CN114632343A - 一种mvr热泵精馏系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MVR热泵精馏系统及方法，系统包括精馏塔、塔顶换热器、蒸汽压缩机、一级再沸器、循环换热器和循环进料泵，精馏塔的顶部、塔顶换热器、蒸汽压缩机和一级再沸器依次通过管路连接，精馏塔的底部与一级再沸器底部通过管路连接，一级再沸器顶部与精馏塔通过管路连接；一级再沸器、循环换热器、循环进料泵和精馏塔依次通过管路连接。本发明塔顶换热器用部分热量代替蒸汽压缩机电转化成的热量，从而减少工艺能耗，起到节能效果，并且将精馏塔塔顶蒸汽经过预加热和蒸汽压缩机压缩后作为加热介质预热釜液，实现釜液再沸，从而充分利用精馏塔塔顶蒸汽和塔釜釜液的潜热，实现节约大量能源和运行成本，同时提高蒸汽压缩机的使用寿命。

Description

一种MVR热泵精馏系统及方法

技术领域

本发明涉及化工精馏技术领域，更具体的说是涉及一种MVR热泵精馏系统及方法。

背景技术

化工行业是能耗大户，对于如何降低精馏塔的能耗，充分利用低温热源，已成为人们普遍关注的问题。其中热泵精馏技术的核心是逆向卡诺循环，即把工质通过加压升温，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热，作为塔底再沸器的热源，以达到减少冷热公用工程用量的目的，热泵精馏除开工阶段，基本上不需再向再沸器提供额外的热量，因而热泵精馏是一种良好的节能技术。

但是，一方面，热泵精馏在使用过程中，对塔顶和塔釜的温差有一定的要求，如果塔顶和塔釜的温差过大，塔顶气体需要大幅升温才能使塔釜液相再沸，从而增加气体压缩机的能耗，甚至导致热泵精馏的能耗反而高于普通精馏，一般工业上要求：精馏塔能够进行热泵改造的条件是塔顶和塔釜的温差小于35℃，这一点在很大程度上限制了热泵精馏技术在实际中的应用；另一方面，由于精馏塔塔顶气相处于饱和状态，采用压缩机直接压缩易出现液化，不仅容易对压缩机的寿命造成影响，同时高品质能量直接通过压缩机与空气换热，造成大量能量损失。

因此，提供一种减少能耗的MVR热泵精馏系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种MVR热泵精馏系统及方法，能够减少方法能耗，起到节能效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种MVR热泵精馏系统，包括精馏塔、塔顶换热器、蒸汽压缩机、一级再沸器、循环换热器和循环进料泵，所述精馏塔的顶部、所述塔顶换热器、所述蒸汽压缩机和所述一级再沸器依次通过管路连接，所述精馏塔的底部与所述一级再沸器底部通过管路连接，且所述一级再沸器顶部与所述精馏塔通过管路连接；所述一级再沸器、所述循环换热器、所述循环进料泵和所述精馏塔依次通过管路连接。

通过采取以上技术方案，本发明的有益效果：

1）塔顶换热器用一部分热量代替蒸汽压缩机以电转化成的热量，即使用低级能量替代一部分高级能量，从而可以减少方法能耗，起到节能效果；

2）精馏塔塔顶饱和气相在蒸汽压缩机压缩之前，经塔顶换热器预加热，避免出现液化现象，提高蒸汽压缩机使用寿命。

进一步的，还包括二级再沸器，所述一级再沸器顶部、所述二级再沸器和所述精馏塔依次通过管路连接。

采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，经两级再沸器保证塔釜馏出液完全汽化。

进一步的，还包括节流阀，所述节流阀安装在所述一级再沸器与所述循环换热器相连的管路上。

进一步的，所述精馏塔顶部通过精馏塔塔顶出料管路与所述塔顶换热器连接，所述塔顶换热器通过蒸汽压缩机进料管路与所述蒸汽压缩机连接，所述蒸汽压缩机通过蒸汽压缩机出料管路与所述一级再沸器连接；所述精馏塔的底部通过精馏塔塔釜出料管路与所述一级再沸器底部连接，且所述一级再沸器顶部依次通过一级再沸器出料管路及塔釜进料管路与所述精馏塔连接；所述一级再沸器通过节流阀进料管路与所述节流阀连接，所述节流阀通过循环换热器进料管路与所述循环换热器底部连接，所述循环换热器顶部依次通过循环换热器出料管路及循环进料泵进料管路与所述循环进料泵连接，所述循环进料泵通过循环物料回流管路与所述精馏塔连接；所述二级再沸器底部通过二级再沸器进料管路与所述一级再沸器出料管路连接，所述二级再沸器顶部通过二级再沸器出料管路与所述塔釜进料管路连接。

