CN101502721A - 吸附式热泵精馏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸附式热泵精馏系统，尤其涉及一种利用热能(太阳能、地热能、工业余热或废热)等驱动，通过吸附式热泵的方式进行精馏系统节能的过程。本发明的吸附式热泵精馏系统是将吸附式热泵系统和精馏系统耦合，采用间接式操作方式，吸附式热泵系统和精馏系统独立成体系，可单独进行操控。与现有的热泵精馏系统相比，本发明的吸附式热泵精馏系统采用的工质对环境无冲击，不会破坏臭氧层或产生温室效应；不使用高品位电能，可用低品位热能驱动。本发明属于热能驱动的热泵精馏系统，可提高精馏系统能效。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸附式热泵精馏系统，尤其涉及一种利用热能(太阳能、地热能、工业余热和废热)等驱动，通过吸附式热泵的方式进行精馏系统节能的过程，属于化工领域高效节能的过程。
背景技术
精馏是石油化工生产中应用最广的分离过程，精馏是耗能较大的一种化工单元操作。石油和化学工业的能耗占工业总能耗的比重很大，其中约60％用于精馏过程。在常规精馏塔的流程中，塔底再沸器所输入的能量大约有95％在塔顶被冷却水或冷却空气带走，这部分能量不能得到进一步的回收利用，导致精馏系统热力学效率很低。当前，国际能源紧缺现状迫使精馏节能技术研究成为当务之急。
多年来，人们已采用了多种方法和手段对精馏塔的装置和操作进行改进，以减少精馏塔所消耗的能量，如以产品物流预热进料、增加塔板数、减小回流比、增设中间再沸器和中间冷凝器、使用适宜的保温材料和高效填料以及热泵技术等。其中，热泵精馏技术因其节能效率高、易实施、易控制性，成为最具有发展潜力和最有效的精馏节能方法。
自20世纪70年代能源危机以来，各种节能降耗的技术引起了广泛关注，国际能源署将“热泵技术”列于各种节能技术之首。热泵技术主要用于建筑的供暖和制冷，工业用途主要在纺织、食品加工、石油化工、城市污水处理、海水淡化，以及农业生产等领域。近年来，热泵技术的用途呈现广泛拓展趋势。
热泵精馏是靠补偿能量或消耗机械功，把精馏塔塔顶低温处的热量(冷凝器中放出的热量)传递到塔底高温(再沸器加热所需的热量)处，即将塔顶低温蒸汽用作塔底再沸器的热源，从而有效提高精馏过程热力学效率，降低过程能耗。根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏可分为蒸汽加压式和吸收式两种类型。其中，压缩式热泵精馏又分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式、塔底液体闪蒸式和蒸汽喷射式。目前，压缩式热泵精馏技术已应用于乙苯-苯乙烯、丙烯-丙烷和乙烯-乙烷的精馏过程，如，国内的锦州炼油厂、九江炼油厂和大庆炼化公司的丙烯-丙烷精馏以及茂名乙烯装置的乙烯精馏分离等。
然而，压缩式热泵精馏是靠消耗高品位电能为代价降低过精馏程能耗的，不太符合可再生能源发展战略。吸收式热泵包括溴化锂-水吸收热泵和氨-水吸收热泵，可利用余热、废热驱动，但溴化锂-水吸收热泵受蒸发温度限制，不能用于如丙烯-丙烷等低温精馏过程；氨-水吸收热泵系统驱动热源温度较高，不利于低品位余热或废热的利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有热泵精馏技术的局限，提供一种热能驱动的吸附式热泵精馏系统，克服吸收式热泵的缺点，拓宽节能型热能驱动的热泵精馏系统的应用范围，属于化工节能技术领域。
本发明的技术方案为采用热能驱动的吸附式热泵系统，将精馏塔顶端冷凝放热输送到塔底供给再沸器，相对压缩式热泵精馏系统，可有效节约大量高品位电能，提高精馏系统能量利用率；相对吸收式热泵系统，可拓宽热能驱动的热泵精馏系统的应用范围。
