[发明专利]一种采用超高温热泵回收利用MDEA脱碳工艺余热的系统

说明书

技术领域

本发明属于热泵与脱碳化工工艺技术领域，特别涉及到超高温热泵同MDEA脱碳工艺结合利用的技术及装置。

背景技术

合成氨耗能占化工行业总量的40％，是我国化工行业五大高耗能产业之一。在合成氨生产中，脱碳工序能耗大约为总能耗的10％～15％。所以，脱碳工序可节能空间很大。活化MDEA脱碳是国外70年代BASF开发和工业化技术。这种脱碳工艺技术具有净化度高、可同时脱硫脱碳、氮氢气损失量少、再生CO₂气纯度高、溶剂损失少、不易降解等优点。但是MDEA脱碳工艺在众多脱碳工艺中属高能耗工艺，与PSA、PC等工艺比较时，蒸汽消耗、电耗等均处于劣势。在节能减排的大背景下，MDEA脱碳工艺的能耗问题亟待解决。

MDEA法脱碳就是利用MDEA溶液低温吸附CO₂、高温脱附CO₂的原理来实现的。在低温的条件下，活化MDEA溶液吸收工艺气体中的CO₂，吸收CO₂的MDEA溶液称为富液。在高温的条件下，CO₂从MDEA溶液中解析出来，同时溶液得以再生，释放出CO₂的MDEA溶液称为贫液。传统工艺流程中为实现所需的环境条件，采用冷却水将高温富液降至需求的温度(80℃左右降至50℃～65℃)，降温后的MDEA溶液去吸收工艺气体的CO₂，采用高温蒸汽加热MDEA溶液(75℃左右升至105℃左右)，使其再生。在原工艺流程中，冷却塔将冷却水中的热量散发到空气，不仅需要配置相应的设备，还需要消耗电能等高品质能实现设备的运转，这部分的余热没有利用，反而还需要消耗大量的能源；另外，在MDEA溶液再生的过程中，又需消耗大量的一次能源产生蒸汽用于加热MDEA溶液。这就意味着MDEA脱碳工艺流程中不但消耗了大量的能源，而且其余热未被合理有效的利用。

如何将MDEA脱碳工艺流程中的余热充分合理的利用，提升能质品质，产生的高品质热能再回用到MDEA脱碳工艺流程中，是MDEA脱碳工艺应积极探寻的方式之一。这样不仅大大降低了MDEA脱碳的能耗，而且可减少环境污染和热污染。热泵技术正是实现这一目的的有效技术手段之一。热泵技术将MDEA脱碳工艺的余热转化为高位能，产生的高位能加热再生过程中的MDEA溶液，代价仅为消耗较少量的高品位能(电能、机械能等)。这样既可取代原工艺的冷却塔等设备，充分利用工艺中余热，又可取代原有的蒸汽，减少煤炭等化石燃料的消耗，间接提高工业流程的能源利用率。一般来说，高温热泵的产热温度在65℃以上，却在100℃以下，但是本工艺的MDEA溶液再生过程中需求的高温是105℃，因此传统意义上的高温热泵难以满足此工艺需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用超高温热泵回收利用MDEA脱碳工艺余热的系统，解决MDEA脱碳工艺流程中的低品位余热无法利用，又需消耗大量的一次能源产生蒸汽用于加热MDEA溶液的资源浪费问题。

本发明的技术方案如下：

一种采用超高温热泵回收利用MDEA脱碳工艺余热的系统，主要由MDEA脱碳和超高温热泵工质两个流程耦合而成：

(1)MDEA脱碳流程

MDEA脱碳流程依次包括再生塔、冷凝器、蒸发器、贫液泵、吸收塔、闪蒸塔、溶液换热器相互连通组成的循环系统；在再生塔中再生的贫液(105℃左右)进入溶液换热器，放出部分热量，降温后的贫液(80℃左右)再进入蒸发器，放出热量，温度降至50℃～65℃的贫液经贫液泵加压后进入吸收塔的上部，吸收塔中的贫液吸收工艺气体中的CO₂，吸收CO₂的MDEA溶液成为富液；吸收塔底部的富液减压后进入闪蒸塔的上部，液体自上而下与再生塔的蒸汽和CO₂混合气逆流接触，吸收蒸汽和CO₂混合气的热量，通过填料层后，富液中部分的CO₂解析出来，富液变为半贫液；出闪蒸塔的半贫液分为两部分，其中大部分半贫液加压后送到吸收塔的中部，另一部分半贫液加压后进入溶液换热器，回收部分贫液的热量；升温后的半贫液进入再生塔的上部，经填料层同自下而上的蒸汽和CO₂混合气一起进入到冷凝器，在冷凝器中吸收热量，半贫液的温度由75℃左右升至105℃左右，升温后的半贫液再回到再生塔，解析出溶液中的CO₂，变成贫液，循环使用；

(2)超高温热泵工质流程