热泵精馏技术进展介绍

第19卷第1期化学反应工程与工艺Vol19,No12003年3月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyMar,　2003

收稿日期:2002-07-16;修订日期:2002-09-29作者简介:马敬环(1964-),女,天津科技大学海洋学院副教授,博士研究生;刘家祺(1940-),男,教授,通讯联系人。文章编号:1001-7631(2003)01-0001-08

反应精馏技术的进展

马敬环,　刘家祺,　李俊台,　彭福兵

(天津大学化工学院,　天津　300072)

摘要:　简述了反应精馏技术的研究开发现状及工业应用;介绍了反应精馏技术的概念设计和开发方法;比较了设计反应精馏过程的各种数学模型,并且指出非平衡池模型是有广阔应用前景的设计方法;最后,简要讨论了在实验和模拟基础上进行过程放大的相关问题。关键词:反应精馏;　数学模型;　非平衡池模型;　概念设计中图分类号:TQ028.1 文献标识码:A

1　引　言

反应精馏(ReactiveDistillation简称RD)是蒸馏技术中的一个特殊领域。它是化学反应与蒸馏相耦合的化工过程。有关反应精馏的早期研究始于1921年。从30年代中期到60年代初,大量的研

究工作都是针对某些特定体系的工艺探索,而且局限于板式塔中均相反应的研究。60年代末,才开始

研究反应精馏的一般规律。至今还没有建立完整的理论,也没有建立一套进行反应精馏过程计算的通

用方法。70年代后,研究扩展到非均相催化反应体系,出现了非均相催化精馏(CatalyticDistillation简称CD)过程,成了反应精馏的又一重要分支。80年代后,反应精馏模拟计算的研究异常活跃,为优化操作和设计装置提供了极为有力的工具。数学模型也由平衡级模型拓展到非平衡级模型,进而发展