本发明的具体技术方案为：一种吸附式热泵精馏系统，其特征在于由吸附式热泵系统和精馏系统耦合而成，系统由热能(e)驱动；吸附式热泵精馏系统为以下三类中的任意一种：第一类吸附式热泵精馏系统，精馏系统由精馏塔1、精馏塔塔顶冷凝器2和精馏塔塔底再沸器4组成，吸附式热泵系统由吸附床I、吸附床II、蒸发器、节流阀3和冷凝器组成，其特征在于精馏系统的精馏塔塔顶冷凝器2同时作为吸附式热泵系统的蒸发器，精馏系统的精馏塔塔底再沸器4同时作为吸附式热泵系统的冷凝器，将吸附式热泵系统的冷凝器释放的热量供给精馏系统塔底再沸器；第二类吸附式热泵精馏系统，精馏系统由精馏塔1、精馏塔塔顶冷凝器2和精馏塔塔底再沸器4组成，吸附式热泵系统由吸附床I、吸附床II、蒸发器、节流阀3和冷凝器5组成，其特征在于精馏系统的精馏塔塔顶冷凝器2同时作为吸附式热泵系统的蒸发器，精馏系统的精馏塔塔底再沸器4与吸附式热泵系统的冷凝器5及吸附床换热，其换热过程通过换热介质d进行，将吸附式热泵系统的冷凝器5释放的热量和吸附床吸附过程释放的热量供给精馏系统塔底再沸器；第三类吸附式热泵精馏系统，精馏系统由精馏塔1、精馏塔塔顶冷凝器2和精馏塔塔底再沸器4组成，吸附式热泵系统由吸附床I、吸附床II、蒸发器、制冷剂泵6和冷凝器5组成，其特征在于精馏系统的精馏塔塔顶冷凝器2同时作为吸附式热泵系统的蒸发器，精馏系统的精馏塔塔底再沸器4与吸附式热泵系统的吸附床换热，其换热过程通过换热介质d进行，将吸附式热泵系统的吸附床吸附过程释放的热量供给精馏系统塔底再沸器。
本发明的第一类和第二类吸附式热泵精馏系统，对应的吸附式热泵系统，其特征在于蒸发器的压力低于冷凝器的压力，冷凝器中的制冷剂液体经节流阀节流膨胀后进入蒸发器；本发明的第三类吸附式热泵精馏系统，对应的吸附式热泵系统，其特征在于蒸发器的压力高于冷凝器的压力，冷凝器中的制冷剂液体经制冷剂泵增压后送入蒸发器。
本发明的第一类和第二类吸附式热泵精馏系统，其特征在于驱动热能e的温度高于冷凝器释放冷凝热的过程温度和吸附床释放吸附热的过程温度；本发明的第三类吸附式热泵精馏系统，其特征在于驱动热能e的温度低于吸附床释放吸附热的过程温度。
吸附式热泵系统采用驱动热能e是太阳能、地热能、工业余热或废热，几乎不消耗电能，有利于精馏系统进一步节能降耗；吸附式热泵系统的工质操作温度范围宽，可满足大多数精馏系统热量输送的要求。
本发明的吸附式热泵精馏系统采用间接式操作方式，吸附式热泵系统和精馏系统独立成体系，可单独进行操控；精馏系统和原有精馏系统一致，不改变原精馏工艺，只需将精馏塔塔顶冷凝器与吸附式热泵系统的蒸发器集成，并将塔底再沸器与吸附式热泵系统的冷凝器或冷凝器和吸附床进行集成即可。
本发明的吸附式热泵精馏系统，吸附式热泵系统采用的工质对包括分子筛-水、硅胶-水、活性炭-甲醇、活性炭-氨、盐-氨，盐和活性炭组成的复合吸附材料-氨对、盐和石墨组成的复合吸附材料-氨对、盐和凹凸棒粘土组成的复合吸附材料-氨对或者是活性炭-至少为乙烷、丙烷、正丁烷或异丁烷中的任意一种组成的工质对。其中，盐的阳离子为碱金属离子、碱土金属离子、过渡元素阳离子或者铵根离子，盐的阴离子是卤族元素离子、硝酸根离子或者硫酸根离子。
本发明的吸附式热泵精馏系统为现有化工过程的各种精馏系统。
本发明的吸附式热泵精馏系统根据不同的应用形式，可分为不同的工作过程。
第一类吸附式热泵精馏系统工作过程可分为：(1)精馏塔塔顶冷凝热移出—吸附床I吸附过程，精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2中冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发；制冷剂蒸发产生的蒸汽被吸附床I吸附，吸附产生的吸附热由换热介质d移出。(2)吸附床II解吸—精馏塔塔底输入热量过程，利用热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热解吸，解吸出的制冷剂蒸汽在冷凝器(精馏塔塔底再沸器4)中冷凝，放出的热量直接供给精馏塔塔底再沸器4加热。(3)制冷工质节流过程，冷凝器(精馏塔塔底再沸器4)中的制冷剂液体经节流阀3，节流膨胀，降低压力后，回到蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)，完成一个吸附式热泵精馏循环。通过吸附床I和吸附床II的交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底再沸器，实现精馏系统的节能。
