化工精餾節能技術應用與發展分析

聞伴康

摘 要：現在如今國家資源日益緊缺的情況下，環境和能源的保護愈加需要重視，能源節約成為關注的問題。精餾能耗在化工分離中占到95%，因此，企業通過精餾節能應用意義重大。本文開展精餾節能型技術研究，對各種精餾節能技術進行對比分析，特別是對多效精餾、熱泵精餾進行了特點進行說明，預期為相關技術人員提供參考，推動精餾工藝節能發展。

關鍵詞：精餾節能;多效精餾;熱泵精餾

國家資源環保問題日益嚴重，現代化工進程對節能環保工作非常重視。在已經建設完成的裝置中精餾節能技術以操作條件及管理作為節能控制點，雖然獲得了一些成績，但是受到設備的瓶頸限制，無法達到大幅度降低能耗。本文從裝置建設之初設計階段作為出發點，以新型高效節能技術運用作為重點，對精餾塔頂冷凝熱合理的加以利用，實現精餾塔內或塔間熱集成，進而減少精餾生產中的能量損耗，根本上解決精餾能量消耗高的技術問題，能夠在石化、環保、能源工業上實行推廣。另外，有效的精餾節能不光實現能源的可持續發展，而且是可以為企業帶來豐厚的經濟效益，本文通過精餾實操、模擬軟件與市場發展對節能研究，對精餾節能進行討論分析以下。

1 化工精餾節能技術應用

1.1 優化操作條件技術

對于已經建成的塔系統裝置，精餾塔的主要操作條件包括以下幾點：操作壓力、溫度、回流比、進料位置以及采出料量等。這些操作條件均可以根據實際生產與技術的要求進行調整來實施操作，對于分離值的最佳溫度、回流比、進料位置、操作的壓力以及采出料量等參數能夠運用精餾過程模擬軟件對靈敏度的分析或根據生產技術數據統計來確認，從而獲得最小的冷凝負荷以及再沸器熱負荷，進而達到節約精餾能耗的目標。

1.2 提分離效率技術

優化精餾的操作條件，對節能起到一定作用，但由于設備本身設計極限限制無法起到較大的節能。實驗發現分離效率的提升，可以起到減少能耗的作用。因此，在固定的精餾設備尺寸下，對內部結構的選擇對能源的節約也起著很大的作用，運用高效導向篩板、選擇新型的規整填料制造的精餾塔，不僅可以提高分離的效率，降低精餾塔的操作回流比，還能提高產品質量。由于精餾塔的能耗與回流比呈線性關系，這樣就成比例地降低了能耗直接提高了企業的經濟收益。因此，更換高效塔板、填料提高分離效率是在已經建設好的裝置節能的有效方法。研發更高效填料、塔板是技術人員需不斷創新的一個方向。

1.3 塔系熱集成技術

塔系熱集成是通過優化多塔精餾序列完成的方法，包括：先分離易對系統造成腐蝕或者導致結焦的組分，保證后續塔操作的連續穩定并降低設備材料要求;進料按分子數相近的分為兩股流，依照塔頂和塔底各50%的比例分餾;依據塔頂產品的揮發程度按照依次遞減的順序進行逐一回收;如果有組分需要在更高冷或熱負荷的條件下才能進行分離操作，應使進入更高負荷系統的組分數盡量減少;把相對揮發度最接近的關鍵組分放在最后分離;對產品純度要求比較高的組分最后分離，等等。簡單精餾流程運用熱集成技術，對比無熱集成其可節約的費用達50%。由此可見，塔系熱集成技術分離過程對能源的消耗程度遠小于單個塔分餾的消耗，正因如此其成為企業節能重點開展方向之一。

1.4 中段換熱技術

對塔頂塔釜輕重組分沸點溫度相差較大的精餾塔，可在其中間部分加裝換熱器通過冷熱負荷，使能量均衡分布狀況。其原理是通過在中部換熱器可改變操作線斜率，利用低品位能源換熱，從而達到節能目的。若精餾塔上部有明顯的溫度變化，可在精餾段的某塔板間加裝冷凝器，利用低品位冷劑作為冷卻源，這樣使塔頂冷凝器高品位冷劑的量得到節約從而達到節能效果;若精餾塔下方有明顯溫度變化，可以在提餾段的某塔板間加裝再沸器，利用低品位熱介質作為加熱源，這也能使塔底再沸器高品位熱源用量得到節約從而達到節能效果。例如，苯酚脫水精餾塔設置中間再沸器，可為全塔節省17%的能耗。然而，雖然加裝換熱器有節能效果，但這種方法會削弱精餾段或提餾段的塔板分離能力。另外，由于中部冷熱量的加熱，塔系開停機或失穩后恢復穩定操作難度大。

