一种基于双余热利用的新型空分纯化装置及其方法与流程

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新型空分纯化装置。

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50kj/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。

技术实现要素：

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新型空分纯化装置，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新型空分纯化装置，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；

所述的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；

所述的污氮气余热回收通道第二支路依次连接第四三通阀的第三接口、第六三通阀的第一接口、第六三通阀的第二接口、第二热化学反应器、第一储液器、第八三通阀的第一接口、第八三通阀的第二接口、第九三通阀的第三接口；

第七三通阀的第三接口和第八三通阀的第三接口通过管路汇合后接入污氮气放空通道第一支路放空；

第五三通阀的第三接口和第六三通阀的第三接口通过管路汇合后接入污氮气加热通道；污氮气加热通道第一支路经过换热器后也接入污氮气加热通道；污氮气加热通道上设有第十六自动控制阀和电加热器；

所述的第一制冷剂通道依次连接第一热化学反应器、第一双向转换阀、第一储液器，构成第一热化学储热装置；

所述的第二制冷剂通道依次连接第二热化学反应器、第二双向转换阀、第二储液器，构成第二热化学储热装置；

所述的第一热化学反应器、第一储液器、第二热化学反应器、第二储液器内部均装有换热盘管，盘管间放置热化学吸附剂或液态制冷剂；

所述的第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器、第三分子筛吸附器三者内部均装有与循环水通道相连的换热盘管，盘管间填充活性氧化铝和分子筛构成的双层床体；所述的循环水通道上设有用于提供循环动力的循环水泵，循环水在循环过程中分为三条支路流入三个分子筛吸附器内的换热盘管，用于带走双层床体中的热量；第一支路依次连接第一分子筛吸附器、第一循环水阀；第二支路依次连接第二分子筛吸附器、第二循环水阀；第三支路依次连接第三分子筛吸附器、第三循环水阀；循环水通道的三条支路汇合后流经换热器，与污氮气加热通道第一支路进行热交换；

所述的污氮气放空通道末端直接放空；

待净化的空气从空气进口通道通入；净化后的空气从空气出口通道排出。

作为优选，所述的第一热化学反应器、第一储液器、第二热化学反应器、第二储液器、第四三通阀、第五三通阀、第六三通阀、第七三通阀、第八三通阀、第九三通阀、第一双向转换阀、第二双向转换阀、第一制冷剂通道、第二制冷剂通道、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构成双耦合热化学储热系统。

作为优选，第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器、第三分子筛吸附器三者并联运行，通过相互切换实现纯化过程的连续、低耗运行。

作为优选，第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器和第三分子筛吸附器出口的污氮，在加热解吸过程通过污氮气放空通道排出，在冷吹过程中通过污氮气余热回收通道排出，经过双耦合热化学储热系统后，从污氮气放空通道第一支路放空。

作为优选，第一热化学反应器和第二储液器、第二热化学反应器与第一储液器，两两组合使用，共同实现对冷吹污氮气的余热回收或者对再生污氮气的预热。

作为优选，第一热化学反应器、第二热化学反应器内部的热化学吸附剂再生温度小于活性氧化铝和分子筛吸附剂再生温度。

作为优选，换热器为气-水型换热器。

作为优选，污氮气放空通道与污氮气放空通道第一支路的末端装有消音器，用于对排放口进行噪音消除。

本发明的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述空分纯化装置的空分纯化方法，其步骤如下：

在所述双耦合热化学储热系统中，通过阀切换使其按模式ⅰ和模式ⅱ交替运行运行，其中：

模式ⅰ：分子筛吸附器中排出的冷吹污氮进入污氮气余热回收通道第一支路，首先通过盘管加热第一热化学反应器，使其中的制冷剂解吸后通过第一制冷剂通道进入第一储液器内冷凝，随后冷吹污氮继续流经第二储液器，使其中的制冷剂经第二制冷剂通道进入第二热化学反应器内吸附，第二储液器内部的制冷剂蒸发制冷，继续对冷吹污氮余热进行深度回收，冷吹污氮最终经过放空通道第一支路放空；用于加热再生的再生污氮经过第九三通阀进入污氮气余热回收通道第二支路，首先经过第一储液器，使其中的制冷剂冷凝释放冷凝热，随后再生污氮进入第二热化学反应器，使其中的制冷剂被热化学吸附剂并释放吸附热，再生污氮气完成预热后进入污氮气加热通道；