第二类吸附式热泵精馏工作过程可分为：(1)精馏塔塔顶冷凝热移出—吸附床I吸附过程，精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2中冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发；制冷剂蒸发，产生的蒸汽被吸附床I吸附，吸附产生的吸附热由换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热。(2)吸附床II解吸—精馏塔塔底输入热量过程，利用热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热解吸，解吸出的制冷剂蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的热量通过换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热。(3)制冷工质节流过程，冷凝器5中的制冷剂液体经节流阀3，节流膨胀，降低压力后，回到精馏塔塔顶冷凝器4，完成一个吸附式热泵精馏循环。通过吸附床I和吸附床II的交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
第三类吸附式热泵精馏工作过程可分为：(1)精馏塔塔顶冷凝热移出—吸附床I吸附过程，精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2中冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发；制冷剂蒸发，产生的蒸汽被吸附床I吸附，吸附过程放出的吸附热，由换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热。(2)吸附床II解吸—精馏塔塔底输入热量过程，利用热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热解吸，解吸出的制冷剂蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的热量由换热介质d移出。(3)制冷工质返回蒸发器过程，冷凝器5中的制冷剂液体经制冷剂泵6升高压力后，回到蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)，完成一个吸附式热泵精馏循环。通过吸附床I和吸附床II的交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
结合附图1-附图3，本发明的吸附式热泵精馏系统可这样实现：附图1对应吸附式热泵精馏系统的第一类应用形式；附图2对应吸附式热泵精馏系统的第二类应用形式；附图3对应吸附式热泵精馏系统的第三类应用形式。
如附图1所示，第一类吸附式热泵精馏应用过程为：
(1)精馏塔塔顶冷凝热移出：精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发。(2)吸附—解吸过程：吸收冷凝热后的制冷剂液体(水、氨或甲醇)，在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发，产生的蒸汽被吸附床I中的吸附剂(分子筛、硅胶、活性碳、盐，一种或几种盐和活性炭(或石墨)·组成的复合吸附材料等)吸附，吸附产生的吸附热，由换热介质d移出；通过热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热，解吸出制冷剂蒸汽。