[发明专利]双耦合热化学储热系统的三吸附器空分纯化装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于双耦合热化学储热系统的三吸附器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、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；通过协调两套耦合热化学储热装置运行时间，可实现冷吹污氮气余热的深度回收，其中的水汽可在储液器中的制冷剂蒸发制冷时冷凝，提升余热回收效率，并利用化学吸附反应的单变量特性，在再生污氮气的预热阶段形成梯级加热布局，提升污氮气的预热效果，使空分纯化系统高效、节能、稳定地运行。

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耦合热化学储热系统的三吸附器空分纯化装置。

背景技术

在现代大型空分装置中，空分纯化系统是其实现节能降耗的关键设备之一。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升温后，进入分子筛吸附器使其解吸再生。为达到分子筛吸附工作的温度，解吸后还需用冷污氮气冷吹，降低吸附器的温度。在常规空分纯化系统中，包含两台并行工作的分子筛吸附器，由于时间差异导致冷吹污氮气所包含的热量很难利用，通常直接放空，造成了能量的大量浪费。冷吹过程排出的污氮气具有高温、高湿且波动的特点，在回收利用上存在较大的困难。热化学储热技术利用吸附工质来吸附/解吸循环过程中伴随发生的热效应，进行能量的存储和转化，具有储热密度大、稳定性高等优点，因而是热能存储中十分具有潜力的一种方式，此外，化学吸附储热材料的储热密度可达800～1000kJ/kg，供选择的吸附剂/吸附质工质相当多，可以工作在不同的温度范围内。

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耦合热化学储热系统的三吸附器空分纯化装置，将常规系统中的双吸附器改为三吸附器系统，其中一台吸附器工作时，另两台吸附器进行加热再生和冷吹降温。同时，增加两套耦合工作的热化学储热装置，通过改变热化学储热装置的工作流程，深度回收冷吹污氮气余热，提升再生用污氮气预热效率，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：

一种基于双耦合热化学储热系统的三吸附器空分纯化装置，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、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、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，污氮气放空通道末端直接放空；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管路分成两路，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；

污氮气余热回收通道第一支路依次连接第四三通阀的第二接口、第五三通阀的第一接口、第五三通阀的第二接口、第一热化学反应器、第二储液器、第七三通阀的第一接口、第七三通阀的第二接口、第九三通阀的第二接口；