进一步的，还包括循环物料排出管路，所述循环换热器顶部通过所述循环换热器出料管路与所述循环物料排出管路连接。

采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，循环换热器通过循环物料排出管路能够排出一部分废弃循环物流。

进一步的，所述塔顶换热器包括塔顶换热器本体、塔顶换热器公用工程进料管路和塔顶换热器公用工程出料管路，所述塔顶换热器本体具有进料口和出料口；所述塔顶换热器公用工程进料管路安装在所述进料口上；所述塔顶换热器公用工程出料管路安装在所述出料口上。

进一步的，所述循环换热器包括循环换热器本体、循环换热器公用工程进料管路和循环换热器公用工程出料管路，所述循环换热器本体具有进料口和出料口；所述循环换热器公用工程进料管路安装在所述进料口上；所述循环换热器公用工程出料管路安装在所述出料口上。

进一步的，所述二级再沸器包括二级再沸器本体、二级再沸器公用工程进料管路和二级再沸器公用工程出料管路，所述二级再沸器本体具有进料口和出料口；所述二级再沸器公用工程进料管路安装在所述进料口上；所述二级再沸器公用工程出料管路安装在所述出料口上。

一种利用上述一种MVR热泵精馏系统而进行的方法，包括以下步骤：原料通过精馏塔进料管路进入精馏塔进行精馏操作，精馏塔塔底釜液进入一级再沸器进行加热，得到部分汽化的釜液，随后汽化的釜液回流至精馏塔，未汽化的釜液进入二级再沸器进行加热直至釜液完全汽化，然后回流至精馏塔塔釜；同时精馏塔塔顶馏出液先通过塔顶换热器进行一次预加热，随后进入蒸汽压缩机，高压蒸汽对馏出液进行加热，被冷却的馏出液经过节流阀后进入循环换热器被二次冷却，然后通过循环进料泵回流至精馏塔。

通过采取以上技术方案，本发明的有益效果：

通过将精馏塔塔顶蒸汽经过预加热和蒸汽压缩机压缩后作为加热介质预热釜液，实现釜液再沸，从而充分利用精馏塔塔顶蒸汽和塔釜釜液的潜热，实现节约大量能源和运行成本，同时提高蒸汽压缩机的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1 附图为本发明提供的一种MVR热泵精馏系统的结构示意图。

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。

如图1所示，本发明实施例公开了一种MVR热泵精馏系统，包括精馏塔1、塔顶换热器2、蒸汽压缩机3、一级再沸器4、循环换热器5、循环进料泵6，二级再沸器7和节流阀8，精馏塔1的顶部、塔顶换热器2、蒸汽压缩机3和一级再沸器4依次通过管路连接，在本发明中，蒸汽压缩机3为主要动力来源，可以选用单螺杆压缩机或离心压缩机，其中小流量时选用单螺杆压缩机，大流量时选用离心压缩机；精馏塔1的底部与一级再沸器4底部通过管路连接，且一级再沸器4顶部与精馏塔1通过管路连接；一级再沸器4、循环换热器5、循环进料泵6和精馏塔1依次通过管路连接；节流阀8安装在一级再沸器4与循环换热器5相连的管路上；一级再沸器4顶部、二级再沸器7和精馏塔1依次通过管路连接；本发明塔顶换热器2用一部分热量代替蒸汽压缩机3以电转化成的热量，即使用低级能量替代一部分高级能量，从而可以减少方法能耗，起到节能效果；同时精馏塔1塔顶饱和气相在蒸汽压缩机3压缩之前，经塔顶换热器2预加热，避免出现液化现象，提高蒸汽压缩机3使用寿命。

