CN102728089B - 装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，通过利用溴化锂吸收式热泵机组，以丙烯丙烷之间产生热交换，设计本发明的装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统。本发明利用炼油企业生产过程中经过多次换热的中温热水作为驱动热源，提出了把溴化锂吸收式热泵应用于气体分馏装置中的方案；不仅能够充分地利用余热资源，而且优化了能源的结构；炼油企业有着大量经过多次换热的中温热水，完全排放掉不仅浪费了大量的能源，也增加了企业的成本。将这部分中温热水回收，将之作为溴化锂吸收式热泵的热源是非常合适的节省了能源，有利于节能环保。

Description

装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统

技术领域

本发明涉及石油化工设备系统，设备涉及装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，属于石油化工设备技术领域。

背景技术

气体分馏装置是重要的炼油生产装置之一。它的主要用途是将液化石油气中的不同混合组分分离开，以得到较为纯净的原料，进行下一步的工业生产。其中最为主要的分离任务是将碳三的组分分离。其中碳三组分指的是丙烯和丙烷。分离出高纯度的丙烯可以直接作为聚丙烯装置的原料。

气体分馏装置主要的工作原理是利用物理分离对液态烃中各组分在同一压力下具有不同的挥发度而加以分离，从而产出较为纯净的组分。而在分离过程中会出现不同的吸热或放热，加压或减压的过程，其中换热过程将产生巨大的能耗，从而使得生产成本增加，还会对环境产生一定的影响。

常规的气体分馏装置（如图2所示）使用分馏塔串联结构，在分馏塔（2）的顶端流出的馏出物经丙烯辅助冷凝器（3）冷凝并收集产物至丙烯分馏塔顶回流罐（4）中。压缩式热泵（如图3所示）主要的工作原理是通过压缩机（7）消耗电能产生机械能，将经蒸发冷凝器（8）蒸发后的饱和丙烷气体混合物压缩成过热状态，然后过热丙烷气体混合物进入丙烷辅助冷凝器（3）进行热交换，最后进入分馏塔（1）的下部，周而复始完成循环冷却。但是由于需要向压缩机（7）加入电能，从而将消耗大量的一次能耗，使得生产成本增加，还可能出现对环境的污染。因此对于开发一种低碳环保，并减少能耗的方法势在必行。

溴化锂吸收式热泵机组中的第一类吸收式热泵，也称增热型热泵，是利用少量的高温热源（如蒸汽、高温热水、可燃性气体燃烧热等），产生大量的中温有用热能。即利用高温热能驱动，把低温热源的热能提高到中温，从而提高了热能的利用效率。第一类吸收式热泵的性能系数一般为1.5～2.5。

第一类溴化锂吸收式热泵机组是一种以高温热源（蒸汽、高温热水、燃油、燃气）为驱动热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，回收低温热源（如废热水）的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热媒（热水），实现从低温热源向高温热源输送热能的设备。热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和溶液热交换器等主要部件及抽气装置，屏蔽泵（溶液泵和冷剂泵）等辅助部分组成。抽气装置抽除了热泵内的不凝性气体，并保持热泵内一直处于高真空状态。通过将溴化锂吸收式热泵机组接入气体分馏装置，不仅可以很好地解决能源消耗的问题，还可以使得废物利用，节约成本，有利环境。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，以炼油企业生产过程中经过多次换热的中温热水作为驱动热源，提出了把溴化锂吸收式热泵应用于气体分馏装置中的方案。不仅能够充分地利用余热资源，优化了能源的结构，也对当今节能与环保的时代主题有着重要的现实意义。

