[发明专利]一种节能环保的换热和冷凝系统

说明书

技术领域

本项目属于节能技术和环保装备领域，属于节能环保技术和产品，涉及气体换热技术，适用于有冷凝液产生的所有冷凝系统，适用于所有化工行业，尤其是甲醇裂解制氢行业。

背景技术

就目前情况来看，我国水资源和能源都非常紧张，节能被称为是水、煤、石油、天然气之外的“第五能源”，而目前各类化工行业工程和设备中涉及的能源浪费现象十分严重，热能回收不完全，冷却水需求量大，冷却水用水直接排放会造成热污染、经济和资源浪费，节水节能已成为急需解决的问题。

换热和冷凝系统的主要作用是回收热流体中的热量，同时将需要冷却的介质得到冷却。通常热源气体中高品味的热能通过与需要加热的冷介质将其中热能加以回收，低品位热源则通过水或空气为冷却剂带走热量，实现热源气体的冷却。

换热器是一个量大而品种繁多的产品，对国外冷凝系统市场的调查表明，管壳式冷凝系统市场仍占64%。虽然各种板式冷凝系统的竞争力在上升，但管壳式冷凝系统承受高压及高压差方面有极大的优势，仍将占据主导地位。

氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。对没有方便氢源的地区，如果采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需庞大投资――“相当于半个合成氨”，只适用于大规模用户。中小型用户电解水可方便制得氢气，但能耗很大，每立方米氢气耗电高达达至6度，且氢纯度不理想，杂质多，同时规模也受到限制，因此近年来许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用甲醇蒸汽转化制氢新的工艺路线。

如今，甲醇裂解制氢装置应用广泛，其基本方法为：将甲醇和水按一定的比例混合，用泵将其加压后，经换热器换热，再经汽化、过热到反应所需的温度后进入转化器，在转化器中催化剂的作用下，甲醇首先分解成氢气、一氧化碳，一氧化碳再与水蒸汽反应生成氢气、二氧化碳等转化气，转化气在换热器中与原料甲醇、水换热后再经冷凝器冷却后进入提纯工序进行提纯处理；在该流程中，反应出来的转化气温度约230℃左右，在换热器中与原料甲醇和水进行换热降温后再经冷凝器由循环冷却水冷至40℃以下，在转化气冷却过程中，气相水蒸汽不断被冷凝出来，与气体形成气液两相流，影响冷凝器传热系数，温度不易降下来，一般进冷凝器时，转化气的温度在130℃左右，而且所需要的换热面积大，投资成本高，热量回收不够理想，且所需冷却水用量大。

发明内容

本发明针对上述背景技术存在的缺陷提供了一种节能环保的换热和冷凝系统，该系统通过改变原有的换热和冷凝系统的设备数量和设备结构，建立新的工艺流程，实现换热系统中的气液分离，提高了介质的传热系数，将热源进入水冷却系统的介质温度尽可能地将低，最大化地回收其中的热量，减少了汽化过热器的供热量，减少水冷却系统的冷却水用量，减少整个系统的总的换热面积，节约设备投资。

为达到这一目的，本发明公布了一种节能环保的换热和冷凝系统，它由通过管道相连的原料液罐、预热器、换热器、汽化器、转化器、水冷器及液位调节阀等设备组成。

原料液由界外通过管道进入原料液罐，经缓冲后进入预热器壳程，在预热器中吸收转化气热量进行预热，再进入换热器壳程与转化气进行第二次热量交换后进入汽化过热器，在汽化过热器中进行汽化并过热到反应所需温度后进入转化器进行裂解和转化反应，生成高温的转化气，该反应裂解需要吸热，转化反应会释放热量，汽化过热器和转化器所需热量均由界外供热；转化气从转化器出来后进入换热器管程与原料液进行换热，降温，此时会有部分冷凝液产生，为避免气体与冷凝液混合产生两相流，影响传热效率，在换热器管程出口端对气液进行分流，将冷凝液从换热器底部引出通过液位调节阀返回原料液罐，将其携带的未反应的物料和热量都直接返回原料液罐，不再参与下一步的冷却，气体则从换热器顶部出去进入预热器管程，与原料液再次进行换热，此时从气相中被冷凝出的冷凝液再次被引出通过液位调节阀返回原料液罐，气体从预热器顶部引出后进入水冷器壳程，直到冷却到常温后出系统到界外，此时温度差大，大量未反应的原料液被冷凝下来，直接从壳程下面排出到液位调节阀返回原料液罐，从预热器、换热器和水冷器引出的冷凝液均通过；水冷却介质为循环冷却水或冷冻盐水。

综上所述，该系统具有以下特征：

在预热器、换热器和水冷器中，气体均从换热器顶部出口排出，冷凝液均从换热器底部排出，实现气相和液相分流，避免形成气液两相，提高了换热系数，增强了换热能力。