模式ⅱ：分子筛吸附器中排出的冷吹污氮进入污氮气余热回收通道第二支路，首先通过盘管加热第二热化学反应器，使其中的制冷剂解吸后通过第二制冷剂通道进入第二储液器内冷凝，随后冷吹污氮继续流经第一储液器，使其中的制冷剂经第一制冷剂通道进入第一热化学反应器内吸附，第一储液器内部的制冷剂蒸发制冷，继续对冷吹污氮余热进行深度回收，冷吹污氮最终经过放空通道第一支路放空；用于加热再生的再生污氮经过第九三通阀进入污氮气余热回收通道第一支路，首先经过第二储液器，使其中的制冷剂冷凝释放冷凝热，随后再生污氮进入第一热化学反应器，使其中的制冷剂被热化学吸附剂并释放吸附热，再生污氮气完成预热后进入污氮气加热通道；

空分纯化装置其余部分的运行步骤如下：

1)首先，第一分子筛吸附器开始处于吸附状态，第二分子筛吸附器处于加热解吸结束状态，第三分子筛吸附器处于吸附饱和状态；第一分子筛吸附器连接的循环水通道支路打开，吸附热在循环水泵的作用下传递到换热器；通过阀切换卸压后等待第二分子筛吸附器冷吹开始；排出的冷吹污氮进入双耦合热化学储热系统放热后排出；用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路和污氮气加热通道第二支路；污氮气加热通道第一支路内的污氮与换热器内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路内污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路和污氮气加热通道第二支路中预热后的污氮气汇合进入电加热器进一步加热，达到设定温度要求后，进入第三分子筛吸附器开始加热再生；第三分子筛吸附器再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第二分子筛吸附器冷吹结束后，通过阀切换开始升压，同时关闭第一分子筛吸附器连接的循环水通道支路；

2)然后，第二分子筛吸附器开始处于吸附状态，第三分子筛吸附器处于加热解吸结束状态，第一分子筛吸附器处于吸附饱和状态；第二分子筛吸附器连接的循环水通道支路打开，吸附热在循环水泵的作用下传递到换热器；通过阀切换卸压后等待第三分子筛吸附器冷吹开始；排出的冷吹污氮进入双耦合热化学储热系统放热后排出；用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路和污氮气加热通道第二支路；污氮气加热通道第一支路内的污氮与换热器内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路内的污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路和污氮气加热通道第二支路中预热后的污氮气汇合进入电加热器进一步加热，达到设定温度要求后，进入第一分子筛吸附器开始加热再生；第一分子筛吸附器再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第三分子筛吸附器冷吹结束后，通过阀切换开始升压，同时关闭第二分子筛吸附器连接的循环水通道支路；

3)再后，第三分子筛吸附器开始处于吸附状态，第一分子筛吸附器处于加热解吸结束状态，第二分子筛吸附器处于吸附饱和状态；第三分子筛吸附器连接的循环水通道支路打开，吸附热在循环水泵的作用下传递到换热器；通过阀切换卸压后等待第一分子筛吸附器冷吹开始；排出的冷吹污氮进入双耦合热化学储热系统放热后排出；用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路和污氮气加热通道第二支路；污氮气加热通道第一支路内的污氮与换热器内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路内的污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路和污氮气加热通道第二支路中预热后的污氮气汇合进入电加热器进一步加热，达到设定温度要求后，进入第二分子筛吸附器开始加热再生；第二分子筛吸附器再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第一分子筛吸附器冷吹结束后，通过阀切换开始升压，同时关闭第三分子筛吸附器连接的循环水通道支路；