本发明的目的在于提供一种装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，包括溴化锂吸收式热泵机组；溴化锂吸收式热泵机组由吸收器，发生器，冷凝器，蒸发器，溶液热交换器及泵和管路组成；其特征在于还包括至少2个用于分馏丙烯丙烷的分馏塔Ⅰ和分馏塔Ⅱ，所述分馏塔Ⅰ与分馏塔Ⅱ串联连接，所述分馏塔Ⅱ的顶端设有用于流出馏出物Ⅰ的出口，所述出口通过用于冷凝馏出物Ⅰ的蒸发器与丙烯辅助冷凝冷却器相连通，所述丙烯辅助冷凝冷却器将冷却后的馏出物Ⅰ带入分馏塔顶回流罐，其中一部分经分馏塔回流泵流入分馏塔Ⅱ的上部，所述分馏塔Ⅱ的底端进入分馏塔Ⅰ的上部，形成循环回路；另一部分经丙烯冷却器流出；所述分馏塔Ⅰ的底端设有用于流出馏出物Ⅱ的出口，所述出口通过丙烷馏分泵与丙烷冷却器相连通；所述出口还通过用于加热馏出物Ⅱ的吸收器与用于气化馏出物Ⅱ的丙烷蒸发罐相连，所述丙烷蒸发罐的下端连有丙烷蒸发罐泵，所述丙烷蒸发罐泵通过用于冷凝过热水蒸气的冷凝器与丙烷辅助冷凝器相连，所述丙烷蒸发罐的上端与丙烷辅助冷凝器相连，所述丙烷辅助冷凝器与用于分馏丙烯丙烷的分馏塔Ⅰ的下部相连，形成循环回路。

本发明的上述系统中，为了优化技术方案，所述的分馏塔为2个；所述分馏塔Ⅰ的顶端与分馏塔Ⅱ的下部串联，所述分馏塔Ⅱ的顶端设有用于流出馏出物Ⅰ的出口，所述出口通过用于冷凝馏出物Ⅰ的蒸发器与丙烯辅助冷凝冷却器相连通，所述丙烯辅助冷凝冷却器将冷却后的馏出物Ⅰ带入分馏塔顶回流罐，其中一部分经分馏塔回流泵流入分馏塔Ⅱ的上部，所述分馏塔Ⅱ底端通过分馏塔中间泵与分馏塔Ⅰ上部相连，形成循环回路；另一部分经丙烯冷却器流出；所述分馏塔Ⅰ的底端设有用于流出馏出物Ⅱ的出口，所述出口通过丙烷馏分泵与丙烷冷却器相连通；所述出口还通过用于加热馏出物Ⅱ的吸收器与用于气化馏出物Ⅱ的丙烷蒸发罐相连，所述丙烷蒸发罐的下端连有丙烷蒸发罐泵，所述丙烷蒸发罐泵通过用于冷凝过热水蒸气的冷凝器与丙烷辅助冷凝器相连，所述丙烷蒸发罐的上端与丙烷辅助冷凝器相连，所述丙烷辅助冷凝器与用于分馏丙烯丙烷的分馏塔Ⅰ的下部相连，形成循环回路。

本发明的上述系统中，为了进一步的优化上述任一技术方案，所述的分馏塔Ⅰ出口还连有用于稳定系统的开工再沸器，所述开工再沸器的另一端与分馏塔Ⅰ的下部相连。

本发明的上述系统中的任一技术方案，所述的分馏塔Ⅰ与所述吸收器之间还连有丙烷增压泵。

本发明的上述系统中的任一技术方案，溴化锂吸收式热泵机组的热源为炼油废水，其废水温度为100℃～120℃，实施例中优选为经炼油厂催化裂化装置和常减压等装置取热后的中温热水，温度为110℃。

本发明中的系统刚开始启动时，首先启动开工再沸器，待系统工作状况基本达到稳定时，再启动溴化锂吸收式热泵机组。丙烯丙烷混和物从分馏塔Ⅰ的中部进料后，形成了塔顶以丙烯为主的馏出物Ⅰ和塔底以丙烷为主的馏出物Ⅱ。

①分馏塔Ⅱ的顶端以丙烯为主的气体馏出物Ⅰ进入吸收式热泵机组的蒸发器中，以丙烯为主的气体馏出物Ⅰ在蒸发器中制冷，馏出物Ⅰ被冷凝后，经丙烯辅助冷凝冷却器进一步冷凝后，带入丙烯分馏塔顶回流罐中，得到产品丙烯；从丙烯分馏塔顶回流罐流出的另一部分馏出物Ⅰ经分馏塔回流泵，进一步的回流进入分馏塔Ⅱ中。

