一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统，包括吸热反应器、精馏塔、再沸器、中间换热器、塔顶冷凝器、压缩机、回热器、放热反应器、冷凝器和气液分离罐，本系统设置精馏塔的中间换热器，将从吸热反应器和精馏塔塔釜流出的降温后的低温余热流体再回收，用于加热精馏塔中部抽出的液体物料，回收了更多的低温热能，降低了塔釜的热负荷，提高了系统热效率；本系统还设置有冷凝器和气液分离罐，将从放热反应器和回热器流出的物流冷凝，未冷凝的氢气直接通过压缩机返回放热反应器，减小了精馏塔内的不凝气，提高了精馏塔的分离效率。

A chemical heat pump system for deep recovery of low temperature residual heat

The invention discloses a chemical heat pump system for low temperature waste heat recovery depth, including endothermic reactor, distillation column, reboiler, intermediate heat exchanger, condenser, compressor, heat exchanger, exothermic reactor, condenser and gas-liquid separation tank, the middle of the system set of distillation tower heat exchanger will the outflow from the endothermic reactor and distillation column reactor cooled low temperature waste heat fluid recycling, for liquid material out of the central heating distillation tower, the recovery of low temperature heat more, reduce the heat load of the tower kettle, improves the thermal efficiency of the system; the system is also provided with a condenser and a gas-liquid separation tank, from the heat the reactor and regenerator logistics condensation outflow, uncondensed hydrogen directly through the compressor return exothermic reactor, reduces the distillation tower of noncondensable gas, improve the separation efficiency of distillation tower The rate of.

【技术实现步骤摘要】
一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统
本专利技术涉及一种深度回收低温工业余热的化学热泵系统，具体涉及一种利用低温工业余热产生高温热能的装置。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，能源短缺及能源利用过程中产生的环境污染问题日益凸显。加强低温工业余热的回收利用是提高能源利用效率和节能减排的重要途径和有效手段。热泵是一种利用低品位热源，实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统，可以提升余热品位，输出更容易被利用的高品位热能。化学热泵是利用一对可逆吸/放热化学反应，将低品位热源的热能以化学能的形式回收储存起来，然后在较高温度下释放出来用于供热、制冷、干燥及发电等，实现能量的品位提升和利用。化学热泵具有温度适应范围宽、温度提升能力高、具备能量储存功能等优点，特别适用于间歇性及不稳定性低温余热资源深度利用，具有广阔应用前景。