加热热能是工业余热和废热、太阳能、地热能、等热能。(3)精馏塔塔底输入热量：吸附床II解吸出的制冷剂蒸汽在冷凝器(精馏塔塔底再沸器4)中冷凝，放出的热量由换热介质直接供给精馏塔塔底再沸器4加热。(4)制冷工质节流过程：冷凝器(精馏塔塔底再沸器4)中的制冷剂液体经节流阀3，节流膨胀，降低压力后，回到蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)，完成一个吸附式热泵精馏循环。当吸附床I和吸附床II分别完成吸附、解吸过程后，对吸附床I输入热能e进行加热解吸，而将吸附床II进行冷却吸附。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
如附图2所示，第二类吸附式热泵精馏应用过程为：
(1)精馏塔塔顶冷凝热移出：精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发。(2)吸附—解吸过程：吸收冷凝热后的制冷剂液体(水、氨或甲醇)，在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发，产生的蒸汽被吸附床I中的吸附剂(分子筛、硅胶、活性碳、盐，一种或几种盐和活性炭(或石墨)组成的复合吸附材料等)吸附，吸附产生的吸附热，由换热介质d提供给精馏塔底再沸器4加热；通过热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热，解吸出制冷剂蒸汽。用于加热的热能为工业余热和废热、太阳能、地热能等。(3)精馏塔塔底输入热量：吸附床II解吸出的制冷剂蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的热量通过换热介质d提供给精馏塔底再沸器4加热。(4)制冷工质节流过程：冷凝器5中的制冷剂液体经节流阀3，节流膨胀，降低压力后，进入蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)，完成一个吸附式热泵精馏循环。当吸附床I和吸附床II分别完成吸附、解吸过程后，对吸附床I输入热能e进行加热解吸，而将吸附床II吸附产生的吸附热，由换热介质d提供给精馏塔底再沸器4加热。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
如附图3所示，第三类吸附式热泵精馏应用过程为：
(1)精馏塔塔顶冷凝热移出：精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发。(2)吸附—解吸过程：吸收冷凝热后的制冷剂液体，在精馏塔塔顶冷凝器/蒸发器2中蒸发，产生的蒸汽被吸附床I中的吸附剂吸附，吸附产生的吸附热，由换热介质d提供给精馏塔底再沸器6加热；通过热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热，解吸出制冷剂蒸汽；吸附床II解吸出的制冷剂蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的热量通过换热介质d移出。(3)精馏塔塔底输入热量：吸附床I中的吸附剂吸附产生的吸附热，由换热介质d提供给精馏塔底再沸器6加热。(4)制冷工质返回蒸发器：冷凝器5中的制冷剂液体经制冷剂泵7，增加压力后，回到精馏塔塔顶冷凝器/蒸发器2，完成一个吸附式热泵精馏循环。当吸附床I和吸附床II分别完成吸附、解吸过程后，对吸附床I输入热能e进行加热解吸，而将吸附床II吸附产生的吸附热，由换热介质d提供给精馏塔底再沸器6加热。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
与现有的热泵精馏技术相比，本发明的吸附式热泵精馏过程几乎不消耗电能，可用工业余热或废热、太阳能、地热能等热能驱动。相对吸收热泵精馏系统而言，本发明的吸附式热泵精馏系统可在较广泛的操作温度范围内进行精馏系统热量回收，有广阔的应用前景。
