專利名稱：吸附式熱泵精餾系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，尤其涉及一種利用熱能(太陽(yáng)能、地 熱能、工業(yè)余熱和廢熱)等驅(qū)動(dòng)，通過(guò)吸附式熱泵的方式進(jìn)行精餾系統(tǒng)節(jié)能的過(guò) 程，屬于化工領(lǐng)域高效節(jié)能的過(guò)程。
背景技術(shù)：
精餾是石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的分離過(guò)程，精餾是耗能較大的一種化工單 元操作。石油和化學(xué)工業(yè)的能耗占工業(yè)總能耗的比重很大，其中約60%用于精餾 過(guò)程。在常規(guī)精餾塔的流程中，塔底再沸器所輸入的能量大約有95%在塔頂被冷 卻水或冷卻空氣帶走，這部分能量不能得到進(jìn)一步的回收利用，導(dǎo)致精餾系統(tǒng)熱 力學(xué)效率很低。當(dāng)前，國(guó)際能源緊缺現(xiàn)狀迫使精餾節(jié)能技術(shù)研究成為當(dāng)務(wù)之急。
多年來(lái)，人們已釆用了多種方法和手段對(duì)精餾塔的裝置和操作進(jìn)行改進(jìn)，以 減少精餾塔所消耗的能量，如以產(chǎn)品物流預(yù)熱進(jìn)料、增加塔板數(shù)、減小回流比、 增設(shè)中間再沸器和中間冷凝器、使用適宜的保溫材料和高效填料以及熱泵技術(shù) 等。其中，熱泵精餾技術(shù)因其節(jié)能效率高、易實(shí)施、易控制性，成為最具有發(fā)展
潛力和最有效的精餾節(jié)能方法。
自20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來(lái)，各種節(jié)能降耗的技術(shù)引起了廣泛關(guān)注，國(guó)際 能源署將"熱泵技術(shù)"列于各種節(jié)能技術(shù)之首。熱泵技術(shù)主要用于建筑的供暖和制 冷，工業(yè)用途主要在紡織、食品加工、石油化工、城市污水處理、海水淡化，以 及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。近年來(lái)，熱泵技術(shù)的用途呈現(xiàn)廣泛拓展趨勢(shì)。
熱泵精餾是靠補(bǔ)償能量或消耗機(jī)械功，把精餾塔塔頂?shù)蜏靥幍臒崃?冷凝器 中放出的熱量)傳遞到塔底高溫(再沸器加熱所需的熱量)處，即將塔頂?shù)蜏卣?汽用作塔底再沸器的熱源，從而有效提高精餾過(guò)程熱力學(xué)效率，降低過(guò)程能耗。 根據(jù)熱泵所消耗的外界能量不同，熱泵精餾可分為蒸汽加壓式和吸收式兩種類(lèi) 型。其中，壓縮式熱泵精餾又分為間接式、塔頂氣體直接壓縮式、分割式、塔底 液體閃蒸式和蒸汽噴射式。目前，壓縮式熱泵精餾技術(shù)已應(yīng)用于乙苯-苯乙烯、 丙烯-丙垸和乙烯-乙烷的精餾過(guò)程，如，國(guó)內(nèi)的錦州煉油廠、九江煉油廠和大慶 煉化公司的丙烯-丙烷精餾以及茂名乙烯裝置的乙烯精餾分離等。
然而，壓縮式熱泵精餾是靠消耗高品位電能為代價(jià)降低過(guò)精餾程能耗的'不 太符合可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略。吸收式熱泵包括溴化鋰-水吸收熱泵和氨-水吸收熱 泵，可利用余熱、廢熱驅(qū)動(dòng)，但溴化鋰-水吸收熱泵受蒸發(fā)溫度限制，不能用于如丙烯-丙垸等低溫精餾過(guò)程；氨-水吸收熱泵系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)熱源溫度較高，不利于低 品位余熱或廢熱的利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有熱泵精餾技術(shù)的局限，提供一種熱能驅(qū)動(dòng)的吸附 式熱泵精餾系統(tǒng)，克服吸收式熱泵的缺點(diǎn)，拓寬節(jié)能型熱能驅(qū)動(dòng)的熱泵精餾系統(tǒng) 的應(yīng)用范圍，屬于化工節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)方案為采用熱能驅(qū)動(dòng)的吸附式熱泵系統(tǒng)，將精餾塔頂端冷凝放 熱輸送到塔底供給再沸器，相對(duì)壓縮式熱泵精餾系統(tǒng)，可有效節(jié)約大量高品位電 能，提高精餾系統(tǒng)能量利用率；相對(duì)吸收式熱泵系統(tǒng)，可拓寬熱能驅(qū)動(dòng)的熱泵精 餾系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為 一種吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于由吸附式 熱泵系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)耦合而成，系統(tǒng)由熱能(e)驅(qū)動(dòng)；吸附式熱泵精餾系統(tǒng)為 以下三類(lèi)中的任意一種第一類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)由精餾塔l、精
