化工行業(yè)精餾高效節(jié)能技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

姚春艷(中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

0 引言

在經(jīng)濟發(fā)展持續(xù)加快的背景下，全社會的能源消耗量大幅增加，同時也引發(fā)了環(huán)境與氣候問題。若要實現(xiàn)可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展，就必須降低能耗、減少排放。就化工行業(yè)而言，通過技術(shù)改造做與創(chuàng)新，采用節(jié)能降耗的先進技術(shù)，可以有效提升生產(chǎn)的整體效率，達到節(jié)能減排的目標。

具體到化工行業(yè)最常用的精餾技術(shù)，其技術(shù)創(chuàng)新與優(yōu)化的一個重要關(guān)注點就是高效節(jié)能。通過對精餾工藝技術(shù)進行改造，生產(chǎn)效益會大幅提高，產(chǎn)品質(zhì)量也能真正得到保證，還可以將精餾過程中所消耗的能源控制在最小的范圍內(nèi)。因此，切實做好化工精餾高效節(jié)能技術(shù)的研發(fā)工作具有十分重要的現(xiàn)實價值。

1 化工精餾分析

精餾是化工領(lǐng)域中最為成熟，應(yīng)用最為廣泛且必不可少的單元操作，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，常用的設(shè)備有板式精餾塔和填料精餾塔。

對精餾產(chǎn)生影響的因素有很多，進料量、溫度、塔壓、回流比等均會帶來影響，尤其是當(dāng)塔壓出現(xiàn)變化時，塔板構(gòu)成必然會產(chǎn)生明顯改變，分餾濃度也會發(fā)生較大的變化。對進料量的控制也不可忽視，如果過多的話，產(chǎn)品輸出質(zhì)量就難以得到保證，位于塔底的物料出現(xiàn)溫度降低時，冷負荷必然會加大，這對分餾狀態(tài)產(chǎn)生的影響較大?；亓鞅冗m當(dāng)增加可以保證產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，因而要對回流比加以控制，確保在合理的范圍當(dāng)中[1]。對冷能量加以利用使得塔頂汽順利冷凝，形成的物料能夠順利回流，其余部分則要予以采出。精餾的整個過程當(dāng)中，塔頂蒸汽的冷凝是通過冷凝劑實現(xiàn)的，而此時會有很多熱量被帶走，如將這部分熱量加以利用就能使得塔底再沸器能夠獲得所需熱量，如此就可明顯降低能耗，節(jié)能增效自然就可達成。

2 精餾高效節(jié)能技術(shù)開發(fā)及其意義

精餾通常在精餾塔中進行，氣液兩相通過逆流接觸進行相際傳熱傳質(zhì)，是工業(yè)過程中能耗和設(shè)備投資相當(dāng)高的環(huán)節(jié)。在煉油、石化、化工等行業(yè)中，其能耗可占到全過程總能耗的50%以上。因此，對精餾過程節(jié)能技術(shù)的研究具有極其重要的意義。

2.1 有利于降低化工精餾過程的能量消耗

化工精餾是利用液相、氣相轉(zhuǎn)化，進而使得物質(zhì)能夠順利分離，此種工藝流程具有很大的節(jié)能潛力。相關(guān)人員對此要有清晰的認知，通過優(yōu)化控制過程參數(shù)，就可以大幅降低能耗。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)針對化工精餾高效節(jié)能技術(shù)展開深入研究，嚴格控制傳熱反應(yīng)的速度，適當(dāng)調(diào)整蒸汽量，確保蒸餾塔中的溫度能夠?qū)崿F(xiàn)靈活轉(zhuǎn)變，蒸汽熱量的利用率會有明顯提升。對分級換熱技術(shù)予以充分利用，信號傳遞采用數(shù)字化方式，可以使得信息傳輸更為順利，精度也更高，在此基礎(chǔ)上就可保證熱量調(diào)整方案能夠得到合理應(yīng)用。

