一種利用冷卻水的余熱制取蒸汽或熱水的方法與流程

本發明涉及一種利用冷卻水的余熱制取蒸汽或熱水的方法，更具體地，涉及一種通過回收在石化工藝中產生的多個余熱源與冷卻水之間進行熱交換后加熱的冷卻水的余熱，由此來制備蒸汽或熱水的方法。

背景技術：

1、石化工藝使用大量能量來生產產品，并且使用的能量被丟棄或重復使用。

2、在石化工藝中用作能源的蒸汽通常使用鍋爐通過烴燃料的燃燒熱來制備(參見圖1)，但是該工藝涉及高成本，并且通過燃燒將供應的燃料以二氧化碳的形式排放到大氣中，引起全球變暖。

3、因此，為了減少石化產品的碳排放和較低的制造成本，出現了用于減少工藝中的蒸汽使用的方法、使用余熱的方法等。

4、通常，石化產品可以通過包括反應、分離、純化等的工藝來制造。當使用蒸汽加熱進行這些工藝的柱的下部時，在柱的上部制備出高溫過程流體。

5、參照圖2，在石化工藝中制備的高溫流體可以是余熱(wh)源，并且通過與熱交換器(he)(諸如冷凝器或冷卻器)中的冷卻水進行熱交換來冷卻以失去大量的熱量，并且經加熱的冷卻水被引入冷卻塔(ct)中，在散熱的同時被冷卻，然后被供應回熱交換器。在該冷卻工藝中耗散的熱量可以稱為工藝內的余熱。

6、由于冷卻塔通過使冷卻水與大氣空氣接觸來強制散熱，因此從冷卻塔丟棄的熱量不能被回收，導致非常大的熱損失。

7、因此，需要一種用于有效地從通過與高溫流體(余熱源)的熱交換而加熱的冷卻水中回收余熱、并且再利用所回收的余熱的方法，所述高溫流體(余熱源)在制造石化產品過程中在各種工藝(例如反應、分離和純化)中制備。

技術實現思路

1、技術問題

2、本發明旨在解決背景技術中提到的問題，提供一種通過以下方式回收余熱的方法：對在石化工藝中產生的多個余熱源各自與冷卻水之間進行熱交換后加熱的冷卻水，該方法通過將該冷卻水引入熱泵裝置并利用回收的余熱來制備工藝所需的大量蒸汽或熱水。

3、技術方案

4、根據本發明的一個實施方式，提供一種用于制備蒸汽或熱水的方法，其包括：(s1)將從多個余熱源供應的工藝余熱流體引入到以與所述多個余熱源對應的數量配置的多個熱交換器各自中以與冷卻水交換熱量；(s2)經由集成管將在每個熱交換器中的與工藝余熱流體通過熱交換而被加熱的冷卻水引入到制冷劑蒸發器中，然后與制冷劑進行熱交換以蒸發制冷劑；(s3)在制冷劑壓縮機中將蒸發的制冷劑流壓縮；(s4)使經壓縮的制冷劑流與制冷劑冷凝器中的水進行熱交換，從而將制冷劑流冷凝并獲得蒸汽或熱水；以及(s5)使經冷凝的制冷劑流經過用于減壓的制冷劑膨脹閥，然后循環到制冷劑蒸發器中。

5、集成管的直線長度可以為5m至5,000m并且可以被控制為維持0.5m/s至5m/s的流速。

6、經壓縮的制冷劑流的溫度可以為90℃至200℃，并且通過與制冷劑冷凝器中的水的熱交換而冷凝的制冷劑流的溫度可以為85℃至170℃。

7、在制冷劑冷凝器中獲得的蒸汽可以被轉移到蒸汽壓縮機以另外被壓縮，并且轉換成高壓蒸汽。

8、根據本發明的另一實施方式，提供了一種用于制備蒸汽或熱水的系統，其包括：多個余熱源，以與所述多個余熱源對應的數量配置的熱交換器，和通過集成管和支管連接到所述熱交換器的熱泵裝置，其中，所述熱泵裝置包括通過管連接的制冷劑蒸發器、制冷劑壓縮機、制冷劑冷凝器和制冷劑膨脹閥，從每個熱交換器流出的經加熱的冷卻水通過集成管被匯總并被引入到所述熱泵裝置的所述制冷劑蒸發器中，隨后與制冷劑進行熱交換以蒸發所述制冷劑，然后經過支管，接著循環到每個熱交換器。

