淺談精餾操作的節(jié)能優(yōu)化措施

摘 要：通過精餾操作能耗現(xiàn)狀分析，多方面提出和分析了精餾節(jié)能優(yōu)化措施，并詳細(xì)闡述其節(jié)能優(yōu)勢(shì)及推廣價(jià)值與意義;同時(shí)，也對(duì)精餾節(jié)能優(yōu)化措施進(jìn)行了前景展望。

關(guān)鍵詞：精餾;能量消耗;優(yōu)化措施;熱量損失;參數(shù)控制

隨著石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷轉(zhuǎn)型與擴(kuò)大，精餾操作的應(yīng)用也越來越廣。精餾操作為石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的化工單元操作及分離過程之一，其技術(shù)成熟可靠、投資資本也相對(duì)較低，是一個(gè)較為復(fù)雜的集傳質(zhì)與傳熱于一體的分離過程，其過程變量多、被控變量多、可操縱變量多，過程動(dòng)態(tài)變化和機(jī)理復(fù)雜，也是高能耗化工單元操作之一。尋求合理利用精餾自身產(chǎn)熱和力求降低系統(tǒng)熱能需求與減少系統(tǒng)熱能損失的精餾操作將勢(shì)在必行，也是企業(yè)尋求節(jié)能降耗的突破口與切入點(diǎn)之一，更是企業(yè)生存與發(fā)展的途徑之一。

1 精餾操作的能量消耗現(xiàn)狀分析

石油化工能量消耗在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占比最大，精餾分離操作又是石油化工行業(yè)的高能耗操作單元之一。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，分離物料的組分含量復(fù)雜多樣，對(duì)分離產(chǎn)品的純度要求也越來越高;為確保產(chǎn)品合格率，操作工的操作較為保守，操作方法及操作參數(shù)的設(shè)置欠優(yōu);精餾操作過程中，熱量消耗的絕大部分并非用于組分的分離，而是被冷卻水或分離組分所帶走[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)精餾過程能耗占全國(guó)能耗的3%，我國(guó)煉油廠消耗的原油占其煉油量8%～10%，其中很大一部分消耗于精餾過程[3]。結(jié)合精餾操作并從能量本質(zhì)來看，精餾過程就是將物理有效能轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散有效能，伴隨有物理有效能的降低損失。精餾過程有效能損失是由流體流動(dòng)壓降、同濃度不平衡物流間的傳質(zhì)或不同濃度物流間的混合、不同溫度物流間傳熱或不同溫度物流間的混合等過程不可逆性所造成的[4-5]。精餾操作的節(jié)能發(fā)掘空間大、科研價(jià)值較高、其推廣價(jià)值與意義非凡。

2 精餾操作工藝原理

精餾，是利用混合物中各組分揮發(fā)度不同而將各組分加以分離的一種分離過程;精餾操作通常在精餾塔中進(jìn)行，氣液兩相通過逆流接觸，進(jìn)行相際傳熱傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入氣相，氣相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相，于是在塔頂可得到幾乎純的易揮發(fā)組分，塔底可得到幾乎純的難揮發(fā)組分。料液從塔的中部加入，進(jìn)料口以上的塔段，把上升氣體中易揮發(fā)組分進(jìn)一步增濃，稱為精餾段;進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。從塔頂引出的氣體經(jīng)冷凝，一部分凝液作為回流液從塔頂返回精餾塔，其余餾出液即為塔頂產(chǎn)品。塔底引出的液體經(jīng)再沸器部分氣化，氣體沿塔體上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比稱為回流比，其大小會(huì)影響精餾操作的分離效果和能耗。

3 精餾操作節(jié)能優(yōu)化措施分析

3.1 減少精餾系統(tǒng)的熱量損失

精餾操作需要消耗大量熱量，其熱量消耗則通過通入塔釜再沸器的低壓蒸汽所提供。通過在塔體和管道上安裝一定厚度的保溫層，確保保溫層的有效完好，并及時(shí)做好保溫層的維護(hù)保養(yǎng)，可以有效避免精餾系統(tǒng)裝置暴露于大氣環(huán)境引起熱量輻射散熱而造成系統(tǒng)內(nèi)熱量的損失，進(jìn)而減少精餾系統(tǒng)低壓蒸汽的使用量。

3.2 優(yōu)化工藝參數(shù)控制

通過控制適宜的回流比、進(jìn)料狀態(tài)和進(jìn)料溫度，可以有效減少精餾系統(tǒng)自身對(duì)熱量的需求。在不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，降低回流量就可以降低塔釜再沸器的蒸汽消耗量;在進(jìn)料溫度不變的條件下，如果將進(jìn)料狀態(tài)由液態(tài)改變?yōu)闅鈶B(tài)，就可以使操作線更接近于氣液平衡線，提餾蒸汽的復(fù)合就會(huì)減小，再沸器的蒸汽消耗自然會(huì)減少;精餾塔的分離動(dòng)力來源于塔釜再沸器的熱量，塔釜再沸器的熱量則由通入塔釜再沸器的低壓蒸汽所提供，塔底的氣液量較塔頂大的多，一切液泛都是從塔底開始的，當(dāng)進(jìn)料溫度較低時(shí)，則給塔釜再沸器提供的熱量就多，這會(huì)增加塔釜?dú)庖毫浚瑢?duì)應(yīng)的蒸汽消耗也比較大，提高進(jìn)料溫度自然會(huì)減小塔釜再沸器的負(fù)荷。

