多效精餾節能技術

王朝陽

（國電內蒙古晶陽能源有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010321）

1 引言

隨著工業技術的發展，大量的礦產資源被消耗。在這種形勢下，化工行業有必要采取措施，為建設節約型社會做出自己的貢獻。就精餾技術而言，化工精餾的節能技術的現代化水平越來越高，對于我國經濟社會的發展帶來了有益影響。現階段，研究人員開發新型技術，目的在于有效減少化工精餾所需要消耗的能源，提高產品質量。

2 化工精餾技術

就化工行業而言，采取措施分離化工產品物料是進行化工精餾工序的基本目的。精餾工序是運用各種物理或化學方法，根據物料液相組分相對揮發度差異完成物料組分分離。化工企業都會設置專門的精餾塔來完成液相物料的分離與提純。典型的精餾工藝通常在精餾塔底通入熱源對物料進行汽化，上升過程中氣相和塔頂下降的液相物料在任一塔板或填料進行部分汽化和部分冷凝，同時進行傳質過程，促使每一次汽化和冷凝都使氣液兩相組分發生變化，經過多次部分汽化和冷凝，就可將混合液分離為比較純的組分。通過連續進料、回流、采出，保證了精餾塔連續對組分進行分離。

在實際運行過程中，當物料組分的相對揮發比較接近時，很難對其進行有效分離，且這種典型的精餾能耗較高。目前在原基礎上，開發出的高效導向篩板、金屬絲網規整填料等可以提高分離效率。同時對精餾工藝技術進行大幅度改良，如分級換熱網絡、塔身集熱技術、換熱網絡的優化、多效精餾技術等。新技術的應用使精餾在物料組分分離提純單元更加高效、節能。

3 高效精餾技術中節能措施

3.1 分級換熱節能

在精餾過程中，塔身溫度由高到低分配是：底部、中部和頂部。這種溫度分布方式為分級換熱提供了可能性。為此，為了更好地解決中部和底部的溫度差別較大的問題，化工企業可以在塔身中部放置換熱器，利用這種方式對中部進行加熱，從而減少底部的加熱時間，減少精餾過程的能源消耗。與此同時，放置換熱器還可以減少冷凝劑的使用量，進而可以保障精餾過程對熱量的綜合利用效率。

3.2 塔身集熱節能

在傳統的化工行業中，精餾過程大多是由獨立的精餾塔來完成的。這種化工生產模式不能體現出各個精餾過程之間的融合性，不能形成高溫度的大環境，這就加快了精餾塔熱量的消耗，不利于節省精餾過程所需的能源。在新時期，可以利用精餾塔集熱技術，實現精餾塔身集熱節能。工程單位可以以緊密聯合的方式來建設多個精餾塔，提高精餾效率，發揮精餾塔的集群效應。具體而言，需要在精餾塔的上下兩端放置物理特性相近的物料，并及時收集塔內物料，再次組合分布物理特性相近的物料。

3.3 優化換熱網絡

化工生產過程中，加熱器、冷卻器和換熱器等部件是組成換熱網絡的基本單元，對于能量傳遞的實現有重要意義。在實踐中，相關部門需要明確精餾系統所需的最佳換熱溫差，最大化降低系統的設備投資，來實現換熱網絡的優化。具體而言，主要采用數學規劃法、夾點分析法、人工智能專家系統三種方法來優化換熱網絡[2]。其中，夾點分析法是工程上廣泛應用的方法，也是優化換熱網絡的經典方法。數學規劃法與人工智能專家系統法還沒有被廣泛應用于實踐層面。由于精餾塔主要的供熱和取熱設備是冷凝器和再沸器，所以合理地匹配冷凝器與再沸器對于降低精餾塔的能耗具有重要意義。需要注意的是，由于最小換熱面積網絡使換熱網絡結構的復雜程度比較高，換熱網絡的操作及控制難度非常大，所以在優化設計換熱網絡過程中，相關部門需要避開最小換熱面積網絡。比如，就低溫甲醇洗裝置低溫段的處理而言，采用用夾點技術對其進行換熱網絡優化，優化后的換熱網絡可為精餾節能過程節約735.4千瓦制冷劑。

