精餾工藝中節(jié)能降耗的途徑

李蕓(洛陽永金化工有限公司, 河南 洛陽 471100)

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在全國工業(yè)總能耗中，石油化工能耗所占比重為15%左右。根據(jù)2010年數(shù)據(jù)，與2005年單位GDP能耗相比，2010年下降了20%。相關(guān)部門表示，在整個十二五期間，會將國家節(jié)能減排指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，然后落實到具體企業(yè)中。這樣，這些約束性的指標(biāo)分配對象，不再是地方政府，而是轉(zhuǎn)移至了行業(yè)及企業(yè)中。石油化工行業(yè)耗能較大，這也決定了其節(jié)能潛力也較大。對于石化行業(yè)的能耗而言，分離工藝所消耗的能量為總能耗的40%～70%，而在分離工藝能耗結(jié)構(gòu)中，精餾工藝能耗比重最高，達(dá)到了95%[1]。因此，在當(dāng)前能源危機(jī)這樣一個大的背景下，要想實現(xiàn)節(jié)能這一目標(biāo)，可以從精餾工藝出發(fā)。

1 精餾工藝節(jié)能降耗途徑的分類

目前來說，人們已經(jīng)從理論及實踐這兩個角度來研究精餾工藝的節(jié)能問題，具體根據(jù)是否利用過程工藝以及是否改變工藝流程，可以將精餾操作中的節(jié)能方法歸納為三大類[2]，分別是：①完善精餾工藝流程，通過不斷完善和健全傳統(tǒng)工藝來達(dá)到節(jié)能的目的，目前使用比較頻繁的節(jié)能工藝有多效精餾、熱泵精餾等等；②進(jìn)一步優(yōu)化精餾塔相關(guān)操作，通過應(yīng)用過程技術(shù)來降低精餾塔能耗，包括優(yōu)化回流比、優(yōu)化進(jìn)料位置和進(jìn)料狀態(tài)等等；③對精餾塔進(jìn)行優(yōu)化改造，如改進(jìn)塔板類型和填料等。

2 精餾工藝節(jié)能降耗的途徑

(1)熱泵精餾 依靠精餾工藝中的特殊條件，使用熱泵技術(shù)后可以使得溫位，進(jìn)一步將精餾塔頂部蒸汽引至塔底，用于底部供熱。從本質(zhì)上看，熱泵精餾就是基于熱力學(xué)第二定律所形成的，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎笫沟盟斦羝麥囟壬仙?，之后就可以給塔底加熱。

具體結(jié)合熱源泵消耗外界能量的類型，可以將熱泵精餾分為兩種，一種是壓縮式，另一種是噴射式。對于壓縮式熱泵而言，通常情況下為離心式，壓縮比最大可達(dá)到1.8，可以使得精餾過程能耗下降10%～15%；對于噴射式熱泵而言，它的初期投資相對較小，維修也比較便捷，所需的能源級數(shù)也比較低，但是壓縮比偏小，從而導(dǎo)致了節(jié)能的效率偏低。

(2)多效精餾 對于多效精餾而言，其工作原理如下：從前一個蒸餾塔塔頂所出來的蒸汽，會進(jìn)入下一個精餾塔的再沸器中，并作為一種加熱介質(zhì)，這樣減少精餾塔串聯(lián)操作中的能耗。在這個過程中，僅僅只是兩端的精餾塔需要引入外界加熱介質(zhì)與冷卻介質(zhì)，其他的精餾塔都不需要。因為每個精餾塔的操作壓力都不一致，這就決定了當(dāng)校數(shù)越多的時候，蒸汽用量就越少，兩者呈反比關(guān)系。從第1校到第N校，操作壓力逐漸降低，前一校塔頂蒸汽冷凝溫度比后一校塔釜液沸點溫度略高。

(3)優(yōu)化工藝操作條件 ①采用最優(yōu)回流比。是否能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化精餾塔系統(tǒng)設(shè)計這一目標(biāo)，關(guān)鍵就在于回流比，最佳回流比所表示的是操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用達(dá)到了一個最佳的平衡狀態(tài)[3]?；亓鞅炔粌H會影響到冷凝器的熱負(fù)荷，同時也會影響到再沸器的熱負(fù)荷，能夠直接決定精餾分離中的凈功耗。當(dāng)回流比逐漸高于最小回流比時，操作線就會逐漸遠(yuǎn)離平衡線，所需的塔板數(shù)就會越來越少，這樣就減少了設(shè)備費(fèi)用。進(jìn)一步分析可以知道，當(dāng)回流比進(jìn)一步加大時，蒸汽流動速率會逐漸加大，換熱器熱負(fù)荷也會逐漸加大，這樣整個精餾塔系統(tǒng)中各個換熱設(shè)備的傳熱面積就會加大，最終使得設(shè)備費(fèi)用增加。所以，要確定出一個最佳的回流比，使得能耗達(dá)到最低。

②最佳進(jìn)料狀態(tài)。進(jìn)料狀態(tài)通常都可以用加料狀態(tài)q來表示，它能夠直接影響到精餾塔中的能耗，一旦q值發(fā)生變化，上下精餾段氣液兩相流速就會改變，提餾段同樣也會如此，這樣就會對所需塔板數(shù)量造成影響，也會影響各個換熱器的熱負(fù)荷。如果所處的是高溫精餾這樣一個環(huán)境，如果加料濃度較大，又有與此相適應(yīng)的低溫?zé)嵩磿r，此時所選的q值應(yīng)當(dāng)盡量偏小，也就是說進(jìn)料狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是氣相或氣液相。反之，如果加料濃度較小，所選的q值應(yīng)當(dāng)盡量偏大，也就是說進(jìn)料狀態(tài)為液相，這樣就無需對料液進(jìn)行預(yù)熱，塔釜加熱量也不會增加很多，這樣就達(dá)到了節(jié)能的目的。

③選擇適宜的進(jìn)料位置。一般情況下，都會在塔身上布置多個進(jìn)料口，這樣方便進(jìn)料的調(diào)節(jié)，如果進(jìn)塔物料成分與加料板成分具有較大的差異性，此時必須要變更進(jìn)料位置。在充分保證產(chǎn)品品質(zhì)這一前提下，進(jìn)料中重組分比重越大，進(jìn)料口位置就可以越低，這樣塔釜所需加熱量就會越少。如果進(jìn)料組分具有較大的差異性，可以將這些進(jìn)料進(jìn)行混合后再進(jìn)行單塔處理，也可以選擇一塔多股進(jìn)料。

(4)采用新型塔板及填料 目前所研制的新型高效塔板主要包括以下幾種：傘形氣帽、浮動篩板、新垂直篩板及穿流式浮板等；同時，所研制出的新型高效填料包括：階梯環(huán)、半環(huán)、金屬鞍環(huán)、絲網(wǎng)波紋及板波紋填料等。

3 結(jié)語

對于精餾工藝節(jié)能問題的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)充分重視這一問題，具體結(jié)合實際情況，來采取最為有效的措施，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

[1]周靈丹，湯立新.精餾過程節(jié)能技術(shù)淺談[J].山東化工,2009.38(7):28-32.

[2]張榮梅.精餾過程的節(jié)能降耗[J].高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,2011:9.

[3]張薇薇,劉龍.精餾過程的節(jié)能和優(yōu)化設(shè)計探討[J].化工科技市場,2008,31(3):11-14.