2.2 有利于提升化工精餾效率和產(chǎn)品質(zhì)量

化工精餾操作一般是在多個蒸餾塔當(dāng)中完成，因而多程序串聯(lián)運行是十分必要的，而這對節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠起到?jīng)Q定作用。研究人員大力開發(fā)高效節(jié)能技術(shù)，確保蒸餾塔中的散失能量能夠順利收集，切實達成能量的聚合、分配，這樣能量就可得到更為充分的利用。冷凝、汽化過程當(dāng)中的能源消耗可控制在合理范圍內(nèi)，精餾工藝應(yīng)用的實際效果也就可以得到保證，確保物質(zhì)能夠得到有效分離，而且分離組分純度可達到預(yù)期，精餾效率明顯提升，質(zhì)量也可得到切實保證[2]。

2.3 有利于化工行業(yè)高效穩(wěn)定發(fā)展

由于化工行業(yè)高度重視混合物質(zhì)的分離，分離的過程中確保能源得到充分利用則是重中之重，只有將能源損耗控制在最小范圍內(nèi)，帶來的經(jīng)濟效益才能實現(xiàn)最大化。對混合物進行分離時，最常用的方式為蒸餾，然而其消耗的能源卻是非常大的，其能源消耗會占整個生產(chǎn)過程總能耗的70% 以上，其中精餾則是最為關(guān)鍵的步驟，其消耗的能源也超過整個蒸餾過程50%，若想解決這個問題，必須要對高效節(jié)能技術(shù)進行開發(fā)，尋找到可行的措施將能量損耗控制在合理范圍內(nèi)，并確保物質(zhì)分離的效率、質(zhì)量有明顯提高，使化工產(chǎn)業(yè)能夠一直保持穩(wěn)定發(fā)展。

3 影響精餾過程的主要因素

化工行業(yè)采用的精餾工藝操作復(fù)雜，對其產(chǎn)生影響的因素也比較多，溫度、壓強等均會起到約束作用。化工精餾產(chǎn)品的質(zhì)量會受到精餾塔壓強、進塔物料量、塔內(nèi)溫度、回流比的影響，而且影響程度是存在一定差異的。精餾塔中的壓強參數(shù)發(fā)生變化后，塔板之上的單一組分物料也必然會隨之改變，如果原料當(dāng)中含有較多雜質(zhì)的話，精餾過程必然受到影響，產(chǎn)品質(zhì)量也很難保證[3]。蒸餾塔進料量也是要加以嚴格控制的，不可超出裝置承受范圍，一旦物料量過多，產(chǎn)品質(zhì)量就會受到影響。進行化工精餾時，應(yīng)該要保證蒸餾塔、零部件的溫度處于最為合適的范圍中。蒸餾工作開始之后，一旦工作人員出現(xiàn)操作失誤，并導(dǎo)致蒸餾塔中的溫度降低，帶來的結(jié)果就是塔底負荷量加大，物料分離的實際效果達不到預(yù)期，物料成分無法保持一致，雜質(zhì)成分也就會出現(xiàn)，化學(xué)精餾效果自然就會受到影響。

這里需要強調(diào)的是，回流比的控制也是不可忽視的，這是保證精餾效果的關(guān)鍵所在。如果回流比偏高的話，產(chǎn)品質(zhì)量會得到提升；如果較低的話，物料就必然會出現(xiàn)分類差異。所以，在展開化工精餾時一定要對回流比加以控制，確保能夠處于標準范圍中，使化工精餾操作有序展開。

4 化工精餾高效節(jié)能技術(shù)開發(fā)

4.1 分級換熱技術(shù)