4 多效精餾節能

4.1 多效精餾節能技術

現階段，在換熱網絡優化、精餾和化學反應過程中，熱集成節能技術都有廣泛應用。一般而言，精餾過程熱集成節能技術主要涉及以下幾方面：第一，再沸器、冷凝器與系統外熱源的熱集成技術。第二，再沸器與獨立精餾塔冷凝器間的熱集成技術。第三，再沸器與多個精餾塔間的熱集成技術。現階段，多效精餾節能技術是應用范圍比較廣的熱集成方式[1]。其工作原理是對精餾塔熱量進行重復利用。需要注意的是，節能效果和設備投資是決定多效精餾效數的兩個關鍵因素。實踐證明，多效精餾節能技術的效數與精餾塔的節能效果成正比關系。就現階段而言，雙效精餾和三效精餾技術在化工生產過程中已經得到了廣泛應用。其中，根據進料流動方向的差異，雙效精餾技術可分為混流型、逆流型、并流型與分流型。在進行多效精餾時，需要控制好以下關鍵因素：第一，保證多效精餾塔的溫差足以滿足熱量傳遞過程的實現。第二，末級冷卻介質與第一級加熱介質溫度會對效數造成限制。第三，精餾效數越多，多效精餾塔對操作難度和控制系統的要求就越高。

4.2 多效精餾技術的應用

在多效精餾流程中，按照壓力高低的順序，不同等級的精餾塔共同組成多效精餾系統，低壓塔以鄰近塔的高壓塔蒸氣作為自身再沸器的熱源，除了壓力最低的塔，精餾系統會回收各精餾塔蒸氣的冷凝潛熱，來實現多效精餾。簡言之，每個精餾塔的能量級別有差別，級別較低的精餾塔可以吸收級別較高的精餾塔的能量，從而達到節能的目的[3]。隨著科技的發展，為了降低設備費用，保證節能效果，專業人士還提出了一些新的工藝流程。就目前而言，多效精餾中應用最多的是兩效與三效精餾，四效精餾應用范圍最少。在實踐中，多效精餾技術能夠降低再沸器的水蒸氣耗量。以設計型模擬優化計算為例，在多效逆流精餾應用過程中，精餾流程包括多效平流、多效順流、多效逆流三種基本流程。多效逆流流程中，原料走向與塔操作的壓力梯度方向相反，由低壓塔引入系統。與多效順流流程一樣，多效逆流塔間連接的物料可從塔頂或塔底采出。進料組成與節能效果有關，即被分離的物料組成的不同與加熱蒸汽用量及精餾節能效率有密切聯系。一般而言，如果普通精餾所耗能量體用量過大，那么原料液含輕關鍵組分越多，改用多效精餾技術的節能效果就越顯著。

5 多效精餾節能技術的應用前景

就現階段而言，在化工企業中應用多效精餾節能技術有利于帶動整個行業的現代化發展。在實踐中，化工企業應從以下幾方面做起，來對多效精餾節能技術進行改革與創新：第一，在應用的過程中，化工企業需要立足于企業生產實際，解決操作問題和控制問題，改革多效精餾高效節能技術設備，保證多效精餾節能技術的先進性。第二，為了保證能夠優化選擇精餾節能技術流程，企業應該利用先進的計算機技術建立專家系統與模擬分析系統，從科學層面來提高精餾高效節能技術的應用水平，保證其科學性和有效性。第三，化工企業應當加大資金投入，保證人才支撐和資金支撐，致力于培養多效精餾節能技術人才，以提高自身精餾節能技術流程的能力和多效精餾節能技術的應用水平。

6 結語

綜上所述，改革與創新傳統精餾技術，提升其節能環保效益，對于促進我國化工企業的發展具有非常重要的實踐意義。其中，多效精餾節能技術具有廣闊的應用前景，需要引起化工企業的重視。同時，在資源日益緊缺的今天，相關部門采取塔系集熱技術、分級換熱節能、優化換熱網絡等措施，可以有效提高精餾效率。