本发明涉及余热利用技术领域，具体地涉及一种间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统。
背景技术：
由于反应器催化剂再生为间歇性流程，导致余热回收利用的难度大；常用的固定床反应器催化剂再生流程改进措施，一是将高温的再生废气与新鲜的再生废气进行换热，以提高新鲜再生气的温度，降低再生气加热炉的负荷。但外排的再生废气温度仍高于350℃，且由于装置布局原因，在输送过程中存在较大的温度损失，造成热能浪费；二是将高温的再生废气排入加热炉或裂解炉等设备炉膛内燃烧，以提供能量，再通过设备内的换热管进行能量回收，但由于再生废气主要组分为氮气和二氧化碳，会降低加热炉的热效率。再生废气中携带的催化剂粉末及杂质沉积在换热管表面，影响传热效率，严重时会堵塞再生废气流动通道，增加流动阻力，影响催化剂再生程序的平稳运行。此外，再生废气中携带的固体杂质会对换热管造成冲击磨损。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决再生废气间歇性产生不易回收利用问题，设置低负荷热源补入系统，以维持在再生废气短暂缺失阶段机组的低负荷运行，确保余热利用装置的平稳运行的技术问题，同时克服现有技术存在的因再生废气携带的固体杂质沉积在换热管表面，影响传热效率，或堵塞流动通道，以及长期对换热管造成冲击磨损的技术问题。
本发明提供一种间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统，该间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统具有通过改变此类间歇性高温再生废气直接排放火炬或大气的常规处理方法，将余热产汽技术、orc发电技术整合到余热利用系统中，通过热能的梯级利用，实现间歇性余热能源的合理利用，有助于提高装置能源利用率。
同时，本发明的间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统为解决再生废气间歇性产生不易回收利用问题，设置低负荷热源补入系统，以维持在再生废气短暂缺失阶段机组的低负荷运行，确保余热利用装置的平稳运行。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种间歇性再生废气的余热利用装置。
该间歇性再生废气的余热利用装置包括再生气加热炉、mtp反应器、汽包、热电转化装置和废气排出管路；
所述再生气加热炉与所述mtp反应器连接，所述mtp反应器通过所述汽包连接所述热电转化装置；经过所述汽包进行降温后的再生废气在与所述热电转化装置换热后经废气排出管路排出；其中，
所述再生气加热炉与所述汽包之间设置有一条用于直接将再生气输送至汽包，并与所述mtp反应器并联的管路。
本发明通过设置汽包对自mtp反应器中输出的再生废气进行降温，从而可以满足进行热电转化的条件，进而通过热电转化装置将再生废气中的温度转化为电能，并将利用后的再生废气通过废气排出管路释放到大气中或着进入火炬排放系统进行处理。由于mtp反应器对于再生废气的产出为间歇性的，为了确保热电转化装置的持续运转，本发明在再生气加热炉与汽包之间设置有用于直接将再生废气输送至汽包，并与mtp反应器并联的管路，以确保实时的有再生废气流经热电转化装置，避免mtp反应器切换过程中热电转换装置无法正常运行，解决了由于反应器催化剂再生为间歇性流程，导致余热回收利用的难度大的技术问题。
优选地，所述热电转化装置包括蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵，所述蒸发器通过有机工质吸收汽包输出再生废气的热能，并在膨胀机中做功以实现热能转化成电能，冷凝器设置在膨胀机的下游，用于对膨胀机输出的做功后的有机工质进行降温，所述工质泵对经由冷凝器降温后的有机工质进行加压，并输送回蒸发器处以对汽包输出的气体进行降温。
优选地，所述热电转化装置还包括设置在所述工质泵下游，并与所述废气排出管路接触以对供职进行预热的预热器。
优选地，所述余热利用装置包括设置在所述mtp反应器和汽包之间的管路上，用于对mtp反应器输送至汽包中的再生废气进行除尘的除尘器。
优选地，所述除尘器的顶部设有连通至汽包的管路，所述除尘器的底部设有用于固体杂质排放的排放固体杂质管路。
优选地，所述余热利用装置包括用于将来自界区的锅炉给水输送至汽包中进行换热的锅炉给水管路。
优选地，所述余热利用装置包括用于对进入汽包中的气体进行能量转化的汽轮机。
优选地，所述汽轮机的端部设有用于对汽轮机中气体冷却生成的液体与来自界区的锅炉给水进行混合的混合器。
优选地，所述余热利用装置包括用于将来自界区的锅炉给水输送至汽包中进行换热的锅炉给水管路，所述混合器与所述锅炉给水管路连通。
优选地，所述混合器与所述锅炉给水管路之间设有净化装置。
本发明第二方面提供一种间歇性再生废气的余热利用系统；