到90年代末的非平衡池模型。非平衡池模型可模拟气相和液相在级上的停留时间分布和较准确地描

述反应和传质行为,是对非平衡级模型的提高和进一步完善,是非常有发展前景的反应精馏模型。

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月工艺控制探讨甲醇热泵精馏新工艺刘立轩（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）摘要:甲醇的精馏过程是保证其产品质量的重要环节，而该过程中的能耗也是影响其生产成本的关键因素。传统精馏设备体积大，能耗高。相比之下，热泵精馏技术已成为降低能耗与清洁产能的重要技术之一。热泵技术主要应用于商业建筑与工业生产等行业领域。热泵精馏技术包括蒸汽压缩机式热泵精馏、蒸汽喷射式热泵精馏和吸收式热泵精馏。甲醇热泵精馏则属于蒸汽压缩机式热泵精馏中的分割式热泵精馏。甲醇热泵精馏工艺的节能效果显著，经济效益可观，操作相对简单。然而甲醇热泵精馏技术在实际生产中会受到许多因素的影响，如精馏塔顶与塔底温差大，参考数据不足，初期投资较大等。提高热泵能效比与输出温度是甲醇热泵精馏工艺的发展方向。甲醇热泵精馏工艺具有广阔的工业应用前景。关键词:甲醇热泵精馏；工艺原理；经济效益分析能源问题已经是世界各国共同关注的重点问题。在能源短缺的客观条件下，热泵精馏的节能效果在化工和石油产业中愈来愈受到认可。与传统的精馏技术不同，热泵利用精馏塔内气相和液相不断转换所产生的能量以达到连续高效的循环制热效果。经过几十年的发展，热泵技术也划分出不同的类型，以满足不同条件下分离提纯的需求。其中，分割式热泵精馏工艺有着较大的创新和广泛的应用。以甲醇热泵精馏技术为代表，该技术具有节能降耗效果理想和适用温差较大等技术优点，本研究就甲醇热泵精馏技术的工艺原理、优缺点、发展趋势以及经济效益方面进行具体分析。1热泵精馏技术1.1热泵精馏技术类型热泵精馏技术实际上是传递热量的技术。热能从低温区域逆向传递到高温区域。其中，利用热泵传递到高温区域的热量要远远高于装置自身运行所需要消耗的能量。热泵精馏装置对其相配备的设备具有很高的要求以满足这种逆向供热方式。适用于不同设备类型和不同物料分离的热泵精馏工艺流程可分为三种技术类型：吸收式热泵精馏、蒸汽压缩机式热泵精馏以及蒸汽喷射式热泵精馏。吸收式热泵的精馏工艺是依靠内部液相的热力学状态变化，实现热能由低温区域传向高温区域，其节能效果相对较好。在实际工业生产过程中，吸收器同时会成为精馏塔的再沸器，而冷凝器也会同时成为热泵的再沸器。蒸汽压缩式的热泵工艺是利用机械驱动压缩机使气相或液相物料在热泵中不断往复流动并且发生物理状态的改变，进而实现热泵连续且高效的加热效果。按照工艺流程的不同，该工艺又可以具体分为A型、B型开式热泵、分割式热泵以及闭式热泵四种精馏工艺流程[1]。蒸汽喷射式热泵利用高压气体的高速喷出，裹挟再沸器中的蒸汽形成二次蒸汽，进入混合室供再沸器二次利用。二次蒸汽形成的压力一般在0.4MPa以下。该流程结构简单，没有使用转动部件，而能耗也比前者要高得多。1.2国内热泵精馏技术发展状况精馏是化学提纯过程中最为常见的分离技术。传统精馏设备的体积大，热转化效率低。在能源枯竭且提倡节能减排的今天，传统精馏设备逐步遭到淘汰。目前，研究显示热泵的节能效果非常明显，热泵精馏技术已经成为节能低耗、清洁生产的主要技术。上世纪中叶，热泵精馏技术被应用于实际生产中，并在之后的几十年中得到迅速发展。最近几年，热泵精馏的结构设计和性能分析逐渐成为国内学者和技术人员关注与研究的重点。有研究人员就乙醇-水的精馏过程提出了一种高效节能的可行性工艺流程，即分割式热泵精馏。还有研究人员总结归纳了热泵精馏的的基本工作方式，并具体分析了不同精馏方式的特性和适用条件。除此之外，有学者运用ASPENDY⁃NAMICS软件对热泵精馏的流程进行动态模拟，研究外部工质对于热泵精馏控制的影响因素。2甲醇热泵精馏技术2.1甲醇热泵精馏的原理及工艺流程甲醇热泵精馏的原理相对简单。精馏塔顶的气态甲醇被压缩机压缩，提高了气态甲醇的压力值并降低了沸点。压缩甲醇蒸汽和气态甲醇变为液态甲醇释放出的热量将作为中间或精馏塔塔釜再沸器的供热能源，降低了精馏塔塔顶冷工程和精馏塔塔釜热工程的能耗。分割式热泵精馏设备主要包括：预塔、主精馏塔、预塔冷凝器、预塔再沸器、气体压缩机、上塔再沸器、下塔再沸器、预热器以及冷凝器[2]。主精馏塔可以分为上、下两个精馏塔。其中，上精馏塔与常规的热泵精馏塔相似，仅多出一个进料口。下精馏塔的功能则更接近于常规热泵精馏的提纯阶段，上精馏塔的塔釜液作为下精馏塔的进料，而下精馏塔的蒸汽会进入上精馏塔的塔釜。通过控制下塔的进料浓度，即分割点浓度，降低上精馏塔的温差范围，进而减小压缩机的压缩比，减少设备运转的投入费用。2.2甲醇热泵精馏的优点与缺陷甲醇热泵精馏主要有降低能耗和适用于大温差分离提纯工艺两方面优点。在正常情况下，一般的热泵适合在精馏塔塔402017年04

污水源热泵技术介绍(共10页)