4)不断循环步骤1)～3)，完成空分纯化。

作为优选，加热再生过程完成后，循环水泵与电加热器停止运行。

本发明有益效果：提出的三吸附器纯化流程可以消除冷吹污氮气和再生用污氮气流通的时间差，有效回收冷吹污氮气余热；热化学储热技术储热密度高、而可减小设备体积，降低储热成本；通过设计双耦合热化学储热系统，在无额外功耗的前提下，实现了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；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，同时热能输出温度稳定，有利于提升污氮气的预热效果；将吸附热用来预热冷吹污氮气，可以有效降低吸附剂温度，增加吸附剂对水汽、二氧化碳等杂质的吸附量；总的来说，本发明可以有效延长吸附器的运行时间，减小电加热器功率，进而实现整个空分纯化系统的节能。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一种基于双余热利用的新型空分纯化装置的结构示意图。

图中附图标记为：第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2、第三分子筛吸附器3、换热器4、循环水泵5、电加热器6、第一热化学反应器7、第一储液器8、第二热化学反应器9、第二储液器10、消音器11、第一自动控制阀12、第二自动控制阀13、第三自动控制阀14、第四自动控制阀15、第五自动控制阀16、第六自动控制阀17、第七自动控制阀18、第八自动控制阀19、第九自动控制阀20、第十自动控制阀21、第一增压阀22、第一卸压阀23、第十一自动控制阀24、第一三通阀25、第十二自动控制阀26、第二增压阀27、第二卸压阀28、第十三自动控制阀29、第二三通阀30、第十四自动控制阀31、第三增压阀32、第三卸压阀33、第十五自动控制阀34、第三三通阀35、第十六自动控制阀36、污氮气加热控制阀37、污氮气冷吹控制阀38、第一循环水阀39、第二循环水阀40、第三循环水阀41、第四三通阀42、第五三通阀43、第六三通阀44、第七三通阀45、第八三通阀46、第九三通阀47、第一双向转换阀48、第二双向转换阀49、污氮气加热通道第一支路50、污氮气加热通道第二支路51、污氮气余热回收通道第一支路52、污氮气余热回收通道第二支路53、污氮气加热通道54、污氮气冷吹通道55、污氮气余热回收通道56、污氮气放空通道57、污氮气放空通道第一支路58、循环水通道59、第一制冷剂通道60、第二制冷剂通道61、空气出口通道62、空气进口通道63。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，一种基于双余热利用的新型空分纯化装置，其包括：第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2、第三分子筛吸附器3、换热器4、循环水泵5、电加热器6、第一热化学反应器7、第一储液器8、第二热化学反应器9、第二储液器10、污氮气加热通道第一支路50、污氮气加热通道第二支路51、污氮气余热回收通道第一支路52、污氮气余热回收通道第二支路53、污氮气加热通道54、污氮气冷吹通道55、污氮气余热回收通道56、污氮气放空通道57、污氮气放空通道第一支路58、循环水通道59、第一制冷剂通道60、第二制冷剂通道61、空气出口通道62、空气进口通道63。

第一分子筛吸附器1一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54，且第一支路上设有第一自动控制阀12，第二支路连接污氮气冷吹通道55，且第二支路上设有第二自动控制阀13，第三支路连接空气出口通道62，且第三支路上设有第三自动控制阀14；第一分子筛吸附器1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63，且第一支路上设有第十自动控制阀21，第二支路上设有第一增压阀22，第三支路上设有第一卸压阀23，第四支路上设有第十一自动控制阀24，第三支路和第四支路汇合后连接第一三通阀25的进口通道，第一三通阀25的另外两个出口通道分别连接污氮气余热回收通道56和污氮气放空通道57；污氮气放空通道57末端直接放空。

