过离合器闭合或者断开以控制液力透平向流程泵输出动能的通断。
[0018]与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的技术效果:
[0019]⑴本实用新型是在现有低温甲醇洗工艺管路上增设可以将低温高气蚀流体的高位能量转化为动能的液力透平，一方面，液力透平输出的动能与外部电力驱动电机提供的动能共同驱动流程泵，不但提高了低温高气蚀流体的高位能量利用率，减少了高位能量的浪费，而且降低了电耗；另一方面，液力透平向外输出功的同时甲醇溶液的可逆绝热的等熵膨胀比节流等焓膨胀至相同压力时温度更低，减少了低温甲醇冼系统的外部冷量需求。
[0020]⑵本实用新型输出的动力可应用于其它动力系统，如用于机械传动、发电机、液压传动系统等，对节能降耗具有积极的经济效益。
[0021]⑶本实用新型通过合理的排布流程在低温甲醇洗富液流股设置低温液力透平回收能量，可以较大幅度降低运行能耗，实现节能目的。
[0022]⑷合理的流程排布尽可能地减少了富液中的溶解气体在进入驱动机液力透平叶轮前解吸，低温甲醇洗装置总电耗将降低大约20%到25% ;如果在最有价值的位置安装两台液力透平辅助驱动流程泵，低温甲醇洗装置总电耗将降低大约15%到20%。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0024]图1是本实用新型实施例1的示意图；
[0025]图2是本实用新型实施例2的示意图；
[0026]图3是本实用新型液力透平连接示意图之一；
[0027]图4是本实用新型液力透平连接示意图之二 ；
[0028]图5是本实用新型液力透平连接示意图之三；
[0029]图6是本实用新型液力透平连接示意图之四；
[0030]图7是本实用新型液力透平连接示意图之五。
【具体实施方式】
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，是本发明一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，本实施例是半贫液工艺流程，它包括顺次连接成一循环回路的吸收塔1、中压闪蒸塔2、再吸收塔3及热再生塔4，气体的脱硫和脱碳在同一个塔内分段、选择性地进行，热再生塔4的出口与吸收塔I的进口之间、再吸收塔3的出口与热再生塔4的进口之间和再吸收塔3的回液管路32上分别设有第一流程泵5、第二流程泵6、第三流程泵7，吸收塔I的CO2吸收出口 11与H2S吸收出口 12分别和中压闪蒸塔2的CO2闪蒸段与H2S闪蒸段对应连通，中压闪蒸塔2的CO2闪蒸段与再吸收塔3的上部连通，H2S闪蒸段与再吸收塔3的中部连通，在吸收塔I的CO2吸收出口 11和H2S吸收出口 12、中压闪蒸塔2的H2S闪蒸段出口 8分别增设有第一液力透平9、第二液力透平10、第三液力透平13，第一液力透平9的动力输出端连接第一流程泵5的动力输入端，第二液力透平10的动力输出端连接第二流程泵6的动力输入端，而第三液力透平13的动力输出端连接第三流程泵7的动力输入端，以便将物流向下级输出时的高位能量转化为辅助驱动流程泵的动能，同时由于可逆绝热的等熵膨胀比节流等焓膨胀至相同压力时温度更低，减少了冷却甲醇所需的外部部分冷量。
[0033]在半贫液流程中，在再吸收塔3的上部具有出口 31，该出口 31与吸收塔I的上中部连通且在二者之间设有第四流程泵14，在中压闪蒸塔的CO2闪蒸段出口 15设有第四液力透平16，该第四液力透平16的动力输出端连接第四流程泵14的动力输入端。
[0034]吸收塔I的CO2吸收出口 11与中压闪蒸塔2的CO2闪蒸段进口 17之间设有第一旁路支管18，在第一旁路支管18上设有膨胀阀，该第一旁路支管18的两端分别与第一液力透平9的介质进口和介质出口连接。吸收塔I的H2S吸收出口 12与中压闪蒸塔2的H2S闪蒸段进口之间设有第二旁路支管19，在第二旁路支管19上设有膨胀阀，该第二旁路支管19的两端分别与第二液力透平10的介质进口和介质出口连接。中压闪蒸塔2的H2S闪蒸段出口与再吸收塔3的下部设有第三旁路支管20，在第三旁路支管20上设有膨胀阀，该第三旁路支管20的两端分别与第三液力透平13的介质进口和介质出口连接。中压闪蒸塔2的CO2闪蒸段出口与再吸收塔3的上部进口之间设有第四旁路支管21，在第四旁路支管21上设有膨胀阀，该第四旁路支管21的两端分别与第四液力透平16的介质进口和介质出口连接。
