CN115845569A

CN115845569A - 一种吸收与解吸过程冷热耦合系统

Info

Publication number: CN115845569A
Application number: CN202211581956.6A
Authority: CN
Inventors: 黄冲; 冯自平
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2022-12-08
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-03-28

Abstract

本发明公开了一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，涉及混合气体分离技术领域，其包括：吸收塔和解吸塔，吸收塔设有进气口和出气口；解吸塔设有出气口和进气口，其中，所述吸收塔的出液口通过带有溶液泵的管道连接所述解吸塔的进液口，所述解吸塔的出液口通过带有吸收剂泵的管道连接所述吸收塔的进液口，期间，带有溶液泵的管道经冷凝器加热升温，带有吸收剂泵的管道经蒸发器冷却降温，所述冷凝器和所述蒸发器通过带有压缩机和节流阀的管道构成循环回路。本发明采用热泵技术进行热量耦合，可以提高能源利用率。

Description

一种吸收与解吸过程冷热耦合系统

技术领域

本发明涉及混合气体分离技术领域，具体涉及一种吸收与解吸过程冷热耦合系统。

背景技术

工业上经常遇到混合气体需要分离的情况，有的是为了获得混合气中的某组分，有的是捕获混合气某组分，避免它排放污染。例如，制药厂用丙酮作为溶剂，因而制药尾气中的空气含有丙酮，若直接排放尾气，将污染空气，因此通常需要分离尾气中的丙酮。吸收法是常见的混合气体分离方法之一，它是利用混合气中某组分(这时候称该组分为溶质)在吸收剂中溶解度较大，而其它组分在吸收剂中几乎不溶或溶解度很小，实现混合气体分离。为了获得溶质或再生溶剂，通常要配套一个解吸过程。选择吸收剂基本要求是对混合气中某组分(溶质)溶解度大且对操作条件(温度或压力)敏感，即要在升高温度或降低压力时溶解度要小。

以丙酮水溶液为例，当溶液的丙酮摩尔分数为0.1时，10℃对应的平衡分压是6.744kPa,50℃对应的平衡分压是38.654kPa。吸收时，降低溶液温度，能够降低平衡分压，降低排出去的混合气中丙酮的量，也就回收的更干净，例如从50℃降到10℃，丙酮分压就从38.654kPa降到6.744kPa；解吸时，要提高溶液温度，升高平衡分压，使丙酮离开溶液。已有的吸收-解吸工业流程中，通常对入吸收塔的吸收剂降温，对入解吸塔的溶液升温。

在吸收-解吸操作中，入吸收塔的吸收剂需要降温，需要冷量；入解吸塔的溶液需要升温，需要热量。目前工业系统是通过分别设置冷却器和加热器，并为它们提供独立的冷热源来实现的，因此存在能源利用率不高的问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其采用热泵技术进行热量耦合，可以提高能源利用率。

为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：

第一方面，一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其包括：

吸收塔，其设有进气口和出气口；

解吸塔，其设有出气口和进气口，其中，

所述吸收塔的出液口通过带有溶液泵的管道连接所述解吸塔的进液口，所述解吸塔的出液口通过带有吸收剂泵的管道连接所述吸收塔的进液口，期间，带有溶液泵的管道经冷凝器加热升温，带有吸收剂泵的管道经蒸发器冷却降温，所述冷凝器和所述蒸发器通过带有压缩机和节流阀的管道构成循环回路。

如上所述的吸收与解吸过程冷热耦合系统，进一步的，所述解吸塔的出气口还通过带冷却器的管道连接有分离罐。

第二方面，一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其包括：

吸收塔，其设有进气口和出气口；

解吸塔，其设有出气口和进气口，其中，

所述吸收塔的出液口通过带有溶液泵的管道连接所述解吸塔的进液口，所述解吸塔的出液口通过带有吸收剂泵的管道连接所述吸收塔的进液口，期间，带有溶液泵的管道经溶液换热器加热升温，带有吸收剂泵的管道经吸收剂换热器冷却降温，所述溶液换热器通过带冷却水循环泵的循环回路连接有冷凝器，所述吸收剂换热器通过带冷冻水循环泵的循环回路连接有蒸发器，所述冷凝器和所述蒸发器通过带有压缩机和节流阀的管道构成循环回路。

第三方面，一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其包括：

吸收塔，其设有进气口和出气口；

解吸塔，其设有出气口和进气口，其中，

所述吸收塔的出液口通过带有溶液泵的管道连接所述解吸塔的进液口，所述解吸塔的出液口通过带有吸收剂泵的管道连接所述吸收塔的进液口，期间，带有溶液泵的管道经预换热器预热后再经冷凝器加热升温，带有吸收剂泵的管道经预换热器预冷后再经蒸发器冷却降温，所述冷凝器和所述蒸发器通过带有压缩机和节流阀的管道构成循环回路。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、本系统采用热泵技术进行热量耦合，其能够满足温度要求，其采用主动式控温，能够按要求控制蒸发温度和冷凝温度，从而控制吸收液、溶液温度；另外本系统也能够满足热量需求，因为通常吸收液降温需要热量与溶液升温需要热量相当，同时热泵系统还加入压缩机，通过压缩机做功变成热量，这部分热量一般可以用于平衡解吸塔、管道等散热；此外，本系统还能够满足吸收-解吸操作对热量的同时性，热泵工作时可以实现一端冷而另外一端热。因此，相比现有技术，本系统可以有效地提高能源利用率。

