用于真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合的方法及系统与流程

本发明属于煤气化余热回收领域，具体涉及用于真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合的方法及系统。

背景技术：

1、煤气化装置中，通过加压气化的方式将接近或大于80％的煤炭化学能转化到以co和h2为主的合成气中，但仍有近20％的能量转换成显热的形式，而且在处理合成气的过程中这部分能量一部分会被转化成低位的热能(即，余热)，这部分热能的回收和利用是气化装置节能降耗的关键。余热流失主要集中在闪蒸系统部分。由于从气化炉、洗涤塔出来的高温高压黑水中含有杂质和硫、铵离子等影响水ph值及易结垢钙镁等离子物质，无法将其直接循环利用。目前主要通过闪蒸系统将黑水中的部分能量回收，并同时除去绝大部分黑水中的杂质，从而使其达到循环利用程度。闪蒸系统中未被利用的余热主要集中在真空闪蒸气上。由于真空闪蒸气压力低、温度低(70kpa-20kpa、60-90℃)造成其余热难以回收利用，只能通过闪蒸+冷凝器形式将部分热能通过水冷换热白白浪费掉。如果以单系列2000吨/天干煤粉气化装置为基准，真空闪蒸气量大概在40t/h左右，这是一股相当大的能耗。现阶段，大部分企业都是通过冷却循环水对其进行降温处理，需要消耗大量冷却循环水的同时造成能量余热的大量流失。为解决真空闪蒸气余热未被利用的问题，很多企业及科研单位都对其进行了回收利用，但是效果并不是很明显。

2、同时，在粉煤气化中，从球磨机出来的煤粉大部分都是通过二氧化碳密相输送进行加压输送，粉煤气化二氧化碳主要来自低温甲醇洗装置。为满足气化装置二氧化碳使用和排放标准，需要将经低温甲醇洗装置洗后的二氧化碳产品气进行水洗以降低其中的甲醇含量至≤50mg/nm3(水洗后的含饱和水的二氧化碳产品气中，水含量在1.25vol％左右)。二氧化碳在加压输送粉煤时候，如果水含量太高会降压结露导致煤粉输送产生波动或堵塞，影响气化装置运行和安全性，从而在其加压过程中需设置级间冷却脱水。级间冷却脱水传统采用循环水进行冷却脱水，但是采用循环水对二氧化碳进行脱水的效果不理想。

3、现有技术中，对真空闪蒸气余热的回收利用和对二氧化碳加压脱水是分别独立进行的，二者效果均不理想，目前并未有可同时提高对真空闪蒸气余热的回收利用效果和对二氧化碳加压脱水效果的专利报道。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种用于真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合的方法，该方法能够将真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合，从而同时提高对真空闪蒸气余热的回收利用效果和对二氧化碳加压脱水效果。

2、本发明的第一个目的在于提供一种用于真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合的系统，该系统通过将真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合，从而同时提高对真空闪蒸气余热的回收利用效果和对二氧化碳加压脱水效果。

3、为实现本发明的第一个目的，采用以下的技术方案：

4、一种用于真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合的方法，是将真空闪蒸气制冷过程产生的冷冻水用作二氧化碳加压脱水过程的冷介质。

5、优选地，所述方法中，二氧化碳加压脱水过程的冷介质经换热升温后返送至真空闪蒸气制冷过程进行降温制冷以提供冷冻水。

6、为实现本发明的第二个目的，采用以下的技术方案：

7、一种用于真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合的系统，包括相连通的真空闪蒸单元、制冷机组单元、二氧化碳水洗单元和二氧化碳压缩单元；其中，

8、所述真空闪蒸单元和所述制冷机组单元相连接，且所述真空闪蒸单元的进料端连接至气化装置的低压闪蒸黑水出口，用于利用所述真空闪蒸单元对来自气化装置的低压闪蒸黑水进行闪蒸分离，并利用所得闪蒸气对所述制冷机组单元提供能量，驱动其运转并输出冷冻水；