[0035]第一、第二、第三、第四液力透平的动力输出端通过离合器分别与第一、第二、第三、第四流程泵动力输入端连接，通过离合器闭合或者断开以控制液力透平向流程泵输出动能的通断。
[0036]本实用新型的工作原理是:在低温甲醇洗装置中，有四股物流具备设置液力透平回收能量的潜力，这四股物流分别是从吸收塔的二氧化碳吸收段到中压闪蒸塔的含二氧化碳的甲醇溶液；从吸收塔的硫化氢吸收段到中压闪蒸塔的含硫化氢和二氧化碳的甲醇溶液；从中压闪蒸塔二氧化碳闪蒸段到再吸收塔的含二氧化碳的甲醇溶液；从中压闪蒸塔硫化氢闪蒸段到再吸收塔的含硫化氢和二氧化碳的甲醇溶液。
[0037]上述最具可能回收能量的物流在流程中通过合理的流程排布设置耐低温能量回收液力透平辅助驱动甲醇循环流程泵回收能量或者用于发电。合理的流程排布尽可能地减少了富液中的溶解气体在进入驱动机液力透平叶轮前解吸。液力透平向外输出功的同时甲醇溶液的可逆绝热的等熵膨胀比节流等焓膨胀至相同压力时温度更低，减少了低温甲醇冼装置的外部冷量需求。
[0038]新建低温甲醇洗装置可在设计时考虑采用此方式优化相关设备设计以降低部分设备投资，并使装置的能耗指标得到提升。已建成的低温甲醇洗装置可以通过增设液力透平模块实现发电或辅助驱动流程泵以降低装置能耗的目的。
[0039]实施例2
[0040]如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于:本实施例为气体的脱硫和脱碳在H2S吸收塔和CO2吸收塔分开进行，一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统包括顺次连接成一循环回路的CO2吸收塔41、H2S吸收塔42、中压闪蒸塔43、再吸收塔44及热再生塔45，其中，CO2吸收塔41与中压闪蒸塔43的CO2闪蒸段连通，H2S吸收塔42与中压闪蒸塔43的H2S闪蒸段连通，CO2吸收塔41与H2S吸收塔42之间、热再生塔45和CO2吸收塔41之间、再吸收塔44和中压闪蒸塔H2S闪蒸段之间分别设有第一流程泵47、第二流程泵48、第三流程泵49，在H2S吸收塔42的出口、⑶2吸收塔41的出口和中压闪蒸塔43的CO2闪蒸段出口分别增设有第一液力透平50、第二液力透平51、第三液力透平52，第一、第二、第三液力透平的动力输出端分别连接第一、第二、第三流程泵的动力输入端，以便将物流向下级输出时的高位能量转化为辅助驱动流程泵的动能同时减少冷却甲醇所需的外部部分冷量。在中压闪蒸塔43的H2S闪蒸段出口 53增设有第四液力透平54，第四液力透平54的动力输出端连接发电机55的动力输入端以便将物流向下级输出时的高位能量转化为动能向外输出发电。
[0041]第一、第二、第三液力透平的动力输出端通过离合器分别与第一、第二、第三流程泵动力输入端连接，通过离合器闭合或者断开以控制液力透平向流程泵输出动能的通断。
[0042]液力透平将流体的高位能量转化成动能后，动能可以输出到发电机、机械传动装置或者液压传动装置等其它传动系统上。
[0043]本实用新型液力透平动能的利用具有多种实施方式，例如图3所示，液力透平60直接驱动发电机61 ;如图4所示，液力透平62通过自动离合器63辅助驱动流程泵64，液力透平的出力约为主驱动电机80的15?25% ;如图5所示，两股物流分别设置液力透平65通过自动离合器66联合驱动发电机67 ;如图6所示，液力透平68通过自动离合器69辅助驱动流程泵70，液力透平的出力约为主驱动电机90功率的15?25% ;如图7所示，两股物流分别设置液力透平71通过自动离合器72联合辅助驱动流程泵73，液力透平的出力约为主驱动电机81功率的15?45%。
[0044]本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。
【权利要求】
1.一种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，它包括顺次连接成一循环回路的吸收塔、中压闪蒸塔、再吸收塔及热再生塔，所述热再生塔的出口与所述吸收塔的进口之间、再吸收塔的出口与热再生塔的进口之间和再吸收塔的回液管路上分别设有第一、第二、第三流程泵；所述吸收塔的CO2吸收出口与H2S吸收出口分别和中压闪蒸塔的CO2闪蒸段与H2S闪蒸段对应连通，其中，中压闪蒸塔的CO2闪蒸段与再吸收塔的上部连通，H2S闪蒸段与再吸收塔的下部连通；其特征在于:在吸收塔的CO2吸收出口和H2S吸收出口、中压闪蒸塔的H2S闪蒸段出口分别增设有第一、第二、第三液力透平，第一液力透平的动力输出端连接第一流程泵的动力输入端，第二液力透平的动力输出端连接第二流程泵的动力输入端，而第三液力透平的动力输出端连接第三流程泵的动力输入端，以便将物流向下级输出时的高位能量转化为辅助驱动流程泵的动能，同时减少冷却甲醇所需的部分外部冷量。