9、該系統可以包括連接到熱泵裝置的制冷劑冷凝器的另外的蒸汽壓縮機。

10、有益效果

11、根據本發明，多個余熱源各自與冷卻水進行熱交換，并且每個被加熱的冷卻水通過集成管被引入熱泵裝置中以與在熱泵裝置中循環的制冷劑進行熱交換，從而回收被加熱的冷卻水的余熱。冷卻水的余熱用于蒸發制冷劑，該制冷劑使用電力進行壓縮并與水交換熱量，從而獲得工藝中所需的大量蒸汽或熱水。

12、此外，當利用熱泵裝置中回收的冷卻水的余熱來獲得蒸汽時，經壓縮的制冷劑和經冷凝的制冷劑各自被控制為顯示使得溫度提升最大化的溫度，并且蒸汽經受另外的壓縮以轉化為高溫和高壓的最終壓縮蒸汽，隨后在各種工藝步驟中用作能量源。這可以降低石化產品的制造成本并減少碳排放。

13、此外，由于本發明適用于在各種石化工藝中產生的多個余熱源，因此有可能從石化工廠中的多個(例如10至100個)冷卻水熱交換器回收余熱，并且可以通過集成管在單個熱泵裝置中實現余熱回收。特別地，通過控制集成管的流速在預定范圍內，以保持經加熱的冷卻水的均勻混合狀態，可以通過蒸汽制備設備的簡化和運行效率來實現成本降低、維護的最小化、運行穩定等。

技術特征：

1.一種制備蒸汽或熱水的方法，其包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述被加熱的冷卻水通過所述制冷劑蒸發器中的所述熱交換而冷卻，然后分支出來，接著循環到步驟(s1)中使用的所述多個熱交換器各自中。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟(s1)中，引入到所述多個熱交換器各自中的冷卻水的溫度為10℃至50℃，并且通過熱交換將所述冷卻水加熱至13℃～60℃的溫度。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述集成管的直線長度為5m至5000m并且被控制為維持0.5m/s至5m/s的流速。

5.根據權利要求1所述的方法，其中，引入到所述制冷劑蒸發器中的所述制冷劑的壓力為0.5bar至40bar，且溫度為10℃至60℃。

6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述制冷劑壓縮機使用電能來將引入到所述制冷劑壓縮機中的所述制冷劑流的壓力增加1.2倍至5倍。

7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述經壓縮的制冷劑流的溫度為90℃至200℃。

8.根據權利要求1所述的方法，其中，通過與所述制冷劑冷凝器中的水的所述熱交換而冷凝的所述制冷劑流的溫度為85℃至170℃。

9.根據權利要求1所述的方法，其中，通過所述制冷劑流與所述制冷劑冷凝器中的水之間的熱交換而獲得的所述熱水的溫度為85℃至180℃。

10.根據權利要求1所述的方法，其中，通過將經過所述制冷劑冷凝器的水調節至以高于其蒸汽壓的壓力排出而獲得所述熱水。

11.根據權利要求1所述的方法，其中，通過所述制冷劑流與所述制冷劑冷凝器中的水之間的熱交換而獲得的所述蒸汽的壓力為0.5bar至16bar。

12.根據權利要求1所述的方法，其中，通過將經過所述制冷劑冷凝器的水調節至以低于其蒸汽壓的壓力排出而獲得所述蒸汽。

13.根據權利要求1所述的方法，其中，流出所述制冷劑冷凝器的所述蒸汽被另外壓縮、轉換成高壓蒸汽，然后用作工藝熱源。

14.一種制備蒸汽或熱水的系統，其包括：

15.根據權利要求14所述的系統，其中，所述熱泵裝置的所述制冷劑冷凝器連接到另外的蒸汽壓縮機。

技術總結
本發明提供了一種用于制備蒸汽或熱水的方法以及實施該方法的系統，該方法包括：(S1)將從多個余熱源供應的工藝余熱流體引入到以與所述多個余熱源對應的數量配置的多個熱交換器各自中以與冷卻水交換熱量；(S2)經由集成管將在每個熱交換器中與工藝余熱流體通過熱交換加熱的冷卻水引入到制冷劑蒸發器中，然后與制冷劑進行熱交換以蒸發制冷劑；(S3)在制冷劑壓縮機中將蒸發的制冷劑流壓縮；(S4)使經壓縮的制冷劑流與制冷劑冷凝器中的水進行熱交換，從而將制冷劑流冷凝并獲得蒸汽或熱水；以及(S5)使經冷凝的制冷劑流流過用于減壓的制冷劑膨脹閥，然后循環到制冷劑蒸發器中。

技術研發人員：吳碩永,黃貞雅,李相潤,金峴好,高準錫
受保護的技術使用者：株式會社LG化學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13