熱泵技術在化工生產中的應用

陳楠（浙江省天正設計工程有限公司， 浙江 杭州 310012）

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熱泵技術在化工生產中的應用

陳楠（浙江省天正設計工程有限公司， 浙江 杭州 310012）

摘要：目前，能源短缺已經成為了一個世界性的問題，而精餾作為化工和石化等行業中非常重要的組成部分，能量消耗驚人，因而對其節能研究就具有非常重要的現實意義。本文主要結合熱泵技術的相關理論，對其在精餾技術的具體應用進行了詳細的探討，以為未來的發展方向提供一定的參考價值。

關鍵詞：熱泵技術；化工；生產；應用

隨著工業的快速發展，世界性的能源短缺問題日益變的突出，從而使得節能降耗成為了人們普遍關注的熱點課題。同樣對于我國來說，石油化工企業作為國民經濟的重要支柱，根據有關數據統計顯示，該行業的能耗占到了工業總能耗的將近百分之二十，因此，在該行業中實行節能任務顯得十分迫切。精餾作為其中一個重要的耗能環節，對其節能研究具有非常重要的現實意義，本文主要以精餾節能中應用的熱泵技術為例對熱泵技術在化工生產中的具體應用進行了詳細的探討。

1 熱泵技術的工作原理

熱泵技術的原理是工作介質吸收塔頂蒸汽的相變（冷凝）熱，然后通過壓縮機壓縮加壓升溫作為再沸器的熱源，然后再進行節流膨脹后作為塔頂冷凝器的冷源，從而形成一個循環，節省了加熱蒸汽和冷凝用水，這個循環的本質是逆向卡諾循環，其效率的高低我們以熱泵性能系數（代表了熱泵輸出熱量與輸入的功之比）表示：η=TH/（TH-TC），其中TH為工質的冷凝溫度，Tc為工質的蒸發溫度。由上式可見理論上熱泵的效率肯定大于1，同時工質的蒸發溫度與冷凝溫度差值越小熱泵效率越高。

根據不同的依據，可以將熱泵分為多類，比如從結構上可以將熱泵分為單級泵、兩級泵以及多級泵三種，而從輸送有用能的工作方式上來劃分，則可以將熱泵劃分為吸收式、壓縮式以及噴射式熱泵等三種。

2 熱泵技術在化工精餾中的應用實踐

（1）壓縮式熱泵精餾技術 在當前的很多化工生產操作單元中，精餾、蒸發以及干燥這幾個單元對能量的消耗是最大的，而且又非常適合應用熱泵技術，尤其將熱泵技術應用在精餾環節中，具有非常好的經濟特性。壓縮式熱泵精餾主要特點是利用動力機械驅動壓縮機使工質在熱泵中循環流動并發生狀態變化，從而實現熱泵的連續高效制熱。按照流程的不同，又可以詳細分為 A 型開式熱泵精餾、B 型開式熱泵精餾、閉式熱泵精餾、分割式熱泵精餾四種流程。

（2）熱泵技術的實踐改造 在實際生產中對一精餾裝置中能耗較大的使用傳統精餾技術的1#塔、2#塔進行了熱泵技術改造，取得了良好的效果。其主要采用的工藝流程見圖1。

圖1 改造流程圖

改造前的能耗情況：①1#塔塔頂冷負荷：310kW；2#塔塔頂冷負荷：172kw；合計482kW。②使用大冷制冷機一臺制冷量為485kw，電機功率450kW，需要的循環水量為51m3/ h。③1#塔塔底熱負荷：308kW，2#塔塔底熱負荷：182kW；合計490kW。④折算成6公斤飽和蒸汽為842kg/h.

改造前后的方案對比：①設備方面：增加壓縮機一臺、節流閥一個、冷凝器兩臺及泵一臺；減少制冷機一臺；②能耗方面：減少塔釜熱負荷490kW；壓縮機的軸功率（171+244=415kW）與制冷機的功率相近；循環水用量兩者接近；綜上所述，采用此節能方案可節約蒸汽842kg/h。

蒸汽按每噸120元計，年節省蒸汽約72萬元。

根據實踐熱泵精餾在下述場合應用， 可取得良好效果：①塔頂和塔底溫差較小， 因為壓縮機的功耗主要取決于溫差，溫差越大， 壓縮機的功耗越大。據文獻報導， 只要塔頂和塔底溫差小于36度， 就可以獲得較好的經濟效果。②沸點相近組分的分離， 按常規方法，精餾塔需要較多的塔板及較大的回流比，才能得到合格的產品，而且加熱用的蒸汽或冷卻用的冷卻水都比較多。若采用熱泵技術， 一般可取得較明顯的經濟效益。

（3）注意事項 將熱泵技術應用在化工蒸餾中應該注意如下的事項：首先，針對于在精餾技術中應用的不同類型熱泵技術，它們都有著各自的優缺點，在實踐中具體應該采用哪種形式，都應該根據具體的熱源特征、物性、經濟核算以及用戶的要求來進行決定；同時，還應該注意精餾裝置中各個部位的理想配合，同時注重對它們進行優化，尤其對于高效傳熱設備的選用更是非常重要，這樣才能取得更好的經濟效益。

3 結語

根據本文可知，在蒸餾中應用熱泵技術能夠取得明顯的節能效果，是目前精餾系統中應用的能夠取得更好節能效果的技術，而且隨著供熱系數的增大，其節能效果更加明顯。由于我國是能耗大國，能源的利用率并不高，存在著大量低品位的能量有待于回收利用，因而在化工生產中開展熱泵技術的研究開發，具有非常廣闊的前景。

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