同样的，第二分子筛吸附器2和第三分子筛吸附器3的两端以与第一分子筛吸附器1相同的方式连接各通道。第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2、第三分子筛吸附器3三者并联运行，通过相互切换实现纯化过程的连续、低耗运行。

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55，污氮气冷吹通道55上设有污氮气冷吹控制阀38；另一路经过污氮气加热控制阀37后再次分为污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51；污氮气加热通道第二支路51末端连接第九三通阀47的第一接口，污氮气余热回收通道56的末端连接第四三通阀42的第一接口，第九三通阀47和第四三通阀42之间设有污氮气余热回收通道第一支路52和污氮气余热回收通道第二支路53；

污氮气余热回收通道第一支路52依次连接第四三通阀42的第二接口、第五三通阀43的第一接口、第五三通阀43的第二接口、第一热化学反应器7、第二储液器10、第七三通阀45的第一接口、第七三通阀45的第二接口、第九三通阀47的第二接口；

污氮气余热回收通道第二支路53依次连接第四三通阀42的第三接口、第六三通阀44的第一接口、第六三通阀44的第二接口、第二热化学反应器9、第一储液器8、第八三通阀46的第一接口、第八三通阀46的第二接口、第九三通阀47的第三接口；

第七三通阀45的第三接口和第八三通阀46的第三接口通过管路汇合后接入污氮气放空通道第一支路58放空；

第五三通阀43的第三接口和第六三通阀44的第三接口通过管路汇合后接入污氮气加热通道54；污氮气加热通道第一支路50经过换热器4后也接入污氮气加热通道54；污氮气加热通道54上设有第十六自动控制阀36和电加热器6；

第一制冷剂通道60依次连接第一热化学反应器7、第一双向转换阀48、第一储液器8，构成第一热化学储热装置；

第二制冷剂通道61依次连接第二热化学反应器9、第二双向转换阀49、第二储液器10，构成第二热化学储热装置；

第一热化学反应器7、第一储液器8、第二热化学反应器9、第二储液器10内部均装有换热盘管，盘管间放置热化学吸附剂或液态制冷剂。

本发明的三个分子筛吸附器采用双层床配置，外侧为活性氧化铝吸附床，内侧为分子筛吸附床，两层床体均呈中空的圆柱形，同轴嵌套。第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2、第三分子筛吸附器3三者内部均装有与循环水通道59相连的换热盘管，换热盘管穿过活性氧化铝和分子筛构成的双层床体。循环水通道59上设有用于提供循环动力的循环水泵5，循环水在循环过程中分为三条支路流入三个分子筛吸附器内的换热盘管，用于带走双层床体中的热量；第一支路依次连接第一分子筛吸附器1、第一循环水阀39；第二支路依次连接第二分子筛吸附器2、第二循环水阀40；第三支路依次连接第三分子筛吸附器3、第三循环水阀41；循环水通道59的三条支路汇合后流经换热器4，与污氮气加热通道第一支路50进行热交换。

待净化的空气从空气进口通道63通入；净化后的空气从空气出口通道62排出。

在该空分纯化装置种，第一热化学反应器7、第一储液器8、第二热化学反应器9、第二储液器10、第四三通阀42、第五三通阀43、第六三通阀44、第七三通阀45、第八三通阀46、第九三通阀47、第一双向转换阀48、第二双向转换阀49、第一制冷剂通道60、第二制冷剂通道61、污氮气余热回收通道第一支路52、污氮气余热回收通道第二支路53构成双耦合热化学储热系统。

第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2和第三分子筛吸附器3出口的污氮，在加热解吸过程通过污氮气放空通道57排出，在冷吹过程中通过污氮气余热回收通道56排出，经过双耦合热化学储热系统后，从污氮气放空通道第一支路58放空。