2、本系统采用间接换热的冷热耦合，其产生冷和热的热泵系统不直接与吸收剂、溶液换热，而是通过换热器制取冷水或热水，再通过冷水、热水与吸收剂、溶液换热。因此本系统可以使制冷系统更加紧凑，从而提高可靠性；同时制冷机可以远离吸收-解吸操作区，从而满足防爆安全要求；另外蒸发器和冷凝器的防腐要求低、可以降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的吸收与解吸过程冷热耦合系统的第一结构示意图；

图2为本发明实施例的吸收与解吸过程冷热耦合系统的第二结构示意图；

图3为本发明实施例的吸收与解吸过程冷热耦合系统的第三结构示意图。

其中：1、吸收塔的进气口；2、吸收塔；3、吸收塔的出气口；4、吸收塔的进液口；5、吸收塔的出液口；6、溶液泵；7、压缩机；8、冷凝器；9、节流阀；10、蒸发器；11、解吸塔的出液口；12、吸收剂泵；13、解吸塔的进液口；14、解吸塔的出气口；15、解吸塔；16、解吸塔的进气口；17、冷却器；18、分离罐；19、冷却水循环泵；20、溶液换热器；21、冷冻水循环泵；22、吸收剂换热器；23、预换热器。

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例：

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1-图3，本发明提供一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其采用热泵技术，对热量进行耦合处理，使得管路的一端可以获得冷源，管路的另外一端可以获得热源，以满足生产要求，同时可以提高能源利用效率。

参见图1，图1展示了一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其可以包括：吸收塔2和解吸塔15，吸收塔2设有进气口和出气口；解吸塔15设有出气口和进气口，其中，所述吸收塔的出液口5通过带有溶液泵6的管道连接所述解吸塔的进液口13，所述解吸塔的出液口11通过带有吸收剂泵12的管道连接所述吸收塔的进液口4，期间，带有溶液泵6的管道经冷凝器8加热升温，带有吸收剂泵12的管道经蒸发器10冷却降温，所述冷凝器8和所述蒸发器10通过带有压缩机7和节流阀9的管道构成循环回路。进一步的，所述解吸塔的出气口14还通过带冷却器17的管道连接有分离罐18。

具体的，本系统的工作过程为：从解吸塔的出液口11流出的吸收剂进入蒸发器10被冷却降温，然后进入吸收塔2，吸收指定混合气体的某一种或多种组分，再从吸收塔的出液口5流出，这时吸收剂已经吸收不少气体组分，浓度也提高了，此时称这股液体为溶液，该溶液接着进入冷凝器8被加热，再从解吸塔的进液口13进入解吸塔15，在解吸塔15内部原气体组分分离出来，溶液变成吸收剂从解吸塔的出液口11流出，完成了吸收剂→溶液→吸收剂的循环过程。混合气从吸收塔的进气口1进入吸收塔2，在指定气体组分被吸收后，剩余气体从吸收塔的出气口3排出；惰性气体或水蒸汽从解吸塔的进气口16进入解吸塔15，从下而上流动，带走从溶液分离出来原气体组分，其中富含原气体组分的混合气从解吸塔的出气口14流出，进入冷却器17冷却，可能是水蒸气冷凝成水，也可能是原气体组分冷凝成液体，随后再进入分离罐18分离。同时热泵系统工作过程是中温高压液态制冷剂经节流阀9节流成低温低压的液态制冷剂，然后进入蒸发器10蒸发变成气态流出，该低温低压气态制冷剂被压缩机7压缩成高温高压气态制冷剂，然后进入冷凝器8冷凝成中温高压液态制冷剂。

本实施例中，本系统采用直接换热的方式，其热泵系统构成与常规热泵系统类似，均包括：压缩机7、蒸发器10、冷凝器8和节流阀9。热泵系统的工作流程是中温高压液态制冷剂经节流阀9节流成低温低压的液态制冷剂，然后进入蒸发器10蒸发变成气态流出，该低温低压气态制冷剂被压缩机7压缩成高温高压气态制冷剂，然后进入冷凝器8冷凝成中温高压液态制冷剂。在蒸发器10的另外一侧，从解吸塔15底流出的吸收剂进入蒸发器10被冷却，然后流入吸收塔2；在冷凝的另外一侧，从系统塔底流出的溶液进入冷凝器8被加热，然后流入解吸塔15。通过热泵把热量从吸收剂转移到溶液中。本系统采用热泵技术进行热量耦合，其能够满足温度要求，其采用主动式控温，能够按要求控制蒸发温度和冷凝温度，从而控制吸收液、溶液温度；另外本系统也能够满足热量需求，因为通常吸收液降温需要热量与溶液升温需要热量相当，同时热泵系统还加入压缩机7，通过压缩机7做功变成热量，这部分热量一般可以用于平衡解吸塔15、管道等散热；此外，本系统还能够满足吸收-解吸操作对热量的同时性，热泵工作时可以实现一端冷而另外一端热。因此，相比现有技术，本系统可以有效地提高能源利用率。