9、所述二氧化碳水洗单元和所述二氧化碳压缩单元相连接，且所述二氧化碳水洗单元的气相入口连接至低温甲醇洗装置的二氧化碳出口，用于利用所述二氧化碳水洗单元对来自低温甲醇洗装置的二氧化碳进行水洗后，送至所述二氧化碳压缩单元内进行二氧化碳加压脱水过程，并自其内的冷却装置输出升温的冷介质；

10、所述制冷机组单元与所述二氧化碳压缩单元相连接，且所述制冷机组单元中蒸发装置的冷冻水出口连接至所述二氧化碳压缩单元中冷却装置的冷介质进口、所述制冷机组单元中蒸发装置的冷冻水进口连接至所述二氧化碳压缩单元中冷却装置的冷介质出口。

11、优选地，所述真空闪蒸单元包括进料端、闪蒸气出口和闪蒸液出口，且其进料端连接至气化装置的低压闪蒸黑水出口、闪蒸气出口连接至所述制冷机组单元、闪蒸液出口连接至气化装置的黑水沉降槽进口，用于对来自气化装置的低压闪蒸黑水进行闪蒸分离，并将所得闪蒸气送至所述制冷机组单元作为热介质进行换热冷凝后与所得闪蒸液一起送至气化装置的黑水沉降槽。

12、优选地，所述制冷机组单元中，所述蒸发装置为蒸发器；所述制冷机组单元包括首尾连接的发生器、冷凝器、1#节流阀、蒸发器、吸收器和循环泵；所述发生器还包括热介质进口和热介质出口，且通过其热介质进口连接至所述真空闪蒸单元的闪蒸气出口，通过其热介质出口连接至气化装置的黑水沉降槽进口；所述制冷机组单元用于利用来自所述真空闪蒸单元的闪蒸气对通入的制冷剂进行加热蒸发输出蒸汽和制冷剂浓溶液、对蒸汽依次进行冷凝、节流降压，然后利用来自所述二氧化碳压缩单元的冷介质进行升温，再经降温后泵送至所述发生器，从而对来自所述真空闪蒸单元的闪蒸气进行降温、对所述二氧化碳压缩单元提供冷冻水作为冷介质；

13、所述制冷机组单元还包括换热器和2#节流阀；其中，

14、所述换热器设置于自所述循环泵至所述发生器的物料管线上，且所述换热器包括热介质进口和热介质出口，并通过其热介质进口连接至所述发生器的制冷剂浓溶液出口，通过其热介质出口连接所述2#节流阀，用于将来自所述发生器的制冷剂浓溶液作为热介质送至所述换热器内以对来自所述循环泵的制冷剂进行换热升温后输送至所述发生器，而其自身降温后经所述2#节流阀输出至所述吸收器进行降温。

15、优选地，所述二氧化碳水洗单元包括水洗塔，所述水洗塔包括气相入口、液相入口、气相出口和液相出口，且通过其气相入口连接至低温甲醇洗装置的二氧化碳出口、通过其气相出口连接至所述二氧化碳压缩单元，用于自其气相入口通入来自低温甲醇洗装置的二氧化碳，并利用自其液相入口通入的水对其进行水洗除甲醇，然后自其液相出口排出含有甲醇的废水、自其气相出口输出二氧化碳至所述二氧化碳压缩单元进行分级压缩和级间冷却。

16、优选地，所述二氧化碳压缩单元包括分级压缩单元、级间冷却单元和气液分离单元，用于分别对来自所述二氧化碳水洗单元的二氧化碳依次进行多级压缩、并对各级压缩后的二氧化碳对应进行级间冷却和气液分离，输出脱水二氧化碳至气化装置；其中，所述冷却装置为所述级间冷却单元的装置；所述级间冷却单元的冷介质出口连接至所述蒸发器的冷冻水进口、其冷介质进口连接至所述蒸发器的冷冻水出口，用于以来自所述制冷机组单元的冷冻水为冷介质进行级间冷却，使其在换热升温后返送至所述制冷机组单元进行降温以获得冷冻水。

17、优选地，所述真空闪蒸单元至少包括1级闪蒸装置；所述真空闪蒸单元的气相出口连接至所述制冷机组单元中的热介质进口、液相出口连接至气化装置的黑水沉降槽进口，用于对来自气化装置的低压闪蒸黑水依次进行真空闪蒸以气液分离，并输出闪蒸液至气化装置的黑水沉降槽，输出闪蒸气至所述制冷机组单元内作为其热介质。

