化工精餾節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展分析

聞伴康

摘 要：現(xiàn)在如今國(guó)家資源日益緊缺的情況下，環(huán)境和能源的保護(hù)愈加需要重視，能源節(jié)約成為關(guān)注的問題。精餾能耗在化工分離中占到95%，因此，企業(yè)通過精餾節(jié)能應(yīng)用意義重大。本文開展精餾節(jié)能型技術(shù)研究，對(duì)各種精餾節(jié)能技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，特別是對(duì)多效精餾、熱泵精餾進(jìn)行了特點(diǎn)進(jìn)行說明，預(yù)期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，推動(dòng)精餾工藝節(jié)能發(fā)展。

關(guān)鍵詞：精餾節(jié)能;多效精餾;熱泵精餾

國(guó)家資源環(huán)保問題日益嚴(yán)重，現(xiàn)代化工進(jìn)程對(duì)節(jié)能環(huán)保工作非常重視。在已經(jīng)建設(shè)完成的裝置中精餾節(jié)能技術(shù)以操作條件及管理作為節(jié)能控制點(diǎn)，雖然獲得了一些成績(jī)，但是受到設(shè)備的瓶頸限制，無法達(dá)到大幅度降低能耗。本文從裝置建設(shè)之初設(shè)計(jì)階段作為出發(fā)點(diǎn)，以新型高效節(jié)能技術(shù)運(yùn)用作為重點(diǎn)，對(duì)精餾塔頂冷凝熱合理的加以利用，實(shí)現(xiàn)精餾塔內(nèi)或塔間熱集成，進(jìn)而減少精餾生產(chǎn)中的能量損耗，根本上解決精餾能量消耗高的技術(shù)問題，能夠在石化、環(huán)保、能源工業(yè)上實(shí)行推廣。另外，有效的精餾節(jié)能不光實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，而且是可以為企業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，本文通過精餾實(shí)操、模擬軟件與市場(chǎng)發(fā)展對(duì)節(jié)能研究，對(duì)精餾節(jié)能進(jìn)行討論分析以下。

1 化工精餾節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

1.1 優(yōu)化操作條件技術(shù)

對(duì)于已經(jīng)建成的塔系統(tǒng)裝置，精餾塔的主要操作條件包括以下幾點(diǎn)：操作壓力、溫度、回流比、進(jìn)料位置以及采出料量等。這些操作條件均可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)與技術(shù)的要求進(jìn)行調(diào)整來實(shí)施操作，對(duì)于分離值的最佳溫度、回流比、進(jìn)料位置、操作的壓力以及采出料量等參數(shù)能夠運(yùn)用精餾過程模擬軟件對(duì)靈敏度的分析或根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來確認(rèn)，從而獲得最小的冷凝負(fù)荷以及再沸器熱負(fù)荷，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約精餾能耗的目標(biāo)。

1.2 提分離效率技術(shù)

優(yōu)化精餾的操作條件，對(duì)節(jié)能起到一定作用，但由于設(shè)備本身設(shè)計(jì)極限限制無法起到較大的節(jié)能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(shè)備尺寸下，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的選擇對(duì)能源的節(jié)約也起著很大的作用，運(yùn)用高效導(dǎo)向篩板、選擇新型的規(guī)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(chǎn)品質(zhì)量。由于精餾塔的能耗與回流比呈線性關(guān)系，這樣就成比例地降低了能耗直接提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。因此，更換高效塔板、填料提高分離效率是在已經(jīng)建設(shè)好的裝置節(jié)能的有效方法。研發(fā)更高效填料、塔板是技術(shù)人員需不斷創(chuàng)新的一個(gè)方向。

1.3 塔系熱集成技術(shù)

塔系熱集成是通過優(yōu)化多塔精餾序列完成的方法，包括：先分離易對(duì)系統(tǒng)造成腐蝕或者導(dǎo)致結(jié)焦的組分，保證后續(xù)塔操作的連續(xù)穩(wěn)定并降低設(shè)備材料要求;進(jìn)料按分子數(shù)相近的分為兩股流，依照塔頂和塔底各50%的比例分餾;依據(jù)塔頂產(chǎn)品的揮發(fā)程度按照依次遞減的順序進(jìn)行逐一回收;如果有組分需要在更高冷或熱負(fù)荷的條件下才能進(jìn)行分離操作，應(yīng)使進(jìn)入更高負(fù)荷系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)盡量減少;把相對(duì)揮發(fā)度最接近的關(guān)鍵組分放在最后分離;對(duì)產(chǎn)品純度要求比較高的組分最后分離，等等。簡(jiǎn)單精餾流程運(yùn)用熱集成技術(shù)，對(duì)比無熱集成其可節(jié)約的費(fèi)用達(dá)50%。由此可見，塔系熱集成技術(shù)分離過程對(duì)能源的消耗程度遠(yuǎn)小于單個(gè)塔分餾的消耗，正因如此其成為企業(yè)節(jié)能重點(diǎn)開展方向之一。

1.4 中段換熱技術(shù)

對(duì)塔頂塔釜輕重組分沸點(diǎn)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(fù)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(dá)到節(jié)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(jié)約從而達(dá)到節(jié)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(zhì)作為加熱源，這也能使塔底再沸器高品位熱源用量得到節(jié)約從而達(dá)到節(jié)能效果。例如，苯酚脫水精餾塔設(shè)置中間再沸器，可為全塔節(jié)省17%的能耗。然而，雖然加裝換熱器有節(jié)能效果，但這種方法會(huì)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(jī)或失穩(wěn)后恢復(fù)穩(wěn)定操作難度大。