在该空分纯化装置种，第一热化学反应器7和第二储液器10、第二热化学反应器9与第一储液器8，两两组合使用，共同实现对冷吹污氮气的余热回收或者对再生污氮气的预热。第一热化学反应器7、第二热化学反应器9内部的热化学吸附剂再生温度小于活性氧化铝和分子筛吸附剂再生温度。

为了保证换热效率，本发明中的换热器4采用气-水型换热器。

为了降低运行噪音，污氮气放空通道57与污氮气放空通道第一支路58的末端装有消音器11，用于对排放口进行噪音消除。

在本发明中，通过两部分来提高空分纯化装置的运行效率并降低能耗，其中双耦合热化学储热系统用于回收冷吹污氮的余热，而三个分子筛吸附器上的循环水通道59则用于提高分子筛吸附器的吸附能力并降低功耗，其原理如下：

现有的分子筛吸附器中，待净化空气自分子筛吸附器入口进入，然后首先进入活性氧化铝吸附床，活性氧化铝首先对待净化空气进行吸附，其主要作用是吸附水汽；随后进入分子筛吸附床，分子筛吸附剂主要吸附二氧化碳以及未除尽的水汽。申请人经过研究发现，导致其出现吸附饱和、运行时间短问题的原因主要是对吸附饱和的判断出现与实际不符的情况。水汽的吸附热约为50kj/mol，而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。但在实际空分纯化系统运行时，将二氧化碳浓度作为判断吸附器是否饱和的判断标准，当二氧化碳浓度超标时则会认为分子筛吸附器吸附饱和，需要进行再生。在常规空分纯化装置中，分子筛吸附器结束运行时，其不能继续吸附二氧化碳，但依然保持着一定的水汽吸附能力。此外，由于实际运行中吸附器内的吸附剂体积十分巨大，而活性氧化铝和分子筛在吸附水汽或二氧化碳时将会不可避免地产生吸附热，当其不能快速排出时，吸附热会在吸附器内部堆积，使活性氧化铝和分子筛吸附剂快速升温，恶化吸附剂的工作环境，降低吸附剂对水汽和二氧化碳等杂质的吸附能力。本发明中，通过循环水带走活性氧化铝吸附床和分子筛吸附床中产生的热量，能够降低床体温度，进而提升吸附剂的吸附量，延长运行时间；同时也能够防止吸附热造成床体中已被吸附的二氧化碳出现脱附，进而在将二氧化碳浓度作为判断吸附器是否饱和的判断标准下，保证判断结果与实际相符。而且，吸附器放出的吸附热被用来预热再生污氮气，降低加热器能耗，使空分纯化系统高效稳定地运行。

因此，基于上述装置，本发明还可以提供一种基于双余热利用的新型空分纯化装置的空分纯化方法，其步骤如下：

在上述双耦合热化学储热系统中，通过阀切换使其按模式ⅰ和模式ⅱ交替运行运行，其中：

模式ⅰ：分子筛吸附器中排出的冷吹污氮进入污氮气余热回收通道第一支路52，首先通过盘管加热第一热化学反应器7，使其中的制冷剂解吸后通过第一制冷剂通道60进入第一储液器内8冷凝，随后冷吹污氮继续流经第二储液器10，使其中的制冷剂经第二制冷剂通道61进入第二热化学反应器9内吸附，第二储液器10内部的制冷剂蒸发制冷，继续对冷吹污氮余热进行深度回收，冷吹污氮最终经过放空通道第一支路58放空；用于加热再生的再生污氮经过第九三通阀47进入污氮气余热回收通道第二支路53，首先经过第一储液器8，使其中的制冷剂冷凝释放冷凝热，随后再生污氮进入第二热化学反应器9，使其中的制冷剂被热化学吸附剂并释放吸附热，再生污氮气完成预热后进入污氮气加热通道54；