该间歇性再生废气的余热利用系统包括上述任一种所述的间歇性再生废气的余热利用装置，所述再生气加热炉接入新鲜再生气，所述废气排出管路连接至再生废气排放至火炬管路或再生废气排放至大气管路。
附图说明
图1是现有技术中固定床反应器再生系统的示意图；
图2是本发明的具体实施例提供的一种间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统的示意图；
图3是本发明的具体实施例提供的另一种间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统的示意图。
附图标记说明
001、再生气加热炉；002、mtp反应器；003、除尘器；004、汽包；005、蒸发器；006、膨胀机；007、冷凝器；008、工质泵；009、预热器；010、汽轮机；011、混合器；101、新鲜再生气；102、排放固体杂质管路；103、饱和蒸汽；104、锅炉给水管路；105、汽包排污线；106、再生废气排放至火炬管路；107、再生废气排放至大气管路；201、反应器再生废气进料阀组；202、再生废气至汽包进料阀组；203、除尘器顶部至汽包阀组；204、除尘器底部固体杂质排放阀组；205、汽包排污阀组。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“外”和“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
余热利用的潜力很大，在当前化工领域节约能源中占重要地位。回收余热资源不仅要考虑本身的品质，还取决于生产发展情况和科学技术水平。余热资源按其温度划分可分为三类：高温余热(温度高于500℃的余热资源)、中温余热(温度在200～500℃的余热资源)及低温余热(温度低于200℃的余热资源)。过去化工领域只注重较高品位热源的回收利用，中、低温余热资源的回收利用还没有得到足够的重视。
mtp(methanoltopropylene，甲醇制丙烯)反应器催化剂的再生是甲醇制烯烃项目的关键工艺。mtp催化剂在使用一段时间后，其活性、丙烯选择性和抗积碳能力均下降，因此为保持催化剂对目标产品的选择性和活性，提高催化剂抗积碳能力，需对催化剂进行离线再生。mtp反应器为两开一备运行模式，平均每月至少需有两台反应器下线进行再生，消耗大量新鲜补入的氮气或氮气与空气的混合气。固定床反应器再生系统示意图如图1所示。
如图1所示，新鲜再生气进入反应器后，与催化剂表面的积炭发生反应，以再生废气(主要组分：氮气、二氧化碳)的形式排出反应器。反应器催化剂再生初期、中期，高温的再生废气携带部分可燃气体，以排放到火炬系统进行燃烧的方式进行处理，再生末期可燃气体含量低(小于1000ppm)，甚至不含可燃气体，以直接排放到大气的方式进行处理。
由于反应器催化剂再生为间歇性流程，因此，余热回收利用的难度大。
为了解决上述问题，本发明提供了一种间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统。
如图2所示，本发明提供的间歇性再生废气的余热利用装置包括再生气加热炉001、mtp反应器002、汽包004、热电转化装置和废气排出管路。再生气加热炉001与mtp反应器002连接，mtp反应器002通过汽包004连接热电转化装置，经过汽包004进行一次降温后的气体在热电转化装置中二次换热降温后经废气排出管路排出，其中，再生气加热炉001与汽包004之间设置有用于直接将再生气输送至汽包004，并与mtp反应器002并联的管路。
为了控制再生气在管路中的流动，在再生气加热炉001与mtp反应器002之间设置反应器再生气进料阀组201，并在与mtp反应器002并联的管路上设置再生气至汽包进料阀组202。以确保再生气的流动符合生产要求。
本发明通过设置汽包对自mtp反应器中输出的再生废气进行一次降温，从而可以满足进行热电转化的条件，进而通过热电转化装置将再生废气的热能转化为电能，并将利用有后的再生废气通过废气排出管路释放到大气中或着进入下游装置进行后续的处理。由于mtp反应器对于再生废气的产出为间歇性的，为了确保热电转化装置的持续运转，本发明在再生气加热炉与汽包之间设置有用于直接将新鲜再生气输送至汽包，并与mtp反应器并联的管路，以确保实时的有再生废气流经热电转化装置，避免mtp反应器切换过程中热电转换装置无法正常运行，解决了，由于反应器催化剂再生为间歇性流程，导致余热回收利用的难度大的技术问题。
在本发明可选的实施例中，热电转化装置包括蒸发器005、膨胀机006、冷凝器007和工质泵008，优选地，所述蒸发器005为orc发电系统中的蒸发器。蒸发器005通过有机工质与汽包004输出的气体进行换热吸收热量，并在膨胀机006中做功，最终将热能转化成电能，冷凝器007设置在膨胀机006的下游，用于对膨胀机006输出的有机工质进行降温，工质泵008对经由冷凝器007降温后的有机工质进行加压，并输送回转蒸发器005处，以对汽包004输出的气体进行降温。