18、优选地，所述真空闪蒸单元至少包括2级闪蒸装置；所述真空闪蒸单元包括依次连接的一级真空闪蒸罐和二级真空闪蒸罐，所述一级真空闪蒸罐的进料端连接至气化装置的低压闪蒸黑水出口，所述一级真空闪蒸罐的液相出口连接至所述二级真空闪蒸罐的进口，所述二级真空闪蒸罐的液相出口连接至气化装置的黑水沉降槽进口，所述一级真空闪蒸罐和所述二级真空闪蒸罐的气相出口分别连接至所述制冷机组单元中的热介质进口，用于对来自气化装置的低压闪蒸黑水依次进行一级真空闪蒸和二级真空闪蒸以气液分离，并自所述二级真空闪蒸罐的液相出口输出二级闪蒸液至气化装置的黑水沉降槽，分别自所述一级真空闪蒸罐和所述二级真空闪蒸罐的气相出口输出闪蒸气至所述制冷机组单元内作为其热介质；所述真空闪蒸气包括一级闪蒸气和二级闪蒸气。

19、优选地，所述分级压缩单元为3-6级，所述级间冷却单元相应减少1级。

20、优选地，所述分级压缩单元依次包括一级压缩机、二级压缩机、三级压缩机、四级压缩机；

21、所述级间冷却单元依次包括一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器；

22、所述气液分离单元依次包括与所述级间冷却单元相对应的一级分离罐、二级分离罐和三级分离罐；

23、所述一级压缩机、所述一级冷凝器、所述一级分离罐、所述二级压缩机、所述二级冷凝器、所述二级分离罐、所述三级压缩机、所述三级冷凝器、所述三级分离罐、所述四级压缩机、所述三级冷凝器和所述三级分离罐依次串联设置，用于依次对来自所述二氧化碳水洗单元的二氧化碳依次进行多级压缩、并对各级压缩后的二氧化碳对应进行级间冷却和气液分离，输出脱水二氧化碳至气化装置。

24、本发明的有益效果在于：

25、(1)本发明用于真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合的方法和系统，通过将真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合，从而同时提高对真空闪蒸气余热的回收利用效果和对二氧化碳加压脱水效果。

26、(2)本发明通过将真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水相耦合，能够将气化装置后的真空闪蒸单元中大部分余热都进行回收利用，并将真空闪蒸气用于制冷。相比于现有技术，本发明能够真正意义上将煤气化装置中的真空闪蒸单元余热进行全面完整有效的回收利用，大量节省了对真空闪蒸气进行冷却时冷却循环水的使用量，降低了水耗和能耗。

27、(3)本发明通过二氧化碳水洗单元对来自低温甲醇洗装置的二氧化碳进行水洗，可使二氧化碳中的甲醇含量降低到50mg/nm3以下，达到国家排放标准。

28、(4)本发明中，二氧化碳水洗单元输出的二氧化碳中，水含量在1.2vol％左右，水含量过高使得其在加压输送过程中容易出现结露现象、影响煤粉输送效果。本发明通过将真空闪蒸气制冷过程产生的冷冻水(冷量)作为冷介质用于二氧化碳加压脱水过程，其中级间冷却过程使得二氧化碳在增压的同时脱除大部分水，而达到粉煤密相输送压力和作为煤粉输送介质的要求。既能避免级间冷却循环水的消耗，又将真空闪蒸气制冷过程制出的冷冻水(冷量)也利用上，做到了“一举两得”的双赢效果。

29、(5)本发明不仅可以将真空闪蒸气制冷与二氧化碳加压脱水耦合，也可以单独将真空闪蒸气制冷单拎出来，将制作的冷冻水(冷量)用作工厂其他所需的装置或设备中，工厂可以根据现阶段使用情况进行调整以达到能耗最优利用为目的，提高经济效益。

30、(6)本发明通过真空闪蒸气制冷制出的冷冻水为-15～0℃的冷却水。针对去往不同的需冷装置，可以考虑采用不同制冷能力的制冷机组单元。