餾塔塔頂冷凝器2和精餾塔塔底再沸器4組成，吸附式熱泵系統(tǒng)由吸附床I、吸 附床II、蒸發(fā)器、節(jié)流閥3和冷凝器組成，其特征在于精餾系統(tǒng)的精餾塔塔頂冷 凝器2同時(shí)作為吸附式熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔底再沸器4同時(shí) 作為吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器，將吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器釋放的熱量供給精餾 系統(tǒng)塔底再沸器；第二類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)由精餾塔l、精餾塔塔 頂冷凝器2和精餾塔塔底再沸器4組成，吸附式熱泵系統(tǒng)由吸附床I、吸附床II、 蒸發(fā)器、節(jié)流閥3和冷凝器5組成，其特征在于精餾系統(tǒng)的精餾塔塔頂冷凝器2 同時(shí)作為吸附式熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔底再沸器4與吸附式熱 泵系統(tǒng)的冷凝器5及吸附床換熱，其換熱過(guò)程通過(guò)換熱介質(zhì)d進(jìn)行，將吸附式熱 泵系統(tǒng)的冷凝器5釋放的熱量和吸附床吸附過(guò)程釋放的熱量供給精餾系統(tǒng)塔底 再沸器；第三類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)由精餾塔l、精餾塔塔頂冷凝器 2和精餾塔塔底再沸器4組成，吸附式熱泵系統(tǒng)由吸附床I、吸附床II、蒸發(fā)器、 制冷劑泵6和冷凝器5組成，其特征在于精餾系統(tǒng)的精餾塔塔頂冷凝器2同時(shí)作 為吸附式熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔底再沸器4與吸附式熱泵系統(tǒng) 的吸附床換熱，其換熱過(guò)程通過(guò)換熱介質(zhì)d進(jìn)行，將吸附式熱泵系統(tǒng)的吸附床吸 附過(guò)程釋放的熱量供給精餾系統(tǒng)塔底再沸器。
本發(fā)明的第一類(lèi)和第二類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的吸附式熱泵系統(tǒng)，其 特征在于蒸發(fā)器的壓力低于冷凝器的壓力，冷凝器中的制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流 膨脹后進(jìn)入蒸發(fā)器；本發(fā)明的第三類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的吸附式熱泵系統(tǒng)，其特征在于蒸發(fā)器的壓力高于冷凝器的壓力，冷凝器中的制冷劑液體經(jīng)制冷 劑泵增壓后送入蒸發(fā)器。
本發(fā)明的第一類(lèi)和第二類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于驅(qū)動(dòng)熱能e的溫 度高于冷凝器釋放冷凝熱的過(guò)程溫度和吸附床釋放吸附熱的過(guò)程溫度；本發(fā)明的 第三類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于驅(qū)動(dòng)熱能e的溫度低于吸附床釋放吸附 熱的過(guò)程溫度。
吸附式熱泵系統(tǒng)采用驅(qū)動(dòng)熱能e是太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒐I(yè)余熱或廢熱，幾乎 不消耗電能，有利于精餾系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)能降耗；吸附式熱泵系統(tǒng)的工質(zhì)操作溫度 范圍寬，可滿足大多數(shù)精餾系統(tǒng)熱量輸送的要求。
本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)采用間接式操作方式，吸附式熱泵系統(tǒng)和精餾 系統(tǒng)獨(dú)立成體系，可單獨(dú)進(jìn)行操控；精熘系統(tǒng)和原有精餾系統(tǒng)一致，不改變?cè)?餾工藝，只需將精餾塔塔頂冷凝器與吸附式熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器集成，并將塔底再 沸器與吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器或冷凝器和吸附床進(jìn)行集成即可。
本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，吸附式熱泵系統(tǒng)采用的工質(zhì)對(duì)包括分子篩-水、硅膠-水、活性炭-甲醇、活性炭-氨、鹽-氨，鹽和活性炭組成的復(fù)合吸附材 料-氨對(duì)、鹽和石墨組成的復(fù)合吸附材料-氨對(duì)、鹽和凹凸棒粘土組成的復(fù)合吸附 材料-氨對(duì)或者是活性炭-至少為乙烷、丙烷、正丁烷或異丁烷中的任意一種組成 的工質(zhì)對(duì)。其中，鹽的陽(yáng)離子為堿金屬離子、堿土金屬離子、過(guò)渡元素陽(yáng)離子或 者銨根離子，鹽的陰離子是鹵族元素離子、硝酸根離子或者硫酸根離子。
本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)為現(xiàn)有化工過(guò)程的各種精餾系統(tǒng)。
本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用形式，可分為不同的工作過(guò)程。
第一類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)工作過(guò)程可分為(1)精鎦塔塔頂冷凝熱移出一 吸附床I吸附過(guò)程，精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器2中冷凝，釋放的冷凝熱直接 供給制冷劑液體在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)；制冷劑蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸 汽被吸附床I吸附，吸附產(chǎn)生的吸附熱由換熱介質(zhì)d移出。(2)吸附床II解吸一