模式ⅱ：分子筛吸附器中排出的冷吹污氮进入污氮气余热回收通道第二支路53，首先通过盘管加热第二热化学反应器9，使其中的制冷剂解吸后通过第二制冷剂通道61进入第二储液器10内冷凝，随后冷吹污氮继续流经第一储液器8，使其中的制冷剂经第一制冷剂通道60进入第一热化学反应器7内吸附，第一储液器8内部的制冷剂蒸发制冷，继续对冷吹污氮余热进行深度回收，冷吹污氮最终经过放空通道第一支路58放空；用于加热再生的再生污氮经过第九三通阀47进入污氮气余热回收通道第一支路52，首先经过第二储液器10，使其中的制冷剂冷凝释放冷凝热，随后再生污氮进入第一热化学反应器7，使其中的制冷剂被热化学吸附剂并释放吸附热，再生污氮气完成预热后进入污氮气加热通道54；

空分纯化装置其余部分的运行步骤如下：

1)首先，第一分子筛吸附器1开始处于吸附状态，第二分子筛吸附器2处于加热解吸结束状态，第三分子筛吸附器3处于吸附饱和状态；第一分子筛吸附器1连接的循环水通道59支路打开，吸附热在循环水泵5的作用下传递到换热器4；通过阀切换卸压后等待第二分子筛吸附器2冷吹开始；排出的冷吹污氮进入双耦合热化学储热系统放热后排出；用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51；污氮气加热通道第一支路50内的污氮与换热器4内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路51内污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51中预热后的污氮气汇合进入电加热器6进一步加热，达到设定温度要求后，进入第三分子筛吸附器3开始加热再生；第三分子筛吸附器3再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第二分子筛吸附器2冷吹结束后，通过阀切换开始升压，同时关闭第一分子筛吸附器1连接的循环水通道59支路；

2)然后，第二分子筛吸附器2开始处于吸附状态，第三分子筛吸附器3处于加热解吸结束状态，第一分子筛吸附器1处于吸附饱和状态；第二分子筛吸附器2连接的循环水通道59支路打开，吸附热在循环水泵5的作用下传递到换热器4；通过阀切换卸压后等待第三分子筛吸附器3冷吹开始；排出的冷吹污氮进入双耦合热化学储热系统放热后排出；用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51；污氮气加热通道第一支路50内的污氮与换热器4内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路51内的污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51中预热后的污氮气汇合进入电加热器6进一步加热，达到设定温度要求后，进入第一分子筛吸附器1开始加热再生；第一分子筛吸附器1再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第三分子筛吸附器3冷吹结束后，通过阀切换开始升压，同时关闭第二分子筛吸附器2连接的循环水通道59支路；

3)再后，第三分子筛吸附器3开始处于吸附状态，第一分子筛吸附器1处于加热解吸结束状态，第二分子筛吸附器2处于吸附饱和状态；第三分子筛吸附器3连接的循环水通道59支路打开，吸附热在循环水泵5的作用下传递到换热器4；通过阀切换卸压后等待第一分子筛吸附器1冷吹开始；排出的冷吹污氮进入双耦合热化学储热系统放热后排出；用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51；污氮气加热通道第一支路50内的污氮与换热器4内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路51内的污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51中预热后的污氮气汇合进入电加热器6进一步加热，达到设定温度要求后，进入第二分子筛吸附器2开始加热再生；第二分子筛吸附器2再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第一分子筛吸附器1冷吹结束后，通过阀切换开始升压，同时关闭第三分子筛吸附器3连接的循环水通道59支路；

