多效精餾節(jié)能技術(shù)

王朝陽

（國電內(nèi)蒙古晶陽能源有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010321）

1 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大量的礦產(chǎn)資源被消耗。在這種形勢下，化工行業(yè)有必要采取措施，為建設(shè)節(jié)約型社會做出自己的貢獻(xiàn)。就精餾技術(shù)而言，化工精餾的節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)代化水平越來越高，對于我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展帶來了有益影響?，F(xiàn)階段，研究人員開發(fā)新型技術(shù)，目的在于有效減少化工精餾所需要消耗的能源，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2 化工精餾技術(shù)

就化工行業(yè)而言，采取措施分離化工產(chǎn)品物料是進(jìn)行化工精餾工序的基本目的。精餾工序是運(yùn)用各種物理或化學(xué)方法，根據(jù)物料液相組分相對揮發(fā)度差異完成物料組分分離?；て髽I(yè)都會設(shè)置專門的精餾塔來完成液相物料的分離與提純。典型的精餾工藝通常在精餾塔底通入熱源對物料進(jìn)行汽化，上升過程中氣相和塔頂下降的液相物料在任一塔板或填料進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，同時進(jìn)行傳質(zhì)過程，促使每一次汽化和冷凝都使氣液兩相組分發(fā)生變化，經(jīng)過多次部分汽化和冷凝，就可將混合液分離為比較純的組分。通過連續(xù)進(jìn)料、回流、采出，保證了精餾塔連續(xù)對組分進(jìn)行分離。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)物料組分的相對揮發(fā)比較接近時，很難對其進(jìn)行有效分離，且這種典型的精餾能耗較高。目前在原基礎(chǔ)上，開發(fā)出的高效導(dǎo)向篩板、金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料等可以提高分離效率。同時對精餾工藝技術(shù)進(jìn)行大幅度改良，如分級換熱網(wǎng)絡(luò)、塔身集熱技術(shù)、換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、多效精餾技術(shù)等。新技術(shù)的應(yīng)用使精餾在物料組分分離提純單元更加高效、節(jié)能。

3 高效精餾技術(shù)中節(jié)能措施

3.1 分級換熱節(jié)能

在精餾過程中，塔身溫度由高到低分配是：底部、中部和頂部。這種溫度分布方式為分級換熱提供了可能性。為此，為了更好地解決中部和底部的溫度差別較大的問題，化工企業(yè)可以在塔身中部放置換熱器，利用這種方式對中部進(jìn)行加熱，從而減少底部的加熱時間，減少精餾過程的能源消耗。與此同時，放置換熱器還可以減少冷凝劑的使用量，進(jìn)而可以保障精餾過程對熱量的綜合利用效率。

3.2 塔身集熱節(jié)能

在傳統(tǒng)的化工行業(yè)中，精餾過程大多是由獨(dú)立的精餾塔來完成的。這種化工生產(chǎn)模式不能體現(xiàn)出各個精餾過程之間的融合性，不能形成高溫度的大環(huán)境，這就加快了精餾塔熱量的消耗，不利于節(jié)省精餾過程所需的能源。在新時期，可以利用精餾塔集熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精餾塔身集熱節(jié)能。工程單位可以以緊密聯(lián)合的方式來建設(shè)多個精餾塔，提高精餾效率，發(fā)揮精餾塔的集群效應(yīng)。具體而言，需要在精餾塔的上下兩端放置物理特性相近的物料，并及時收集塔內(nèi)物料，再次組合分布物理特性相近的物料。

3.3 優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)

化工生產(chǎn)過程中，加熱器、冷卻器和換熱器等部件是組成換熱網(wǎng)絡(luò)的基本單元，對于能量傳遞的實(shí)現(xiàn)有重要意義。在實(shí)踐中，相關(guān)部門需要明確精餾系統(tǒng)所需的最佳換熱溫差，最大化降低系統(tǒng)的設(shè)備投資，來實(shí)現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。具體而言，主要采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法、夾點(diǎn)分析法、人工智能專家系統(tǒng)三種方法來優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)[2]。其中，夾點(diǎn)分析法是工程上廣泛應(yīng)用的方法，也是優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典方法。數(shù)學(xué)規(guī)劃法與人工智能專家系統(tǒng)法還沒有被廣泛應(yīng)用于實(shí)踐層面。由于精餾塔主要的供熱和取熱設(shè)備是冷凝器和再沸器，所以合理地匹配冷凝器與再沸器對于降低精餾塔的能耗具有重要意義。需要注意的是，由于最小換熱面積網(wǎng)絡(luò)使換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度比較高，換熱網(wǎng)絡(luò)的操作及控制難度非常大，所以在優(yōu)化設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)過程中，相關(guān)部門需要避開最小換熱面積網(wǎng)絡(luò)。比如，就低溫甲醇洗裝置低溫段的處理而言，采用用夾點(diǎn)技術(shù)對其進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)可為精餾節(jié)能過程節(jié)約735.4千瓦制冷劑。

4 多效精餾節(jié)能

4.1 多效精餾節(jié)能技術(shù)

