CN111389039B - 一种精馏热能闭式循环节能系统 - Google Patents

一种精馏热能闭式循环节能系统 Download PDF

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Abstract

本发明一种精馏热能闭式循环节能系统，能够实现液体低温蒸发、蒸汽冷凝同步完成，实现能量闭式循环；本发明蒸发冷凝换热器下部液体在循环泵的驱动下，由第一进液口进入蒸发冷凝换热器内部，液体先经过防冲导流器导流，然后在分配器的分液下均匀沿换热管内管壁往下流动，同时吸收换热管外部传来的热量，部分由液态变成气态，气态物质通过高负压风机抽入精馏塔；同时，在蒸发冷凝换热器内部由于高负压风机的作用，形成一定的负压，降低内部液体蒸发温度，加大蒸发量，降低蒸发加热能耗；本发明的第一平衡阀和第二平衡阀可以调节压力及负荷平衡，确保系统工作正常。

Description

一种精馏热能闭式循环节能系统
技术领域
本发明涉及精馏热能闭式循环节能技术领域，具体涉及一种精馏热能闭式循环节能工艺以及设备。
背景技术
石化、炼油、制药等生产过程中大量存在的分离、换热工序，能耗很高，节能潜力巨大。精馏技术是化工领域中最为成熟，应用最广泛且必不可少的分离单元操作，同时也是工业过程中能耗和设备投资高的设备，在炼油、石化等行业中，其能耗占全过程能耗的一半以上，因此对精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。
精馏是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程，精馏通常在精馏塔中进行，塔底液体经再沸器加热后部分汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。一部分塔顶蒸汽冷凝液作为回流液从塔顶返回精馏塔，与上升蒸汽实现气液两相通过逆流接触，进行相际传热传质。液相中的易挥发组分进入气相，气相中的难挥发组分转入液相，于是在塔顶可得到几乎纯的易挥发组分，塔底可得到几乎纯的难挥发组分。整个过程首先需要蒸发，然后又需要冷凝，需要耗费大量的能源。鉴于以上缺陷，实有必要设计一种精馏热能闭式循环节能系统，充分利用不同工艺段之间液体或气体的温差，实现显热、潜热同步回收循环利用，和常规利用冷冻水、冷却水冷却工艺相比节能75％以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精馏热能闭式循环节能系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精馏热能闭式循环节能系统，包括精馏塔、蒸发冷凝换热器、板式换热器、原料加热器、第一蒸发冷却器和冷凝液缓冲罐，所述精馏塔的第一出气口通过第一管道与蒸发冷凝换热器的第一进气口连通，第一管道上设置有进气阀，所述精馏塔顶部设置有第一温度传感器和第一压力传感器，所述精馏塔底端与蒸汽加热器相连通，所述蒸汽加热器的进口管道上设置有蒸汽调节阀，所述蒸汽加热器的出口管道上连接有高温冷凝加热器，所述高温冷凝加热器与第二蒸发冷却器相连通。
优选的，第二蒸发冷却器通过第一管路连接高温冷凝加热器，高温冷凝加热器通过第二管路与第二蒸发冷却器连接，在第一管路上设有压缩机，在第二管路上设有第一膨胀阀，所述第二蒸发冷却器上设置有第一排液阀，所述精馏塔与再沸泵相连通，再沸泵通过第一调节阀与高温冷凝加热器连通，所述再沸泵与第二蒸发冷却器连通，所述精馏塔的左部设置有第二温度传感器。
优选的，所述蒸发冷凝换热器内部从上至下依次设置有防冲导流器、分配器和换热管，所述蒸发冷凝换热器的顶部设置有第三温度传感器和第二压力传感器，所述蒸发冷凝换热器的底部设置有底淋口，所述底淋口上设置有底淋管道，所述底淋管道上设置有底淋阀，所述蒸发冷凝换热器的右部设置有排液管，所述排液管上设置有第二排液阀，所述排液管与蒸发冷凝换热器的第一进液口相连通，所述排液管上设置有循环泵，循环泵通过第三管道与精馏塔的第二进液口连通，第三管道上设置有补液调节阀，所述蒸发冷凝换热器的排气口通过第二管道与精馏塔的第二进气口连通，所述第二管道上设置有高负压风机，所述第二管道上设置旁通调节阀。