精餾塔塔底輸入熱量過(guò)程，利用熱能e對(duì)吸附飽和的吸附床II進(jìn)行加熱解吸， 解吸出的制冷劑蒸汽在冷凝器(精餾塔塔底再沸器4)中冷凝，放出的熱量直接 供給精餾塔塔底再沸器4加熱。(3)制冷工質(zhì)節(jié)流過(guò)程，冷凝器(精餾塔塔底再 沸器4)中的制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥3，節(jié)流膨脹，降低壓力后，回到蒸發(fā)器(精 餾塔塔頂冷凝器2)，完成一個(gè)吸附式熱泵精餾循環(huán)。通過(guò)吸附床I和吸附床II 的交替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂部冷凝放熱輸送到精餾塔底再沸器，實(shí)現(xiàn)精 餾系統(tǒng)的節(jié)能。第二類(lèi)吸附式熱泵精餾工作過(guò)程可分為(1)精餾塔塔頂冷凝熱移出一吸附 床I吸附過(guò)程，精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器2中冷凝，釋放的冷凝熱直接供給 制冷劑液體在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)；制冷劑蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽 被吸附床I吸附，吸附產(chǎn)生的吸附熱由換熱介質(zhì)d供給精餾塔底再沸器4加熱。 (2)吸附床II解吸一精餾塔塔底輸入熱量過(guò)程，利用熱能e對(duì)吸附飽和的吸附 床II進(jìn)行加熱解吸，解吸出的制冷劑蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的熱量通過(guò) 換熱介質(zhì)d供給精餾塔底再沸器4加熱。(3)制冷工質(zhì)節(jié)流過(guò)程，冷凝器5中的 制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥3，節(jié)流膨脹，降低壓力后，回到精餾塔塔頂冷凝器4，完 成一個(gè)吸附式熱泵精餾循環(huán)。通過(guò)吸附床I和吸附床II的交替吸附、解吸，連續(xù) 將精餾塔頂部冷凝放熱輸送到精餾塔底的再沸器，實(shí)現(xiàn)精餾系統(tǒng)的節(jié)能。
第三類(lèi)吸附式熱泵精餾工作過(guò)程可分為(1)精餾塔塔頂冷凝熱移出一吸附
床I吸附過(guò)程，精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器2中冷凝，釋放的冷凝熱直接供給
制冷劑液體在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)；制冷劑蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽
被吸附床I吸附，吸附過(guò)程放出的吸附熱，由換熱介質(zhì)d供給精餾塔底再沸器4 加熱。(2)吸附床II解吸一精餾塔塔底輸入熱量過(guò)程，利用熱能e對(duì)吸附飽和 的吸附床II進(jìn)行加熱解吸，解吸出的制冷劑蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的熱 量由換熱介質(zhì)d移出。(3)制冷工質(zhì)返回蒸發(fā)器過(guò)程，冷凝器5中的制冷劑液體 經(jīng)制冷劑泵6升高壓力后，回到蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)，完成一個(gè)吸附 式熱泵精餾循環(huán)。通過(guò)吸附床i和吸附床n的交替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂 部冷凝放熱輸送到精餾塔底的再沸器，實(shí)現(xiàn)精餾系統(tǒng)的節(jié)能。
結(jié)合附圖1-附圖3，本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)可這樣實(shí)現(xiàn)附圖1對(duì)應(yīng) 吸附式熱泵精餾系統(tǒng)的第一類(lèi)應(yīng)用形式；附圖2對(duì)應(yīng)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)的第二 類(lèi)應(yīng)用形式；附圖3對(duì)應(yīng)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)的第三類(lèi)應(yīng)用形式。
如附圖1所示，第一類(lèi)吸附式熱泵精餾應(yīng)用過(guò)程為 (1)精餾塔塔頂冷凝熱移出精餾介質(zhì)在精熘塔塔頂冷凝器2冷凝，釋放 的冷凝熱直接供給制冷劑液體在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)。(2)吸
附一解吸過(guò)程吸收冷凝熱后的制冷劑液體(水、氨或甲醇)，在蒸發(fā)器(精餾
塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽被吸附床I中的吸附劑(分子篩、硅膠、
活性碳、鹽， 一種或幾種鹽和活性炭(或石墨)'組成的復(fù)合吸附材料等)吸附，