在本发明进一步可选的实施例中，热电转化装置还包括设置在工质泵008下游，并与废气排出管路接触以对工质进行预热的预热器009。该预热器009的设置，可对通过工质泵008回流至蒸发器005与膨胀机006处的有机工质进行预热，同时可将通过预热器009即将流入废气排出管路的再生废气进行热量的交换，从而增大再生废气换热的接触位点、延长了热交换的时间，提高了再生废气热量的交换效率，进而提高了余热回收的效果。与此同时，本发明的间歇性再生废气的余热利用装置至少利用汽包和热电转化装置进行一级的余热利用，和通过设置预热器进行了二级的余热利用，从而实现了再生废气热能的梯级利用，进而提高了间歇性再生废气的余热利用装置能源的利用率。
在本发明可选的实施例中，该余热利用装置包括设置在mtp反应器002和汽包004之间的管路上，用于对mtp反应器002输送至汽包004中的气体进行除尘的除尘器003。除尘器003的设置可对经过mtp反应器002的再生废气中携带的粉尘或其他杂质进行处理，避免由于流经mtp的再生废气携带的固体杂质沉积在换热管表面，导致影响传热效率，或堵塞流动通道，以及长期对换热管造成冲击磨损的技术问题。
在本发明进一步可选的实施例中，除尘器003的顶部设有连通至汽包004的管路，除尘器003连接至汽包004的管路上设置除尘器顶部至汽包阀组203。除尘器003的底部设有用于固体杂质排放的排放固体杂质管路102。除尘器003连通至汽包004的管路设置在顶部，可在重力的作用下，有助于流经除尘器003的再生废气在重力的作用下对其夹杂的固体杂质进行沉积，防止夹杂固体杂质的气体通过管路进入到汽包004中。将排放固体杂质管路102设置在除尘器003的底部，方便对除尘器003中的固体杂质的沉积进行倾倒，从而可以在重力的作用下起到更好的清理效果，同时，有利于与连通至汽包004的管路以最远的距离进行分开设置，避免对除尘后进入汽包004中的再生废气造成污染。
为了提高对于除尘器003中固体杂质的清理的管控，除尘器003与排放固体杂质管路102之间设有除尘器底部固体杂质排放阀组204，并通过除尘器底部固体杂质排放阀组204对除尘器003中的固体杂质排出至排放固体杂质管路102进行控制。
在本发明可选的实施例中，余热利用装置包括用于将来自界区的锅炉给水输送至汽包004中进行换热的锅炉给水管路104。高温的再生废气对来自界区的锅炉给水管路104中的水进行加热，产生的饱和蒸汽103并入蒸汽管网，并通过汽包004底部的汽包排污线105上的汽包排污阀组205实现间歇性的汽包排污。
在本发明可选的实施例中，固定床反应器催化剂再生时，新鲜再生气101经过再生气加热炉001加热达到再生温度后，进入mtp反应器002顶部，自上而下，依次贯穿床层，与mtp反应器002中的催化剂反应，通过此再生程序使催化剂活性、丙烯选择性提高，产生的再生废气自mtp反应器002底部输出至除尘器003，对再生废气进行固体杂质分离，通过除尘器003底部的排放固体杂质管路102之间的除尘器底部固体杂质排放阀组204实现固体杂质的排放，除杂后的再生废气经过除尘器顶部至汽包阀组203进入汽包004，高温的再生废气对来自界区的锅炉给水管路104中的水进行加热，产生的饱和蒸汽103并入蒸汽管网，通过汽包004底部的汽包排污线105上的汽包排污阀组205实现间歇性的汽包排污，经过余热利用后的高温再生废气温度降至200℃以下，成为低温再生废气，与orc发电系统中的蒸发器005冷却剂侧的低沸点有机工质进行换热，有机工质吸收热量后气化，气态的有机工质在膨胀机006中膨胀降压时向外输出机械功以带动发电机发电，将热能最终转化为电能，膨胀发电后的低压有机工质在冷凝器007中被冷却为液体，工质泵008将低压液体有机工质提压，使有机工质进入预热器009中与再生废气再次换热，预热器009即作为有机工质预热器，又作为再生废气的冷却器，预热后的有机工质再次进入蒸发器，与再生废气进行热交换，完成循环发电，实现余热利用最大化。当一台反应器催化剂再生结束，另外一台反应器催化剂再生程序还未开始时，在此短暂的时间段内，无再生废气产生，为维持发电机组的低负荷运行，自再生气加热炉001引入新鲜的再生气自mtp反应器002与除尘器003的旁路线的再生气至汽包进料阀组202进入汽包004，此时需关闭mtp反应器002顶部的反应器再生气进料阀组201及除尘器003除杂后的除尘器顶部至汽包阀组203。
在本发明可选的实施例中，如图3所示，该余热利用装置包括用于对进入汽包004中的气体进行能量转化的汽轮机010。此时，汽包004产生的饱和蒸汽103不再并入蒸汽管网，而是进入汽轮机010，通过驱动汽轮机，实现蒸汽发电，产生的凝结水经过混合器011与来自界区的锅炉给水管路104混合后再次回收利用进入汽包004，以达到充分节约水资源及利用余热资源的目的。
