一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統
2023-06-05 04:45:37
1.本發明涉及混合氣體分離技術領域，具體涉及一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統。
背景技術：
2.工業上經常遇到混合氣體需要分離的情況，有的是為了獲得混合氣中的某組分，有的是捕獲混合氣某組分，避免它排放汙染。例如，製藥廠用丙酮作為溶劑，因而製藥尾氣中的空氣含有丙酮，若直接排放尾氣，將汙染空氣，因此通常需要分離尾氣中的丙酮。吸收法是常見的混合氣體分離方法之一，它是利用混合氣中某組分(這時候稱該組分為溶質)在吸收劑中溶解度較大，而其它組分在吸收劑中幾乎不溶或溶解度很小，實現混合氣體分離。為了獲得溶質或再生溶劑，通常要配套一個解吸過程。選擇吸收劑基本要求是對混合氣中某組分(溶質)溶解度大且對操作條件(溫度或壓力)敏感，即要在升高溫度或降低壓力時溶解度要小。
3.以丙酮水溶液為例，當溶液的丙酮摩爾分數為0.1時，10℃對應的平衡分壓是6.744kpa,50℃對應的平衡分壓是38.654kpa。吸收時，降低溶液溫度，能夠降低平衡分壓，降低排出去的混合氣中丙酮的量，也就回收的更乾淨，例如從50℃降到10℃，丙酮分壓就從38.654kpa降到6.744kpa；解吸時，要提高溶液溫度，升高平衡分壓，使丙酮離開溶液。已有的吸收-解吸工業流程中，通常對入吸收塔的吸收劑降溫，對入解吸塔的溶液升溫。
4.在吸收-解吸操作中，入吸收塔的吸收劑需要降溫，需要冷量；入解吸塔的溶液需要升溫，需要熱量。目前工業系統是通過分別設置冷卻器和加熱器，並為它們提供獨立的冷熱源來實現的，因此存在能源利用率不高的問題。
技術實現要素：
5.針對現有技術中的不足，本發明提供一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統，其採用熱泵技術進行熱量耦合，可以提高能源利用率。
6.為實現上述目的，本發明可以採用以下技術方案進行：
7.第一方面，一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統，其包括：
8.吸收塔，其設有進氣口和出氣口；
9.解吸塔，其設有出氣口和進氣口，其中，
10.所述吸收塔的出液口通過帶有溶液泵的管道連接所述解吸塔的進液口，所述解吸塔的出液口通過帶有吸收劑泵的管道連接所述吸收塔的進液口，期間，帶有溶液泵的管道經冷凝器加熱升溫，帶有吸收劑泵的管道經蒸發器冷卻降溫，所述冷凝器和所述蒸發器通過帶有壓縮機和節流閥的管道構成循環迴路。
11.如上所述的吸收與解吸過程冷熱耦合系統，進一步的，所述解吸塔的出氣口還通過帶冷卻器的管道連接有分離罐。
12.第二方面，一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統，其包括：
13.吸收塔，其設有進氣口和出氣口；
14.解吸塔，其設有出氣口和進氣口，其中，
15.所述吸收塔的出液口通過帶有溶液泵的管道連接所述解吸塔的進液口，所述解吸塔的出液口通過帶有吸收劑泵的管道連接所述吸收塔的進液口，期間，帶有溶液泵的管道經溶液換熱器加熱升溫，帶有吸收劑泵的管道經吸收劑換熱器冷卻降溫，所述溶液換熱器通過帶冷卻水循環泵的循環迴路連接有冷凝器，所述吸收劑換熱器通過帶冷凍水循環泵的循環迴路連接有蒸發器，所述冷凝器和所述蒸發器通過帶有壓縮機和節流閥的管道構成循環迴路。
16.如上所述的吸收與解吸過程冷熱耦合系統，進一步的，所述解吸塔的出氣口還通過帶冷卻器的管道連接有分離罐。
