[发明专利]一种基于双余热利用的空分纯化装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于双余热利用的空分纯化装置及其方法。空分纯化装置包括三台并联工作的分子筛吸附器、换热器、循环水泵、电加热器、热化学反应器、储液器、消音器、控制阀等。分子筛吸附器一侧分别连接污氮气加热通道、污氮气冷吹通道、空气出口通道，另一侧分别连接空气进口通道、污氮气放空通道、污氮气余热回收通道。将常规系统中的双吸附器改为三吸附器系统，消除余热回收与余热利用间的时间差，同时针对吸附余热和冷吹污氮气余热，分别设计特定的余热回收装置，高效回收、利用两部分余热，有效延长吸附器的运行时间，减小电加热器功率，实现空分纯化系统的节能降耗。

技术领域

本发明涉及分子筛设计领域，特别是设计一种基于双余热利用的空分纯化装置。

背景技术

在常规空分纯化系统中，通常设置两台分子筛吸附器，一台吸附工作，另一台解吸再生。分子筛吸附器解吸再生为吸热过程，一般使用污氮气经加热器加热后，进入分子筛吸附器使其解吸再生。但该纯化过程的能耗较高，所以实现空分纯化系统的节能降耗至关重要。通过分析可知，常规空分纯化系统中包含两处未利用的余热。其一为吸附器内活性氧化铝及分子筛吸附时产生的吸附热。原料空气首先经过活性氧化铝，如果活性氧化铝层达到饱和后，空气中水汽尚未除尽，进入分子筛层，水汽将与二氧化碳共同被分子筛吸附。水汽的吸附热约为50 kJ/mol，二氧化碳的吸附热约为30kJ/mol；而水汽作为强吸附相，其吸附热又高于二氧化碳，床层温度将迅速升高而导致部分已经被吸附的二氧化碳解析出来，使得二氧化碳浓度增加。所以，吸附余热除未得到有效利用外，还会恶化吸附剂的工作环境，减少吸附器运行时间。其二为吸附器再生过程中排出的冷吹污氮气，其具有高温、高湿且波动的特点，常规的双吸附器形式该部分污氮气所包含的热量很难利用，通常直接放空，而一些研究人员提出显热或者潜热的储存技术，也存在使余热的品位下降等问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于双余热利用的空分纯化装置，将常规系统中的双吸附器改为三吸附器系统，消除余热回收与余热利用间的时间差异，同时针对吸附余热和冷吹污氮气余热，分别设计特定的余热回收装置，高效回收、利用两部分余热，减少加热器的能量投入，实现空分纯化系统的节能降耗。

本发明拟用如下技术方案实现本发明的目的：

一种基于双余热利用的空分纯化装置，其包括：第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器、第三分子筛吸附器、换热器、循环水泵、电加热器、第一热化学反应器、第一储液器、第二热化学反应器、第二储液器、污氮气加热通道第一支路、污氮气加热通道第二支路、污氮气余热回收通道第一支路、污氮气余热回收通道第二支路、污氮气加热通道、污氮气冷吹通道、污氮气余热回收通道、污氮气放空通道、污氮气放空通道第一支路、循环水通道、第一制冷剂通道、第二制冷剂通道、空气出口通道、空气进口通道；

所述的第一分子筛吸附器一端的管路分为三条支路，其中第一支路连接污氮气加热通道，且第一支路上设有第一自动控制阀，第二支路连接污氮气冷吹通道，且第二支路上设有第二自动控制阀，第三支路连接空气出口通道，且第三支路上设有第三自动控制阀；第一分子筛吸附器的另一端的管路分为四条支路，第一支路和第二支路分别连接空气进口通道，且第一支路上设有第十自动控制阀，第二支路上设有第一增压阀，第三支路上设有第一卸压阀，第四支路上设有第十一自动控制阀，第三支路和第四支路汇合后连接第一三通阀的进口通道，第一三通阀的另外两个出口通道分别连接污氮气余热回收通道和污氮气放空通道；

所述的第二分子筛吸附器和第三分子筛吸附器的两端以与第一分子筛吸附器相同的方式连接各通道；

进入空分纯化装置的污氮进气通道被分成两路，一路接入污氮气冷吹通道，污氮气冷吹通道上设有污氮气冷吹控制阀；另一路经过污氮气加热控制阀后再次分为污氮气加热通道第一支路和污氮气加热通道第二支路；污氮气加热通道第二支路末端连接第九三通阀的第一接口，污氮气余热回收通道的末端连接第四三通阀的第一接口，第九三通阀和第四三通阀之间设有污氮气余热回收通道第一支路和污氮气余热回收通道第二支路；