4)不断循环步骤1)～3)，完成空分纯化。

上述纯化过程中，加热再生过程完成后，循环水泵(5)与电加热器(6)需要停止运行。

上述各步骤中，通过不同的阀切换操作能够转变不同分子筛吸附器的工作状态，下面具体详述不同阶段的阀切换操作的流程：

双耦合热化学储热系统的两种运行模式中：

模式ⅰ：1)第四三通阀42连通污氮气余热回收通道56和污氮气余热回收通道第一支路52，第五三通阀43连通污氮气余热回收通道第一支路52，第七三通阀45连通污氮气余热回收通道第一支路52和污氮气放空通道第一支路58。2)第六三通阀44连通污氮气余热回收通道第二支路53和污氮气加热通道54，第八三通阀46连通污氮气余热回收通道第二支路53，第九三通阀47连通污氮气加热通道第二支路51和污氮气余热回收通道第二支路53。3)排出的污氮气经通道56进入污氮气余热回收通道第一支路52，首先通过盘管加热第一热化学反应器7，制冷剂解吸后通过第一制冷剂通道60进入第一储液器8内冷凝，随后冷吹污氮流经第二储液器10，制冷剂经第二制冷剂通道61进入第二热化学反应器9内吸附，第二储液器10内的制冷剂蒸发制冷，继续对冷吹污氮余热进行深度回收。4)用于加热再生的污氮进入污氮气余热回收通道第二支路53，首先经过第一储液器8，制冷剂冷凝释放冷凝热，随后进入第二热化学反应器9，制冷剂被热化学吸附剂并释放吸附热，再生污氮气完成预热。

模式ⅱ：1)第四三通阀42连通污氮气余热回收通道56和污氮气余热回收通道第二支路53，第六三通阀44连通污氮气余热回收通道第二支路53，第八三通阀46连通污氮气余热回收通道第二支路53和污氮气放空通道第一支路58。2)第五三通阀43连通污氮气余热回收通道第一支路52和污氮气加热通道54，第七三通阀45连通污氮气余热回收通道第一支路52。第九三通阀47连通污氮气加热通道第二支路51和污氮气余热回收通道第一支路52。3)排出的污氮气经通道56进入污氮气余热回收通道第二支路53，首先通过盘管加热第二热化学反应器9，制冷剂解吸后通过第二制冷剂通道61进入第二储液器10内冷凝，随后冷吹污氮流经第一储液器8，制冷剂经第一制冷剂通道60进入第一热化学反应器7内吸附，第一储液器8内的制冷剂蒸发制冷，继续对冷吹污氮余热进行深度回收。4)用于加热再生的污氮进入污氮气余热回收通道第一支路52，首先经过第二储液器10，制冷剂冷凝释放冷凝热，随后进入第一热化学反应器7，制冷剂被热化学吸附剂并释放吸附热，再生污氮气完成预热。

以上两种模式通过阀切换，交替运行。

空分纯化装置其余部分的运行过程中，阀切换方式如下：

阶段ⅰ：第一分子筛吸附器1开始处于吸附状态。

1)第三分子筛吸附器3开始卸压，第三三通阀35转向污氮气放空通道57，第三卸压阀33打开，卸压过程结束后，第三卸压阀33关闭，等待第二分子筛吸附器2冷吹过程开始。

2)第二分子筛吸附器2冷吹过程开始，第二三通阀30转向污氮气余热回收通道56，第五自动控制阀16打开。第二分子筛吸附器2冷吹过程排出的污氮气经通道56进入双耦合热化学储热系统进行放热，最后冷吹污氮气经污氮气放空通道第一支路58放空。

3)第三分子筛吸附器3加热再生过程开始，第七自动控制阀18、第十五自动控制阀34、第一循环水阀39打开，循环水泵5、电加热器6开始运行。用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51；污氮气加热通道第一支路50内的污氮与换热器4内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路51内污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热，随后，污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51中预热后的污氮气汇合进入电加热器6进一步加热，达到设定温度要求后，进入第三分子筛吸附器3开始加热再生；加热过程结束时，循环水泵5、电加热器6停止运行，第一循环水阀39、第七自动控制阀18关闭。