有益效果：
(1)本发明采用吸附式热泵回收精馏系统塔顶冷凝热，用于塔底再沸器加热，几乎不使用高品位电能，属于热能驱动的热泵精馏系统，可拓宽工业余热和废热或太阳能、地热能等热能驱动的热泵精馏系统的应用范围，提高精馏系统能效。
(2)本发明吸附式热泵采用的工质对环境无冲击，不会破坏臭氧层或产生温室效应；
(3)本发明的吸附式热泵精馏系统可在较广泛的操作温度范围内进行精馏系统热量回收。
附图说明
图1为本发明的吸附式热泵精馏系统第一类应用过程的流程示意图，该过程中，吸附床I处于吸附阶段，吸附床II处于解吸阶段；其中：1-精馏塔，2-精馏塔塔顶冷凝器，3-节流阀，4-精馏塔塔底再沸器；a为精馏塔原料进口，b为精馏塔塔顶产品出口，c为精馏塔塔底产品出口，d为换热介质，e为吸附床再生热能；I为吸附床I，II为吸附床II。
图2为本发明的吸附式热泵精馏系统第二类种应用过程的流程示意图；其中，5-吸附式热泵系统的冷凝器。
图3为本发明的吸附式热泵精馏系统第三类应用过程的流程示意图；其中，6-制冷剂泵。
具体实施方式
本发明的吸附式热泵精馏系统实现过程如下。
实施例1
如附图1所示，第一类吸附式热泵精馏系统应用过程为：
(1)精馏塔塔顶冷凝热移出：精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器/蒸发器2冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体(甲醇)在精馏塔塔顶冷凝器/蒸发器2中蒸发。(2)吸附—解吸过程：吸收精馏塔冷凝热后的制冷剂液体(甲醇)，在精馏塔塔顶冷凝器/蒸发器2中蒸发，产生的蒸汽(甲醇蒸汽)被吸附床I中的吸附剂(活性炭)吸附，吸附产生的吸附热，由换热介质d移出；通过热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热，解吸出制冷剂蒸汽(甲醇蒸汽)。再生过程的加热热能为工业余热和废热。(3)精馏塔塔底输入热量：吸附床II解吸出的制冷剂蒸汽(甲醇蒸汽)在冷凝器(精馏塔塔底再沸器4)中冷凝为液态甲醇，放出的热量直接提供给精馏塔塔底再沸器4加热。(4)制冷工质节流过程：冷凝器(精馏塔塔底再沸器4)中的液体制冷剂甲醇经节流阀3，节流膨胀，降低压力后，回到蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)，完成一个吸附式热泵精馏循环。当吸附床I和吸附床II分别完成吸附、解吸过程后，对吸附床I输入热能e进行加热解吸，而将吸附床II吸附产生的吸附热，由换热介质d移出。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
如附图2所示，第二类吸附式热泵精馏系统应用过程为：
(1)精馏塔塔顶冷凝热移出：精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体(水)在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发。(2)吸附—解吸过程：吸收精馏塔冷凝热后的制冷剂液体(水)，在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发，产生的蒸汽(水蒸汽)被吸附床I中的吸附剂(13X分子筛)吸附，吸附产生的吸附热，由换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热；通过热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热，解吸出制冷剂蒸汽(水蒸汽)。再生过程的加热热能为工业余热和废热。(3)精馏塔塔底输入热量：吸附床II解吸出的制冷剂蒸汽(水蒸汽)在冷凝器5中冷凝为液态水，放出的热量通过换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热；同样，吸附床I中的吸附剂(13X分子筛)吸附产生的吸附热通过换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热。