②分馏塔Ⅰ的底端以丙烷为主的液体馏出物Ⅱ一部分作为产品（丙烷馏分）输出，另一部分经过丙烷增压泵增压后被泵入到溴化锂吸收式热泵机组的吸收器中吸热，然后流进蒸发罐，此时馏出物Ⅱ为两相并以液相为主；液相的混合物进入冷凝器中吸收制冷剂水蒸气在冷凝过程中放出的冷凝热后汽化，然后与直接从丙烷蒸发罐中流出的的气相混合物混合，再经丙烷辅助冷凝器流入分馏塔Ⅰ的下部，进行下一个循环。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明利用炼油企业生产过程中经过多次换热的中温热水作为驱动热源，提出了把溴化锂吸收式热泵应用于气体分馏装置中的方案；不仅能够充分地利用余热资源，而且优化了能源的结构。

2、炼油企业有着大量经过多次换热的中温热水，完全排放掉不仅浪费了大量的能源，也增加了企业的成本。将这部分中温热水回收，将之作为溴化锂吸收式热泵的热源是非常合适的，既节省了能源，又有利于环保。

附图说明

本发明附图3幅，

图1为本发明的结构示意图；

其中，1、分馏塔Ⅰ，2、分馏塔Ⅱ，3、丙烯分馏塔顶回流罐，4、丙烷馏分泵，5、分馏塔中间泵，6、吸收器，7、发生器，8、冷凝器，9、蒸发器，10、溶液热交换器，11、节流阀，12、丙烷蒸发罐，13、吸收器泵，14、丙烷增压泵，15、丙烷辅助冷凝器，16、分馏塔回流泵，17、丙烷蒸发罐泵，18、蒸发器泵，19、丙烯辅助冷凝冷却器，20、开工再沸器，21、丙烯冷却器，22、丙烷冷却器。

图2为气体分馏装置的常规流程图；

其中，1、分馏塔Ⅰ，2、分馏塔Ⅱ，3、丙烯辅助冷凝器，4、丙烯分馏塔顶回流罐，5、分馏塔中间泵，6、分馏塔回流泵，7、丙烷馏分泵。

图3为气体分馏装置的压缩式热泵流程图；

其中，1、分馏塔Ⅰ，2、分馏塔Ⅱ，3、丙烷辅助冷凝器，4、丙烯分馏塔顶回流罐，5、分馏塔中间泵，6、分馏塔回流泵，7、压缩机，8、蒸发冷凝器，9、节流阀，10、丙烷馏分泵。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例

本发明结合附图1进行说明。本发明的装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，包括溴化锂吸收式热泵机组；溴化锂吸收式热泵机组由吸收器6，发生器7，冷凝器8，蒸发器9，溶液热交换器10及泵和管路组成；所述分馏塔Ⅰ1的顶端与分馏塔Ⅱ2的下部串联，所述分馏塔Ⅱ2的顶端设有用于流出馏出物Ⅰ的出口，所述出口通过用于冷凝馏出物Ⅰ的蒸发器9与丙烯辅助冷凝冷却器19相连通，所述丙烯辅助冷凝冷却器19将冷却后的馏出物Ⅰ带入分馏塔顶回流罐3，其中一部分经分馏塔回流泵16流入分馏塔Ⅱ2的上部，所述分馏塔Ⅱ2底端通过分馏塔中间泵5与分馏塔Ⅰ1上部相连，形成循环回路；另一部分经丙烯冷却器21流出；所述分馏塔Ⅰ1的底端设有用于流出馏出物Ⅱ的出口，所述出口通过丙烷馏分泵4与丙烷冷却器22相连通；所述出口还通过用于加热馏出物Ⅱ的吸收器6与用于气化馏出物Ⅱ的丙烷蒸发罐12相连，所述丙烷蒸发罐12的下端连有丙烷蒸发罐泵17，所述丙烷蒸发罐泵17通过用于冷凝过热水蒸气的冷凝器8与丙烷辅助冷凝器15相连，所述丙烷蒸发罐12的上端与丙烷辅助冷凝器15相连，所述丙烷辅助冷凝器15与用于分馏丙烯丙烷的分馏塔Ⅰ1的下部相连，形成循环回路。所述的分馏塔Ⅰ1出口还连有用于稳定系统的开工再沸器20，所述开工再沸器20的另一端与分馏塔Ⅰ1的下部相连。所述的分馏塔Ⅰ1与所述吸收器6之间还连有丙烷增压泵14。