Prevost和Bugarel(InternationalSeminaronThermochemicalEnergyStorage，Stockholm1980，95-111)提出了一种异丙醇/丙酮/氢气-化学热泵(isopropanol-acetone-hydrogenchemicalheatpump，IAH-CHP)。在该系统中，异丙醇在吸热反应器中吸收约90℃的低温余热的热量发生脱氢反应生成丙酮和氢气，反应后进入精馏塔，塔底再沸器同样吸收低温余热驱动精馏塔将反应产物及未反应的异丙醇进行分离，塔底产物异丙醇经泵返回吸热反应器，塔顶产物丙酮和氢气从冷凝器流出经压缩机压缩和回热器升温后进入放热反应器，放热反应器中丙酮与氢气在180-220℃的高温下发生反应生成异丙醇，产物经回热器后返回精馏塔。在吸热反应器及精馏塔塔釜再沸器中输入低温余热，而在放热反应器中产生的高温热量被回收利用。现有的化学热泵系统中的吸热反应器和精馏塔对低温余热的温度范围要求较高，也就是说，流经吸热反应器和精馏塔后，带有低温余热的流体温降并不大，导致回收的余热量不大，难以做到余热深度回收。并且放热反应器流出的物流中含有大量氢气，氢气为不凝气，经回热器直接进入精馏塔使塔内负荷增加，将降低分离效率。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对以上问题，本专利技术提供了一种可以深度回收低温工业余热的化学热泵系统。(二)技术方案一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统，包括吸热反应器、精馏塔、中间单元和放热反应器，其中：所述吸热反应器吸收低温余热工质的热量，使第一化学物质发生反应生成第二化学物质和第三化学物质，第二化学物质、第三化学物质以及未反应的第一化学物质进入精馏塔；所述精馏塔用于将第二化学物质和第三化学物质以及未反应的第一化学物质进行分离，第一化学物质返回吸热反应器，第二化学物质和第三化学物质进入中间单元；精馏塔塔底设置有再沸器，塔中部设置有中间换热器，所述再沸器和中间换热器均用于吸收低温余热工质的热量为精馏塔提供热量；中间单元用于将第二化学物质和第三化学物质进行压缩和升温后输入放热反应器；放热反应器用于使第二化学物质和第三化学物质发生反应生成第一化学物质，同时放出热量，放热反应器出口排出含有第一化学物质的出口物料，所述出口物料经中间单元降温后返回精馏塔。优选地，所述中间单元包括压缩机和回热器；压缩机将第二化学物质和第三化学物质进行压缩，并输送至回热器第一进口；回热器将第二化学物质和第三化学物质升温，并从回热器第一出口输送至放热反应器；所述回热器第二进口连接放热反应器出口，回热器还用于将所述放热反应器的出口物料降温并从回热器第二出口传输至精馏塔。优选地，述回热器第二出口和精馏塔之间还设置有冷凝器和气液分离罐；冷凝器进口连接回热器第二出口，用于将从回热器流出的物料冷凝，并输送至气液分离罐；气液分离罐用于分离物料中未冷凝的气体和冷凝后的液体，未冷凝的气体从气液分离罐第一出口输送至压缩机，然后经回热器返回放热反应器，冷凝后的液体从气液分离罐第二出口输送至精馏塔。优选地，所述冷凝器内温度为30-40℃。优选地，所述第一化学物质为异丙醇，第二化学物质为丙酮，第三化学物质为氢气。优选地，所述第一化学物质为叔丁醇，第二化学物质为乙烯，第三化学物质为水。优选地，所述低温余热工质首先进入吸热反应器释放热量，然后从吸热反应器流出进入再沸器释放热量，然后从再沸器流出进入中间换热器释放热量。优选地，所述吸热反应器流出的低温余热工质温度为80-90℃；再沸器流出的低温余热工质温度为75-80℃；中间换热器流出的低温余热工质温度为60-65℃。优选地，所述中间换热器从精馏塔中部抽出液体物料，中间换热器内液体物料与低温余热工质进行换热，低温余热工质释放热量，将液体物料加热汽化，汽化后的蒸气物料再返回精馏塔。优选地，所述精馏塔塔顶设置有塔顶冷凝器，用于将塔顶产物冷凝，冷凝后的产物部分回流至精馏塔内，部分输送至压缩机。(三)有益效果(1)本系统设置精馏塔的中间换热器，将从吸热反应器和精馏塔塔釜流出的降温后的低温余热流体再回收，用于加热精馏塔中部抽出的液体物料，回收了更多的低温热能，降低了塔釜的热负荷，提高了系统热效率；(2)本系统设置的冷凝器，将从放热反应器和回热器流出的物流冷凝，未冷凝的氢气直接通过压缩机返回放热反应器，减小了精馏塔内的不凝气，提高了精馏塔的分离效率；(3)本系统仅需在已有技术中的增加中间换热器和冷凝器，无需增加额外动力，简单易操作；(4)本系统输出的热能可直接用于供热、制冷、干燥等，满足不同热用户的需求；(5)本系统除可使用异丙醇/丙酮/氢气外，也可使用叔丁醇/乙烯/水反应体系。