精餾系統中節能技術的應用研究

張立超

摘 要：精餾技術是化工企業生產工藝中的一項關鍵技術，但化工生產中運用精餾技術進行物系分離，不僅會帶來巨大的能源消耗，增加企業生產成本，而且還會加劇大氣污染，影響生態環境。隨著當前節能減排、提質增效觀念的逐步深入，化工企業也應積極引入節能新技術，改善生產工藝，提高能源綜合利用效益。本文在此對精餾系統中節能技術的相關運用進行分析，以便于促進化工企業的可持續發展。

關鍵詞：節能技術;精餾系統;應用研究

在化工企業的日常生產作業中，精餾工藝環節必不可少，然而精餾過程耗能極大，混合物揮發過程和各組分分離途中都會產生較大的能源損耗和污染排放，既增加了化工企業的經濟壓力，又不利于生態環境保護。所以加強對精餾系統的節能技術改造，已經變得尤其緊迫和重要。筆者就此從精餾系統的現狀談起，接著分析了節能技術在精餾系統中的具體運用。

1 精餾系統現狀

隨著科學技術的不斷發展，社會經濟越發繁榮，化工企業的生產水平也得到了逐步提高，精餾系統作為化工生產中關鍵內容，一直以來都是整個行業所關注的焦點。從我國化工行業的現狀來看，當前的精餾系統建設已經較為完善，并且在傳統的工藝體系和結構布局上都有了極大進步。然而目前我國各化工企業中通過運用“MTBE”生產裂解方案，其自身缺陷較多，例如催化和蒸餾兩個環節分別在不同發生器內進行，這就使得蒸餾和催化過程更復雜，直接拉低作業效率;而采用的密閉一體化結構，不僅增加了設備的后期維護負擔，并且還導致蒸餾的產品純不夠純凈，帶來較大資源的浪費，很顯然不合符當前節能減排的社會要求。目前國外發達國家主要使用反應精餾，作為一種特殊精餾技術，它使精餾過程與反應過程有機銜接，一方面通過反應熱加快分離速度，以更低的能耗實現更大效益，另一方面又通過分離作業提升反應效率。其在降低設備建設成本，減少反應過程的能耗方面具有顯著效果，也是目前國際“節能減排”的主要技術措施。但在我國此類技術地應用還較少，很多化工企業依然停留在傳統生產工藝上，不重視新技術、新工藝的推廣使用，尤其是在煤炭、石油等傳統能源領域中，與國外的技術差距還比較大。新時期節能環保已成為化工生產企業的一道硬行指標，大力推廣節能技術，提高精餾作業效益，將是化工企業提升市場競爭力實現可持續發展的重要出路。

2 節能技術在精餾系統中的具體應用

2.1 分級換熱節能技術

精餾作業中，精餾塔各段溫差較大，一般溫度由下至上，從高到底依次衰減。基于各部溫度之間的較大差異，也使得精餾效果不理想，并帶來能源的無形損耗，所以在實際精餾過程中，我們可以調整換熱器的布置位置，將它置放于精餾塔中部區域，以此加大塔身的熱量，改善塔身上下溫度分布不均的現象，并可有效降低塔底加熱的時間，從而減少精餾中的能源損耗。另外，換熱器位置調整后，也有助于減少冷凝劑的使用量，利于提升精餾過程中的熱利用率，滿足精細化生產要求。

2.2 塔身集熱節能技術

以往精餾過程中，化工企業降低生產成本的方式為，以少數精餾塔來實施多數精餾活動，雖然節省了精餾塔的建設成本，但是過少的精餾塔難以滿足日常生產需要，不僅影響精餾作業效率而且對精餾質量也構成較大威脅，尤其是在對一些揮發組分差異較小的物料進行精餾作業時，會帶來更高的能耗和污染排放。鑒于此，化工企業應積極引入精餾塔集熱技術，以此降低精餾塔內熱能損失，實現熱能充分利用達到節能目的。在實際運用中，化工企業需要建設多個精餾塔，并將一些組分相同或相近的物料置放于精餾塔的上下兩端區域，且及時回收塔內物料，同時可對這些特性相近的物料再次予以組合利用，利用精餾塔的集群功能，充分發揮物料性能，以此提高精餾質量，達到節能體質的最終目標。

