CN107754366B - 一种吸收压缩式热泵精馏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收压缩式热泵精馏系统，包括精馏塔和吸收压缩热泵机组。其中，压缩机的吸气端与发生器的蒸气出口相连，排气端与吸收器的蒸气入口相连；塔顶的蒸汽进入发生器和冷却器后，部分冷凝液经回流泵返回精馏塔上部，其余冷凝液作为塔顶出料；塔底料液经过第一塔料泵进入吸收器加热后返回精馏塔下部。压缩机排出的气体经过第一中间换热器后进入吸收器，塔底料液先经过吸收器，然后经过第一中间换热器进行阶梯换热。本发明解决了塔顶塔釜温差较大时蒸汽压缩机式热泵精馏节能效果不好的问题，并可以直接对常规精馏塔进行节能改造，不破坏现有精馏塔的流程。

Description

一种吸收压缩式热泵精馏系统

技术领域

本发明涉及石化产品的精馏，尤其涉及一种吸收压缩式热泵精馏系统。

背景技术

精馏是石油化工行业的重要组成部分，耗能高达60%。在常规精馏流程中，塔底再沸器输入的能量大约有95%在塔顶被冷却水带走，这部分能量得不到进一步的回收利用，导致常规的精馏热利用效率很低。当前国际能源形势日益严峻，精馏节能技术的研究也日益得到重视。精馏过程是不断蒸发－冷凝的过程，塔顶气相冷凝放出潜热，塔底液相蒸发需要潜热，结合热泵的工作原理，对于单塔精馏而言，热泵技术明显是非常合适的节能技术，热泵在精馏过程中的使用能大大提高精馏过程中的能源利用率，提高经济性。

根据热泵所消耗外界能量不同，热泵精馏分为蒸汽压缩机式热泵精馏、蒸汽喷射式热泵精馏和吸收式热泵精馏。国外的Sulzer公司在乙苯－苯乙烯，国内的锦州炼油厂、九江炼油厂在丙烯－丙烷的精馏装置中均采用了热泵技术，取得了很好的节能效果。

中国专利200910022126.8公开了一种热泵精馏节能改造方法和装置，该专利将精馏塔顶蒸汽物料引入压缩机加压后用于塔釜再沸器热源。陈迎等人研究醋酸－水体系的热泵精馏节能方法（化工与医药工程，2014年3期），针对常规醋酸－水精馏工艺能耗高的特点，使用闭式热泵回收塔顶蒸汽的热量，制取的热量用于对塔釜再沸器加热，装置中塔顶塔底温差为19℃。

目前在热泵精馏技术中应用较多的是蒸汽压缩机式热泵精馏技术，但它是以消耗高品质电能为代价来降低精馏耗能的，当该技术应用在某些精馏塔塔顶塔釜温差比较大的精馏工艺时（特别是大于30℃时），则存在压缩比很高，造成压缩机耗功增大，节能效果降低，能源利用变得不充分的问题。

发明内容

本发明提出一种吸收压缩式热泵精馏系统，该系统解决了塔顶塔釜温差较大时蒸汽压缩机式热泵精馏节能效果不好的问题。

本发明提出的吸收压缩式热泵精馏系统包括精馏塔和吸收压缩热泵机组， 其中，压缩机的吸气端与发生器的蒸气出口相连，排气端与吸收器的蒸气入口相连；塔顶的蒸汽通过调节阀进入发生器和冷却器后，部分冷凝液经回流泵返回精馏塔上部，其余冷凝液作为塔顶出料；塔底料液经过第一塔料泵进入吸收器加热后返回精馏塔下部。

在一实施例中，本发明还包括第一中间换热器，压缩机排出的气体经过第一中间换热器后进入吸收器，塔底料液先经过吸收器，然后经过第一中间换热器进行阶梯换热。

在第二实施例中，本发明还包括第二中间换热器和工质泵，用于从吸收器引出的高压浓溶液与从发生器引出的低压稀容易之间进行换热。

在第三实施例中，本发明还包括一塔底再沸器和第二塔料泵，用于塔底料液与水蒸汽之间进行换热。所述水蒸汽通过太阳能集热的锅炉蒸汽装置提供。

所述太阳能集热的锅炉蒸汽装置包括由进水阀、储水箱、排水阀、第一水泵和太阳能集热器组成的热水循环，和由储水箱、电磁阀、蒸汽锅炉、电磁阀、塔底再沸器，电磁阀和第二水泵组成的蒸汽加热循环。