在本发明进一步优选地实施例中，汽轮机010的端部设有用于对汽轮机010中气体冷生成的液体与来自界区的锅炉给水进行混合的混合器011。汽轮机010中的水蒸气在进行冷却后形成液态的水，通过混合器011可将该液态的水与锅炉给水进行混合，从而将汽轮机010产生的液态水进行排放，并可将其进行二次利用。有效的对生产工艺进行了整合，从而降低了后续对于液态水的回收处理的工序。
在本发明可选的实施例中，余热利用装置包括用于来自界区的锅炉给水输送至汽包004中进行换热的锅炉给水管路104，混合器011与锅炉给水管路104连通。由于经过汽轮机010的水蒸气冷却后形成的液态水中含有大量的不适宜直接进入到锅炉中进行循环使用的离子，在本发明进一步可选的实施例中，混合器011与锅炉给水管路104之间设有净化装置。
本发明提供这一种间歇性再生废气的余热利用系统；
该余热利用系统包括上述任一种所述的间歇性再生废气的余热利用装置，再生气加热炉001接入新鲜再生气101，废气排出管路连接至再生废气排放至火炬管路106或再生废气排放至大气管路107，具体的排放路径根据再生废气的气体组分是否满足可直接排放至大气的要求而定。
以上所述仅为本发明的可选或优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述余热利用装置包括再生气加热炉(001)、mtp反应器(002)、汽包(004)、热电转化装置和废气排出管路；
所述再生气加热炉(001)与所述mtp反应器(002)连接，所述mtp反应器(002)通过所述汽包(004)连接所述热电转化装置；经过所述汽包(004)进行降温后的气体在与所述热电转化装置换热后经废气排出管路排出；其中，
所述再生气加热炉(001)与所述汽包(004)之间设置有用于直接将再生废气输送至汽包(004)，并与所述mtp反应器(002)并联的管路。
2.根据权利要求1所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述热电转化装置包括蒸发器(005)、膨胀机(006)、冷凝器(007)和工质泵(008)，所述蒸发器(005)通过有机工质吸收汽包(004)输出的再生废气的热能，并在膨胀机(006)中做功以实现热能转化成电能，冷凝器(007)设置在膨胀机(006)的下游，用于对膨胀机(006)输出的做功后的有机工质进行降温，所述工质泵(008)对经由冷凝器(007)降温后的有机工质进行加压，并输送回蒸发器(005)处，以对汽包(004)输出的气体进行降温。
3.根据权利要求2所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述热电转化装置还包括设置在所述工质泵(008)下游，并与所述废气排出管路接触以对工质进行预热的预热器(009)。
4.根据权利要求1所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述余热利用装置包括设置在所述mtp反应器(002)和汽包(004)之间的管路上，用于对mtp反应器(002)输送至汽包(004)中的再生废气进行除尘的除尘器(003)。
5.根据权利要求4所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述除尘器(003)的顶部设有连通至汽包(004)的管路，所述除尘器(003)的底部设有用于固体杂质排放的排放固体杂质管路(102)。
6.根据权利要求1至5任一项所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述余热利用装置包括用于将来自界区的锅炉给水输送至汽包(004)中进行换热的锅炉给水管路(104)。
7.根据权利要求1所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述余热利用装置包括用于对进入汽包(004)中的气体进行能量转化的汽轮机(010)。
8.根据权利要求7所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述汽轮机(010)的端部设有用于对汽轮机(010)中气体冷却生成的液体与来自界区的锅炉给水进行混合的混合器(011)。
9.根据权利要求8所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述余热利用装置包括用于将来自界区的锅炉给水输送至汽包(004)中进行换热的锅炉给水管路(104)，所述混合器(011)与所述锅炉给水管路(104)连通。
10.根据权利要求9所述的间歇性再生废气的余热利用装置，其特征在于，所述混合器(011)与所述锅炉给水管路(104)之间设有净化装置。
11.一种间歇性再生废气的余热利用系统，其特征在于，所述余热利用系统包括权利要求1至10任一项所述的间歇性再生废气的余热利用装置，所述再生气加热炉(001)接入新鲜再生气(101)，所述废气排出管路连接至再生废气排放至火炬管路(106)或再生废气排放至大气管路(107)。
技术总结