优选的，所述蒸发冷凝换热器的第二出气口上设置有第四管道，所述第四管道上设置有排气阀，所述蒸发冷凝换热器的第一出液口通过第五管道与板式换热器的第三进液口连通，所述蒸发冷凝换热器的进料口通过第六管道与板式换热器的第二出液口连通，所述第六管道上设置有第三排液阀。
优选的，所述板式换热器的第三出液口通过第七管道与蒸发冷凝换热器的第四进液口连接，所述第七管道上设置有第四排液阀，所述板式换热器的第三出液口通过第八管道与原料液缓冲罐连接，所述第八管道上设置有第五排液阀。
优选的，所述板式换热器的第五进液口通过第九管道与原料加热器的第四出液口连通，所述原料加热器通过第三管路连接第一蒸发冷却器，第一蒸发冷却器通过第四管路与原料加热器连接，在第三管路上设有变负荷压缩机，在第四管路上设有第二膨胀阀，所述第一蒸发冷却器的第七进液口与板式换热器的第二出液口连通，所述第一蒸发冷却器的第五出液口与冷凝液缓冲罐连通。
优选的，所述原料加热器的第六进液口通过第十管道与原料液缓冲罐连通，所述第十管道上设置有原料液循环泵和第二调节阀，所述原料液缓冲罐上设置有原料进料口，所述原料液缓冲罐上设置有第一平衡阀。
优选的，所述冷凝液缓冲罐上设置有第二平衡阀，所述冷凝液缓冲罐通过第十一管道与回流泵连通，所述第十一管道上设置有回流阀，所述回流泵通过第十二管道与成品罐连通，所述第十二管道上设置有第三调节阀，所述回流泵通过第十三管道与精馏塔的第八进液口连通，所述第十三管道上设置有回流调节阀。
与现有技术相比，本发明一种精馏热能闭式循环节能系统，精馏塔塔内底部液体在再沸泵驱动下，分为两路，一路流经高温冷凝加热器和蒸汽加热器，使得液体温度逐步升高回到精馏塔，不断循环加热，温度不断升高，过程中不断有组分汽化；另一路流经第二蒸发冷却器，再通过第一排液阀排出，由于温度比较高，流经第二蒸发冷却器回收热量用于再热，从而实现精馏塔塔内底部液体余热回收再沸加热；本发明精馏塔塔内底部液体在上述再沸加热过程中，部分液体汽化，蒸汽沿塔上升，与第二进气口进来的蒸汽混合，继续上升，同时，上部从第一进液口进入的回流液往下流动，汽液两相逆流接触，进行相际传质；液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相，从而在塔的两端分别得到相对纯净的单组分产品，实现不同组分的分离；本发明蒸发冷凝换热器下部液体在循环泵的驱动下，由第一进液口进入蒸发冷凝换热器内部，液体先经过防冲导流器导流，然后在分配器的分液下均匀沿换热管内管壁往下流动，同时吸收换热管外部传来的热量，部分由液态变成气态，气态物质通过高负压风机抽入精馏塔；同时，在蒸发冷凝换热器内部由于高负压风机的作用，形成一定的负压，降低内部液体蒸发温度，加大蒸发量，降低蒸发加热能耗；本发明第二出液口出来的液体(含部分尾气)，进入第一蒸发冷却器，进一步降温，彻底消除尾气，并降低最终液体温度，最后流入冷凝液缓冲罐，所有热量通过变负荷压缩机传输到原料加热器，对进料进行加热，实现高效二次余热热回收、尾气冷却及原料预热加热；本发明的第一平衡阀和第二平衡阀可以调节压力及负荷平衡，确保系统工作正常；本发明调节回流比是精馏塔操作中用来控制产品纯度的主要手段，主要通过回流泵、回流调节阀的共同作用来调节回流比，以确保最终产品的纯度；本发明能够实现液体低温蒸发、蒸汽冷凝同步完成，实现能量闭式循环。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明一种精馏热能闭式循环节能系统的结构示意图。
附图中：
1、精馏塔；2、蒸发冷凝换热器；3、板式换热器；4、原料加热器；5、第一蒸发冷却器；6、冷凝液缓冲罐；7、第一出气口；8、第一管道；9、第一进气口；10、进气阀；11、第一温度传感器；12、第一压力传感器；13、蒸汽加热器；14、蒸汽调节阀；15、高温冷凝加热器；16、第二蒸发冷却器；17、第一管路；18、压缩机；19、第二管路；20、第一膨胀阀；21、第一排液阀；22、再沸泵；23、第一调节阀；24、第二温度传感器；25、防冲导流器；26、分配器；27、换热管；28、第三温度传感器；29、第二压力传感器；30、底淋口；31、底淋管道；32、底淋阀；33、排液管；34、第二排液阀