吸附產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d移出；通過(guò)熱能e對(duì)吸附飽和的吸附床II進(jìn) 行加熱，解吸出制冷劑蒸汽。加熱熱能是工業(yè)余熱和廢熱、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒌?br> 熱能。(3)精餾塔塔底輸入熱量吸附床II解吸出的制冷劑蒸汽在冷凝器(精
7餾塔塔底再沸器4)中冷凝，放出的熱量由換熱介質(zhì)直接供給精餾塔塔底再沸器 4加熱。(4)制冷工質(zhì)節(jié)流過(guò)程冷凝器(精餾塔塔底再沸器4)中的制冷劑液 體經(jīng)節(jié)流闊3，節(jié)流膨脹，降低壓力后，回到蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)，完 成一個(gè)吸附式熱泵精餾循環(huán)。當(dāng)吸附床I和吸附床II分別完成吸附、解吸過(guò)程后， 對(duì)吸附床I輸入熱能e進(jìn)行加熱解吸，而將吸附床II進(jìn)行冷卻吸附。吸附床I和 吸附床II交替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂部冷凝放熱輸送到精餾塔底的再沸 器，實(shí)現(xiàn)精餾系統(tǒng)的節(jié)能。
如附圖2所示，第二類(lèi)吸附式熱泵精餾應(yīng)用過(guò)程為-
(1)精餾塔塔頂冷凝熱移出精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器2冷凝，釋放
的冷凝熱直接供給制冷劑液體在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)。(2)吸
附一解吸過(guò)程吸收冷凝熱后的制冷劑液體(水、氨或甲醇)，在蒸發(fā)器(精餾
塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽被吸附床.I中的吸附劑(分子篩、硅膠、
活性碳、鹽， 一種或幾種鹽和活性炭(或石墨)組成的復(fù)合吸附材料等)吸附，
吸附產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d提供給精餾塔底再沸器4加熱；通過(guò)熱能e對(duì) 吸附飽和的吸附床II進(jìn)行加熱，解吸出制冷劑蒸汽。用于加熱的熱能為工業(yè)余
熱和廢熱、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿取?3)精鎦塔塔底輸入熱量吸附床II解吸出的
制冷劑蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的熱量通過(guò)換熱介質(zhì)d提供給精餾塔底再沸 器4加熱。(4)制冷工質(zhì)節(jié)流過(guò)程冷凝器5中的制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥3，節(jié)流 膨脹，降低壓力后，進(jìn)入蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)，完成一個(gè)吸附式熱泵 精餾循環(huán)。當(dāng)吸附床I和吸附床II分別完成吸附、解吸過(guò)程后，對(duì)吸附床I輸入 熱能e進(jìn)行加熱解吸，而將吸附床II吸附產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d提供給 精餾塔底再沸器4加熱。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂 部冷凝放熱輸送到精餾塔底的再沸器，實(shí)現(xiàn)精嬙系統(tǒng)的節(jié)能。 如附圖3所示，第三類(lèi)吸附式熱泵精餾應(yīng)用過(guò)程為
(1)精餾塔塔頂冷凝熱移出精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器2冷凝，釋放
的冷凝熱直接供給制冷劑液體在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)。(2)吸
附一解吸過(guò)程吸收冷凝熱后的制冷劑液體，在精餾塔塔頂冷凝器/蒸發(fā)器2中
蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽被吸附床I中的吸附劑吸附，吸附產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)
d提供給精餾塔底再沸器6加熱；通過(guò)熱能e對(duì)吸附飽和的吸附床II進(jìn)行加熱， 解吸出制冷劑蒸汽；吸附床II解吸出的制冷劑蒸汽在冷凝器5中冷凝，放出的 熱量通過(guò)換熱介質(zhì)d移出。(3)精餾塔塔底輸入熱量吸附床I中的吸附劑吸附 產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d提供給精餾塔底再沸器6加熱。(4)制冷工質(zhì)返回 蒸發(fā)器冷凝器5中的制冷劑液體經(jīng)制冷劑泵7'，增加壓力后，回到精餾塔塔頂冷凝器/蒸發(fā)器2，完成一個(gè)吸附式熱泵精餾循環(huán)。當(dāng)吸附床I和吸附床II分別完 成吸附、解吸過(guò)程后，對(duì)吸附床I輸入熱能e進(jìn)行加熱解吸，而將吸附床II吸附 產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d提供給精餾塔底再沸器6加熱。吸附床I和吸附床 II交替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂部冷凝放熱輸送到精餾塔底的再沸器，實(shí)現(xiàn) 精餾系統(tǒng)的節(jié)能。 .
