[发明专利]一种嵌入波转子设备的热泵精馏系统

说明书

一种嵌入波转子设备的热泵精馏系统，属于热泵精馏技术领域。一种嵌入波转子设备的热泵精馏系统包括精馏塔、预热器、再沸器、分离器和用于冷凝塔顶蒸汽、排除不凝气、辅助塔底釜液再沸的波转子。波转子采用三端口的波转子或者四端口的波转子。该系统可以将大量不凝气迅速地排出系统外，防止不凝气聚集在塔顶，影响精馏操作的安全高效性；同时可减小压缩机的压缩比和塔底再沸器的热负荷，有利于系统中余热的利用和减少能源的消耗。除此之外，经过预热器返回到膨胀机的蒸汽还具有波转子增压后获得的较高压力，可利用这部分压力能带动膨胀机转动，将蒸汽的压力能转换为轴功，进而驱动波转子自身旋转。

技术领域

本发明涉及热泵精馏技术领域，尤其涉及一种塔顶含大量不凝气需要去除的嵌入波转子设备的热泵精馏系统。

背景技术

精馏工艺在化工装置能耗中占有很大比重，在现有精馏装置中，釜液加热需要利用高品位能源，如果温差过大则在热力学上具有较大的熵增特性，能效较低。而塔顶气体通过空冷、水冷方式释放的低温低品质余热又占精馏能耗的很大比重。因此，深度挖掘精馏工艺的余热节能潜力对于节能减排有着重要意义。

热泵精馏技术是一种实现精馏过程节能、提高热力学效率的有效技术手段，其原理是使用膨胀阀和压缩机来改变冷凝和蒸发温度，使塔顶蒸汽液化所排放的热量用作再沸器中加热所需的热量。当冷凝器和再沸器负荷不相匹配时，可用辅助冷凝器和再沸器。但热泵精馏技术适用于组分沸点差较小的精馏系统，因为对于沸点差较大的精馏系统，塔顶的低温低压蒸汽变为高温高压状态所需要的压缩机压比会增大，增加成本；同时压缩机的排气温度过高也会影响压缩机的正常工作状态，所以目前存在的解决方案是采用带有中间冷却器的两级压缩机，但这种方案投资增大，综合性价下降。

除此之外，相当大比重的精馏系统中不凝气的存在对塔器的安全、高效操作会带来很多问题，所以适时排除不凝气是这种精馏系统改进的一个重要工作。传统方案中采用喷射器抽取不凝气，由于引射效率低，会造成大量能量损耗。

波转子是一种非定常流动装置，可使得进入波转子的压力不同的两股流体直接接触交换能量，可以同时完成膨胀制冷和激波增压过程，其引射性能远高于喷射器，具有结构紧凑、易维护等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入波转子设备的热泵精馏系统，克服上述存在的问题。基于嵌入波转子设备的增压制热和膨胀制冷功能，实现精馏塔塔顶蒸汽的冷凝和不凝气排除过程，辅助塔釜液体的再沸过程，实现了大操作温区的同时降低了再沸器的输入热负荷，压缩机的压缩比也随之降低。

本发明采用的技术方案是：一种嵌入波转子设备的热泵精馏系统包括精馏塔、分离器、预热器和换热器，还包括压缩机、四端口波转子、膨胀机、再沸器和无级变速器；所述四端口波转子包含的高压入口、低压入口、低温出口和高温出口。

所述精馏塔塔顶的出口依次经压缩机、换热器的热侧连接四端口波转子的高压入口，四端口波转子的低温出口连接分离器的蒸汽进口，分离器的冷凝液出口一个支路通过第一调节阀连接精馏塔的塔顶回流口，另一个支路连接塔顶出料管道，分离器上设置不凝气排出管；四端口波转子的高温出口通过预热器的热侧后，一个支路经第二调节阀连接四端口波转子的低压入口，另一个支路经膨胀机连接四端口波转子的低压入口，膨胀机通过无级变速器连接波转子。

所述精馏塔塔底的出口通过一个支路连接塔底出料管道，另一个支路依次经预热器的冷侧、换热器的冷侧、再沸器的冷侧连接精馏塔的塔底回流口。

外接高温蒸汽管道通过第三调节阀依次连接再沸器的热侧、凝液分离器。

一种嵌入波转子设备的热泵精馏系统包括精馏塔、分离器、预热器和再沸器，还包括冷凝器和三端口波转子；所述三端口波转子包含高压入口、低压入口和中压出口。