需要进一步说明的是，精馏塔1可采用填料塔或板式塔或填料、板式混合塔。在本实施例中，选择为填料塔。

当然，为了提高本发明的智能化及自动化水平，本发明可采用工控机和PLC构成本发明热泵精馏系统的实时监控系统，通过实时采集各种传感器的状态信号，从而自动控制马达的转速、各阀门的关闭与调节、液体的流速与流量、温度和压力的控制与调节，使得系统工作达到动态平衡的状态，同时还具有自动报警、自动记录参数和提供报表的各种功能。

具体的，精馏塔1顶部通过精馏塔塔顶出料管路9与塔顶换热器2连接，塔顶换热器2通过蒸汽压缩机进料管路10与蒸汽压缩机3连接，蒸汽压缩机3通过蒸汽压缩机出料管路11与一级再沸器4连接；精馏塔1的底部通过精馏塔塔釜出料管路12与一级再沸器4底部连接，且一级再沸器4顶部依次通过一级再沸器出料管路13及塔釜进料管路14与精馏塔1连接；一级再沸器4通过节流阀进料管路15与节流阀8连接，节流阀8通过循环换热器进料管路16与循环换热器5底部连接，循环换热器5顶部依次通过循环换热器出料管路17及循环进料泵进料管路18与循环进料泵6连接，同时循环换热器5顶部通过循环换热器出料管路17与循环物料排出管路19连接；循环进料泵6通过循环物料回流管路20与精馏塔1连接；二级再沸器7底部通过二级再沸器进料管路21与一级再沸器出料管路13连接，二级再沸器7顶部通过二级再沸器出料管路22与塔釜进料管路14连接。

为了提高本发明热泵精馏系统的使用性能，一级再沸器4优选为板式换热器，二级再沸器7优选板式换热器，塔顶换热器2优选板式换热器，循环换热器5优选板式换热器。

具体的，塔顶换热器2包括塔顶换热器本体、塔顶换热器公用工程进料管路23和塔顶换热器公用工程出料管路24，塔顶换热器本体具有进料口和出料口；塔顶换热器公用工程进料管路23安装在进料口上；塔顶换热器公用工程出料管路24安装在出料口上。在本实施例中，塔顶换热器2采用公用工程作为加热介质，加热介质通过塔顶换热器公用工程进料管路23进入塔顶换热器本体，通过塔顶换热器公用工程出料管路24排出塔顶换热器本体。

具体的，循环换热器5包括循环换热器本体、循环换热器公用工程进料管路25和循环换热器公用工程出料管路26，循环换热器本体具有进料口和出料口；循环换热器公用工程进料管路25安装在进料口上；循环换热器公用工程出料管路26安装在出料口上。在本实施例中，循环换热器5采用公用工程作为冷却介质，冷却介质通过循环换热器公用工程进料管路25进入循环换热器本体，通过循环换热器公用工程出料管路26排出循环换热器本体。

具体的，二级再沸器7包括二级再沸器本体、二级再沸器公用工程进料管路27和二级再沸器公用工程出料管路28，二级再沸器本体具有进料口和出料口；二级再沸器公用工程进料管路27安装在进料口上；二级再沸器公用工程出料管路28安装在出料口上。在本实施例中，二级再沸器7采用公用工程作为换热介质，换热介质通过二级再沸器公用工程进料管路27进入二级再沸器本体，通过二级再沸器公用工程出料管路28排出二级再沸器本体。

值得提出的是：一级再沸器4并不能完全将精馏塔1塔釜出料管路中的塔釜馏出液完全汽化，物流中近10%-30%（质量分数）将通入二级再沸器7中，使用公用工程的热量将所有塔釜馏出液完全汽化。

需要进一步说明的是，塔顶换热器2与二级再沸器7可以根据对应方法的具体情况进行动态调整，譬如若通过蒸汽压缩机3的物流能够完全再沸塔釜馏出液，则可以不需要二级再沸器7。