17.第三方面，一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統，其包括：
18.吸收塔，其設有進氣口和出氣口；
19.解吸塔，其設有出氣口和進氣口，其中，
20.所述吸收塔的出液口通過帶有溶液泵的管道連接所述解吸塔的進液口，所述解吸塔的出液口通過帶有吸收劑泵的管道連接所述吸收塔的進液口，期間，帶有溶液泵的管道經預換熱器預熱後再經冷凝器加熱升溫，帶有吸收劑泵的管道經預換熱器預冷後再經蒸發器冷卻降溫，所述冷凝器和所述蒸發器通過帶有壓縮機和節流閥的管道構成循環迴路。
21.如上所述的吸收與解吸過程冷熱耦合系統，進一步的，所述解吸塔的出氣口還通過帶冷卻器的管道連接有分離罐。
22.本發明與現有技術相比，其有益效果在於：
23.1、本系統採用熱泵技術進行熱量耦合，其能夠滿足溫度要求，其採用主動式控溫，能夠按要求控制蒸發溫度和冷凝溫度，從而控制吸收液、溶液溫度；另外本系統也能夠滿足熱量需求，因為通常吸收液降溫需要熱量與溶液升溫需要熱量相當，同時熱泵系統還加入壓縮機，通過壓縮機做功變成熱量，這部分熱量一般可以用於平衡解吸塔、管道等散熱；此外，本系統還能夠滿足吸收-解吸操作對熱量的同時性，熱泵工作時可以實現一端冷而另外一端熱。因此，相比現有技術，本系統可以有效地提高能源利用率。
24.2、本系統採用間接換熱的冷熱耦合，其產生冷和熱的熱泵系統不直接與吸收劑、溶液換熱，而是通過換熱器製取冷水或熱水，再通過冷水、熱水與吸收劑、溶液換熱。因此本系統可以使製冷系統更加緊湊，從而提高可靠性；同時制冷機可以遠離吸收-解吸操作區，從而滿足防爆安全要求；另外蒸發器和冷凝器的防腐要求低、可以降低成本。
附圖說明
25.為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖進行簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
26.圖1為本發明實施例的吸收與解吸過程冷熱耦合系統的第一結構示意圖；
27.圖2為本發明實施例的吸收與解吸過程冷熱耦合系統的第二結構示意圖；
28.圖3為本發明實施例的吸收與解吸過程冷熱耦合系統的第三結構示意圖。
29.其中：1、吸收塔的進氣口；2、吸收塔；3、吸收塔的出氣口；4、吸收塔的進液口；5、吸收塔的出液口；6、溶液泵；7、壓縮機；8、冷凝器；9、節流閥；10、蒸發器；11、解吸塔的出液口；12、吸收劑泵；13、解吸塔的進液口；14、解吸塔的出氣口；15、解吸塔；16、解吸塔的進氣口；17、冷卻器；18、分離罐；19、冷卻水循環泵；20、溶液換熱器；21、冷凍水循環泵；22、吸收劑換熱器；23、預換熱器。
具體實施方式
30.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本技術保護的範圍。
31.實施例：
32.需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本發明的實施例能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，本發明實施例的術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
33.需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
34.在本發明的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個、三個等，除非另有明確具體的限定。此外，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
