淺談精餾工藝中節(jié)能降耗的措施

（新疆天業(yè)集團(tuán)天域新實(shí)化工有限公司，石河子市，832200） 程利鋒

按照有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)工業(yè)總能耗里面，石油化工的份額大約為15%。相對于往年GDP能耗，大幅減少，減少幅度達(dá)到20%。有關(guān)機(jī)構(gòu)明確指出，國家進(jìn)一步細(xì)化了節(jié)能減排指標(biāo)，由企業(yè)來負(fù)責(zé)貫徹落實(shí)。因此，各種約束性的指標(biāo)分配對象轉(zhuǎn)移到行業(yè)與公司之中，并非為當(dāng)?shù)卣Ｊ突I(yè)耗能較高，從一個側(cè)面說明該領(lǐng)域有著比較高的節(jié)能潛力。就該領(lǐng)域的能耗來說，分離環(huán)節(jié)中的能耗在整體之中的比例大約是40%～70%，但是，在這個環(huán)節(jié)的能耗中，精餾工藝所占份額最大，大概占到95%。所以，在當(dāng)前能源危機(jī)形勢下，如果想完成該目標(biāo)，需把握精餾工藝這一環(huán)節(jié)。鑒于此，筆者根據(jù)自己多年來的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，針對該問題進(jìn)行研究，首先闡述了該環(huán)節(jié)的降耗途徑的類型，然后分析了其能耗途徑，最后，探討了我國精餾過程節(jié)能現(xiàn)狀與趨勢，以期能夠?yàn)榫s工藝的節(jié)能降耗提供幫助。

1 精餾工藝節(jié)能降耗途徑分類

現(xiàn)階段，關(guān)于精餾工藝節(jié)能這個課題，業(yè)界人士主要從理論與實(shí)踐兩個層面來進(jìn)行探討，按照是否采用過程工藝與轉(zhuǎn)變流程，主要把其節(jié)能方式劃分成以下3種類型，第一，優(yōu)化工藝流程，逐漸改進(jìn)過去的工藝，利用這種方法來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，到現(xiàn)在為止，經(jīng)常應(yīng)用的方法包括以下幾種：熱泵、多效精餾等；第二，不斷對精餾塔有關(guān)操作進(jìn)行改進(jìn)，利用過程技術(shù)來減少能耗，具體涉及到改善進(jìn)料狀態(tài)、位置與回流比等方法；第三，改善精餾塔，主要包括優(yōu)化填料與塔板類型等方法。

2 精餾工藝節(jié)能降耗的途徑

具體包括以下幾個途徑：熱泵精餾、多效精餾、對操作途徑進(jìn)行優(yōu)化、采用新型塔板及填料。內(nèi)容如下：

2.1 熱泵精餾

這種方法主要利用精餾工藝中的特殊條件，通過熱泵技術(shù)以后能夠使得溫位，把精餾塔頂部蒸汽引到塔底，主要用來對底部進(jìn)行供熱。這種方法主要以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，將機(jī)械能變成熱能然后使塔頂蒸汽升溫，這樣便能夠?qū)λ走M(jìn)行加熱。

根據(jù)熱源泵消耗外界能量的種類，能夠把這種方法劃分成以下2種，二者分別是壓縮式與噴射式熱泵。就前者來說，一般是離心式，壓縮比最高為1.8，能夠明顯減少精餾環(huán)節(jié)的能耗，減少幅度大概為10%～15%；就后者來說，這種方式的前期成本偏低，并且非常便于進(jìn)行維修，同時僅需要偏低的能源級數(shù)，然而，該方法存在一定的不足之處，其壓縮比相對較低，最終使其無法實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

2.2 多效精餾

這種方法的原理：從前個蒸餾塔塔頂流出的蒸汽，接著將到達(dá)下個精餾塔的再沸器中，把它當(dāng)做熱源來使用，通過這種方式能夠降低串聯(lián)操作中的能量消耗。該環(huán)節(jié)中，僅是兩側(cè)的精餾塔必須引入外部的加熱和冷卻介質(zhì)，別的塔均無須如此。由于各塔的操作壓力均存在著差異，這樣隨著校數(shù)的不斷提高，蒸汽用量會不斷減少，二者之間為負(fù)相關(guān)性。從第1校至第N校，操作壓力不斷減小，與此同時，各個校塔頂蒸汽冷凝溫度不斷減小。

2.3 對操作條件進(jìn)行優(yōu)化

首先，采用最佳回流比。能否真正達(dá)到對精餾塔系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化，重點(diǎn)就是回流比這一個指標(biāo)，該指標(biāo)的最佳數(shù)值對應(yīng)的操作以及設(shè)備成本處于最合理的狀態(tài)。該指標(biāo)不但決定著冷凝器的熱負(fù)荷，而且還決定著再沸器的熱負(fù)荷，與精餾分離中的凈功耗有著非常緊密的關(guān)聯(lián)。當(dāng)該指標(biāo)數(shù)值不斷高于最小回流比時，操作線將不斷與平衡線遠(yuǎn)離，這樣需要的塔板數(shù)將不斷減少，由此便能夠降低設(shè)備成本。通過深入的研究我們能夠得知，隨著該指標(biāo)的不斷提高，蒸汽流動速率也需要不斷提高，換熱器熱負(fù)荷同樣將持續(xù)提高，由此使得精餾塔中每一換熱設(shè)備的傳熱面積提升，從而導(dǎo)致設(shè)備成本有所增加。綜合上述兩個方面，必須找出合適的回流比，以確保整體能耗實(shí)現(xiàn)最小化。

