本实用新型专利技术公开了一种热整合系统、排放物到液体工厂，以及用于在工厂内进行内部热整合的系统。热整合系统，用于产生蒸汽或另一工作流体以作为动力循环的一部分的合作厂和从放热反应中产生热量的排放物到液体的工厂之间。该系统包括蒸汽或其他工作流体的发生器、涡轮机、冷凝器、泵、开放式的或封闭式的水预热器，以及来自涡轮机的第一排放流和第二排放流。其中，第二排放流被送入热交换器，其中来自第二排放流的热量被用来加热与蒸馏塔相关的再沸器中的来自所述蒸馏塔的底部冷凝部分，热交换器将冷流返回到与合作厂的动力循环相关的水预热器。预热器。预热器。
【技术实现步骤摘要】
热整合系统、排放物到液体工厂和工厂内部热整合系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2022年2月1日提交的名为“热整合”的美国第63/305,392号临时申请的优先权。
[0003]本公开涉及通常互不相关的过程之间的热整合，以及系统和用于实施或操作此类系统的方法。
技术介绍
[0004]举例来说，这种整合可以是在与动力循环(例如，使用蒸汽涡轮机或其他工作流体涡轮机来发电)相关的产生蒸汽(或另一工作流体)的工厂和从放热反应中产生热量的化学合成厂之间进行。该系统可以在这些工厂之间交换热量，以便更好地实现效率最大化，减少废热，降低冷却负荷，等等。显然也存在这样的一些情况，特别是在新建场地，蒸汽或另一工作流体可能不用于发电，而是用于其他目的。例如，可能有的地方有工业废热，将所有的热量作为热能使用更经济，或者蒸汽(或另一工作流体)可用于生产机械功(而不是电功)。因此，本文所述的与发电厂的整合只是示例性的。这种整合可称为外部整合。本文也描述了内部热整合，例如在工厂内。
[0005]气候变化是由温室气体(例如水蒸气、氮氧化物、甲烷和二氧化碳)的变暖效应造成的。除了对气候变化的关注外，还存在对提高能源的生产效率和整体有效利用的不断需求。例如，各种为电网发电的发电厂都依赖于通过各种方式(如燃烧化石或其他燃料、地热等)来产生蒸汽(或另一工作流体)，其用于朗肯或其他热力学动力循环，运行涡轮机来发电。在一个典型的动力循环中，一部分产生的蒸汽(或另一工作流体)从涡轮机中排出(例如，作为低压或中压排放流)，用于重新加热通过涡轮机和冷凝器后的供给水流，以准备该供给水的再次循环。
[0006]同时，有许多不相关的化学合成和其他涉及放热反应的过程，其中必须提供冷却水，以吸收这种放热合成或类似过程中产生的热量。由于此类过程通常与运行朗肯或其他热力学动力循环的发电过程无关，因此这类过程通常彼此独立地运行，例如彼此之间往往相距甚远，而没有在这类过程之间整合热量的实用方法。本公开涉及在此类过程之间整合热量的实际方法和应用，其可减少对发电过程中涡轮机上的任何低压或中压排放流的需求，以便为再次循环而预热冷凝水，同时也减少对吸收与化学合成过程相关的放热反应产生的热量所需的冷却水的需求。
[0007]这种整合可以提高被整合在一起的两个过程的效率，使得能源资源得到更好的整体利用，并且使两个过程对环境更加友好。
技术实现思路
[0008]本公开针对的是这样的系统和方法，其通过在通常不相关的过程(例如，不以其他
方式共享或交换材料流的过程)之间整合热量来提供对热能的改进利用。例如，在一个具体的实施方案中，将二氧化碳排放物和氢气(例如来自水电解)转化为甲醇的碳排放国际公司的排放物到液体(ETL)工厂可以与发电厂(例如，包括热动力循环的发电厂)整合。这样的ETL工厂也可以与其他过程整合。因甲醇合成是放热反应所产生的来自ETL工厂的废热被用于发电厂的动力循环，例如在使来自涡轮机的冷凝物沸腾和并将其转换回蒸汽(或其他汽化的工作流体)之前对冷凝物进行预热，以便重新引入到涡轮机中。这两个工厂可以进一步整合，其中一部分产生的蒸汽(或另一工作流体)从动力循环中转移出来(例如，不是在涡轮机中用于发电)，而是在ETL过程中作为加热介质使用。因此，与一部分蒸汽(或另一工作流体)相关的热能被用于ETL工厂的能源分配目的，而不是让蒸汽(或另一工作流体)通过涡轮机来生产电力。这种热分配可采取多种形式之一。例如，除了用于加热目的(例如，作为蒸馏过程的一部分)，这种蒸汽(或另一工作流体)也可用于驱动ETL或其他化学合成厂内的机械设备(例如，合成气压缩机和/或循环器)。在机械设备中的使用可将热能转化为机械能。在任何情况下，这种整合都是有意义的，并且在一个过程的需求与另一个过程的需求之间存在温度范围的协同作用时是有益的。例如，相对于来自涡轮机的蒸汽或其他工作流体，相对于化学合成厂的蒸馏塔(和/或碳捕获单元或其他单元)的再沸器的需求而言，在热力学循环发电过程中适合预热的手段可与来自化学合成过程的废热温度相吻合，反之亦然。