1.5 多效精餾技術(shù)

多效精餾原理和多效蒸發(fā)相同，是采用壓力溫度依次降低的若干個(gè)精餾塔串聯(lián)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(zhì)的方式。多效塔的設(shè)計(jì)與控制核心各個(gè)塔熱負(fù)荷相當(dāng)，通過依次降低的溫度壓力差為推動(dòng)力逐級(jí)傳遞系統(tǒng)能量。多塔串聯(lián)除兩端精餾塔外中間精餾塔無引人加熱介質(zhì)和冷卻介質(zhì)，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(shí)能量高的塔頂蒸汽也被冷凝，以此類推，免去了中間塔系統(tǒng)的加熱與冷凝能量消耗，僅需向第一個(gè)最高壓力的塔供熱負(fù)荷和最末端塔提供冷負(fù)荷，系統(tǒng)便可以實(shí)施工作，所消耗的能量為單個(gè)塔能量消耗的1/N。若將三個(gè)塔串聯(lián)在一起運(yùn)用三效精餾的技術(shù)，其理論能耗僅為原來的1/3，能源節(jié)約幅度達(dá)到67%，節(jié)能的效果顯而易見。效數(shù)增加能使用加熱介質(zhì)量變少能量消耗下降，但效數(shù)越多設(shè)備的投資也就越大，并且其受第一級(jí)加熱介質(zhì)和最后一級(jí)冷卻介質(zhì)種類的約束，操作的難度成本也愈來愈大，另外，由單效變?yōu)殡p效可節(jié)約50%的能量，雙效改為三效節(jié)約能源為17%，三效到四效增加8%，因此，工業(yè)上多運(yùn)用雙效精餾節(jié)能。

1.6 熱泵精餾技術(shù)

熱泵精餾是依據(jù)熱力學(xué)第二定律，依靠補(bǔ)償或消耗機(jī)械功將塔頂?shù)蜏卣羝龎荷郎刈鳛樗募訜峤橘|(zhì)的方式。熱泵精餾根據(jù)升溫升壓的介質(zhì)不同可分為閉式循環(huán)型、釜液節(jié)流型和直接塔頂氣相壓縮型三種。熱泵技術(shù)使用關(guān)鍵在于被加熱介質(zhì)與熱源的溫度差，提供溫度差的壓縮機(jī)為技術(shù)核心設(shè)備。大多數(shù)情況下，溫度差越小，熱泵效果越好;當(dāng)溫度差太大時(shí)，由于壓縮機(jī)運(yùn)行費(fèi)用過大，熱泵技術(shù)就不適用了。精餾塔頂循環(huán)氣相介質(zhì)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(shí)滿足采出量的要求，并且被冷卻后回流入塔時(shí)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(tǒng)外提能，經(jīng)過驗(yàn)證分析，熱泵精餾能耗相當(dāng)于只有再沸器直接加熱消耗能量的1/5～2/5，節(jié)能率可達(dá)到60%～80%，故可使精餾的能耗明顯減少，節(jié)能效果非常顯著。另外，相比多效熱集成技術(shù)無需增加塔系就可完成，非常值得需繼續(xù)研究與推廣應(yīng)用。

2 化工精餾節(jié)能技術(shù)發(fā)展

優(yōu)化塔系統(tǒng)操作條件技術(shù)已經(jīng)成為精餾控制常規(guī)技術(shù)的工作，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用發(fā)展;提分離效率、塔系熱集成、中段換熱、多效精餾技術(shù)已經(jīng)得到了一定開發(fā)利用，在新建項(xiàng)目中尤其需要考慮與廣泛應(yīng)用;然而，我國(guó)精餾熱泵技術(shù)應(yīng)用起步較晚，雖然熱泵技術(shù)在蒸發(fā)工藝上已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但在精餾工藝中還處于初期發(fā)展階段。根據(jù)對(duì)比分析，精餾熱泵技術(shù)繼續(xù)研究意義重大，將會(huì)是我國(guó)未來精餾節(jié)能發(fā)展的一大方向。另外，雙效與熱泵技術(shù)結(jié)合使用已在湖北荊門某鋰電行業(yè)中蒸發(fā)系統(tǒng)中得以應(yīng)用，因此，多種技術(shù)的組合應(yīng)用將是發(fā)展的一個(gè)方向、進(jìn)一步開展研究精餾過程的雙效與熱泵技術(shù)結(jié)合技術(shù)有很深遠(yuǎn)的意義?；ぞs節(jié)能技術(shù)廣泛應(yīng)用可降低能耗、更經(jīng)濟(jì)、更綠色、更有利于全球發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

精餾塔優(yōu)化節(jié)能是在達(dá)到相同或更優(yōu)產(chǎn)品質(zhì)量的前提下將能耗降低，精餾節(jié)能技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)投入大量人力、物力進(jìn)行節(jié)能技術(shù)的開發(fā)，節(jié)能新技術(shù)、新工藝、新措施、新方法不斷問世。研究提出的一系列的節(jié)能方法，包括：優(yōu)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(shù)，可在工業(yè)中廣泛推廣使用。因精餾過程受眾多因素的影響，選擇時(shí)需要結(jié)合裝置、物料實(shí)際情況選擇合適方法或幾種方法結(jié)合達(dá)到最優(yōu)節(jié)能。企業(yè)應(yīng)在國(guó)家號(hào)召之下，通過精餾技術(shù)的不斷應(yīng)用與改進(jìn)，增加收益，推動(dòng)節(jié)能減排的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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