[发明专利]一种蒸馏用高温热泵系统

说明书

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种能量回收与节能的蒸馏用高温热泵系统。

背景技术

工业能耗中，化学工业占很大的比例，精馏是化工过程中最重要且应用最广泛的分离操作。精馏过程能耗大，热力学效率低，很多工厂的精馏工段总效率低于10%。

石油化工装置有2个主要的基本过程：反应过程和分离过程。通常，分离过程的能耗要占装置总能耗的80%左右。精馏是分离过程中最常用和有效的方法，以热能的消耗来分离提纯化工产品。由于该过程的不可逆性很大，过程的热力学效率很低，故整个精馏过程的能耗很大。精馏过程的能耗占整个石油化工装置总能耗的60%左右，精馏过程中的节能对整个石化行业的节能具有重要意义。

尽管大多数工业精馏装置的能源利用率不足10%，但由于常规蒸馏塔设备简单，投资低，因而至今仍被人们广泛的使用。随着能源价格逐渐上涨，这种传统的工业装置和设备已受到来自能源领域的强有力挑战。在许多情况下，采用以产品物流预热原料、增加塔板数、降低回流量、小温差换热器、适宜的保温材料和高效填料等方式可以进行节能，但这些简单易行的节能方法在很大程度上受限制。

热泵技术利用少量高品位的机械能，驱动压缩机进行制冷循环，将热量从较低温度的热源中提取后加热其它介质，即通过消耗少量的高品位能量，将低品位能量提升为高品位能量。热泵技术的优势在于能利用40℃-50℃的较低温度的热源，产生高达80℃-95℃的热水，将本来作为废热排放的能量提供给需要消耗大量热能的场合，极大的增加了能量的利用率，在节能环保方面具有巨大的优势。

目前在热泵行业中，多数只是单纯的用来供冷或是供热，热泵系统提供的是单纯的冷量或热量。热泵常用来为房间或是工厂提供所需的热量，通过吸收低温热源的能量来加热空气或水，满足一般的需热应用。在蒸馏系统中，蒸馏塔同时需要冷量和热量的供给，将热泵系统和蒸馏系统结合，可同时利用热泵系统的冷量和热量，减少了加热蒸汽和冷却水的供应，极大地降低了整个蒸馏系统的能耗。

在整个蒸馏过程中，精馏塔底部的物料采用高温蒸汽加热使各组分分离，分离后的各组分在蒸馏塔顶部经过冷凝后导出蒸馏塔。在整个系统中，既需要底部有大量热量的加入，又需要在蒸馏塔的顶部加入一定的冷量。常规的精馏塔循环中，热量与冷量的供应需要两套系统来满足，所需的能耗主要集中在这两套系统上，特别是在塔底的加热系统上。

考虑到热泵系统的蒸发器和冷凝器是吸热和放热的两个过程，将热泵系统与蒸馏系统联系起来可同时满足制冷与制热的要求，可有效的降低蒸馏系统的能耗。将常规的热泵系统与精馏系统相结合可有限降低精馏系统的能耗，但是蒸馏系统底部需要温度在130℃以上的加热蒸汽才能满足蒸馏的要求，而常规的热泵系统所能提供的温度在80℃-95℃。直接将热泵系统与蒸馏系统连接在一起，精馏塔顶与塔底的较大温差将导致热泵系统的实际功耗较大，且对热泵的稳定运行带来不利。

发明内容

本发明的目的在于解决将热泵系统应用于精馏系统中存在的问题，提供了一种运行效率高，可有效减低化工蒸馏系统能耗的蒸馏用高温热泵系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括串联的低压级压缩机和高压级压缩机，高压级压缩机的出口连接有将高压级压缩机的介质分离为高温介质及低温介质的涡流管，低温介质经管路与高压级压缩机的吸气端相连，高温介质经冷凝器的加热端与制冷剂分离器相连，冷凝器的换热端与蒸馏塔底部相连构成闭合循环回路加热蒸馏塔的待加热物料，蒸馏塔冷凝介质出口与蒸发器冷凝端入口相连，蒸发器冷凝端出口与蒸馏塔冷凝介质入口相连构成闭合的冷凝循环回路，蒸发器热端与制冷剂分离器的入口相连，制冷剂分离器的气体出口与低压级压缩机的吸气端相连，制冷剂分离器的液体出口与蒸发器热端入口相连。

所述的制冷剂分离器的入口管路上安装有喷射器，冷凝器、蒸发器的出口分别与喷射器的入口相连。

所述的蒸发器与蒸馏塔之间还安装有冷凝分离器，冷凝分离器的液体出口经泵、电磁阀与蒸馏塔相连通。

所述的冷凝分离器的气体出口管路上依次安装有经压缩机和热交换器，涡流管的低温介质经热交换器与高压级压缩机的吸气端相连。

所述的高温介质的温度为150℃，低温介质的温度为70℃。