[0009]这种整合是有益的，因为从蒸汽(或另一工作流体)中产生电力(例如，通过涡轮机的膨胀)时所取得的效率相对较低，例如低于40％。当一部分工作流体流转到ETL工厂时，例如，用于向与蒸馏塔相关的再沸器提供热量时，在这种工作流体中实现的能源利用效率要高得多，这是因为在热交换器中的热传递可以远高于将这种工作流体转换为电能(例如之后再使用电能来产生蒸汽或其它工作流体以加热再沸器)的能源效率来实现。虽然在许多工厂中不会用电来产生蒸汽(例如，燃料动力锅炉可能更具成本效益)，但在碳排放国际公司的ETL工厂中，希望通过使用绿色电力来将二氧化碳排放量降至最低。在任何情况下，本技术的整合系统提出了一条替代路线，完全不需要蒸汽或其他工作流体发生器(例如，通过整合发电厂或其他合作厂的蒸汽或另一工作流体)。虽然化学合成厂的蒸馏部分的再沸器是可以使用这种蒸汽(或另一工作流体)的一个具体例子，但显然这种加热过的工作流体也可以用在其他地方。作为进一步的例子，蒸汽或其他工作流体的另一个相关用途是在ETL工厂的二氧化碳捕获单元(例如，汽提塔)内，或其他化学合成厂中的类似用途。
[0010]两个工厂都可从这种热整合中受益。例如，由于提供给ETL或其他化学合成厂的蒸汽或其他工作流体对ETL或其他化学合成厂的价值大于对发电厂的价值，所以发电厂可以受益。从化学合成厂提供给发电厂的废热对发电厂有利，因为它减少了必须从涡轮机中排出的用于重新加热来自涡轮机和冷凝器的冷凝物的工作流体的量，实际上增加了涡轮机所产生的功率(这是因为更多的蒸汽或其他工作流体可用于发电)。如果被替换的排放流(或其他工作流体)的能量含量高于废热的能量含量，那么涡轮机输出功率的增加可能会大于所提供的废热的能量含量。即使一部分工作流体被转移到ETL工厂用于加热目的(例如，在蒸馏系统、二氧化碳捕获单元等中)，这些过程的整体效率也会得到改善，这将在实施例中显示出来。ETL工厂的好处是减少了对冷却水的需求，以及消除了对蒸汽或其他工作流体发生器的任何需求(这是因为所需的蒸汽或其他工作流体由发电厂直接提供)。与独立运行的每个过程相比，整个整合的系统表现出更好的能源利用。例如将二氧化碳排放物转化为液
体燃料(如甲醇)或其他有用的化学品的化学合成厂特别适合与发电厂或任何其他可能产生蒸汽或另一工作流体(如作为热力学动力循环的一部分)的工厂整合，这是因为如一个特定的实施方案中所设想的那样，化学合成厂(如申请人的ETL过程)可以使用来自合作厂的二氧化碳烟道气作为原材料，用于合成增值的化学品(例如甲醇，其可用作燃料、其他化学过程中使用的化学原料、用于生产各种化合物如蛋白质的酶制剂，或者用在多种其他应用中)。
[0011]通过用来自ETL或另一化学合成厂的废热来换取来自运行动力循环的合作厂的蒸汽或其他工作流体，来自ETL或另一化学合成厂的废热可用于预热来自动力循环的涡轮机和冷凝器的冷凝物，而从本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.热整合系统，用于产生工作流体以作为动力循环的一部分的合作厂和从放热反应中产生热量的排放物到液体工厂之间，其特征在于，所述系统包括：工作流体发生器；涡轮机；冷凝器；泵；开放式的或封闭式的水预热器；来自所述涡轮机的第一排放流和第二排放流，其中，第二排放流被送入热交换器，其中来自第二排放流的热量被用来加热用于蒸馏塔的再沸器中的来自所述蒸馏塔的底部冷凝部分，所述热交换器将冷流返回到用于所述合作厂的动力循环的所述水预热器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动力循环用来产生电力。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动力循环是不用于产生电力的动力循环。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，来自所述动力循环的工作流体用于运行机械设备，用于捕获二氧化碳，和/或用于生成氢气。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一排放流是低压排放流。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二排放流是中压排放流。7.根据权利要求1到6中任一项所述的系统，其特征在于，所述工作流体是蒸汽。8.根据权利要求1到6中任一项所述的系统，其特征在于，所述冷凝器是海水冷凝器。9.热整合系统，用于产生工作流体以作为动力循环的一部分的合作厂和从放热反应中产生热量的排放物到液体工厂之间，其特征在于，从所述动力循环的涡轮机中抽取的排放流送入热交换器，用于加热用于所述排放物到液体工厂的蒸馏塔的再沸器中的来自所述蒸馏塔的底部冷凝部分，所述热交换器将冷流返回到水预热器；泵将来自所述涡轮机的冷凝过的冷流供应给热交换器，所述热交换器配置为将来自所述排放物到液体工厂的放热反应的热量交换给所述冷流，以加热所述冷流，将预热过的流体返回到所述水预热器，用于最终加热所述合作厂的动力循环的工作流体发生器中的工作流体。10.根据权利要求9所述的系统，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：碳回收国际公司，
类型：新型
国别省市：
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