[发明专利]利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热交换系统，具体涉及一种利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统。

背景技术

氨水吸收式制冷系统是以热能为驱动的循环系统，能利用工业生产中的大量余热、废热和太阳能等，减少能量浪费，降低环境污染。然而，这些热源的温度较低，作为氨水吸收式制冷的驱动热源，会使得系统放气范围减小，溶液循环倍率变大，最终导致系统热力系数降低。而且，当热源温度过低时，只有通过两级吸收才能完成制冷循环，但是两级吸收的热力系数较单级吸收更低。因此，如何更好的利用工业生产中大量的低品位废热、废气，节约能源和余热，成为氨水吸收式制冷循环的研究难点之一。

对于氨水混合物工质，由于制冷剂氨与吸收剂水的标准沸点相差不大(约133℃)，在发生过程中产生的蒸汽含有一部分水蒸气。而这部分水蒸气的存在将会对氨水吸收式制冷系统的COP性能产生很大的影响。因此，在氨水吸收式制冷系统中将需要采用精馏的方法来提纯氨蒸汽，从而提升该系统运行的性能。精馏是石油化工过程中的主要耗能单元，很久以来人们就致力于精馏设备的改进研究。对于氨水吸收式制冷精馏塔，目前最常用的还是传统的精馏塔结构，然而该系统对于热源温度的降低较为有限，因此需要寻找一种方法，能够充分利用低品位热源。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统，包括溶液循环和制冷剂循环：

吸收器的进气口与过冷器的热端气体制冷剂出口相连接，吸收器的浓溶液出口通过管道与溶液泵的进口连接，溶液泵的出口与溶液热交换器的冷端进口连接，溶液热交换器的热端出口与提馏段进料口连接，提馏段顶端出口与压缩机进口连接，压缩机出口与精馏段底端进口连接，精馏段顶端出口与全冷凝器进口连接，全冷凝器出口一端与精馏段塔顶回流液进口连接，另一端与过冷器热端进口连接，精馏段底端出口通过节流阀与提馏段顶端进口连接，提馏段底端出口与再沸器进口连接，再沸器出口一端与提馏段底端上升气体进口连接，另一端与溶液热交换器热端进口连接，形成氨水吸收式制冷系统的溶液循环；

过冷器热端出口与吸收器气体制冷剂进气口连接，过冷器的冷端进口与蒸发器出口连接，蒸发器进口通过节流阀与过冷器的冷端出口连接，过冷器的热端入口与全冷凝器的氨液出口连接，如此完成氨水吸收式制冷系统的制冷剂循环。

作为优选，所述精馏段和提馏段之间设有用于调节两塔压力的压缩机，精馏段和提馏段之间通过换热器形成热耦合。

作为优选，所述提馏段的降液管之间设置有隔板，所述隔板用于将下降的液体从塔中引出。

作为优选，所述精馏段相邻塔板之间设置有隔板，所述隔板用于将上升的气体从塔中引出。

作为优选，所述液体和气体在热耦合换热结构处逆向流动并进行换热。

发明原理：内部热耦合精馏塔将精馏段和提馏段分为了两个独立的塔，分别称为精馏段和提馏段。精馏段和提馏段之间设有压缩机和节流阀来调节两塔压力，精馏段和提馏段之间还设置了换热器进行热耦合。由于从提馏段进入精馏段的气相经过压缩机加压，所以精馏段压力大于提馏段，最终使精馏段温度高于提馏段温度，从精馏段底部出来的液体则经过节流阀减压后进入提馏段项部。这样通过两段间的热耦合，可以在精馏段和提馏段的内部分别产生下降的液体和上升的蒸汽，使再沸器和冷凝器的负荷减少，降低了全塔的能耗。

有益效果：本发明利用内部热耦合精馏塔对氨水溶液进行分离，以达到充分利用低品位热源的目的。

内部热耦合精馏塔是近年来国际上研究活跃的一种新型精馏设备，它是借助于精馏段和提馏段之间的温度差逐板进行热交换，从而提高热力学效率的蒸馏过程。将此类型精馏塔用于氨水吸收式制冷，对于充分利用低品位热源有很大的帮助。

内部热耦合精馏塔组件中，精馏段和提馏段之间设有压缩机来调节两塔压力，精馏段和提馏段之间还设置了换热器进行热耦合。这样在提馏段有一个较低的操作压力，对于氨水精馏塔来讲，压力越低，越有利于氨水的分离；而且由于两塔段之间有温度差，两塔段之间产生热量的传递，精馏段放出热量，提馏段吸收热量，降低了再沸器和冷凝器的热负荷，对于利用温度较低的低品位热源，实现氨水吸收式制冷循环，具有积极的意义。