1.5 多效精餾技術

多效精餾原理和多效蒸發相同，是采用壓力溫度依次降低的若干個精餾塔串聯的操作流程，前一精餾塔的塔頂蒸氣用作后一塔再沸器的加熱介質的方式。多效塔的設計與控制核心各個塔熱負荷相當，通過依次降低的溫度壓力差為推動力逐級傳遞系統能量。多塔串聯除兩端精餾塔外中間精餾塔無引人加熱介質和冷卻介質，中間壓力與溫度較低的塔通過能量高的塔頂物料向其釜再沸器供熱，同時能量高的塔頂蒸汽也被冷凝，以此類推，免去了中間塔系統的加熱與冷凝能量消耗，僅需向第一個最高壓力的塔供熱負荷和最末端塔提供冷負荷，系統便可以實施工作，所消耗的能量為單個塔能量消耗的1/N。若將三個塔串聯在一起運用三效精餾的技術，其理論能耗僅為原來的1/3，能源節約幅度達到67%，節能的效果顯而易見。效數增加能使用加熱介質量變少能量消耗下降，但效數越多設備的投資也就越大，并且其受第一級加熱介質和最后一級冷卻介質種類的約束，操作的難度成本也愈來愈大，另外，由單效變為雙效可節約50%的能量，雙效改為三效節約能源為17%，三效到四效增加8%，因此，工業上多運用雙效精餾節能。

1.6 熱泵精餾技術

熱泵精餾是依據熱力學第二定律，依靠補償或消耗機械功將塔頂低溫蒸汽升壓升溫作為塔釜的加熱介質的方式。熱泵精餾根據升溫升壓的介質不同可分為閉式循環型、釜液節流型和直接塔頂氣相壓縮型三種。熱泵技術使用關鍵在于被加熱介質與熱源的溫度差，提供溫度差的壓縮機為技術核心設備。大多數情況下，溫度差越小，熱泵效果越好;當溫度差太大時，由于壓縮機運行費用過大，熱泵技術就不適用了。精餾塔頂循環氣相介質的熱量必須能夠提供給精餾塔本身正常分離要求提供的熱量，其流量要也要同時滿足采出量的要求，并且被冷卻后回流入塔時候的溫度要低于塔頂溫度。因過程所回收的潛熱用于本身，又省去了塔頂冷凝器冷卻水和塔釜加熱，僅壓縮消耗的能量是唯一由系統外提能，經過驗證分析，熱泵精餾能耗相當于只有再沸器直接加熱消耗能量的1/5～2/5，節能率可達到60%～80%，故可使精餾的能耗明顯減少，節能效果非常顯著。另外，相比多效熱集成技術無需增加塔系就可完成，非常值得需繼續研究與推廣應用。

2 化工精餾節能技術發展

優化塔系統操作條件技術已經成為精餾控制常規技術的工作，已經被廣泛應用發展;提分離效率、塔系熱集成、中段換熱、多效精餾技術已經得到了一定開發利用，在新建項目中尤其需要考慮與廣泛應用;然而，我國精餾熱泵技術應用起步較晚，雖然熱泵技術在蒸發工藝上已經廣泛應用，但在精餾工藝中還處于初期發展階段。根據對比分析，精餾熱泵技術繼續研究意義重大，將會是我國未來精餾節能發展的一大方向。另外，雙效與熱泵技術結合使用已在湖北荊門某鋰電行業中蒸發系統中得以應用，因此，多種技術的組合應用將是發展的一個方向、進一步開展研究精餾過程的雙效與熱泵技術結合技術有很深遠的意義。化工精餾節能技術廣泛應用可降低能耗、更經濟、更綠色、更有利于全球發展。

3 結語

精餾塔優化節能是在達到相同或更優產品質量的前提下將能耗降低，精餾節能技術在國內外已經投入大量人力、物力進行節能技術的開發，節能新技術、新工藝、新措施、新方法不斷問世。研究提出的一系列的節能方法，包括：優化操作條件、提分離效率、塔系熱集成、中段換熱、多效精餾、熱泵精餾技術，可在工業中廣泛推廣使用。因精餾過程受眾多因素的影響，選擇時需要結合裝置、物料實際情況選擇合適方法或幾種方法結合達到最優節能。企業應在國家號召之下，通過精餾技術的不斷應用與改進，增加收益，推動節能減排的持續發展。

參考文獻：

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