[发明专利]一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工及能源领域，特别涉及一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置。该装置可以将乙烯裂解炉烟气余热，尤其是低品质余热直接高效转换为制冷量，供乙烯装备后续工艺段使用，从而提高乙烯装备的能源利用效率，达到节能的目的。

背景技术

乙烯作为一种重要的原料，全球每年有巨大的需求量，为满足需要，全球已建立了众多的不同产能规模的乙烯生产装置。现有的乙烯生产装置，大多以石油产品(如石脑油)为原料，采用热裂解方式获得混合气，再由后续工段制取乙烯产品。原料在裂解炉内经过预热、汽化和裂解三个阶段，由裂解炉内的燃烧器提供所需热量。汽化和裂解(尤其是裂解)都发生在较高温度下，且所需热能远大于预热，从而不可避免地要产生大量的烟气余热。

目前，通常采用制取水蒸汽方式回收这部分余热(如图1,F为乙烯裂解炉，S为余热排出段的烟气余热换热器，HH为高温蒸汽换热器，MH为中温蒸汽换热器，LH为低温蒸汽换热器)，所产生的水蒸汽用于后续工艺段中驱动蒸汽轮机(带动压缩机、泵等)和加热，其中相当一部分用于为后续工艺段的制冷系统提供动力。一方面，为了保证系统的全年正常工作，整个装置的能量平衡点以最大需求(通常为冬季工况)为设计基准，这就会造成其它工况蒸汽的剩余，使余热不能得到充分利用。另一方面，为了保证装置的产能，这些工况下，后续工艺段往往又需要更多的制冷量。

现有乙烯装置后续的分离工艺段需要用到从环境温度直至-160℃左右大量的、不同温度的制冷量。目前，这些制冷量都采用压缩制冷获得，这些压缩制冷系统的压缩机部分由蒸汽轮机驱动(蒸汽来源于裂解炉烟气余热回收)，如丙烯冷冻压缩机(产生从室温至-40℃左右的多个温位制冷量)，乙烯冷冻压缩机(由丙烯制冷系统冷却形成复叠制冷系统)。这些过程中，实际上进行的是将烟气余热转换为不同温位制冷量的过程。上述将烟气余热转换为不同温位制冷量的过程中，历经了将烟气余热由换热器转换为高温、高压蒸汽，将高温、高压蒸汽由蒸汽轮机转换为机械能，再将机械能驱动压缩机由压缩制冷系统转换为不同温位制冷量的多个能量转换过程，上述每一步转换中还涉及多个热力过程，整个烟气余热利用工艺经历了从热能到压力能(蒸汽)、由压力能到机械能和再由机械能到热能(制冷量)的三次能量转换。通常来讲，随着能量转换过程的增多，不仅会导致产生不可逆损失的因素增多(可能使能量利用效率降低)，而且还可能带来系统的复杂性增加(常使设备投资增加，可靠性下降)。

热驱动制冷技术经过多年发展，已在一些领域发挥了重要作用，如空调制冷。近年来，随着节能环保理念的深化，该技术得到进一步的快速发展。热驱动制冷技术可以直接将热能转换为不同温位的制冷量，尤其是吸收式制冷和吸附式制冷还可以高效利用温位较低(低品位)的热能，如，溴化锂吸收式制冷，在少量输入机械功下(驱动溶液泵等)，将约120℃热能转换为7℃-10℃制冷量的制冷系数达到1.0左右(即输入1份热能获得接近1份的制冷量)，这是目前其它转换技术所无法期待的。目前热驱动制冷技术中最为成熟，也是最容易实现大型化的是吸收式制冷。吸收式制冷的机制通常以所用的工质对区分，虽然见于研究报道的工质对有很多种，但当前较为成熟的有两种：1.溴化锂-水吸收式制冷剂。其制冷剂为水，可用于制取室温以下直至0℃以上的冷量；2.氨-水吸收式制冷机。其制冷剂为氨，可用于制取室温直至-60℃的不同温位的冷量。上述吸收式制冷剂可以高效地利用200℃以下的低温余热，将其转换为不同温位的冷量，而且还可以利用不同流程、循环结构或组合，适应利用多温位余热转换需要。

目前，从技术层面讲，吸收式制冷已可实现利用低品位(200℃以下)的热能高效制取室温至-50℃任何温位的制冷量。从整个乙烯装置工艺流程上讲，裂解工艺段有大量的余热(包括由其产生的蒸汽)，尤其是大量200℃以下的低品位热能并未得到充分利用，而在分离段又需要从室温直至约-160℃多温位的大量的制冷量，其中约-40℃以上的这部分制冷量(现有装置中采用由高压蒸汽驱动的压缩制冷系统获取，如图2所示)完全可以采用吸收式制冷，利用裂解工艺段产生的200℃以下的低品位热能直接转换获取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，可更加高效利用乙烯裂解炉烟气余热，以吸收式制冷直接制取从室温至约-40℃不同温位的制冷量，代替现有乙烯装置中的丙烯制冷系统(先将烟气余热转换为高压蒸汽，再由高压蒸汽驱动压缩制冷)，使乙烯裂解炉的200℃以下的低品位余热得到更加有效和充分的利用，而且使工艺得到简化。

本发明的技术方案如下：