所述蒸汽锅炉可以为电锅炉、烧煤锅炉、天然气锅炉，或生物燃料锅炉。

优选地，本发明还包括通过电磁阀与塔底再沸器连接的备用蒸汽管道接口。

优选地，所述储水箱的进水侧设有一水处理器，用于对进水进行过滤和软化。

优选地，所述压缩机采用变频或双级压缩机。所述压缩机使用的工质是氨水。

本发明的有益效果如下：

1.提供了一种吸收压缩式热泵精馏系统，解决了目前常用的蒸汽压缩机式热泵精馏在塔顶塔釜温差较大时节能效果不好的问题；

2.直接对常规精馏塔进行节能改造，可以实现常规精馏和吸收压缩式热泵精馏的相互切换；

3.增加太阳能集热器可以提升锅炉进水温度，达到节能的目的；

4.在压缩机后和吸收器前增设了中间换热器，可以实现对塔底循环料液的梯级加热，实现热量的充分利用。

附图说明

图1为本发明吸收压缩式热泵精馏系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1为直接在常规精馏塔上节能改造得到热泵精馏系统图。本发明的主要创新点是在原加热蒸汽管路并联使用太阳能集热器的锅炉蒸汽系统，同时增加了回收塔顶冷凝余热的吸收压缩式热泵系统。

本发明提出的吸收压缩式热泵精馏系统包括精馏塔1和吸收压缩热泵机组。机组压缩机4的吸气端与发生器2的蒸气出口相连，排出的气体经过第一中间换热器5后进入吸收器6。塔顶的蒸汽通过第一调节阀21进入发生器2和冷却器3后，部分冷凝液经回流泵18返回精馏塔上部，其余冷凝液作为塔顶出料。塔底一部分料液经过第一塔料泵17依次进入吸收器6和第一中间换热器5加热后返回精馏塔1的下部。

从发生器2引出部分低压稀溶液经过工质泵19、第二中间换热器7到吸收器6。从吸收器6引出的高压浓溶液在第二中间换热器7中与从发生器2引出的部分溶液进行换热。

在精馏塔的塔底附近设有一塔底再沸器13，塔底部分料液通过第二塔料泵16与水蒸汽之间进行换热。水蒸汽通过太阳能集热的蒸汽锅炉装置提供。

太阳能集热的锅炉蒸汽装置包括由进水阀22、储水箱10、排水阀23、第一水泵14和太阳能集热器11组成的热水循环，和由储水箱10、第一电磁阀24、蒸汽锅炉12、第二电磁阀25、塔底再沸器13，第三电磁阀26和第二水泵15组成的蒸汽加热循环。蒸汽锅炉12可以为电锅炉，烧煤锅炉、天然气锅炉，或生物燃料锅炉。

塔底再沸器还设有备用蒸汽管道接口，通过第四电磁阀27、第五电磁阀28控制，使塔底再沸器的热源可以切换。

发生器2两端并联了一旁通，该旁通上设有第二调节阀20，使常规精馏系统和本发明吸收压缩式热泵精馏系统之间可以相互切换。

现有精馏塔工作时，关闭第一调节阀21、第二电磁阀25和第三电磁阀26，打开第二调节阀20、第四电磁阀27和第五电磁阀28，可实现未改造之前的常规热泵精馏方式。原加热蒸汽进入塔底再沸器13对塔底循环料液进行加热，塔底料液吸收大量热量，塔顶的蒸汽通过第二调节阀20在冷却器3中冷凝成液体，放出大量热量，部分冷凝液从回流泵18返回精馏塔，其他部分作为塔顶出料，绝大部分塔底输入的热量被冷却水带走，造成精馏过程能源利用率很低。

本发明提出的吸收压缩式热泵精馏系统工作时，关闭第二调节阀20、第四电磁阀27和第五电磁阀28，打开第一调节阀21、第二电磁阀25和第三电磁阀26。使用带太阳能集热器的锅炉蒸汽系统替代原来的蒸汽来源，蒸汽锅炉12可以为电锅炉，也可以是燃烧煤、天然气和生物质等燃料的锅炉。加水时，进水先要经过水处理器9进行处理，一般包括过滤和软化，然后进入带有保温功能的储水箱10。水箱出水主要分为两路，一路是通过第一水泵14进入太阳能集热器11进行加热后返回水箱10，以减小锅炉的热负荷，达到节能的目的。另一路则是进入蒸汽锅炉12进行加热，产生的蒸汽进入塔底再沸器13供热后返回水箱10。

