[发明专利]高温热泵技术与铜氨液精炼工艺中余热回收的耦合系统

说明书

技术领域

本发明属于热泵及合成氨精炼工艺的技术领域，特别涉及采用高温热泵回收利用铜氨液精炼工艺余热的系统。 

背景技术

合成氨是我国化工行业中的五大高耗能产业之一，其耗能占化工行业总量的40％。分析其生产工艺过程中可采用哪些节能技术与设备，突破技术瓶颈，开发相关技术与设备，并进行与合成氨工艺的有机耦合利用，是高资源、高能耗、高污染性型合成氨生产行业迫切需要解决的节能关键问题。 

合成氨的生产主要包括原料气制造、原料气净化以及氨合成三个工序。原料气净化工序是指将来自原料气制造工序的合成氨粗原料气经脱硫、变换、脱碳、精炼过程，除去原料气中的杂质以满足合成氨的要求。铜氨液吸收法是合成氨常采用的精炼工艺方法之一，主要包括铜洗和再生两个过程。铜洗的过程需在低温条件下进行，而再生工艺流程需在高温条件下进行。传统工艺为了创造适合的环境条件，利用冷却水及氨制冷将铜洗过程高温的铜氨液温度降到要求温度(65℃-70℃降至8℃-15℃)；而再生过程则需使用大量的蒸汽等能源加热铜氨液，使其达到一定温度条件(70℃左右升至80℃左右)。由此看整个过程耗能量极大，表现在不仅要配备冷却塔将冷却水的热量散发到空气中，需提供电能供给冷却塔风机及氨制冷设备运转，且要消耗大量的能源以产生再生过程用蒸汽。而铜洗过程的余热竟未得到任何利用，反而成为消耗能源的过程。 

分析铜氨液精炼过程，存在着铜洗过程放出的低品质余热(65℃-70℃)，也存在再生过程对高品质热量(80℃左右)的需求。若能将余热品质提升，产生高位热源回用，则正可解决本工艺的需求，极大程度节约能源，又可降低因一次能源使用而带来的污染。 

热泵作为一种高效集热并提升热量的装置，以消耗少量的高质能(机械能、电能等)或高温位热能作为代价，通过热力循环，将热能由低品位升至高品位。不仅可以减少供热所需的煤炭等化石燃料，又可以间接提高工业流程的能源利用率。但传统热泵能产生的热量温度水平(45℃左右)较低，而本工艺再生过程需要的温度条件为80℃左右，因此利用传统热泵无法解决这个问题。 

本发明采用的高温热泵技术则克服了传统热泵技术提供的水温或者风温较低的缺点，采用高温制冷剂，可利用铜洗过程的余热满足合成氨工艺中再生过程的要求，既替代了高品质热源，也节省了冷却铜洗过程余热的能量投入。但是如何将高温热泵技术与铜氨液精炼工艺过程有机的结合进行系统化和装置化，仍是存在技术与工艺上的瓶颈，本发明拟提出一套高温热泵技术与铜氨液精炼工艺过程余热循环利用的耦合系统与装置，以提供解决方法。 

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温热泵技术与铜氨液精炼工艺过程中余热回收循环利用的耦合系统，解决铜洗过程放出的低品质余热浪费，再生过程对高品质 热量的需求能量耗费大造成的资源浪费及一次能源使用而带来的污染的问题。 

本发明的技术方案如下： 

一种高温热泵技术与铜氨液精炼工艺中余热回收的耦合系统，主要包括铜氨液和高温热泵工质两个循环系统： 

铜氨液循环系统主要包括铜洗和再生两个过程： 

铜洗过程是指：经再生器再生后的铜液进入换热器放出部分热量，降温后的铜液65℃-70℃进入蒸发器，铜液在蒸发器里温度降到8℃-15℃，出蒸发器的铜液回到高压铜泵，打入铜塔吸收合成氨粗原料气中的CO、CO₂、O₂、H₂S等杂气； 

再生过程是指：在铜塔中吸收了杂气的铜液经减压后流入回流塔顶部，与铜液再生气逆向接触，吸收再生气中的氨和水蒸气；铜液进入换热器回收部分热量后回到回流塔二段，在塔内一方面进一步解析铜液中的CO和CO₂，另一方面吸收再生气的氨和热量；出回流塔后的铜液进入还原器，回收利用其它工艺工段的热量，铜液的温度上升，升温的铜氨液溶液再进入冷凝器，继续被加热；出冷凝器的铜液再进入再生器，维持在固定温度条件，以保证CO和CO₂完全解析，从而使铜液得以再生，循环使用； 

高温热泵工质循环系统主要包括蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀以及高温工质；制冷剂经膨胀阀降低压力和温度，低温低压的制冷剂进入蒸发器，吸收铜氨液精炼工艺中的余热而气化；气化的低压制冷剂进入压缩机进行压缩，压缩后的高压制冷剂进入冷凝器，制冷剂液化冷凝放热加热再生过程中的铜液，液化的制冷剂再进入膨胀阀循环运行。 

所述高温工质为BY-3。商品名为北洋3#制冷剂，厂家是天津大学制冷剂厂。