若想保證低品位能源可以得到更為充分的利用，蒸餾塔維度必須要適當(dāng)調(diào)節(jié)，確保處于平衡狀態(tài)，尤其是要確保溫度、冷熱程度最為合理。為了達成這個目的，分級換熱技術(shù)得到了應(yīng)用，這一技術(shù)可以使得塔底、塔頂間存在的溫度差切實消除。應(yīng)用此項技術(shù)時，中間換熱器應(yīng)該要置于各個塔板中間，當(dāng)精餾塔溫度出現(xiàn)明顯差異時就可通過其來實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。除此以外，對低品位冷凝器加以利用可以確保溫度有一定程度降低[4]，能源損耗就可控制在較低范圍內(nèi)。另外，當(dāng)精餾塔的塔底溫度改變時，對分級換熱技術(shù)加以應(yīng)用，可利用位于塔板間的再沸器來達成熱量轉(zhuǎn)換目標，這樣置換效率會有明顯提升，系統(tǒng)熱效率也能保證，確保產(chǎn)品質(zhì)量可以達到標準要求。

4.2 多效精餾技術(shù)

要有效降低化工精餾能耗，就必須確保非必要能量損耗能夠大幅減少，蒸汽熱量可以實現(xiàn)循環(huán)利用，將成本控制在最低范圍內(nèi)。對于化工企業(yè)來說，要對物質(zhì)提純要求有清晰的認知，在此基礎(chǔ)上針對精餾技術(shù)進行開發(fā)，確保多效精餾技術(shù)能夠得到充分利用。明確具體的操作流程，重視塔系控制方式的選擇，確保物料流是精準的，相關(guān)人員要對精餾技術(shù)原理有清晰的認知，針對節(jié)能效果展開準確計算，進而使得精餾技術(shù)能夠真正得到充分應(yīng)用。

精餾工序操作工的技能也是不可忽視的節(jié)能要素之一。因此要有可行的措施來提升其工作能力和專業(yè)水平，組織相關(guān)人員深入學(xué)習(xí)精餾的工藝原理，確保對低熱量循環(huán)模式有深入了解，明確操作重點，確保操作準確無誤，實現(xiàn)最佳的操作，使熱量綜合設(shè)計布局更為科學(xué)。為使精餾節(jié)能技術(shù)得到有效應(yīng)用，就必須培養(yǎng)一支高素質(zhì)的研發(fā)人才隊伍，這是保證節(jié)能降耗模式能夠?qū)崿F(xiàn)推廣的基礎(chǔ)。

進行多效精餾時，必須要確保加熱蒸汽、物料流向能夠?qū)崿F(xiàn)合理安排，將順流、逆流、平流予以明確，高壓塔、低壓塔的進料也要加以管控，確保動力能夠有明顯提高。在精餾節(jié)能的效果、效數(shù)的計算的過程中，要確保計算公式是最為合適的，保證計算結(jié)果準確。塔系數(shù)量持續(xù)加大后，節(jié)能效果會更為理想，從計算所得的結(jié)果來看，單塔精餾的節(jié)能效果是0，而雙塔精餾達到50%，而三塔精餾則提升至67%。這里需要指出的是，效數(shù)增加之后，節(jié)能效果提升率則會降低，因而當(dāng)節(jié)能效果、經(jīng)濟效益得到保證后，必須明確精餾塔系的數(shù)量，通常2～3 是最為適合的。

4.3 塔系熱集成技術(shù)開發(fā)

在對混合類化工物質(zhì)進行分離時，想要保證分離質(zhì)量有明顯提高，必須要能明顯降低蒸餾精餾產(chǎn)生的能量損耗，確保熱量利用更為充分?；て髽I(yè)要從生產(chǎn)現(xiàn)狀出發(fā)，對技術(shù)研發(fā)成果加以應(yīng)用，確保塔系熱集成技術(shù)能夠更加完善，在應(yīng)用過程中可以保持更為穩(wěn)定的狀態(tài)。精餾塔物料投放應(yīng)該保障其比例是最為科學(xué)的，確保熱量能夠真正實現(xiàn)有效整合，并要建立起更為完善的規(guī)范機制，使蒸汽熱量的利用更加合理，精餾塔系熱集成技術(shù)自然就能夠?qū)崿F(xiàn)高效應(yīng)用[5]。比方說，為了使得物料投放比例更加科學(xué)，必須要確保塔內(nèi)持液量的實際占比處于合理的區(qū)間中，這樣可實現(xiàn)內(nèi)部熱集成。原油精餾必須要針對各組分展開有效分離，烷烴、環(huán)烷烴、芳烴均要做到不同餾分，如此就可依據(jù)其物理性質(zhì)來實現(xiàn)順利回收，將沸點差異作為依據(jù)，對溫差平均值展開計算，進而使得處理更具實效性。如果冷凝性較差，在進行處理時應(yīng)該要將其放置在精餾塔系中，這樣就可順利收集損耗蒸汽熱量，再沸器、冷凝器自然就可得到充分利用，能量利用效率也會明顯提升，熱量回收的實際效率自然就可得到保證，塔系熱集成技術(shù)的實際應(yīng)用更加符合規(guī)范要求。