本发明中的系统刚开始启动时，首先启动开工再沸器20，待系统工作状况基本达到稳定时，再启动溴化锂吸收式热泵机组。丙烯丙烷混和物从分馏塔Ⅰ1的中部进料后，形成了塔顶以丙烯为主的馏出物Ⅰ和塔底以丙烷为主的馏出物Ⅱ。

装有溴化锂稀溶液的发生器7通入110℃温度废水后，废水与溴化锂水溶液进行热交换后，产生高压冷剂蒸汽，溴化锂溶液浓度提高，成为浓溶液，进入吸收器6；产生的高压冷剂蒸汽在冷凝器8中与来自丙烷蒸发罐12的以丙烷为主液相混合物进行热交换，液相混合物气化，高压冷剂蒸汽冷凝成冷剂液体，冷剂液体经节流阀11进入到蒸发器9中，冷剂液体通过喷淋，吸收了以丙烯为主的气体馏出物Ⅰ的热量蒸发成低压冷剂蒸汽，然后低压冷剂蒸汽进入吸收器6，该低压冷剂蒸汽被吸收器6中的溴化锂浓溶液所吸收，成为溴化锂稀溶液，同时产生吸收热，加热了以丙烷为主的液体馏出物Ⅱ；

①分馏塔Ⅱ2的顶端以丙烯为主的气体馏出物Ⅰ进入吸收式热泵机组的蒸发器9中，以丙烯为主的气体馏出物Ⅰ在蒸发器9中制冷，馏出物Ⅰ被冷凝后，经丙烯辅助冷凝冷却器19进一步冷凝冷却后，带入分馏塔顶回流罐3中，得到产品丙烯；从分馏塔顶回流罐3流出的另一部分馏出物Ⅰ经分馏塔回流泵16，进一步的回流进入分馏塔Ⅱ2中，进行下一步的循环。

②分馏塔Ⅰ1的底端以丙烷为主的液体馏出物Ⅱ一部分作为产品（丙烷馏分）输出，另一部分经过丙烷增压泵14增压后被泵入到溴化锂吸收式热泵机组的吸收器6中吸热，然后流进丙烷蒸发罐12，此时馏出物Ⅱ为两相并以液相为主；液相的混合物进入冷凝器8中吸收制冷剂水蒸气在冷凝过程中放出的冷凝热后气化，然后与直接从丙烷蒸发罐12中流出的的气相混合物混合，再经丙烷辅助冷凝器15一并流入分馏塔Ⅰ1的下部，进行下一个循环。

为了进一步的说明本发明的效果，现将本发明的系统与现有的常规装置（如背景技术中图2所示）和压缩式热泵装置（如背景技术中如图3所示）进行比较。气体分馏装置中，物料进入分馏塔Ⅰ1的流量均为30648kg/h，分馏塔Ⅱ2塔顶丙烯产品（丙烯摩尔分数99.6%），分馏塔Ⅰ1塔底丙烷馏分（丙烷摩尔分数95.0%），其他的已知参数如表1所示：

表1气体分馏装置分馏塔的工作参数

在进料量、塔板数、丙烯收率和产品质量相同的情况下，首先对三种流程的操作参数进行了优化计算，然后通过经济性分析得到了三种方案的操作费用，计算结果如表2所示：

表2基础运行年费用的对比

从表2中可以看出，基础运行年费用最高的是压缩式热泵系统，费用高达2626.11×10⁴元·a^-1。列在其次的是常规装置，但是也是吸收式热泵系统的1.16倍。通过比较可以看出，采用溴化锂吸收式热泵的精馏系统的年基础运行费用确实是非常低廉的，大大节约了基础运行年费用的成本。

本发明的系统的初投资较常规装置和压缩式热泵装置相比是比较大的（3717.15万元人民币），但是系统的静态回收投资期只需0.69年，动态回收投资期也只需0.69年，年总费用是最少的（1063.80万元人民币），一次性投资获得的总收益也是最可观的（多达61108.81万元人民币），临界性能系数为1.679，小于实际的性能系数。所以将溴化锂吸收式热泵机组用在气体分馏装置从经济上既是可行的又是最好的，从长远的目光来看，这个系统具有广泛的应用前景。

Claims (5)

