一种基于蓄热技术的热泵精馏装置及其启动方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工分离和节能改造技术领域，涉及一种精馏方法和装置，具体涉及 一种基于蓄热技术的热泵精馏装置及其启动方法。
【背景技术】
[0002] 过程工业就是以流程性物料为主要处理对象、完成各种生产过程的工业，例如石 油化工、生物化工、制药、农药、食品和炼油等等。过程工业其产值虽然占我国工业总产值 的37%，占制造业的46. 9%，但是其耗能也占总的终端能源消费量约57. 4%。通常过程工 业不论规模如何，皆可分解为一系列名为单元操作的过程，而这些单元操作中大多伴随着 能量的转换，特别是分离过程，例如精馏和干燥均需要消耗大量的能源，以常见的化工生产 为例，分离过程能耗占生产总能耗的40%，而其中95%又为蒸馏和干燥或蒸发浓缩过程所消 耗。
[0003] 在常规精馏塔的流程中，塔底再沸器所输入的能量大约有95%在塔顶被冷却空气 或冷却水带走。一般情况下，这部分能量不能得到进一步的回收利用，热力学效率很低。与 精馏过程类似，干燥或蒸发浓缩是一种热分离技术，在化工，医药，食品，果饮，天然有机产 品等领域有着广泛且重要的应用。蒸发浓缩需要消耗大量的热量，是一种能量密集型单元 过程。单位生蒸汽可以蒸发的料液量是衡量蒸发浓缩过程热利用率的重要参数。无任何节 能技术的单效蒸发浓缩过程，1. 1单位的生蒸汽仅能蒸发约1单位的料液，在这个过程中， 一方面，没有过程的热集成设计，二次蒸汽的能量被浪费；另一方面，生蒸汽做为高品质能 量被直接转化为高温凝结水，品质损失较大。
[0004] 多年来，人们已采用了多种方法和手段对精馏和干燥的装置和操作进行改进，以 减少其所消耗的能量，例如在精馏塔中以产品物流预热进料、增加塔板数、减小回流比、增 设中间再沸器和中间冷凝器、多塔差压精馏、适宜的保温材料和高效填料等方式；在干燥和 蒸发浓缩过程中采用多效蒸发技术以降低生蒸汽的耗量。这些方法虽然都取得了较好的效 果，但要进一步降低能耗，只有通过热量回收技术来实现，因此将热泵技术引入分离生产过 程便是目前最为突出的、行之有效的节能方法之一。
[0005] 文献《热泵精馏的应用形式研宄进展》（郑聪，宋爽，穆钰君等，现代化工，2008. 6)、 《化工节能中的热泵精馏工艺流程分析》（许维秀，朱圣东，李其京，节能，2004. 10)对不同类 型的热泵精馏方法、在国内外的应用情况以及存在的问题进行了较详细的归纳，例如从上 世纪80年代末开始，国外企业例如Sulzer公司在乙苯-苯乙烯等装置上广泛采用热泵技 术，国内锦州炼油厂的热泵精馏塔系统也得到了很好的效果。
[0006] 中国专利200610033935. 5《醋酸丁酯的热泵精馏生产方法及装置》和中国专利 02145503. 1《燃料乙醇热泵恒沸精馏工艺及装置》采用开式热泵技术和精馏塔耦合在一起， 分别应用于醋酸丁酯和燃料乙醇的生产中，可取得良好的节能效果。但是，与常规的精馏装 置不同，热泵精馏过程中是采用塔顶的蒸汽升压后来加热塔釜的物料，在系统还没有启动 时，塔顶并不存在蒸汽，因此也无法加热塔釜，因此如何启动热泵精馏是该技术实际应用中 面临的一个重要问题。通常的做法是在塔釜设置小功率的电加热器或使压缩机从十分小的 流量逐渐向额定流量切换，这些方法都存在启动时间长，启动过程不稳定等缺点。
[0007] 中国专利200910022126. 8《热泵精馏节能改造方法和装置》中针对化工行业存在 大量的有节能改造潜力的精馏塔，提出了一种侧线改造的装置，同时对于启动和弹性调节 设计了一套方法，可实现快速启动。但是，该方法在启动阶段，需要采用与原有工艺相同流 量的蒸汽，因此需要保留原有蒸汽锅炉，其对于老系统的改造时，容易实现，但是如果对于 新系统的设计则会增加投资。此外，为了实现负荷的调节，该专利设计的流程中也需要保持 锅炉小负荷运行，这对锅炉工作十分不利。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于蓄热技术的热泵 精馏装置及其启动方法。