5 化工精餾高效節(jié)能技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

為了保證化工精餾高效節(jié)能技術(shù)的開發(fā)工作順利完成，必須要進行反復(fù)實踐，已達到能源節(jié)約的目的，化工產(chǎn)品質(zhì)量也會有明顯提高，而生產(chǎn)成本則可控制在合理的范圍內(nèi)。從企業(yè)的實際應(yīng)用情況來看，若想使得能源節(jié)約效果更為理想，化工企業(yè)在應(yīng)用時遇到一些實際問題也是不可忽視的。

引進新技術(shù)時，企業(yè)必須要確保員工可以熟練應(yīng)用，不可出現(xiàn)盲目使用的情況。要系統(tǒng)培訓(xùn)員工，確保相關(guān)人員熟練掌握，大幅降低操作失誤的概率，物料損毀也可切實避免[6]。對于化工企業(yè)來說，除了要對節(jié)能技術(shù)加以應(yīng)用外，同時要建立節(jié)能技術(shù)模型，技術(shù)人員應(yīng)該要對模型加以優(yōu)化，一旦發(fā)現(xiàn)問題就可利用模型進行實驗，進而使問題得到順利解決。通過模型可以確定應(yīng)用更為順利的話，就可將其用于實際生產(chǎn)中。

目前盡管高效精餾節(jié)能技術(shù)受到石化和化工企業(yè)的高度重視，但技術(shù)短缺問題是現(xiàn)實存在的。企業(yè)的技術(shù)開發(fā)能力也明顯不足，實際應(yīng)用中也經(jīng)常會出現(xiàn)問題，無法滿足企業(yè)實際生產(chǎn)需要，而且想要解決難度非常大。這就要求企業(yè)的研發(fā)機構(gòu)對此予以重點關(guān)注，將技術(shù)出售給工廠時必須要將技術(shù)支撐做到位，也就是要指定專業(yè)能力較強的人員對工廠技術(shù)人員進行指導(dǎo)，使客戶能在短時間內(nèi)掌握新技術(shù)，確保技術(shù)應(yīng)用效果更為理想。

化工精餾高效節(jié)能技術(shù)比較復(fù)雜，影響了企業(yè)使用的積極性，對高效節(jié)能精餾技術(shù)的推廣非常不利。為了使精餾高效節(jié)能在行業(yè)得到更加廣泛的應(yīng)用推廣，就需要相關(guān)部門創(chuàng)建優(yōu)化流程，比如模擬分析系統(tǒng)，使同行業(yè)間信息交流得到加強，促進精餾技術(shù)的發(fā)展。

6 結(jié)語

精餾是石化和化工行業(yè)應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，如何在精餾這一傳統(tǒng)工藝流程上深挖節(jié)能潛力，實現(xiàn)節(jié)能技術(shù)突破，是學(xué)界和技術(shù)專家以及石化企業(yè)一直努力的方向。精餾裝置的節(jié)能對企業(yè)降成本、行業(yè)綠色低碳、社會節(jié)能減排都具有重要意義，高效節(jié)能的精餾技術(shù)在化工生產(chǎn)行業(yè)中發(fā)展空間巨大，理應(yīng)成為石化和化工行業(yè)高度關(guān)注和努力的方向。