[發(fā)明專利]高溫熱泵技術與銅氨液精煉工藝中余熱回收的耦合系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102989264A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 鄧娜;張于峰;于曉慧;張彥;董勝明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;B01D53/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 宋潔瑾

技術領域

本發(fā)明屬于熱泵及合成氨精煉工藝的技術領域，特別涉及采用高溫熱泵回收利用銅氨液精煉工藝余熱的系統(tǒng)。?

背景技術

合成氨是我國化工行業(yè)中的五大高耗能產(chǎn)業(yè)之一，其耗能占化工行業(yè)總量的40％。分析其生產(chǎn)工藝過程中可采用哪些節(jié)能技術與設備，突破技術瓶頸，開發(fā)相關技術與設備，并進行與合成氨工藝的有機耦合利用，是高資源、高能耗、高污染性型合成氨生產(chǎn)行業(yè)迫切需要解決的節(jié)能關鍵問題。?

合成氨的生產(chǎn)主要包括原料氣制造、原料氣凈化以及氨合成三個工序。原料氣凈化工序是指將來自原料氣制造工序的合成氨粗原料氣經(jīng)脫硫、變換、脫碳、精煉過程，除去原料氣中的雜質以滿足合成氨的要求。銅氨液吸收法是合成氨常采用的精煉工藝方法之一，主要包括銅洗和再生兩個過程。銅洗的過程需在低溫條件下進行，而再生工藝流程需在高溫條件下進行。傳統(tǒng)工藝為了創(chuàng)造適合的環(huán)境條件，利用冷卻水及氨制冷將銅洗過程高溫的銅氨液溫度降到要求溫度(65℃-70℃降至8℃-15℃)；而再生過程則需使用大量的蒸汽等能源加熱銅氨液，使其達到一定溫度條件(70℃左右升至80℃左右)。由此看整個過程耗能量極大，表現(xiàn)在不僅要配備冷卻塔將冷卻水的熱量散發(fā)到空氣中，需提供電能供給冷卻塔風機及氨制冷設備運轉，且要消耗大量的能源以產(chǎn)生再生過程用蒸汽。而銅洗過程的余熱竟未得到任何利用，反而成為消耗能源的過程。?

分析銅氨液精煉過程，存在著銅洗過程放出的低品質余熱(65℃-70℃)，也存在再生過程對高品質熱量(80℃左右)的需求。若能將余熱品質提升，產(chǎn)生高位熱源回用，則正可解決本工藝的需求，極大程度節(jié)約能源，又可降低因一次能源使用而帶來的污染。?

熱泵作為一種高效集熱并提升熱量的裝置，以消耗少量的高質能(機械能、電能等)或高溫位熱能作為代價，通過熱力循環(huán)，將熱能由低品位升至高品位。不僅可以減少供熱所需的煤炭等化石燃料，又可以間接提高工業(yè)流程的能源利用率。但傳統(tǒng)熱泵能產(chǎn)生的熱量溫度水平(45℃左右)較低，而本工藝再生過程需要的溫度條件為80℃左右，因此利用傳統(tǒng)熱泵無法解決這個問題。?

本發(fā)明采用的高溫熱泵技術則克服了傳統(tǒng)熱泵技術提供的水溫或者風溫較低的缺點，采用高溫制冷劑，可利用銅洗過程的余熱滿足合成氨工藝中再生過程的要求，既替代了高品質熱源，也節(jié)省了冷卻銅洗過程余熱的能量投入。但是如何將高溫熱泵技術與銅氨液精煉工藝過程有機的結合進行系統(tǒng)化和裝置化，仍是存在技術與工藝上的瓶頸，本發(fā)明擬提出一套高溫熱泵技術與銅氨液精煉工藝過程余熱循環(huán)利用的耦合系統(tǒng)與裝置，以提供解決方法。?

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種高溫熱泵技術與銅氨液精煉工藝過程中余熱回收循環(huán)利用的耦合系統(tǒng)，解決銅洗過程放出的低品質余熱浪費，再生過程對高品質?熱量的需求能量耗費大造成的資源浪費及一次能源使用而帶來的污染的問題。?

本發(fā)明的技術方案如下：?

一種高溫熱泵技術與銅氨液精煉工藝中余熱回收的耦合系統(tǒng)，主要包括銅氨液和高溫熱泵工質兩個循環(huán)系統(tǒng)：?

銅氨液循環(huán)系統(tǒng)主要包括銅洗和再生兩個過程：?

銅洗過程是指：經(jīng)再生器再生后的銅液進入換熱器放出部分熱量，降溫后的銅液65℃-70℃進入蒸發(fā)器，銅液在蒸發(fā)器里溫度降到8℃-15℃，出蒸發(fā)器的銅液回到高壓銅泵，打入銅塔吸收合成氨粗原料氣中的CO、CO₂、O₂、H₂S等雜氣；?

再生過程是指：在銅塔中吸收了雜氣的銅液經(jīng)減壓后流入回流塔頂部，與銅液再生氣逆向接觸，吸收再生氣中的氨和水蒸氣；銅液進入換熱器回收部分熱量后回到回流塔二段，在塔內(nèi)一方面進一步解析銅液中的CO和CO₂，另一方面吸收再生氣的氨和熱量；出回流塔后的銅液進入還原器，回收利用其它工藝工段的熱量，銅液的溫度上升，升溫的銅氨液溶液再進入冷凝器，繼續(xù)被加熱；出冷凝器的銅液再進入再生器，維持在固定溫度條件，以保證CO和CO₂完全解析，從而使銅液得以再生，循環(huán)使用；?

高溫熱泵工質循環(huán)系統(tǒng)主要包括蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥以及高溫工質；制冷劑經(jīng)膨脹閥降低壓力和溫度，低溫低壓的制冷劑進入蒸發(fā)器，吸收銅氨液精煉工藝中的余熱而氣化；氣化的低壓制冷劑進入壓縮機進行壓縮，壓縮后的高壓制冷劑進入冷凝器，制冷劑液化冷凝放熱加熱再生過程中的銅液，液化的制冷劑再進入膨脹閥循環(huán)運行。?

所述高溫工質為BY-3。商品名為北洋3#制冷劑，廠家是天津大學制冷劑廠。?