参见图2，作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，一种吸收与解吸过程冷热耦合系统可以包括：吸收塔2和解吸塔15，吸收塔2设有进气口和出气口；解吸塔15设有出气口和进气口，其中，所述吸收塔的出液口5通过带有溶液泵6的管道连接所述解吸塔的进液口13，所述解吸塔的出液口11通过带有吸收剂泵12的管道连接所述吸收塔的进液口4，期间，带有溶液泵6的管道经溶液换热器20加热升温，带有吸收剂泵12的管道经吸收剂换热器22冷却降温，所述溶液换热器20通过带冷却水循环泵19的循环回路连接有冷凝器8，所述吸收剂换热器22通过带冷冻水循环泵21的循环回路连接有蒸发器10，所述冷凝器8和所述蒸发器10通过带有压缩机7和节流阀9的管道构成循环回路。进一步的，所述解吸塔的出气口14还通过带冷却器17的管道连接有分离罐18。

具体的，本系统增设了溶液换热器20和吸收剂换热器22，其中溶液换热器20与冷凝器8、冷却水循环泵19构成冷却水循环系统。冷却水循环系统的工作过程如下：冷却水进入冷凝器8被加热，随后经冷却水循环泵19送到溶液换热器20中加热溶液，同时冷却水被加热随后流出进入冷凝器8。另外，吸收剂换热器22与蒸发器10、冷冻水循环泵21构成冷冻水循环系统。冷冻水循环系统的工作过程如下：冷冻水进入蒸发器10被冷却，经冷冻水循环泵21送到吸收剂换热器22中冷却吸收剂，同时被加热的冷冻水流出进入蒸发器10。本系统的其它吸收-解吸流程与图1所示的冷热耦合系统相同，在此不再赘述。本实施例中，本系统采用间接换热的冷热耦合，其产生冷和热的热泵系统不直接与吸收剂、溶液换热，而是通过换热器制取冷水或热水，再通过冷水、热水与吸收剂、溶液换热。因此本系统可以使制冷系统更加紧凑，从而提高可靠性；同时制冷机可以远离吸收-解吸操作区，从而满足防爆安全要求；另外蒸发器10和冷凝器8的防腐要求低、可以降低成本。

参见图3，作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其可以包括：吸收塔2和解吸塔15，吸收塔2设有进气口和出气口；解吸塔15设有出气口和进气口，其中，所述吸收塔的出液口5通过带有溶液泵6的管道连接所述解吸塔的进液口13，所述解吸塔的出液口11通过带有吸收剂泵12的管道连接所述吸收塔的进液口4，期间，带有溶液泵6的管道经预换热器23预热后再经冷凝器8加热升温，带有吸收剂泵12的管道经预换热器23预冷后再经蒸发器10冷却降温，所述冷凝器8和所述蒸发器10通过带有压缩机7和节流阀9的管道构成循环回路。进一步的，所述解吸塔的出气口14还通过带冷却器17的管道连接有分离罐18。

具体的，本系统增设了预换热器23，当解吸塔的出液口11流出的吸收剂温度比吸收塔的出液口5流出的溶液温度高时，将可以先将这两股流体通入预换热器23中，经过换热后再进入热泵耦合系统换热。本系统的其它吸收-解吸流程与图1所示的冷热耦合系统相同，在此不再赘述。本实施例中，因被吸收气体和吸收液特性不同、解吸方法不同，可能出现离开吸收塔2的溶液温度偏低，而离开解吸塔15的再生吸收剂温度偏高的情况，此时可以先让这两股流体热交换后再用热泵来升降温，可以保证本系统的换热效果，提高能源利用效率。通常当上述温差大10℃时值得实施，而且温差越大，效果越好，经济价值越明显。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其特征在于，包括：

吸收塔，其设有进气口和出气口；

解吸塔，其设有出气口和进气口，其中，

2.根据权利要求1所述的吸收与解吸过程冷热耦合系统，其特征在于，所述解吸塔的出气口还通过带冷却器的管道连接有分离罐。

3.一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其特征在于，包括：

吸收塔，其设有进气口和出气口；

解吸塔，其设有出气口和进气口，其中，

4.根据权利要求3所述的吸收与解吸过程冷热耦合系统，其特征在于，所述解吸塔的出气口还通过带冷却器的管道连接有分离罐。

5.一种吸收与解吸过程冷热耦合系统，其特征在于，包括：

吸收塔，其设有进气口和出气口；

解吸塔，其设有出气口和进气口，其中，

6.根据权利要求5所述的吸收与解吸过程冷热耦合系统，其特征在于，所述解吸塔的出气口还通过带冷却器的管道连接有分离罐。