與現(xiàn)有的熱泵精餾技術(shù)相比，本發(fā)明的吸附式熱泵精餾過(guò)程幾乎不消耗電 能，可用工業(yè)余熱或廢熱、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿葻崮茯?qū)動(dòng)。相對(duì)吸收熱泵精餾系統(tǒng) 而言，本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)可在較廣泛的操作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行精餾系統(tǒng) 熱量回收，有廣闊的應(yīng)用前景。
有益效果
(1) 本發(fā)明采用吸附式熱泵回收精餾系統(tǒng)塔頂冷凝熱，用于塔底再沸器加熱， 幾乎不使用高品位電能，屬于熱能驅(qū)動(dòng)的熱泵精餾系統(tǒng)，可拓寬工業(yè)余熱和廢熱 或太陽(yáng)能、地?zé)崮艿葻崮茯?qū)動(dòng)的熱泵精餾系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，提高精餾系統(tǒng)能效。
(2) 本發(fā)明吸附式熱泵采用的工質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)沖擊，不會(huì)破壞臭氧層或產(chǎn)生溫室 效應(yīng)；
(3) 本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)可在較廣泛的操作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行精餾系統(tǒng) 熱量回收。


圖1為本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)第一類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的流程示意圖，該過(guò)程 中，吸附床I處于吸附階段，吸附床II處于解吸階段；其中l(wèi)-精餾塔，2-精餾 塔塔頂冷凝器，3-節(jié)流閥，4-精餾塔塔底再沸器；a為精餾塔原料進(jìn)口， b為精 餾塔塔頂產(chǎn)品出口， c為精餾塔塔底產(chǎn)品出口， d為換熱介質(zhì)，e為吸附床再生 熱能；I為吸附床I， II為吸附床II。
圖2為本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)第二類(lèi)種應(yīng)用過(guò)程的流程示意圖；其 中，5-吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器。 '
圖3為本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)第三類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的流程示意圖；其中， 6-制冷劑泵。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。 實(shí)施例1
如附圖1所示，第一類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程為(1 )精餾塔塔頂冷凝熱移出精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器/蒸發(fā)器2冷凝， 釋放的冷凝熱直接供給制冷劑液體(甲醇)在精餾塔塔頂冷凝器/蒸發(fā)器2中蒸 發(fā)。(2)吸附一解吸過(guò)程吸收精餾塔冷凝熱后的制冷劑液體(甲醇)，在精餾 塔塔頂冷凝器/蒸發(fā)器2中蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽(甲醇蒸汽)被吸附床I中的吸附 劑(活性炭)吸附，吸附產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d移出；通過(guò)熱能e對(duì)吸附 飽和的吸附床II進(jìn)行加熱，解吸出制冷劑蒸汽(甲醇蒸汽)。再生過(guò)程的加熱熱 能為工業(yè)余熱和廢熱。(3)精餾塔塔底輸入熱量吸附床II解吸出的制冷劑蒸 汽(甲醇蒸汽)在冷凝器(精餾塔塔底再沸器4)中冷凝為液態(tài)甲醇，放出的熱 量直接提供給精餾塔塔底再沸器4加熱。(4)制冷工質(zhì)節(jié)流過(guò)程冷凝器(精餾
塔塔底再沸器4)中的液體制冷劑甲醇經(jīng)節(jié)流閥3，節(jié)流膨脹，降低壓力后，回 到蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)，完成一個(gè)吸附式熱泵精餾循環(huán)。當(dāng)吸附床I 和吸附床II分別完成吸附、解吸過(guò)程后，對(duì)吸附床I輸入熱能e進(jìn)行加熱解吸， 而將吸附床II吸附產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d移出。吸附床I和吸附床II交 替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂部冷凝放熱輸送到精餾塔底的再沸器，實(shí)現(xiàn)精餾 系統(tǒng)的節(jié)能。