4)第二分子筛吸附器2冷吹过程结束，第五自动控制阀16、第十三自动控制阀29关闭，第二增压阀27打开，第二分子筛吸附器2开始升压，升压结束后，第二增压阀27关闭，第六自动控制阀17、第十二自动控制阀26打开，第二分子筛吸附器2开始与第一分子筛吸附器1并行工作。随后第三自动控制阀14、第十自动控制阀21关闭，第一分子筛吸附器1结束吸附状态。

阶段ⅱ：第二分子筛吸附器2开始处于吸附状态。

1)第一分子筛吸附器1开始卸压，第一三通阀25转向污氮气放空通道57，第一卸压阀23打开，卸压过程结束时，第一卸压阀23关闭，等待第三分子筛吸附器3冷吹过程的开始。

2)第三分子筛吸附器3冷吹过程开始，第三三通阀35转向污氮气余热回收通道56，第八自动控制阀19打开。第三分子筛吸附器3冷吹过程排出的污氮气经通道56进入双耦合热化学储热系统进行放热，最后冷吹污氮气经污氮气放空通道第一支路58放空。

3)第一分子筛吸附器1加热再生过程开始，第一自动控制阀12、第十一自动控制阀24、第二循环水阀40打开，循环水泵5、电加热器6开始运行。用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51；污氮气加热通道第一支路50内的污氮与换热器4内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路51内的污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51中预热后的污氮气汇合进入电加热器6进一步加热，达到设定温度要求后，进入第一分子筛吸附器1解吸再生。加热过程结束时，循环水泵5、电加热器6停止运行，第二循环水阀40、第一自动控制阀12关闭。

4)第三分子筛吸附器3冷吹过程结束，第八自动控制阀19、第十五自动控制阀34关闭，第三增压阀32打开，第三分子筛吸附器3升压开始，升压结束时，第三增压阀32关闭，第九自动控制阀20、第十四自动控制阀31打开，第三分子筛吸附器3开始与第二分子筛吸附器2并行工作。随后第六自动控制阀17、第十二自动控制阀26关闭，第二分子筛吸附器2结束吸附状态。

阶段ⅲ：第三分子筛吸附器3开始处于吸附状态。

1)第二分子筛吸附器2开始卸压，第二三通阀30转向污氮气放空通道57，第二卸压阀28打开，卸压过程结束时，第二卸压阀28关闭。等待第一分子筛吸附器1冷吹过程开始。

2)第一分子筛吸附器1冷吹过程开始，第一三通阀25转向污氮气余热回收通道56，第二自动控制阀13打开。第一分子筛吸附器1冷吹过程排出的污氮气经通道56进入双耦合热化学储热系统进行放热，最后冷吹污氮气经污氮气放空通道第一支路58放空。

3)第二分子筛吸附器2加热再生过程开始，第四自动控制阀15、第十三自动控制阀29、第三循环水阀41打开，循环水泵5、电加热器6开始运行。用于加热再生的污氮气分别进入污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51；污氮气加热通道第一支路50内的污氮与换热器4内的循环水进行换热；污氮气加热通道第二支路51内的污氮气进入双耦合热化学储热系统进行预热；随后，污氮气加热通道第一支路50和污氮气加热通道第二支路51中预热后的污氮气汇合进入电加热器6进一步加热，达到设定温度要求后，进入第二分子筛吸附器2开始加热再生；加热过程结束时，循环水泵5、电加热器6停止运行，第三循环水阀41、第四自动控制阀15关闭。

4)第一分子筛吸附器1冷吹过程结束，第二自动控制阀13、第十一自动控制阀24关闭，第一增压阀22打开，第一分子筛吸附器1开始升压，升压结束时，第一增压阀22关闭，第三自动控制阀14、第十自动控制阀21打开，第一分子筛吸附器1开始与第三分子筛吸附器3并行运行。随后第九自动控制阀20、第十四自动控制阀31关闭，第三分子筛吸附器3结束吸附状态。

再次进入阶段ⅰ，完成循环。

由此可见，本发明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。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。