化工精餾高效節(jié)能技術開發(fā)及應用研究

劉勇全 吳玉龍

(陜西長青能源化工有限公司 陜西西安 721000)

引言

二十一世紀以來，全球石油化工行業(yè)節(jié)能減排要求逐年提高，化工裝備的能源消耗是化工過程能耗的主體，為了完成能源優(yōu)化的目標，對化工過程進行優(yōu)化意義重大。一般來講，化工裝備主要分為分離過程和反應過程兩大部分，其中分離過程的能源消耗超過整體能耗的75%，精餾過程是分離過程的主要部分，其能耗比例超過總能耗的50%，由此可見，降低精餾過程的能源消耗是降低化工裝備能耗的關鍵。普通蒸餾過程中優(yōu)化主要分離構件和操作流程不能大幅度的降低蒸餾能耗，目前化工過程中高效精餾技術的應用并不廣泛，需要進一步的分析和研究。本文將著力于此方面，來探討在對于精餾化工中的現行技術的發(fā)展運用狀況。

一、 精餾原理及影響因素

1.精餾原理

蒸餾的基本原理就是根據物料的不同物理性質將其進行分離，一般來講在蒸餾塔中完成，由底部蒸汽熱量造成的塔釜汽化物料在不同性質的塔板上進行傳熱和傳質反應，最終根據塔板上汽化組分的自身輕重將其分離，多余的塔釜汽化物料在塔頂被冷凝水冷卻并回收循環(huán)。塔頂的蒸汽損耗過大時造成普通蒸餾過程中能耗過大的主要原因，精餾過程就是將此部分的熱量進行合理利用，已達到增效節(jié)能的目的。

2. 精餾影響因素

精餾過程受到多類條件的影響，其中塔壓、進料量、溫度和回流比是其中的主要影響因素。塔壓的變化可以導致塔板上組分成分發(fā)生變化，其分離濃度發(fā)生改變；進料量要求不能在加熱釜和冷凝器的額定范圍內，過多的進料量直接影響塔頂產品的輸出質量；物料溫度的下降可以導致蒸餾塔底冷負荷的增加，對分離狀態(tài)影響非常大；回流比的增加可以提高塔頂產品的質量，回流比過小直接導致分離效果變差，所以必須保證一定的回流比以保證蒸餾效率。

3 高效節(jié)能精餾技術的開發(fā)

根據分離物的種類和回熱吸收方式的不同，精餾過程可以分為很多節(jié)能流程和方式，很多節(jié)能手段都不同程度的改善了精餾過程，提高了能源利用率，具體來講主要從以下幾點進行了優(yōu)化：

3.1 分級換熱技術

為了提高蒸餾塔中低品位能的利用效率，平衡塔中冷熱狀態(tài)，一定程度上消除塔底和塔頂之間的巨大溫差，可以在塔板中間安裝中間換熱器。當精餾塔上不出現較大的溫差時，可以利用較低品位的冷凝劑作為冷卻源，減少高品位冷凝劑在主冷凝器中的應用，從而降低了能耗；當精餾塔下部出現較大溫差時，可以在塔板之間安裝再沸器，同時使用低品位的熱量進行換熱，從而提高整體熱效率。

3.2 塔系熱集成技術

塔系熱集成技術中采用多塔精餾，其能耗遠遠的小于單個蒸餾塔精餾過程的能耗，單位蒸餾量下節(jié)約操作過程中的能量甚至能超過百分之五十，其主要過程如下：

將分子數相近的進料按1:1 分布在蒸餾塔的上下兩部，按照不同物質的揮發(fā)性質來將其逐個回收，其中組分中出現沸點差距較大的物相時，將其放入冷卻等級較低的系統(tǒng)塔中進行蒸餾，并且將相對揮發(fā)度最高的關鍵組分放到尾部進行收集。

3.3 多效精餾技術

多效精餾指的是多股等量原料進入塔壓和操作溫度依次增加的精餾塔中，組分高的塔可以為組分低的塔提供再沸器的熱能，同時將其冷凝，其降低了高組分的冷源水消耗和低組分塔的熱能消耗，從而提高了能源的利用效率。

目前，雙效精餾是應用最為廣泛的多效精餾技術。雙效精餾又分為平流流程、順流流程和逆流流程，下面以圖示進行說明。

如圖1 是平流示意圖。雙效平流流程其蒸汽走向與順流和逆流流程相同，其采用高低壓塔的雙路進料流程，產品在塔底和塔頂都有產出，低壓再沸器的熱源來自于高壓冷凝器，從而降低了能耗。

圖2 順流流程

如圖2 是順流流程。雙效順流流程的原料先進入高壓蒸餾塔再進入低壓蒸餾塔，高壓塔的釜底液可以作為低壓塔的底部熱源。

如圖3 是逆流流程。雙效逆流流程中加熱蒸汽由高壓塔進入，原料從低壓塔進入，低壓塔再熱器的熱量由高壓塔提供。

二、精餾的工業(yè)化應用前景

化工精餾技術越來越成熟，但實際應用還不是非常廣泛，究其原因主要在于沒有專業(yè)的技術人才進行現場指導、工業(yè)化設計還不夠系統(tǒng)完善、未建立工業(yè)化示范裝置、節(jié)能精餾流程的復雜性、前期投資成本較高等。

基于這些原因，我國必須做出相應的措施，首先培養(yǎng)相關的專業(yè)技術人才，并投入資金進行前期節(jié)能精餾流程的模擬和優(yōu)化，為工業(yè)化應用打下堅實的基礎。再次需要建立區(qū)域節(jié)能精餾示范裝置，作為技術共享平臺供化工企業(yè)進行學習，同時發(fā)現生產中存在的問題并加以解決。最后還需要國家出臺相關政策進行產業(yè)化支持，鼓勵企業(yè)投入資金提高能效。

三、 結論

本文基于節(jié)能降耗的出發(fā)點，對現出現的化工精餾技術進行分析討論，比如分級換熱、塔系熱集、多效精餾這些技術原理應用等。從析中可看出，化工精餾在節(jié)能降耗面上愈益成熟，可實際應用仍顯不足。技術的更新仍需要技工人員素質的配套提升，以及相應管理與設備的及時相合，這樣整體的同步進步才能很好地連貫進行，充分發(fā)揮出新技術的優(yōu)勢與巨大效用，達到最適當的實施節(jié)能降耗目的。也就是說，化工精餾技術的高效利用可以很大程度上提高節(jié)能效率，提高企業(yè)的經濟效益和工作效率，但是其工業(yè)化應用還處于起步階段，需要國家政策大力扶持和相關技術人才的整體素質提升與積極配合，才能最終實現節(jié)能目的。

[1]莫賢娣. 影響精餾操作的主要因素及精餾節(jié)能技術淺析[J]. 化學工程與裝備,2011,01:71-72.

[2]趙蘇杭. 影響精餾操作的主要因素及精餾節(jié)能技術淺析[J]. 化工管理,2013,12:30+32.

[3]王建忠.馬文嬋.王鵬輝. 精餾過程的節(jié)能現狀與對策[J]. 河北化工,2006,04:27-30.