本发明实施例还公开了一种利用上述一种MVR热泵精馏系统而进行的方法，包括以下步骤：原料通过精馏塔进料管路29进入精馏塔1进行精馏操作，精馏塔1塔底釜液进入一级再沸器4进行加热，得到部分汽化的釜液，随后汽化的釜液回流至精馏塔1，未汽化的釜液进入二级再沸器7进行加热直至釜液完全汽化，然后回流至精馏塔1塔釜；同时精馏塔1塔顶馏出液先通过塔顶换热器2进行一次预加热，随后进入蒸汽压缩机3，高压蒸汽对馏出液进行加热，被冷却的馏出液经过节流阀8后进入循环换热器5被二次冷却，然后通过循环进料泵6回流至精馏塔1。本发明通过将精馏塔1塔顶蒸汽经过预加热和蒸汽压缩机3压缩后作为加热介质预热釜液，实现釜液再沸，从而充分利用精馏塔1塔顶蒸汽和塔釜釜液的潜热，实现节约大量能源和运行成本，同时提高蒸汽压缩机3的使用寿命。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，包括精馏塔、塔顶换热器、蒸汽压缩机、一级再沸器、循环换热器和循环进料泵，所述精馏塔的顶部、所述塔顶换热器、所述蒸汽压缩机和所述一级再沸器依次通过管路连接，所述精馏塔的底部与所述一级再沸器底部通过管路连接，且所述一级再沸器顶部与所述精馏塔通过管路连接；所述一级再沸器、所述循环换热器、所述循环进料泵和所述精馏塔依次通过管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，还包括二级再沸器，所述一级再沸器顶部、所述二级再沸器和所述精馏塔依次通过管路连接。

3.根据权利要求2所述的一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，还包括节流阀，所述节流阀安装在所述一级再沸器与所述循环换热器相连的管路上。

4.根据权利要求3所述的一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，所述精馏塔顶部通过精馏塔塔顶出料管路与所述塔顶换热器连接，所述塔顶换热器通过蒸汽压缩机进料管路与所述蒸汽压缩机连接，所述蒸汽压缩机通过蒸汽压缩机出料管路与所述一级再沸器连接；所述精馏塔的底部通过精馏塔塔釜出料管路与所述一级再沸器底部连接，且所述一级再沸器顶部依次通过一级再沸器出料管路及塔釜进料管路与所述精馏塔连接；所述一级再沸器通过节流阀进料管路与所述节流阀连接，所述节流阀通过循环换热器进料管路与所述循环换热器底部连接，所述循环换热器顶部依次通过循环换热器出料管路及循环进料泵进料管路与所述循环进料泵连接，所述循环进料泵通过循环物料回流管路与所述精馏塔连接；所述二级再沸器底部通过二级再沸器进料管路与所述一级再沸器出料管路连接，所述二级再沸器顶部通过二级再沸器出料管路与所述塔釜进料管路连接。

5.根据权利要求4所述的一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，还包括循环物料排出管路，所述循环换热器顶部通过所述循环换热器出料管路与所述循环物料排出管路连接。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，所述塔顶换热器包括塔顶换热器本体、塔顶换热器公用工程进料管路和塔顶换热器公用工程出料管路，所述塔顶换热器本体具有进料口和出料口；所述塔顶换热器公用工程进料管路安装在所述进料口上；所述塔顶换热器公用工程出料管路安装在所述出料口上。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，所述循环换热器包括循环换热器本体、循环换热器公用工程进料管路和循环换热器公用工程出料管路，所述循环换热器本体具有进料口和出料口；所述循环换热器公用工程进料管路安装在所述进料口上；所述循环换热器公用工程出料管路安装在所述出料口上。

8.根据权利要求2-4任一项所述的一种MVR热泵精馏系统，其特征在于，所述二级再沸器包括二级再沸器本体、二级再沸器公用工程进料管路和二级再沸器公用工程出料管路，所述二级再沸器本体具有进料口和出料口；所述二级再沸器公用工程进料管路安装在所述进料口上；所述二级再沸器公用工程出料管路安装在所述出料口上。

9.一种利用权利要求3-8任一项所述的一种MVR热泵精馏系统而进行的方法，其特征在于，包括以下步骤：原料通过精馏塔进料管路进入精馏塔进行精馏操作，精馏塔塔底釜液进入一级再沸器进行加热，得到部分汽化的釜液，随后汽化的釜液回流至精馏塔，未汽化的釜液进入二级再沸器进行加热直至釜液完全汽化，然后回流至精馏塔塔釜；同时精馏塔塔顶馏出液先通过塔顶换热器进行一次预加热，随后进入蒸汽压缩机，高压蒸汽对馏出液进行加热，被冷却的馏出液经过节流阀后进入循环换热器被二次冷却，然后通过循环进料泵回流至精馏塔。

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