；35、第一进液口；36、循环泵；37、排气口；38、第二管道；39、第二进气口；40、高负压风机；41、旁通调节阀；42、第三管道；43、第二进液口；44、补液调节阀；45、第二出气口；46、第四管道；47、第三进气口；48、第一出液口；49、第五管道；50、第三进液口；51、进料口；52、第六管道；53、第二出液口；54、第三排液阀；55、第三出液口；56、第七管道；57、第四进液口；58、第四排液阀；59、第八管道；60、原料液缓冲罐；61、第五排液阀；62、第五进液口；63、第九管道；64、第四出液口；65、第六进液口；66、第三管路；67、第四管路；68、变负荷压缩机；69、第二膨胀阀；70、第七进液口；71、第五出液口；72、第十管道；73、原料液循环泵；74、第二调节阀；75、原料进料口；76、第一平衡阀；77、第二平衡阀；78、第十一管道；79、回流泵；80、回流阀；81、第十二管道；82、成品罐；83、第三调节阀；84、第十三管道；85、第八进液口；86、回流调节阀；87、排气阀。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供一种技术方案：一种精馏热能闭式循环节能系统，包括精馏塔1、蒸发冷凝换热器2、板式换热器3、原料加热器4、第一蒸发冷却器5和冷凝液缓冲罐6，所述精馏塔1的第一出气口7通过第一管道8与蒸发冷凝换热器2的第一进气口9连通，第一管道8上设置有进气阀10，所述精馏塔1顶部设置有第一温度传感器11和第一压力传感器12，所述精馏塔1底端与蒸汽加热器13相连通，所述蒸汽加热器13的进口管道上设置有蒸汽调节阀14，所述蒸汽加热器13的出口管道上连接有高温冷凝加热器15，所述高温冷凝加热器15与第二蒸发冷却器16相连通。
本实施例中的所述第二蒸发冷却器16通过第一管路17连接高温冷凝加热器15，高温冷凝加热器15通过第二管路19与第二蒸发冷却器16连接，在第一管路17上设有压缩机18，在第二管路19上设有第一膨胀阀20，所述第二蒸发冷却器16上设置有第一排液阀21，所述精馏塔1与再沸泵22相连通，再沸泵22通过第一调节阀23与高温冷凝加热器15连通，所述再沸泵22与第二蒸发冷却器16连通，所述精馏塔1的左部设置有第二温度传感器24。
本实施例中的所述蒸发冷凝换热器2内部从上至下依次设置有防冲导流器25、分配器26和换热管27，所述蒸发冷凝换热器2的顶部设置有第三温度传感器28和第二压力传感器29，所述蒸发冷凝换热器2的底部设置有底淋口30，所述底淋口30上设置有底淋管道31，所述底淋管道31上设置有底淋阀32，所述蒸发冷凝换热器2的右部设置有排液管33，所述排液管33上设置有第二排液阀34，所述排液管33与蒸发冷凝换热器2的第一进液口35相连通，所述排液管33上设置有循环泵36，循环泵36通过第三管道42与精馏塔1的第二进液口43连通，第三管道42上设置有补液调节阀44，所述蒸发冷凝换热器2的排气口37通过第二管道38与精馏塔1的第二进气口39连通，所述第二管道38上设置有高负压风机40，所述第二管道38上设置旁通调节阀41。
本实施例中的所述蒸发冷凝换热器2的第二出气口45上设置有第四管道46，所述第四管道46上设置有排气阀87，所述蒸发冷凝换热器2的第一出液口48通过第五管道49与板式换热器3的第三进液口50连通，所述蒸发冷凝换热器2的进料口51通过第六管道52与板式换热器3的第二出液口53连通，所述第六管道52上设置有第三排液阀54。
本实施例中的所述板式换热器3的第三出液口55通过第七管道56与蒸发冷凝换热器2的第四进液口57连接，所述第七管道56上设置有第四排液阀58，所述板式换热器3的第三出液口55通过第八管道59与原料液缓冲罐60连接，所述第八管道59上设置有第五排液阀61。
本实施例中的所述板式换热器3的第五进液口62通过第九管道63与原料加热器4的第四出液口64连通，所述原料加热器4通过第三管路66连接第一蒸发冷却器5，第一蒸发冷却器5通过第四管路67与原料加热器4连接，在第三管路66上设有变负荷压缩机68，在第四管路67上设有第二膨胀阀69，所述第一蒸发冷却器5的第七进液口70与板式换热器3的第二出液口53连通，所述第一蒸发冷却器5的第五出液口71与冷凝液缓冲罐6连通。