如附圖2所示，第二類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程為
(1)精餾塔塔頂冷凝熱移出精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器2冷凝，釋放
的冷凝熱直接供給制冷劑液體(水)在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)。 (2)吸附一解吸過(guò)程吸收精餾塔冷凝熱后的制冷劑液體(水)，在蒸發(fā)器(精
餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽(水蒸汽)被吸附床I中的吸附劑(13X
分子篩)吸附，吸附產(chǎn)生的吸附熱，由換熱介質(zhì)d供給精餾塔底再沸器4加熱；
通過(guò)熱能e對(duì)吸附飽和的吸附床II進(jìn)行加熱，解吸出制冷劑蒸汽(水蒸汽)。再
生過(guò)程的加熱熱能為工業(yè)余熱和廢熱。(3)精餾塔塔底輸入熱量吸附床II解
吸出的制冷劑蒸汽(水蒸汽)在冷凝器5中冷凝為液態(tài)水，放出的熱量通過(guò)換熱 介質(zhì)d供給精餾塔底再沸器4加熱；同樣，吸附床I中的吸附劑(13X分子篩) 吸附產(chǎn)生的吸附熱通過(guò)換熱介質(zhì)d供給精餾塔底再沸器4加熱。(4)制冷工質(zhì)節(jié) 流過(guò)程冷凝器5中的液體制冷劑水經(jīng)節(jié)流閥3，節(jié)流膨脹，降低壓力后，進(jìn)入 蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)，回到初始狀態(tài)，完成一個(gè)吸附式熱泵精餾循環(huán)。 當(dāng)吸附床I和吸附床II分別完成吸附、解吸過(guò)程后，對(duì)吸附床I輸入熱能e進(jìn)行 加熱解吸，而將吸附床II吸附產(chǎn)生的吸附熱通過(guò)換熱介質(zhì)d供給精餾塔底再沸 器4加熱。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂部冷凝放熱輸 送到精餾塔底的再沸器，實(shí)現(xiàn)精餾系統(tǒng)的節(jié)能。
如附圖3所示，第三類(lèi)吸附式熱泵精餾應(yīng)用過(guò)程為-(1)精餾塔塔頂冷凝熱移出精餾介質(zhì)在精餾塔塔頂冷凝器2冷凝，釋放 的冷凝熱直接供給制冷劑液體(氨)在蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)中蒸發(fā)。
(2)吸附一解吸過(guò)程吸收冷凝熱后的制冷劑液體(氨)，在蒸發(fā)器(精餾塔塔 頂冷凝器2)中蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽被吸附床I中的吸附劑吸附，吸附產(chǎn)生的吸附 熱由換熱介質(zhì)d提供給精餾塔底再沸器4加熱；通過(guò)熱能e對(duì)吸附飽和的吸附床
n進(jìn)行加熱，解吸出制冷劑蒸汽；吸附床n解吸出的制冷劑蒸汽在冷凝器5中冷
凝，放出的熱量由換熱介質(zhì)d移出。(3)精餾塔塔底輸入熱量吸附床I中的吸 附劑吸附產(chǎn)生的吸附熱由換熱介質(zhì)d提供給精餾塔底再沸器4加熱。(4)制冷工
質(zhì)返回蒸發(fā)器冷凝器5中的制冷劑液體(液氨)經(jīng)制冷劑泵6，增加壓力后，
進(jìn)入蒸發(fā)器(精餾塔塔頂冷凝器2)，回到初始狀態(tài)，完成一個(gè)吸附式熱泵精餾 循環(huán)。當(dāng)吸附床I和吸附床II分別完成吸附、解吸過(guò)程后，對(duì)吸附床I輸入熱能 e進(jìn)行加熱解吸，而將吸附床II吸附產(chǎn)生的吸附熱通過(guò)換熱介質(zhì)d供給精餾塔底 再沸器4加熱。吸附床I和吸附床II交替吸附、解吸，連續(xù)將精餾塔頂部冷凝放 熱輸送到精餾塔底的再沸器，實(shí)現(xiàn)精餾系統(tǒng)的節(jié)能。
針對(duì)精餾系統(tǒng)不同的操作工況，選擇合適的吸附工質(zhì)對(duì)進(jìn)行匹配，本發(fā)明具 有下列吸附式熱泵精餾系統(tǒng)實(shí)施例，并不因此而限制本發(fā)明。
實(shí)施例2
丙垸與丙烯的分離采用低壓熱泵精餾法，可減少塔板數(shù)和回流比。精餾塔的 操作壓力為1.15MPa，塔頂操作溫度為23'C，塔底操作溫度為25t:。采用水為熱 泵工質(zhì)，硅膠為吸附劑，組成吸附工質(zhì)對(duì)，構(gòu)建第二類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的吸附式熱泵精 餾系統(tǒng)，可將塔頂釋放的熱量回收用于塔底再熱。本過(guò)程吸附床層輸入一份熱能， 可回收1.35份精餾系統(tǒng)的熱能。 '
實(shí)施例3
乙烯-乙烷的分離是乙烯生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一步。長(zhǎng)期以來(lái)，低溫精餾 在烷烴-烯烴分離中占主導(dǎo)地位。采用吸附式熱泵低溫精餾是高效、節(jié)能、低成 本的方法。精餾塔操作壓力2.0MPa，塔頂操作溫度為-29'C，塔底操作溫度為-5'C。 選用乙烷10%、丙烷40%、正丁烷30%和異丁垸20%組成的混合物作為熱泵工質(zhì)，