其次，最佳進(jìn)料狀態(tài)。一般情況下，業(yè)界通常利用加料狀態(tài)q來描述進(jìn)料狀態(tài)，其可以對塔中的能耗產(chǎn)生直接的作用，要是q值有所改變，此時上下精餾段氣液兩相流速將有所變化，提餾段也符合這個規(guī)律，由此肯定將對需要的塔板數(shù)產(chǎn)生一定的影響，并且還將對每一換熱器的熱負(fù)荷產(chǎn)生負(fù)面作用。倘若是處在高溫精餾條件下，并且加料濃度相對較高，還具有相匹配的低溫?zé)嵩矗谶@種情況下，選擇的q值需要盡可能地低，換言之，即進(jìn)料狀態(tài)需是氣相或氣液相。相反地，如果加料濃度相對偏低，此時應(yīng)當(dāng)盡可能地使q值較高，也就是進(jìn)料狀態(tài)是液相，這個時候?qū)⒉恍枰崆凹尤肓弦海纱怂訜崃康奶岣叻认鄬^低，從而實(shí)現(xiàn)了能耗的節(jié)約。

再次，確定合適的進(jìn)料位置。通常塔身涉及若干進(jìn)料口，因此能輕松地調(diào)節(jié)進(jìn)料量，若進(jìn)塔物料成分和加料板成分存在著明顯的區(qū)別，一定要對進(jìn)料位置做出適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。在確保產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)料中重組分所占份額愈高，進(jìn)料口位置愈低，相應(yīng)的，塔釜消耗的熱量將隨之降低。倘若進(jìn)料組分有著明顯的區(qū)別，首先應(yīng)當(dāng)把進(jìn)料混合起來，然后進(jìn)行單塔處理，或者還能夠通過一塔多股進(jìn)料的方式。

2.4 采用新型塔板及填料

到現(xiàn)在為止，業(yè)界推出了諸多新型塔板，已經(jīng)在實(shí)踐中得到了應(yīng)用，其中涉及到浮動篩板、傘形氣帽、穿流式浮板等；除此之外，業(yè)界還推出了許多新型填料，也已經(jīng)在實(shí)踐中得到了應(yīng)用，包括半環(huán)、階梯環(huán)、板波紋填料等諸多類型。

3 我國精餾過程節(jié)能現(xiàn)狀與趨勢

當(dāng)前，能源短缺已經(jīng)成為一個全球性的問題，由此推動了業(yè)界人士對精餾過程節(jié)能的研發(fā)，許多專家人士紛紛著手探討相關(guān)技術(shù)、展開理論研究。首先，近年來，計算機(jī)技術(shù)獲得急劇發(fā)展，各種軟件產(chǎn)品被推出且逐漸升級，越來越多的大型化工軟件投入到市場之中，促使人們逐漸掌握了精餾操作的特點(diǎn)與趨勢，推動了精餾過程的節(jié)能研究。其次，很多精餾技術(shù)變得完善，并且引入到工業(yè)實(shí)踐之中，比如熱泵精餾在處理丙烯-丙烷系統(tǒng)，乙苯-對二甲苯過程中逐漸普及開來，實(shí)現(xiàn)了非常不錯的節(jié)能效果。隨著理論研究以及實(shí)踐的推進(jìn)，相信今后會有越來越多的新技術(shù)被發(fā)現(xiàn)并被應(yīng)用到實(shí)踐之中。

相對于國外發(fā)達(dá)國家來說，我國無論是在精餾過程節(jié)能的理論探討，還是在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，均有較大差距。現(xiàn)在，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)針對很多方法組合節(jié)能這一問題進(jìn)行了探討，而我國到目前為止仍沒有這方面的報道，特別是在工業(yè)實(shí)踐上差距巨大，關(guān)鍵是由國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域整體技術(shù)相對滯后所決定，到現(xiàn)在為止，國內(nèi)仍然沒有將隔板塔引入到實(shí)際中的案例。所以，我國還需要切實(shí)強(qiáng)化節(jié)能技術(shù)的研究，尤其需要加深對隔板精餾塔的探討，這一項(xiàng)技術(shù)具有非常廣闊的前景，市場潛力巨大，將成為今后重點(diǎn)研究的方向。

4 結(jié)束語

綜上所述，化工企業(yè)的生產(chǎn)當(dāng)中，非常注重節(jié)能減排工作，而精餾環(huán)節(jié)節(jié)能起著非常關(guān)鍵的作用，理應(yīng)重視該問題，需要按照過程的具體狀況選擇合理的方法與手段。要想實(shí)現(xiàn)精餾消耗的減少，方法有很多，但不管使用哪個方法與技術(shù)，都可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能成效，而部分方法操作起來比較繁瑣，實(shí)施不易。因此，在設(shè)計精餾塔設(shè)的過程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)把握以下策略，選擇合適的回流比，確定最佳進(jìn)料溫度及狀態(tài)，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)良好的節(jié)能效果。