本实施例中的所述原料加热器4的第六进液口65通过第十管道72与原料液缓冲罐60连通，所述第十管道72上设置有原料液循环泵73和第二调节阀74，所述原料液缓冲罐60上设置有原料进料口75，所述原料液缓冲罐60上设置有第一平衡阀76。
本实施例中的所述冷凝液缓冲罐6上设置有第二平衡阀77，所述冷凝液缓冲罐6通过第十一管道78与回流泵79连通，所述第十一管道78上设置有回流阀80，所述回流泵79通过第十二管道81与成品罐82连通，所述第十二管道81上设置有第三调节阀83，所述回流泵79通过第十三管道84与精馏塔1的第八进液口85连通，所述第十三管道84上设置有回流调节阀86。
本发明使用时，由原料进料口75进入原料液缓冲罐60，然后在原料液循环泵73驱动下流经原料加热器4和板式换热器3，然后分两路，一路由进料口51进入蒸发冷凝换热器2，另一路回到原料液缓冲罐60，蒸发冷凝换热器2中的液体，经循环泵36后分两路，一路由第一进液口35进入蒸发冷凝换热器2的内部完成内部循环，另一路由第二进液口43进入精馏塔1，从而实现原料的进料。
精馏塔1塔内底部液体在再沸泵22驱动下，分为两路，一路流经高温冷凝加热器15和蒸汽加热器13，使得液体温度逐步升高回到精馏塔1，不断循环加热，温度不断升高，过程中不断有组分汽化；另一路流经第二蒸发冷却器16，再通过第一排液阀21排出，由于温度比较高，流经第二蒸发冷却器16回收热量用于再热，从而实现精馏塔1塔内底部液体余热回收再沸加热。
精馏塔1塔内底部液体在上述再沸加热过程中，部分液体汽化，蒸汽沿塔上升，与第二进气口39进来的蒸汽混合，继续上升，同时，上部从第一进液口35进入的回流液往下流动，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相，从而在塔的两端分别得到相对纯净的单组分产品，实现不同组分的分离。
精馏塔1塔顶蒸汽由第一出气口7排出，通过第一进气口9进入蒸发冷凝换热器2内部并且在换热管27的外部，蒸汽被换热管27内部的液体冷却，释放热量由气态变成液态，由第一出液口48排出。
蒸发冷凝换热器2下部液体在循环泵36的驱动下，由第一进液口35进入蒸发冷凝换热器2内部，液体先经过防冲导流器导流25，然后在分配器26的分液下均匀沿换热管27内管壁往下流动，同时吸收换热管27外部传来的热量，部分由液态变成气态，气态物质通过高负压风机40抽入精馏塔1；同时，在蒸发冷凝换热器2内部由于高负压风机40的作用，形成一定的负压，降低内部液体蒸发温度，加大蒸发量，降低蒸发加热能耗。
第一出液口48排出的高温液体(含部分尾气)，由第三进液口50进入板式换热器3，经过板式换热器3换热后温度降低，部分尾气再次冷凝，然后从第二出液口53排出，从第五进液口62进来的低温进料液体与第三进液口50进来的高温液体换热后，温度升高，从第三出液口55排出。部分未冷凝的蒸汽由第三进气口47再次进入蒸发冷凝换热器2的内部进行二次冷却，不凝性气体由第二出气口45和排气阀87排出。
第二出液口53出来的液体(含部分尾气)，进入第一蒸发冷却器5，进一步降温，彻底消除尾气，并降低最终液体温度，最后流入冷凝液缓冲罐6，所有热量通过变负荷压缩机68传输到原料加热器4，对进料进行加热，实现高效二次余热热回收、尾气冷却及原料预热加热。
本发明的第一平衡阀76和第二平衡阀77可以调节压力及负荷平衡，确保系统工作正常；本发明调节回流比是精馏塔操作中用来控制产品纯度的主要手段，主要通过回流泵79、回流调节阀86的共同作用来调节回流比，以确保最终产品的纯度；本发明能够实现液体低温蒸发、蒸汽冷凝同步完成，实现能量闭式循环。