3.3 采取高溫物料直接進(jìn)入精餾塔

高溫物料直接進(jìn)入精餾塔，一則節(jié)省了物料儲(chǔ)存及再次輸送的設(shè)備投資費(fèi)用;二則減少了系統(tǒng)運(yùn)行成本與消耗;其次節(jié)約了人員成本;最重要的是減少了物料在儲(chǔ)存及再次輸送環(huán)節(jié)造成熱量損失，低溫物料直接進(jìn)入精餾塔會(huì)造成塔釜再沸器熱量需求加大、塔釜?dú)庖毫吭黾印⑾到y(tǒng)蒸汽消耗量增大。

3.4 減壓操作，增加組分間的相對(duì)揮發(fā)度，減少再沸器熱負(fù)荷

減壓精餾可降低混合物的泡點(diǎn)，從而降低分離溫度。因此，可以減少塔釜再沸器使用低壓蒸汽的消耗量，也可使用較低壓力的加熱蒸汽;特別是以水蒸氣作為熱源時(shí)，加熱溫度提高后，所需的飽和水蒸氣壓力需要提高得更多，這對(duì)設(shè)備和蒸汽源都提出了新的要求，同時(shí)也提高了分離能力。我們知道，被分離混合物之間的相對(duì)揮發(fā)度越大，越容易分離。在減壓操作時(shí)，組分間的相對(duì)揮發(fā)度將增大，越容易分離。對(duì)于有毒物質(zhì)的分離，采用減壓精餾可防止劇毒物料的泄漏，減少對(duì)環(huán)境的污染，在保護(hù)人體健康方面是有一定的意義。

3.5 采用多效精餾技術(shù)

采用多效精餾技術(shù)，合理利用系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的熱量，也是精餾節(jié)能的重要優(yōu)化措施之一。多效精餾，就是將上一級(jí)精餾塔塔頂冷凝器與下一級(jí)精餾塔塔釜再沸器合二為一，即將上一級(jí)精餾塔塔頂輕組分物料直接通入下一級(jí)精餾塔塔釜再沸器并作為熱源，原理等同于多效蒸發(fā);經(jīng)研究表明，效數(shù)越多，節(jié)能效果越明顯。

3.6 采用熱耦精餾技術(shù)

采用熱耦精餾技術(shù)，合理利用系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的熱量，也是精餾節(jié)能的重要優(yōu)化措施之一。熱耦精餾，就是利用一個(gè)全塔和一個(gè)副塔代替兩個(gè)完整的精餾塔，從全塔內(nèi)引出一股液相物流直接作為副塔塔頂?shù)囊合嗷亓鳎鲆还蓺庀辔锪髦苯幼鳛楦彼椎臍庀嗷亓鳎瑢?shí)現(xiàn)熱量的耦合，副塔則不再需要設(shè)置冷凝器和再沸器，即節(jié)省了設(shè)備投資費(fèi)用，又可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。經(jīng)研究表明，該技術(shù)可節(jié)能30%左右。

3.7 采用新型有效分離技術(shù)

通過采用高效導(dǎo)向篩板、板填復(fù)合塔板和新興高效填料，改善和優(yōu)化塔內(nèi)流體流動(dòng)壓降、同濃度不平衡物流間的傳質(zhì)效果或不同濃度物流間的混合效果、不同溫度物流間的傳熱效果或不同溫度物流間的混合效果，使精餾塔全塔上下負(fù)荷盡量保持均勻，使精餾塔運(yùn)行平穩(wěn)，減少人員頻繁調(diào)節(jié)操作，使精餾塔分離效果達(dá)到最佳工況，使精餾塔能量消耗達(dá)到最低水平。

3.8 采用空冷技術(shù)

石油化工行業(yè)內(nèi)，用于精餾塔塔頂冷卻器的循環(huán)水換熱負(fù)荷占據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的絕大部分，這對(duì)后續(xù)循環(huán)水場(chǎng)的運(yùn)行也產(chǎn)生了一定負(fù)荷。將精餾塔塔頂循環(huán)水冷凝器更換為空氣冷凝器，一則節(jié)省了設(shè)備投資費(fèi)用;二則減少了系統(tǒng)運(yùn)行成本與消耗;其次節(jié)約了人員成本;最重要的是降低了循環(huán)水場(chǎng)的工作負(fù)荷與運(yùn)行成本，減少了生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水的蒸發(fā)水量，有效節(jié)約了水資源。

4 結(jié)論

綜上所述，精餾塔的節(jié)能優(yōu)化措施與途徑多種多樣、各有千秋。不管采用哪種措施與途徑，均會(huì)達(dá)到一定的預(yù)期節(jié)能效果，其最終評(píng)定將取決于經(jīng)濟(jì)效益分析。如何采取多元化的節(jié)能優(yōu)化措施并集于一體，盡量不增加設(shè)備投資費(fèi)用、不使操作變得更為復(fù)雜與苛刻、控制水平適當(dāng)，也是為眾人所期盼與追求的。縱然，精餾節(jié)約優(yōu)化發(fā)掘空間大、科研價(jià)值高、其推廣價(jià)值與意義非凡，但在應(yīng)用節(jié)能優(yōu)化措施時(shí)，必須綜合權(quán)衡、采取最佳方案。

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作者簡(jiǎn)介：

李彥（1977- ），男，甘肅武威人，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：工程師，研究方向：冶金化工。