匹配活性炭組成第一類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)。本過(guò)程吸附床層輸入一 份熱能，可回收0.65份精餾系統(tǒng)的熱能。 實(shí)施例4
芳烴生產(chǎn)能耗的45%左右用于精餾，芳烴精餾的節(jié)能顯得尤為突出。苯-甲 苯的分離是芳烴分離的重要過(guò)程，采用常壓精餾進(jìn)行分離，塔頂操作溫度81.8°C， 塔底操作溫度123°C。選用13X分子篩-水吸附式熱泵工質(zhì)對(duì)，構(gòu)建第二類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)。本過(guò)程吸附床層輸入一份熱能，可回收1.25份精 餾系統(tǒng)的熱能。 實(shí)施例5
醋酸-水體系的分離問(wèn)題一直受到人們的重視。醋酸-水的相對(duì)揮發(fā)度不大， 可采用萃取精餾，該萃取精餾為常壓操作，塔頂操作溫度100。C，塔底操作溫度 176.3°C。采用氯化亞鐵和凹凸棒粘土復(fù)合吸附材料-氨化學(xué)吸附式熱泵工質(zhì)對(duì)， 構(gòu)建第三類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)。本過(guò)程吸附床層輸入一份熱能，可 回收0.40份精餾系統(tǒng)的熱能。
實(shí)施例6
乙醇一水的加鹽萃取精餾過(guò)程在常壓條件下進(jìn)行操作，精餾塔頂溫度為 78°C，塔底溫度為13(TC。選用硫酸銅和石墨復(fù)合材料-氨吸附式熱泵工質(zhì)對(duì)，構(gòu) 建第三類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)。本過(guò)程吸附床層輸入一份熱能，可回 收0.43份精餾系統(tǒng)的熱能。
實(shí)施例7
乙苯-苯乙烯的精餾分離過(guò)程需在真空條件下，并加入高溫阻聚劑進(jìn)行，塔 頂操作壓力6kPa，塔底操作壓力30kPa，塔頂操作溫度57'C，塔底操作溫度105"C。 選配CaCl2、 MnCl2和活性炭復(fù)合吸附材料-氨工質(zhì)對(duì)組成吸附式熱泵系統(tǒng)，構(gòu)建 第三類(lèi)應(yīng)用過(guò)程的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)。本過(guò)程吸附床層輸入一份熱能，可回收 0.45份精餾系統(tǒng)的熱能。
1權(quán)利要求
1、一種吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于由吸附式熱泵系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)耦合而成，系統(tǒng)由熱能(e)驅(qū)動(dòng)；吸附式熱泵精餾系統(tǒng)為以下三類(lèi)中的任意一種第一類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)由精餾塔(1)、精餾塔塔頂冷凝器(2)和精餾塔塔底再沸器(4)組成，吸附式熱泵系統(tǒng)由吸附床(I)、吸附床(II)、蒸發(fā)器、節(jié)流閥(3)和冷凝器組成，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔頂冷凝器(2)同時(shí)作為吸附式熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔底再沸器(4)同時(shí)作為吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器，將吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器釋放的熱量供給精餾系統(tǒng)塔底再沸器；第二類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)由精餾塔(1)、精餾塔塔頂冷凝器(2)和精餾塔塔底再沸器(4)組成，吸附式熱泵系統(tǒng)由吸附床(I)、吸附床(II)、蒸發(fā)器、節(jié)流閥(3)和冷凝器(5)組成，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔頂冷凝器(2)同時(shí)作為吸附式熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔底再沸器(4)與吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器(5)及吸附床(I)或吸附床(II)換熱，其換熱過(guò)程通過(guò)換熱介質(zhì)d進(jìn)行，將吸附式熱泵系統(tǒng)的冷凝器(5)釋放的熱量和吸附床吸附過(guò)程釋放的熱量供給精餾系統(tǒng)塔底再沸器；第三類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