1.装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，包括溴化锂吸收式热泵机组；溴化锂吸收式热泵机组由吸收器(6)，发生器(7)，冷凝器(8)，蒸发器(9)，溶液热交换器(10)及泵和管路组成；其特征在于还包括至少2个用于分馏丙烯丙烷的分馏塔Ⅰ(1)和分馏塔Ⅱ(2)，所述分馏塔Ⅰ(1)与分馏塔Ⅱ(2)串联连接，所述分馏塔Ⅱ(2)的顶端设有用于流出馏出物Ⅰ的出口，所述出口通过用于冷凝馏出物Ⅰ的蒸发器(9)与丙烯辅助冷凝冷却器(19)相连通，所述丙烯辅助冷凝冷却器(19)将冷却后的馏出物Ⅰ带入分馏塔顶回流罐(3)，其中一部分经分馏塔回流泵(16)流入分馏塔Ⅱ(2)的上部；分馏塔Ⅱ(2)的底端进入分馏塔Ⅰ(1)的上部，形成循环回路；另一部分经丙烯冷却器(21)流出；所述分馏塔Ⅰ(1)的底端设有用于流出馏出物Ⅱ的出口，所述用于流出馏出物Ⅱ的出口通过丙烷馏分泵(4)与丙烷冷却器(22)相连通；所述用于流出馏出物Ⅱ的出口还通过用于加热馏出物Ⅱ的吸收器(6)与用于气化馏出物Ⅱ的丙烷蒸发罐(12)相连，所述丙烷蒸发罐(12)的下端连有丙烷蒸发罐泵(17)，所述丙烷蒸发罐泵(17)通过用于冷凝过热水蒸气的冷凝器(8)与丙烷辅助冷凝器(15)相连，所述丙烷蒸发罐(12)的上端与丙烷辅助冷凝器(15)相连，所述丙烷辅助冷凝器(15)与用于分馏丙烯丙烷的分馏塔Ⅰ(1)的下部相连，形成循环回路。

2.根据权利要求1所述的装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，其特征在于分馏塔为2个；所述分馏塔Ⅰ(1)的顶端与分馏塔Ⅱ(2)的下部串联，所述分馏塔Ⅱ(2)的顶端设有用于流出馏出物Ⅰ的出口，所述出口通过用于冷凝馏出物Ⅰ的蒸发器(9)与丙烯辅助冷凝冷却器(19)相连通，所述丙烯辅助冷凝冷却器(19)将冷却后的馏出物Ⅰ带入分馏塔顶回流罐(3)，其中一部分经分馏塔回流泵(16)流入分馏塔Ⅱ(2)的上部，所述分馏塔Ⅱ(2)底端通过分馏塔中间泵(5)与分馏塔Ⅰ(1)上部相连，形成循环回路；另一部分经丙烯冷却器(21)流出；所述分馏塔Ⅰ(1)的底端设有用于流出馏出物Ⅱ的出口，所述用于流出馏出物Ⅱ的出口通过丙烷馏分泵(4)与丙烷冷却器(22)相连通；所述用于流出馏出物Ⅱ的出口还通过用于加热馏出物Ⅱ的吸收器(6)与用于气化馏出物Ⅱ的丙烷蒸发罐(12)相连，所述丙烷蒸发罐(12)的下端连有丙烷蒸发罐泵(17)，所述丙烷蒸发罐泵(17)通过用于冷凝过热水蒸气的冷凝器(8)与丙烷辅助冷凝器(15)相连，所述丙烷蒸发罐(12)的上端与丙烷辅助冷凝器(15)相连，所述丙烷辅助冷凝器(15)与用于分馏丙烯丙烷的分馏塔Ⅰ(1)的下部相连，形成循环回路。

3.根据权利要求1所述的装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，其特征在于所述的分馏塔Ⅰ(1)出口还连有用于稳定系统的开工再沸器(20)，所述开工再沸器(20)的另一端与分馏塔Ⅰ(1)的下部相连。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，其特征在于所述的分馏塔Ⅰ(1)与所述吸收器(6)之间还连有丙烷增压泵(14)。

5.根据权利要求4所述的装有溴化锂吸收式热泵的丙烯丙烷分馏系统，其特征在于溴化锂吸收式热泵机组的热源为炼油废水，其废水温度为100℃～120℃。