2.根据权利要求1所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:所述再吸收塔的上部具有出口，该出口与吸收塔的上中部连通且在二者之间设有第四流程泵，在所述中压闪蒸塔的CO2闪蒸段出口设有第四液力透平，该第四液力透平的动力输出端连接第四流程泵的动力输入端。
3.根据权利要求2所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:所述第一、第二、第三、第四液力透平的动力输出端通过离合器分别与第一、第二、第三、第四流程泵动力输入端连接，通过离合器闭合或者断开以控制液力透平向流程泵输出动能的通断。
4.根据权利要求3所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:所述吸收塔的CO2吸收出口与中压闪蒸塔的CO2闪蒸段进口之间设有第一旁路支管，在所述第一旁路支管上设有膨胀阀，该第一旁路支管的两端分别与第一液力透平的介质进口和介质出口连接。
5.根据权利要求4所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:所述吸收塔H2S吸收出口与中压闪蒸塔的H2S闪蒸段进口之间设有第二旁路支管，在所述第二旁路支管上设有膨胀阀，该第二旁路支管的两端分别与第二液力透平的介质进口和介质出口连接。·
6.根据权利要求5所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:所述中压闪蒸塔的H2S闪蒸段出口与再吸收塔的下部设有第三旁路支管，在所述第三旁路支管上设有膨胀阀，该第三旁路支管的两端分别与第三液力透平的介质进口和介质出口连接。
7.根据权利要求6所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:所述中压闪蒸塔的CO2闪蒸段出口与再吸收塔的上部进口之间设有第四旁路支管，在所述第四旁路支管上设有膨胀阀，该第四旁路支管的两端分别与第四液力透平的介质进口和介质出口连接。
8.—种低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，它包括顺次连接成一循环回路的CO2吸收塔、H2S吸收塔、中压闪蒸塔、再吸收塔及热再生塔，其中，CO2吸收塔与中压闪蒸塔的CO2闪蒸段连通，H2S吸收塔与中压闪蒸塔的H2S闪蒸段连通，所述CO2吸收塔与H2S吸收塔之间、热再生塔和CO2吸收塔之间、再吸收塔和中压闪蒸塔H2S闪蒸段之间分别设有第一、第二、第三流程泵，其特征在于:在所述H2S吸收塔的出口、CO2吸收塔的出口和中压闪蒸塔的CO2闪蒸段出口分别增设有第一、第二、第三液力透平，第一、第二、第三液力透平的动力输出端分别连接第一、第二、第三流程泵的动力输入端，以便将物流向下级输出时的高位能量转化为辅助驱动流程泵的动能，同时减少冷却甲醇所需的部分外部冷量。
9.根据权利要求8所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:在所述中压闪蒸塔的H2S闪蒸段出口增设有第四液力透平，所述第四液力透平的动力输出端连接发电机的动力输入端以便将物流向下级输出时的高位能量转化为动能向外输出发电。
10.根据权利要求8或9所述的低温甲醇洗工艺高位能量回收利用系统，其特征在于:所述第一、第二、第三液力透平的动力输出端通过离合器分别与第一、第二、第三流程泵动力输入端连接，通过离合器·闭合或者断开以控制液力透平向流程泵输出动能的通断。
【文档编号】F03B13/00GK203635032SQ201320668225
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】卞凤鸣, 尹晓晖, 周忠立, 张骏驰, 许楚荣, 吴德民, 黄光 , 孟令凯, 罗志荣, 梁志聪, 阎红, 王令光, 刘芹, 吴淳, 胡力, 刘建兵, 孙道林 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中石化宁波工程有限公司