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种精馏热能闭式循环节能系统，包括精馏塔(1)、蒸发冷凝换热器(2)、板式换热器(3)、原料加热器(4)、第一蒸发冷却器(5)和冷凝液缓冲罐(6)，其特征在于：所述精馏塔(1)的第一出气口(7)通过第一管道(8)与蒸发冷凝换热器(2)的第一进气口(9)连通，第一管道(8)上设置有进气阀(10)，所述精馏塔(1)顶部设置有第一温度传感器(11)和第一压力传感器(12)，所述精馏塔(1)底端与蒸汽加热器(13)相连通，所述蒸汽加热器(13)的进口管道上设置有蒸汽调节阀(14)，所述蒸汽加热器(13)的出口管道上连接有高温冷凝加热器(15)，所述高温冷凝加热器(15)与第二蒸发冷却器(16)相连通，第二蒸发冷却器(16)通过第一管路(17)连接高温冷凝加热器(15)，高温冷凝加热器(15)通过第二管路(19)与第二蒸发冷却器(16)连接，在第一管路(17)上设有压缩机(18)，在第二管路(19)上设有第一膨胀阀(20)，所述第二蒸发冷却器(16)上设置有第一排液阀(21)，所述精馏塔(1)与再沸泵(22)相连通，再沸泵(22)通过第一调节阀(23)与高温冷凝加热器(15)连通，所述再沸泵(22)与第二蒸发冷却器(16)连通，所述精馏塔(1)的左部设置有第二温度传感器(24)，所述蒸发冷凝换热器(2)内部从上至下依次设置有防冲导流器(25)、分配器(26)和换热管(27)，所述蒸发冷凝换热器(2)的顶部设置有第三温度传感器(28)和第二压力传感器(29)，所述蒸发冷凝换热器(2)的底部设置有底淋口(30)，所述底淋口(30)上设置有底淋管道(31)，所述底淋管道(31)上设置有底淋阀(32)，所述蒸发冷凝换热器(2)的右部设置有排液管(33)，所述排液管(33)上设置有第二排液阀(34)，所述排液管(33)与蒸发冷凝换热器(2)的第一进液口(35)相连通，所述排液管(33)上设置有循环泵(36)，循环泵(36)通过第三管道(42)与精馏塔(1)的第二进液口(43)连通，第三管道(42)上设置有补液调节阀(44)，所述蒸发冷凝换热器(2)的排气口(37)通过第二管道(38)与精馏塔(1)的第二进气口(39)连通，所述第二管道(38)上设置有高负压风机(40)，所述第二管道(38)上设置旁通调节阀(41)，所述蒸发冷凝换热器(2)的第二出气口(45)上设置有第四管道(46)，所述第四管道(46)上设置有排气阀(87)，所述蒸发冷凝换热器(2)的第一出液口(48)通过第五管道(49)与板式换热器(3)的第三进液口(50)连通，所述蒸发冷凝换热器(2)的进料口(51)通过第六管道(52)与板式换热器(3)的第二出液口(53)连通，所述第六管道(52)上设置有第三排液阀(54)。
2.根据权利要求1所述的一种精馏热能闭式循环节能系统，其特征在于：所述板式换热器(3)的第三出液口(55)通过第七管道(56)与蒸发冷凝换热器(2)的第四进液口(57)连接，所述第七管道(56)上设置有第四排液阀(58)，所述板式换热器(3)的第三出液口(55)通过第八管道(59)与原料液缓冲罐(60)连接，所述第八管道(59)上设置有第五排液阀(61)，所述板式换热器(3)的第五进液口(62)通过第九管道(63)与原料加热器(4)的第四出液口(64)连通，所述原料加热器(4)通过第三管路(66)连接第一蒸发冷却器(5)，第一蒸发冷却器(5)通过第四管路67)与原料加热器(4)连接，在第三管路(66)上设有变负荷压缩机(68)，在第四管路(67)上设有第二膨胀阀(69)，所述第一蒸发冷却器(5)的第七进液口(70)与板式换热器(3)的第二出液口(53)连通，所述第一蒸发冷却器(5)的第五出液口(71)与冷凝液缓冲罐(6)连通。
3.根据权利要求1所述的一种精馏热能闭式循环节能系统，其特征在于：所述原料加热器(4)的第六进液口(65)通过第十管道(72)与原料液缓冲罐(60)连通，所述第十管道(72)上设置有原料液循环泵(73)和第二调节阀(74)，所述原料液缓冲罐(60)上设置有原料进料口(75)，所述原料液缓冲罐(60)上设置有第一平衡阀(76)，所述冷凝液缓冲罐(6)上设置有第二平衡阀(77)，所述冷凝液缓冲罐(6)通过第十一管道(78)与回流泵(79)连通，所述第十一管道(78)上设置有回流阀(80)，所述回流泵(79)通过第十二管道(81)与成品罐(82)连通，所述第十二管道(81)上设置有第三调节阀(83)，所述回流泵(79)通过第十三管道(84)与精馏塔(1)的第八进液口(85)连通，所述第十三管道(84)上设置有回流调节阀(86)。
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