2.3 優化換熱網絡

所謂換熱網絡優化就是以最低的經濟成本回收最大量的熱能，實現熱能的充分利用。通過合理匹配冷熱物流，利用熱的傳遞性，提升精餾塔內的整體熱能，可降低能源的持續消耗，有效回收余熱，實現更高經濟價值。精餾體系中，加熱器、冷卻器、換熱器是換熱網絡的關鍵部件，也是進行熱傳遞的關鍵渠道，為有效降低精餾作業過程中的能源損耗，化工企業需要在生產作業中，明晰精餾過程所需的最佳換熱溫差，以此有針對性地優化換熱網絡。就目前行業通用的技術手段來看，主要使用的是夾點分析法，夾點內涵在于將同一個過程分作上下兩個獨立部分，夾點上方主要由熱共用工程進行持續輸熱，熱能只進不出;而夾點下方在冷公用工程支持下，熱能只出不進，夾點上下兩個區域通常無任何熱流交替。所以如果在精餾作業中出現較大能源損耗，那么一定有熱能跨夾點傳遞的現象存在。利用夾點分析法，以節點有極限值為出發點，預先構建一個最大化熱回收初始網絡，其后對熱成本和設備成本進行比對分析，調優初始網絡從而獲得最優換熱網絡結構，此法還可及時判別是否出現熱損耗，并未相關措施提供技術支持。另外，再沸器和冷凝器作為精餾系統中的供熱和取熱部件，在實際作業中技術人員應對兩者進行科學匹配，從而減少能耗。與之同時，源于最小換熱面積網絡會導致現有的換熱網絡結構更加復雜，使得實際操作難度更大，所以實施優化過程中應當予以規避。

2.4 熱泵精餾塔技術

熱泵是一種升溫提熱重要工具，在熱泵作用下，可對精餾塔頂層蒸汽進行加熱提溫，而縮小塔身溫差，降低熱損失。同時利用回收的余熱也可以提高低溫區熱量，避免持續耗能。

在化工水泥廠生產中使用熱泵技術既能實現熱能的有效回收，還能再次用來加熱塔底釜液，實現資源最大化利用。熱泵技術是改善精餾塔系統，提升精餾質量的重要技術，并可明顯減少精餾過程的熱耗，熱泵精餾系統目前已經發展成是最具使用價值的技術，在全世界化工領域中都得到了非常廣泛的應用。

3 節能技術用于精餾系統的實例分析

3.1 案例背景

某廠采用15萬t/a精餾裝置進行作業，以粗甲醇為物料，以低壓蒸汽方式供熱，分別經預精餾塔、加壓精餾塔以及常壓精餾塔，實施物料氣液反應，從而提純。

3.2 問題分析

首先，因在精餾作業中采取冷液進料方式，預精餾塔中的物料溫度較低，導致提餾段中部分甲醇被冷凝，明顯減少了預精餾塔中上升的甲醇量，且增加能耗。其次，因加壓精餾塔底部的液體冷凝溫度明顯高于合成塔補充水溫度，造成熱能損失大。另外，常壓精餾塔頂部甲醇須以循環水持續冷卻，冷凝熱無法及時有效回收，致使熱能損失。

3.3 技術改進

首先，在粗甲醇預熱器之前添加一臺1級預熱器，熱源為常壓精餾塔塔頂的甲醇氣，加熱預精餾塔的粗甲醇物料，及時回收常壓精餾塔塔頂冷凝熱能，提升甲醇入料溫度，以此減少加熱蒸汽量，實現節能。其次，于預精餾塔的再沸器底部新添1臺熱回收器，熱源為再沸器蒸汽冷凝液，提前加熱預精餾塔底的粗甲醇，以此降低冷凝液溫度，其后回收冷凝液，以減少再沸器蒸汽用量。

4 結語

新時代下，經濟發展與節能環保同等重要，化工企業應加強對精餾系統的節能技術改造，以更低的生產成本實現更大的效益，以此實現深化發展。

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