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城市原生污水源热泵系统技术解析报告

北京和利时恒业热能科技有限公司

二零一一年五月

目录

一. 建设污水源热泵的意义…………………………………………3

二、污水的热能利用…………………………………………………4

三．污水源热泵的实现………………………………………………7

四．污水源热泵系统的效益分析……………………………………8

一. 建设污水源热泵的意义：

（1）缓解能源消耗紧张：

在全国建筑能耗占总能耗的很大比例，而在建筑能耗中暖通空调的能耗更是占有举足轻重的位置，预测2020年我国暖通空调能耗量将达到10亿吨标煤，占总能耗的30%以上。开发利用低位可再生洁净能源是暖通空调能源消耗的新模式。可再生性清洁能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和工业余热、城市废热等等，相对其他类型的冷热源，城市污水具有独特优势，是一种理想的低位冷热源。利用污水作为冷热源对建筑进行采暖空调可以直接减少其他短缺能源的消耗，同时还可以达到废物利用的目的，是资源再生利用，发展循环经济，建设节约型社会，友好环境的重要措施。目前满液式热泵机组在蒸发器进水温度1℃以上时，机组制热性能系数也在4以上，以火力发电效率计算，热泵机组的一次能源利用率大于。而效率较高的集中供热系统（燃煤或燃气）一次能源利用率也仅在之间。因此热泵系统节能量达50%。

（2）保护、友好环境：

我国能源消耗中，煤占70%以上，以煤为主的能源结构下，暖通空调用能是大气污染的主要因素之一。在全球空气污染最严重的10个城市中，中国占有5个，包括北京、上海、沈阳、西安和广州，北京冬季供暖期中TSP（总悬浮颗粒物）、2CO、2SO、xNO等严重超标。资料表明，70%的TSP、90%的2SO、60%的xNO和85%的矿物燃料生成的2CO来自燃煤，暖通空调引起的污染物排放量占总排放量的15%以上。燃煤排放2SO引起的酸雨污染已扩展全国整个面积的30%-40%，造成的经济损失接近国民生产总值的2%。另外，全球2CO等温室气体的排放给人类带来重大损失，全球温暖化的经济成本是全球经济总产值（GWP）的10%~20%。暖通空调的能源消耗给环境带来了巨大压力。原生污水源热泵空调系统是利用污水作为冷热源（夏天制冷时往污水干渠里排放多余的热量，冬天采暖时从污水里提取热量为室内供暖；因为经测量污水的温度夏天低于室外温度10度左右，冬天温度可达10-15度左右，故此可以利用此温差与室内供冷和供暖），无燃烧、无排渣、无排烟等过程，无环境污染问题。另外，污水经过换热设备后留下冷量或热量返回到污水干渠，污水与其他设备或系统不接触，密闭循环，不污染环境与其他设备或水系统。

热泵精馏新工艺

热泵精馏新工艺

摘要：本文简要介绍了热泵技术、热泵精馏工艺流程的类型，并以甲醇热泵精馏为例，通过将传统精馏技术和新技术作对比，分析了热泵精馏新工艺在甲醇精馏上的节能效益，并对热泵技术的发展进行了展望。

关键词：热泵精馏甲醇节能

一、热泵精馏技术的现状

为了解决传统蒸馏设备体积大，热效率低的问题，人们提出了多种节能措施、并进行了相应的理论分析和研究，结果表明热泵节能效果非常显著。

20 世纪50 年代，Robinson 和Gilliland 首先提出将热泵技术应用于精馏生产，随后的半个世纪里该技术得到迅速发展。Oliveira 进行了具有蒸汽再压缩式精馏塔技术的研究，James G.Gebbie 研究了具有不同配比工质的热泵精馏塔的工作性能，并且考察了热量传递速率，压缩工质速率和热量积累对热泵精馏塔性能的影响[1]。

在我国热泵精馏技术的研究也有多年历史。近年来国内的学者对热泵精馏的研究主要集中在对热泵的结构设计和性能分析上。在实际生产中，自20 世纪80 年代末期以来，国内外采用热泵精馏都取得了很好的效果。

二、热泵精馏流程的分类

热泵精馏就是靠补偿或消耗机械功，把精馏塔塔顶低温处的热量传递到塔釜高温处，使塔顶低温蒸汽用作塔底再沸器的热源。根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏可分为蒸汽加压方式和吸收式两种类型[2，3]。

1.蒸汽加压方式热泵精馏

蒸汽加压方式热泵精馏分蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式两种。

1.1 蒸汽压缩机方式

图1为机械蒸发压缩式热泵，在蒸发器里，工质在温度T1下蒸发，同时从热源获取热量Q1，然后工质经压缩在冷凝器中于较高的温度T2下给出潜热Q2，冷凝了的工质再经膨胀阀膨胀后到蒸发器，完成了整个循环。

考虑到冷凝和再沸器热负荷的平衡以及便于控制，在流程中往往设有附加冷却器和加热器。

按照流程的不同，蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、