[0009] 为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： 一种基于蓄热技术的热泵精馏装置，包括精馏塔，所述精馏塔的塔顶蒸汽出口通过管 道分别与第七截止阀及第八截止阀入口相连，所述第八截止阀出口通过管道与冷凝器壳程 入口相连，所述冷凝器管程进出口通过管道连接冷却水，并在冷却水入口管路上安装流量 调节阀，所述第七截止阀出口通过管道与压缩机入口相连，所述压缩机出口通过管道与第 十二截止阀入口相连，所述第十二截止阀出口通过管道与主再沸器壳程入口相连，所述主 再沸器壳程出口通过管道与后冷器管程入口相连，所述后冷器壳程进出口通过管道连接冷 却水，所述后冷器管程出口通过管道与液体缓冲罐的入口相连，所述液体缓冲罐出口通过 管道与屏蔽泵入口相连，屏所述蔽泵出口通过管道物料储液罐的入口相连，物料储液罐的 另一入口通过管道与所述冷凝器的壳程出口相连，所述精馏塔上部物料回流口与物料储液 罐出口通过管道相连，所述物料储液罐另一出口通过管道与下一设备连接，所述精馏塔塔 底出口通过管道与辅再沸器下部管程入口及第十一截止阀入口相连，所述辅再沸器上部管 程出口与所述精馏塔下部上升蒸汽进口及第十截止阀出口相连，所述主再沸器上部管程出 口通过管道与所述第十截止阀入口连接，所述主再沸器下部管程入口通过管道与第十一截 止阀出口连接；导热油锅炉出口至所述主再沸器壳程入口之间通过管道顺次连接有第一导 热油泵和第四截止阀，所述导热油锅炉入口至所述主再沸器壳程出口之间通过管道连接有 第三截止阀，蓄热器储热入口与所述第一导热油泵出口间通过管道连接有第二截止阀，所 述蓄热器储热出口与导热油锅炉入口之间通过管道连接有第一截止阀，所述蓄热器取热出 口至第四截止阀出口间通过管道顺次连接有第六截止阀和第二导热油泵，所述蓄热器取热 入口至第三截止阀入口间通过管道连接有第五截止阀。
[0010] 优选的，所述蓄热器采用板式蓄热换热器，其由多组蓄热单元组成，每组蓄热单元 由第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板构成，所述第一隔板和所述第二隔板形成热侧 通道，所述第三隔板和所述第四隔板形成冷侧通道，所述第二隔板和所述第三隔板形成蓄 热通道，所有蓄热单元的热侧通道与所述蓄热器储热入口和出口连接，所有蓄热单元的冷 侧通道与所述蓄热器取热入口和出口连接。
[0011] 进一步的，所述蓄热通道中填充有固液相变蓄热材料。
[0012] 进一步的，所述压缩机为热泵蒸汽压缩机。
[0013] 进一步的，所述压缩机的结构形式为螺杆压缩机、活塞压缩机、离心式压缩机或罗 茨风机。
[0014] 进一步的，所述压缩机由变频电机驱动。
[0015] 优选的，所述装置的工作模式有四种： 1) 当所述第一截止阀、所述第二截止阀、所述第五截止阀和所述第六截止阀关闭，所述 第三截止阀和所述第四截止阀打开，所述压缩机和所述第一导热油泵开启，所述第二导热 油泵停止，所述装置工作在正常热泵精馏模式； 2) 当所述第一截止阀、所述第二截止阀、所述第五截止阀和所述第六截止阀，所述第三 截止阀和所述第四截止阀打开，所述第一导热油泵开启，所述第二导热油泵和所述压缩机 停止，所述装置工作在启动预热模式； 3) 当所述第一截止阀、所述第二截止阀关闭，第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