現(xiàn)階段，在換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、精餾和化學(xué)反應(yīng)過程中，熱集成節(jié)能技術(shù)都有廣泛應(yīng)用。一般而言，精餾過程熱集成節(jié)能技術(shù)主要涉及以下幾方面：第一，再沸器、冷凝器與系統(tǒng)外熱源的熱集成技術(shù)。第二，再沸器與獨(dú)立精餾塔冷凝器間的熱集成技術(shù)。第三，再沸器與多個精餾塔間的熱集成技術(shù)?，F(xiàn)階段，多效精餾節(jié)能技術(shù)是應(yīng)用范圍比較廣的熱集成方式[1]。其工作原理是對精餾塔熱量進(jìn)行重復(fù)利用。需要注意的是，節(jié)能效果和設(shè)備投資是決定多效精餾效數(shù)的兩個關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，多效精餾節(jié)能技術(shù)的效數(shù)與精餾塔的節(jié)能效果成正比關(guān)系。就現(xiàn)階段而言，雙效精餾和三效精餾技術(shù)在化工生產(chǎn)過程中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。其中，根據(jù)進(jìn)料流動方向的差異，雙效精餾技術(shù)可分為混流型、逆流型、并流型與分流型。在進(jìn)行多效精餾時，需要控制好以下關(guān)鍵因素：第一，保證多效精餾塔的溫差足以滿足熱量傳遞過程的實(shí)現(xiàn)。第二，末級冷卻介質(zhì)與第一級加熱介質(zhì)溫度會對效數(shù)造成限制。第三，精餾效數(shù)越多，多效精餾塔對操作難度和控制系統(tǒng)的要求就越高。

4.2 多效精餾技術(shù)的應(yīng)用

在多效精餾流程中，按照壓力高低的順序，不同等級的精餾塔共同組成多效精餾系統(tǒng)，低壓塔以鄰近塔的高壓塔蒸氣作為自身再沸器的熱源，除了壓力最低的塔，精餾系統(tǒng)會回收各精餾塔蒸氣的冷凝潛熱，來實(shí)現(xiàn)多效精餾。簡言之，每個精餾塔的能量級別有差別，級別較低的精餾塔可以吸收級別較高的精餾塔的能量，從而達(dá)到節(jié)能的目的[3]。隨著科技的發(fā)展，為了降低設(shè)備費(fèi)用，保證節(jié)能效果，專業(yè)人士還提出了一些新的工藝流程。就目前而言，多效精餾中應(yīng)用最多的是兩效與三效精餾，四效精餾應(yīng)用范圍最少。在實(shí)踐中，多效精餾技術(shù)能夠降低再沸器的水蒸氣耗量。以設(shè)計(jì)型模擬優(yōu)化計(jì)算為例，在多效逆流精餾應(yīng)用過程中，精餾流程包括多效平流、多效順流、多效逆流三種基本流程。多效逆流流程中，原料走向與塔操作的壓力梯度方向相反，由低壓塔引入系統(tǒng)。與多效順流流程一樣，多效逆流塔間連接的物料可從塔頂或塔底采出。進(jìn)料組成與節(jié)能效果有關(guān)，即被分離的物料組成的不同與加熱蒸汽用量及精餾節(jié)能效率有密切聯(lián)系。一般而言，如果普通精餾所耗能量體用量過大，那么原料液含輕關(guān)鍵組分越多，改用多效精餾技術(shù)的節(jié)能效果就越顯著。

5 多效精餾節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用前景

就現(xiàn)階段而言，在化工企業(yè)中應(yīng)用多效精餾節(jié)能技術(shù)有利于帶動整個行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。在實(shí)踐中，化工企業(yè)應(yīng)從以下幾方面做起，來對多效精餾節(jié)能技術(shù)進(jìn)行改革與創(chuàng)新：第一，在應(yīng)用的過程中，化工企業(yè)需要立足于企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，解決操作問題和控制問題，改革多效精餾高效節(jié)能技術(shù)設(shè)備，保證多效精餾節(jié)能技術(shù)的先進(jìn)性。第二，為了保證能夠優(yōu)化選擇精餾節(jié)能技術(shù)流程，企業(yè)應(yīng)該利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)建立專家系統(tǒng)與模擬分析系統(tǒng)，從科學(xué)層面來提高精餾高效節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用水平，保證其科學(xué)性和有效性。第三，化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)加大資金投入，保證人才支撐和資金支撐，致力于培養(yǎng)多效精餾節(jié)能技術(shù)人才，以提高自身精餾節(jié)能技術(shù)流程的能力和多效精餾節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用水平。

6 結(jié)語

綜上所述，改革與創(chuàng)新傳統(tǒng)精餾技術(shù)，提升其節(jié)能環(huán)保效益，對于促進(jìn)我國化工企業(yè)的發(fā)展具有非常重要的實(shí)踐意義。其中，多效精餾節(jié)能技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，需要引起化工企業(yè)的重視。同時，在資源日益緊缺的今天，相關(guān)部門采取塔系集熱技術(shù)、分級換熱節(jié)能、優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)等措施，可以有效提高精餾效率。