)由精餾塔(1)、精餾塔塔頂冷凝器(2)和精餾塔塔底再沸器(4)組成，吸附式熱泵系統(tǒng)由吸附床(I)、吸附床(II)、蒸發(fā)器、制冷劑泵(6)和冷凝器(5)組成，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔頂冷凝器(2)同時(shí)作為吸附式熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，精餾系統(tǒng)的精餾塔塔底再沸器(4)與吸附式熱泵系統(tǒng)的吸附床換熱，其換熱過(guò)程通過(guò)換熱介質(zhì)d進(jìn)行，將吸附式熱泵系統(tǒng)的吸附床吸附過(guò)程釋放的熱量供給精餾系統(tǒng)塔底再沸器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于所述的第一類(lèi)和第 二類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的吸附式熱泵系統(tǒng)，其蒸發(fā)器的壓力低于冷凝器 的壓力，冷凝器中的制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流膨脹后進(jìn)入蒸發(fā)器；所述的第三類(lèi) 吸附式熱泵精餾系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的吸附式熱泵系統(tǒng)，其蒸發(fā)器的壓力高于冷凝器的壓 力，冷凝器中的制冷劑液體經(jīng)制冷劑泵增壓后，返回蒸發(fā)器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式熱泵精鎦系統(tǒng)，其特征在于所述的第一類(lèi)和第 二類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)熱能(e)的溫度高于冷凝器釋放冷凝熱的過(guò)程 溫度和吸附床釋放吸附熱的過(guò)程溫度；所述的第三類(lèi)吸附式熱泵精餾系統(tǒng)'其特 征在于驅(qū)動(dòng)熱能(e)的溫度低于吸附床釋放吸附熱的過(guò)程溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于吸附式熱泵系統(tǒng)采 用的工質(zhì)對(duì)為分子篩-水、硅膠-水、活性炭-甲醇、活性炭-氨、鹽-氨、鹽和活性 炭組成的復(fù)合材料-氨、鹽和石墨組成的復(fù)合吸附材料-氨、鹽和凹凸棒粘土組成 的復(fù)合吸附材料-氨或者是活性炭-至少為乙烷、丙烷、正丁烷或異丁烷中任意一 種組成的工質(zhì)對(duì)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于吸附工質(zhì)對(duì)中的鹽 的陽(yáng)離子為堿金屬離子、堿土金屬離子、過(guò)渡元素陽(yáng)離子或銨根離子，鹽的陰離 子是卣族元素的離子、硝酸根離子或者硫酸根離子。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)熱能(e) 是太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒐I(yè)余熱或廢熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種吸附式熱泵精餾系統(tǒng)，尤其涉及一種利用熱能(太陽(yáng)能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱或廢熱)等驅(qū)動(dòng)，通過(guò)吸附式熱泵的方式進(jìn)行精餾系統(tǒng)節(jié)能的過(guò)程。本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)是將吸附式熱泵系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)耦合，采用間接式操作方式，吸附式熱泵系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)獨(dú)立成體系，可單獨(dú)進(jìn)行操控。與現(xiàn)有的熱泵精餾系統(tǒng)相比，本發(fā)明的吸附式熱泵精餾系統(tǒng)采用的工質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)沖擊，不會(huì)破壞臭氧層或產(chǎn)生溫室效應(yīng)；不使用高品位電能，可用低品位熱能驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明屬于熱能驅(qū)動(dòng)的熱泵精餾系統(tǒng)，可提高精餾系統(tǒng)能效。
文檔編號(hào)B01D3/32GK101502721SQ20091002473
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者群 崔, 杜旭東, 王海燕, 陳海軍, 宇 高 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)