35.在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
36.參見圖1-圖3，本發明提供一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統，其採用熱泵技術，對熱量進行耦合處理，使得管路的一端可以獲得冷源，管路的另外一端可以獲得熱源，以滿足生產要求，同時可以提高能源利用效率。
37.參見圖1，圖1展示了一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統，其可以包括：吸收塔2和解吸塔15，吸收塔2設有進氣口和出氣口；解吸塔15設有出氣口和進氣口，其中，所述吸收塔
的出液口5通過帶有溶液泵6的管道連接所述解吸塔的進液口13，所述解吸塔的出液口11通過帶有吸收劑泵12的管道連接所述吸收塔的進液口4，期間，帶有溶液泵6的管道經冷凝器8加熱升溫，帶有吸收劑泵12的管道經蒸發器10冷卻降溫，所述冷凝器8和所述蒸發器10通過帶有壓縮機7和節流閥9的管道構成循環迴路。進一步的，所述解吸塔的出氣口14還通過帶冷卻器17的管道連接有分離罐18。
38.具體的，本系統的工作過程為：從解吸塔的出液口11流出的吸收劑進入蒸發器10被冷卻降溫，然後進入吸收塔2，吸收指定混合氣體的某一種或多種組分，再從吸收塔的出液口5流出，這時吸收劑已經吸收不少氣體組分，濃度也提高了，此時稱這股液體為溶液，該溶液接著進入冷凝器8被加熱，再從解吸塔的進液口13進入解吸塔15，在解吸塔15內部原氣體組分分離出來，溶液變成吸收劑從解吸塔的出液口11流出，完成了吸收劑
→
溶液
→
吸收劑的循環過程。混合氣從吸收塔的進氣口1進入吸收塔2，在指定氣體組分被吸收後，剩餘氣體從吸收塔的出氣口3排出；惰性氣體或水蒸汽從解吸塔的進氣口16進入解吸塔15，從下而上流動，帶走從溶液分離出來原氣體組分，其中富含原氣體組分的混合氣從解吸塔的出氣口14流出，進入冷卻器17冷卻，可能是水蒸氣冷凝成水，也可能是原氣體組分冷凝成液體，隨後再進入分離罐18分離。同時熱泵系統工作過程是中溫高壓液態製冷劑經節流閥9節流成低溫低壓的液態製冷劑，然後進入蒸發器10蒸發變成氣態流出，該低溫低壓氣態製冷劑被壓縮機7壓縮成高溫高壓氣態製冷劑，然後進入冷凝器8冷凝成中溫高壓液態製冷劑。
39.本實施例中，本系統採用直接換熱的方式，其熱泵系統構成與常規熱泵系統類似，均包括：壓縮機7、蒸發器10、冷凝器8和節流閥9。熱泵系統的工作流程是中溫高壓液態製冷劑經節流閥9節流成低溫低壓的液態製冷劑，然後進入蒸發器10蒸發變成氣態流出，該低溫低壓氣態製冷劑被壓縮機7壓縮成高溫高壓氣態製冷劑，然後進入冷凝器8冷凝成中溫高壓液態製冷劑。在蒸發器10的另外一側，從解吸塔15底流出的吸收劑進入蒸發器10被冷卻，然後流入吸收塔2；在冷凝的另外一側，從系統塔底流出的溶液進入冷凝器8被加熱，然後流入解吸塔15。通過熱泵把熱量從吸收劑轉移到溶液中。本系統採用熱泵技術進行熱量耦合，其能夠滿足溫度要求，其採用主動式控溫，能夠按要求控制蒸發溫度和冷凝溫度，從而控制吸收液、溶液溫度；另外本系統也能夠滿足熱量需求，因為通常吸收液降溫需要熱量與溶液升溫需要熱量相當，同時熱泵系統還加入壓縮機7，通過壓縮機7做功變成熱量，這部分熱量一般可以用於平衡解吸塔15、管道等散熱；此外，本系統還能夠滿足吸收-解吸操作對熱量的同時性，熱泵工作時可以實現一端冷而另外一端熱。因此，相比現有技術，本系統可以有效地提高能源利用率。