(4)制冷工质节流过程：冷凝器5中的液体制冷剂水经节流阀3，节流膨胀，降低压力后，进入蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)，回到初始状态，完成一个吸附式热泵精馏循环。当吸附床I和吸附床II分别完成吸附、解吸过程后，对吸附床I输入热能e进行加热解吸，而将吸附床II吸附产生的吸附热通过换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
如附图3所示，第三类吸附式热泵精馏应用过程为：
(1)精馏塔塔顶冷凝热移出：精馏介质在精馏塔塔顶冷凝器2冷凝，释放的冷凝热直接供给制冷剂液体(氨)在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发。(2)吸附—解吸过程：吸收冷凝热后的制冷剂液体(氨)，在蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)中蒸发，产生的蒸汽被吸附床I中的吸附剂吸附，吸附产生的吸附热由换热介质d提供给精馏塔底再沸器4加热；通过热能e对吸附饱和的吸附床II进行加热，解吸出制冷剂蒸汽；吸附床II解吸出的制冷剂蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的热量由换热介质d移出。(3)精馏塔塔底输入热量：吸附床I中的吸附剂吸附产生的吸附热由换热介质d提供给精馏塔底再沸器4加热。(4)制冷工质返回蒸发器：冷凝器5中的制冷剂液体(液氨)经制冷剂泵6，增加压力后，进入蒸发器(精馏塔塔顶冷凝器2)，回到初始状态，完成一个吸附式热泵精馏循环。当吸附床I和吸附床II分别完成吸附、解吸过程后，对吸附床I输入热能e进行加热解吸，而将吸附床II吸附产生的吸附热通过换热介质d供给精馏塔底再沸器4加热。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，连续将精馏塔顶部冷凝放热输送到精馏塔底的再沸器，实现精馏系统的节能。
针对精馏系统不同的操作工况，选择合适的吸附工质对进行匹配，本发明具有下列吸附式热泵精馏系统实施例，并不因此而限制本发明。
实施例2
丙烷与丙烯的分离采用低压热泵精馏法，可减少塔板数和回流比。精馏塔的操作压力为1.15MPa，塔顶操作温度为23℃，塔底操作温度为25℃。采用水为热泵工质，硅胶为吸附剂，组成吸附工质对，构建第二类应用过程的吸附式热泵精馏系统，可将塔顶释放的热量回收用于塔底再热。本过程吸附床层输入一份热能，可回收1.35份精馏系统的热能。
实施例3
乙烯-乙烷的分离是乙烯生产过程中非常重要的一步。长期以来，低温精馏在烷烃-烯烃分离中占主导地位。采用吸附式热泵低温精馏是高效、节能、低成本的方法。精馏塔操作压力2.0MPa，塔顶操作温度为-29℃，塔底操作温度为-5℃。选用乙烷10％、丙烷40％、正丁烷30％和异丁烷20％组成的混合物作为热泵工质，匹配活性炭组成第一类应用过程的吸附式热泵精馏系统。本过程吸附床层输入一份热能，可回收0.65份精馏系统的热能。
实施例4
芳烃生产能耗的45％左右用于精馏，芳烃精馏的节能显得尤为突出。苯-甲苯的分离是芳烃分离的重要过程，采用常压精馏进行分离，塔顶操作温度81.8℃，塔底操作温度123℃。选用13X分子筛-水吸附式热泵工质对，构建第二类应用过程的吸附式热泵精馏系统。本过程吸附床层输入一份热能，可回收1.25份精馏系统的热能。
实施例5
醋酸-水体系的分离问题一直受到人们的重视。醋酸-水的相对挥发度不大，可采用萃取精馏，该萃取精馏为常压操作，塔顶操作温度100℃，塔底操作温度176.3℃。采用氯化亚铁和凹凸棒粘土复合吸附材料-氨化学吸附式热泵工质对，构建第三类应用过程的吸附式热泵精馏系统。本过程吸附床层输入一份热能，可回收0.40份精馏系统的热能。