附图说明图1是本专利技术实施例的用于低温余热深度回收的化学热泵系统结构示意图。图2是本专利技术另一实施例的用于低温余热深度回收的化学热泵系统结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统，包括吸热反应器、精馏塔、中间单元和放热反应器，其中：吸热反应器吸收低温余热工质的热量，使第一化学物质发生反应生成第二化学物质和第三化学物质，第二化学物质、第三化学物质以及未反应的第一化学物质进入精馏塔；精馏塔用于将第二化学物质和第三化学物质以及未反应的第一化学物质进行分离，第一化学物质返回吸热反应器，第二化学物质和第三化学物质进入中间单元；精馏塔塔底设置有再沸器，塔中部设置有中间换热器，所述再沸器和中间换热器均用于吸收低温余热工质的热量为精馏塔提供热量；中间单元用于将第二化学物质和第三化学物质进行压缩和升温后输入放热反应器；放热反应器用于使第二化学物质和第三化学物质发生反应生成第一化学物质，同时放出热量，放热反应器出口排出含有第一化学物质的出口物料，所述出口物料经中间单元降温后返回精馏塔。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术第一实施例提供一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统，图1为本专利技术实施例的用于低温余热深度回收的化学热泵系统结构示意图，如图1所示，该系统包括吸热反应器1、精馏塔2、再沸器3、中间换热器4、塔顶冷凝器5、压缩机6、回热器7和放热反应器8，在本实施例中，化学热泵系统使用异丙醇/丙酮/氢气体系。低温余热工质进入吸热反应器1，将部分热量传递给吸热反应器1内的异丙醇后排出，吸热反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统，包括吸热反应器、精馏塔、中间单元和放热反应器，其中：所述吸热反应器吸收低温余热工质的热量，使第一化学物质发生反应生成第二化学物质和第三化学物质，第二化学物质、第三化学物质以及未反应的第一化学物质进入精馏塔；所述精馏塔用于将第二化学物质和第三化学物质以及未反应的第一化学物质进行分离，第一化学物质返回吸热反应器，第二化学物质和第三化学物质进入中间单元；精馏塔塔底设置有再沸器，塔中部设置有中间换热器，所述再沸器和中间换热器均用于吸收低温余热工质的热量为精馏塔提供热量；中间单元用于将第二化学物质和第三化学物质进行压缩和升温后输入放热反应器；放热反应器用于使第二化学物质和第三化学物质发生反应生成第一化学物质，同时放出热量，放热反应器出口排出含有第一化学物质的出口物料，所述出口物料经中间单元降温后返回精馏塔。

【技术特征摘要】
1.一种用于低温余热深度回收的化学热泵系统，包括吸热反应器、精馏塔、中间单元和放热反应器，其中：所述吸热反应器吸收低温余热工质的热量，使第一化学物质发生反应生成第二化学物质和第三化学物质，第二化学物质、第三化学物质以及未反应的第一化学物质进入精馏塔；所述精馏塔用于将第二化学物质和第三化学物质以及未反应的第一化学物质进行分离，第一化学物质返回吸热反应器，第二化学物质和第三化学物质进入中间单元；精馏塔塔底设置有再沸器，塔中部设置有中间换热器，所述再沸器和中间换热器均用于吸收低温余热工质的热量为精馏塔提供热量；中间单元用于将第二化学物质和第三化学物质进行压缩和升温后输入放热反应器；放热反应器用于使第二化学物质和第三化学物质发生反应生成第一化学物质，同时放出热量，放热反应器出口排出含有第一化学物质的出口物料，所述出口物料经中间单元降温后返回精馏塔。2.根据权利要求1所述的化学热泵系统，其中，所述中间单元包括压缩机和回热器；压缩机将第二化学物质和第三化学物质进行压缩，并输送至回热器第一进口；回热器将第二化学物质和第三化学物质升温，并从回热器第一出口输送至放热反应器；所述回热器第二进口连接放热反应器出口，回热器还用于将所述放热反应器的出口物料降温并从回热器第二出口传输至精馏塔。3.根据权利要求2所述的化学热泵系统，其中，所述回热器第二出口和精馏塔之间还设置有冷凝器和气液分离罐；冷凝器进口连接回热器第二出口，用于将从回热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：许闽，淮秀兰，蔡军，李勋锋，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11