不管是否处于精馏工作中，只要太阳能集热器能够对储水箱10的水加热时，均可以使用太阳能集热器对锅炉进水进行预热。精馏工作开始时，原料加入精馏塔，预热后的水进入蒸汽锅炉产生加热蒸汽，蒸汽进入塔底再沸器13对料液加热。当塔顶产生一定量蒸汽后，可以开启吸收压缩式热泵系统，蒸汽锅炉和热泵系统两者同时对塔底循环料液加热，一段时间后便可以停止锅炉蒸汽，只使用吸收压缩式热泵为塔底循环料液供热。

使用吸收压缩式热泵为塔底循环料液供热时，工质为常见的氨水溶液，可以通过调节节流装置8，工质泵19和压缩机4的频率（或采用双级压缩机）来实现不同工作温度范围、工作温升和制热量，在精馏领域适用性广。

正常精馏工作时，塔顶的蒸汽通过第一调节阀21进入发生器2向氨水溶液放热，再经过冷却器3完全冷却后，部分冷凝液经回流泵18返回精馏塔，其他部分作为塔顶出料，此时发生器2中的氨水溶液吸收热量后产生的低压浓氨蒸气进入压缩机4进行压缩变为高温高压浓氨蒸汽，经过第一中间换热器5放出部分热量，然后进入吸收器6，被氨水溶液吸收后放出大量热量，为塔底再沸器提供相应的热量。因为氨经过压缩后排气过热度较大，这里为了充分利用热量，在加热塔底料液时利用了梯级加热的方式，塔底料液先吸收发生器6中的热量，再通过第一中间换热器5吸收过热氨蒸气的热量，再返回到精馏塔。发生器2处于低压，吸收器6处于高压，吸收器的高压浓氨溶液经过第二中间换热器7放出部分热量，节流装置8节流降压后进入发生器2，发生器的低压稀氨溶液通过工质泵19，压力提高，经过第二中间换热器7吸收部分热量后进入吸收器6。

与常见的蒸汽压缩机式热泵精馏相比，相同温度条件下，吸收式压缩式热泵循环的压力比要小，制热能效要高，节能效果要好，而且温差越大，优势越明显。本发明解决了塔顶塔釜温差较大时蒸汽压缩机式热泵精馏节能效果不好的问题。

本发明可以直接对常规精馏塔进行节能改造，不破坏现有精馏塔的流程。

上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种吸收压缩式热泵精馏系统，包括精馏塔（1），其特征在于，还包括吸收压缩热泵机组，所述机组的压缩机（4）的吸气端与发生器（2）的蒸气出口相连，塔顶的蒸汽通过第一 调节阀（21）进入发生器（2）和冷却器（3）后，部分冷凝液经回流泵（18）返回精馏塔上部，其余冷凝液作为塔顶出料；压缩机（4）排出的气体经过第一中间换热器（5）后进入吸收器（6）的蒸气入口，塔底料液经过第一塔料泵（17）后先 进入吸收器（6）加热，再经过第一中间换热器（5）进行阶梯换热后返回精馏塔下部。

2.根据权利要求1所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，还包括第二中间换热器（7）和工质泵（19），用于从吸收器（6）引出的高压浓溶液与发生器（2）引出的低压稀溶液之间进行换热。

3.根据权利要求1或2所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，还包括一塔底再沸器（13）和第二塔料泵（16），用于塔底料液与水蒸汽之间进行换热。

4.根据权利要求3所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，所述水蒸汽通过太阳能集热的锅炉蒸汽装置提供。

5.根据权利要求4所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，所述太阳能集热的锅炉蒸汽装置包括由进水阀(22)、储水箱（10）、排水阀（23）、第一水泵（14）和太阳能集热器（11）组成的热水循环，和由储水箱（10）、第一电磁阀（24）、蒸汽锅炉（12）、第二电磁阀（25）、塔底再沸器（13），第三电磁阀（26）和第二水泵（15）组成的蒸汽加热循环。

6.根据权利要求5所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，所述蒸汽锅炉（12）为电锅炉，烧煤锅炉、天然气锅炉，或生物燃料锅炉。

7.根据权利要求5所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，还包括，通过第四电磁阀（27）和第五电磁阀（28）与塔底再沸器连接的备用蒸汽管道接口。

8.根据权利要求5所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，所述储水箱（10）的进水侧设有一水处理器（9），用于对进水进行过滤和软化。

9.根据权利要求1所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，所述压缩机使用的工质是氨水。

10.根据权利要求1所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，在发生器（2）两端并联了一旁通，该旁通上设有第二调节阀（20）。

11.根据权利要求1所述的吸收压缩式热泵精馏系统，其特征在于，所述压缩机采用变频或双级压缩机。

Images