40.參見圖2，作為一種可選的實施方式，在某些實施例中，一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統可以包括：吸收塔2和解吸塔15，吸收塔2設有進氣口和出氣口；解吸塔15設有出氣口和進氣口，其中，所述吸收塔的出液口5通過帶有溶液泵6的管道連接所述解吸塔的進液口13，所述解吸塔的出液口11通過帶有吸收劑泵12的管道連接所述吸收塔的進液口4，期間，帶有溶液泵6的管道經溶液換熱器20加熱升溫，帶有吸收劑泵12的管道經吸收劑換熱器22冷卻降溫，所述溶液換熱器20通過帶冷卻水循環泵19的循環迴路連接有冷凝器8，所述吸收劑換熱器22通過帶冷凍水循環泵21的循環迴路連接有蒸發器10，所述冷凝器8和所述蒸發器10通過帶有壓縮機7和節流閥9的管道構成循環迴路。進一步的，所述解吸塔的出氣口14還通過帶冷卻器17的管道連接有分離罐18。
41.具體的，本系統增設了溶液換熱器20和吸收劑換熱器22，其中溶液換熱器20與冷凝器8、冷卻水循環泵19構成冷卻水循環系統。冷卻水循環系統的工作過程如下：冷卻水進入冷凝器8被加熱，隨後經冷卻水循環泵19送到溶液換熱器20中加熱溶液，同時冷卻水被加熱隨後流出進入冷凝器8。另外，吸收劑換熱器22與蒸發器10、冷凍水循環泵21構成冷凍水循環系統。冷凍水循環系統的工作過程如下：冷凍水進入蒸發器10被冷卻，經冷凍水循環泵21送到吸收劑換熱器22中冷卻吸收劑，同時被加熱的冷凍水流出進入蒸發器10。本系統的其它吸收-解吸流程與圖1所示的冷熱耦合系統相同，在此不再贅述。本實施例中，本系統採用間接換熱的冷熱耦合，其產生冷和熱的熱泵系統不直接與吸收劑、溶液換熱，而是通過換熱器製取冷水或熱水，再通過冷水、熱水與吸收劑、溶液換熱。因此本系統可以使製冷系統更加緊湊，從而提高可靠性；同時制冷機可以遠離吸收-解吸操作區，從而滿足防爆安全要求；另外蒸發器10和冷凝器8的防腐要求低、可以降低成本。
42.參見圖3，作為一種可選的實施方式，在某些實施例中，一種吸收與解吸過程冷熱耦合系統，其可以包括：吸收塔2和解吸塔15，吸收塔2設有進氣口和出氣口；解吸塔15設有出氣口和進氣口，其中，所述吸收塔的出液口5通過帶有溶液泵6的管道連接所述解吸塔的進液口13，所述解吸塔的出液口11通過帶有吸收劑泵12的管道連接所述吸收塔的進液口4，期間，帶有溶液泵6的管道經預換熱器23預熱後再經冷凝器8加熱升溫，帶有吸收劑泵12的管道經預換熱器23預冷後再經蒸發器10冷卻降溫，所述冷凝器8和所述蒸發器10通過帶有壓縮機7和節流閥9的管道構成循環迴路。進一步的，所述解吸塔的出氣口14還通過帶冷卻器17的管道連接有分離罐18。
43.具體的，本系統增設了預換熱器23，當解吸塔的出液口11流出的吸收劑溫度比吸收塔的出液口5流出的溶液溫度高時，將可以先將這兩股流體通入預換熱器23中，經過換熱後再進入熱泵耦合系統換熱。本系統的其它吸收-解吸流程與圖1所示的冷熱耦合系統相同，在此不再贅述。本實施例中，因被吸收氣體和吸收液特性不同、解吸方法不同，可能出現離開吸收塔2的溶液溫度偏低，而離開解吸塔15的再生吸收劑溫度偏高的情況，此時可以先讓這兩股流體熱交換後再用熱泵來升降溫，可以保證本系統的換熱效果，提高能源利用效率。通常當上述溫差大10℃時值得實施，而且溫差越大，效果越好，經濟價值越明顯。
44.在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
45.上述實施例只是為了說明本發明的技術構思及特點，其目的是在於讓本領域內的普通技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡是根據本發明內容的實質所做出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。