实施例6
乙醇—水的加盐萃取精馏过程在常压条件下进行操作，精馏塔顶温度为78℃，塔底温度为130℃。选用硫酸铜和石墨复合材料-氨吸附式热泵工质对，构建第三类应用过程的吸附式热泵精馏系统。本过程吸附床层输入一份热能，可回收0.43份精馏系统的热能。
实施例7
乙苯-苯乙烯的精馏分离过程需在真空条件下，并加入高温阻聚剂进行，塔顶操作压力6kPa，塔底操作压力30kPa，塔顶操作温度57℃，塔底操作温度105℃。选配CaCl2、MnCl2和活性炭复合吸附材料-氨工质对组成吸附式热泵系统，构建第三类应用过程的吸附式热泵精馏系统。本过程吸附床层输入一份热能，可回收0.45份精馏系统的热能。
Claims (6)
1、一种吸附式热泵精馏系统，其特征在于由吸附式热泵系统和精馏系统耦合而成，系统由热能(e)驱动；吸附式热泵精馏系统为以下三类中的任意一种：第一类吸附式热泵精馏系统，精馏系统由精馏塔(1)、精馏塔塔顶冷凝器(2)和精馏塔塔底再沸器(4)组成，吸附式热泵系统由吸附床(I)、吸附床(II)、蒸发器、节流阀(3)和冷凝器组成，精馏系统的精馏塔塔顶冷凝器(2)同时作为吸附式热泵系统的蒸发器，精馏系统的精馏塔塔底再沸器(4)同时作为吸附式热泵系统的冷凝器，将吸附式热泵系统的冷凝器释放的热量供给精馏系统塔底再沸器；第二类吸附式热泵精馏系统，精馏系统由精馏塔(1)、精馏塔塔顶冷凝器(2)和精馏塔塔底再沸器(4)组成，吸附式热泵系统由吸附床(I)、吸附床(II)、蒸发器、节流阀(3)和冷凝器(5)组成，精馏系统的精馏塔塔顶冷凝器(2)同时作为吸附式热泵系统的蒸发器，精馏系统的精馏塔塔底再沸器(4)与吸附式热泵系统的冷凝器(5)及吸附床(I)或吸附床(II)换热，其换热过程通过换热介质d进行，将吸附式热泵系统的冷凝器(5)释放的热量和吸附床吸附过程释放的热量供给精馏系统塔底再沸器；第三类吸附式热泵精馏系统，精馏系统由精馏塔(1)、精馏塔塔顶冷凝器(2)和精馏塔塔底再沸器(4)组成，吸附式热泵系统由吸附床(I)、吸附床(II)、蒸发器、制冷剂泵(6)和冷凝器(5)组成，精馏系统的精馏塔塔顶冷凝器(2)同时作为吸附式热泵系统的蒸发器，精馏系统的精馏塔塔底再沸器(4)与吸附式热泵系统的吸附床换热，其换热过程通过换热介质d进行，将吸附式热泵系统的吸附床吸附过程释放的热量供给精馏系统塔底再沸器。
2、根据权利要求1所述的吸附式热泵精馏系统，其特征在于所述的第一类和第二类吸附式热泵精馏系统所对应的吸附式热泵系统，其蒸发器的压力低于冷凝器的压力，冷凝器中的制冷剂液体经节流阀节流膨胀后进入蒸发器；所述的第三类吸附式热泵精馏系统所对应的吸附式热泵系统，其蒸发器的压力高于冷凝器的压力，冷凝器中的制冷剂液体经制冷剂泵增压后，返回蒸发器。
3、根据权利要求1所述的吸附式热泵精馏系统，其特征在于所述的第一类和第二类吸附式热泵精馏系统，驱动热能(e)的温度高于冷凝器释放冷凝热的过程温度和吸附床释放吸附热的过程温度；所述的第三类吸附式热泵精馏系统，其特征在于驱动热能(e)的温度低于吸附床释放吸附热的过程温度。
4、根据权利要求1所述的吸附式热泵精馏系统，其特征在于吸附式热泵系统采用的工质对为分子筛-水、硅胶-水、活性炭-甲醇、活性炭-氨、盐-氨、盐和活性炭组成的复合材料-氨、盐和石墨组成的复合吸附材料-氨、盐和凹凸棒粘土组成的复合吸附材料-氨或者是活性炭-至少为乙烷、丙烷、正丁烷或异丁烷中任意一种组成的工质对。
5、根据权利要求4所述的吸附式热泵精馏系统，其特征在于吸附工质对中的盐的阳离子为碱金属离子、碱土金属离子、过渡元素阳离子或铵根离子，盐的阴离子是卤族元素的离子、硝酸根离子或者硫酸根离子。
6、根据权利要求1所述的吸附式热泵精馏系统，其特征在于所述的驱动热能(e)是太阳能、地热能、工业余热或废热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130904 Termination date: 20170212 |