化工精馏节能技术应用与发展分析

闻伴康

摘 要：现在如今国家资源日益紧缺的情况下，环境和能源的保护愈加需要重视，能源节约成为关注的问题。精馏能耗在化工分离中占到95%，因此，企业通过精馏节能应用意义重大。本文开展精馏节能型技术研究，对各种精馏节能技术进行对比分析，特别是对多效精馏、热泵精馏进行了特点进行说明，预期为相关技术人员提供参考，推動精馏工艺节能发展。

关键词：精馏节能;多效精馏;热泵精馏

国家资源环保问题日益严重，现代化工进程对节能环保工作非常重视。在已经建设完成的装置中精馏节能技术以操作条件及管理作为节能控制点，虽然获得了一些成绩，但是受到设备的瓶颈限制，无法达到大幅度降低能耗。本文从装置建设之初设计阶段作为出发点，以新型高效节能技术运用作为重点，对精馏塔顶冷凝热合理的加以利用，实现精馏塔内或塔间热集成，进而减少精馏生产中的能量损耗，根本上解决精馏能量消耗高的技术问题，能够在石化、环保、能源工业上实行推广。另外，有效的精馏节能不光实现能源的可持续发展，而且是可以为企业带来丰厚的经济效益，本文通过精馏实操、模拟软件与市场发展对节能研究，对精馏节能进行讨论分析以下。

1 化工精馏节能技术应用

1.1 优化操作条件技术

对于已经建成的塔系统装置，精馏塔的主要操作条件包括以下几点：操作压力、温度、回流比、进料位置以及采出料量等。这些操作条件均可以根据实际生产与技术的要求进行调整来实施操作，对于分离值的最佳温度、回流比、进料位置、操作的压力以及采出料量等参数能够运用精馏过程模拟软件对灵敏度的分析或根据生产技术数据统计来确认，从而获得最小的冷凝负荷以及再沸器热负荷，进而达到节约精馏能耗的目标。

1.2 提分离效率技术

优化精馏的操作条件，对节能起到一定作用，但由于设备本身设计极限限制无法起到较大的节能。实验发现分离效率的提升，可以起到减少能耗的作用。因此，在固定的精馏设备尺寸下，对内部结构的选择对能源的节约也起着很大的作用，运用高效导向筛板、选择新型的规整填料制造的精馏塔，不仅可以提高分离的效率，降低精馏塔的操作回流比，还能提高产品质量。由于精馏塔的能耗与回流比呈线性关系，这样就成比例地降低了能耗直接提高了企业的经济收益。因此，更换高效塔板、填料提高分离效率是在已经建设好的装置节能的有效方法。研发更高效填料、塔板是技术人员需不断创新的一个方向。

1.3 塔系热集成技术

塔系热集成是通过优化多塔精馏序列完成的方法，包括：先分离易对系统造成腐蚀或者导致结焦的组分，保证后续塔操作的连续稳定并降低设备材料要求;进料按分子数相近的分为两股流，依照塔顶和塔底各50%的比例分馏;依据塔顶产品的挥发程度按照依次递减的顺序进行逐一回收;如果有组分需要在更高冷或热负荷的条件下才能进行分离操作，应使进入更高负荷系统的组分数尽量减少;把相对挥发度最接近的关键组分放在最后分离;对产品纯度要求比较高的组分最后分离，等等。简单精馏流程运用热集成技术，对比无热集成其可节约的费用达50%。由此可见，塔系热集成技术分离过程对能源的消耗程度远小于单个塔分馏的消耗，正因如此其成为企业节能重点开展方向之一。

1.4 中段换热技术

对塔顶塔釜轻重组分沸点温度相差较大的精馏塔，可在其中间部分加装换热器通过冷热负荷，使能量均衡分布状况。其原理是通过在中部换热器可改变操作线斜率，利用低品位能源换热，从而达到节能目的。若精馏塔上部有明显的温度变化，可在精馏段的某塔板间加装冷凝器，利用低品位冷剂作为冷却源，这样使塔顶冷凝器高品位冷剂的量得到节约从而达到节能效果;若精馏塔下方有明显温度变化，可以在提馏段的某塔板间加装再沸器，利用低品位热介质作为加热源，这也能使塔底再沸器高品位热源用量得到节约从而达到节能效果。例如，苯酚脱水精馏塔设置中间再沸器，可为全塔节省17%的能耗。然而，虽然加装换热器有节能效果，但这种方法会削弱精馏段或提馏段的塔板分离能力。另外，由于中部冷热量的加热，塔系开停机或失稳后恢复稳定操作难度大。

1.5 多效精馏技术

多效精馏原理和多效蒸发相同，是采用压力温度依次降低的若干个精馏塔串联的操作流程，前一精馏塔的塔顶蒸气用作后一塔再沸器的加热介质的方式。多效塔的设计与控制核心各个塔热负荷相当，通过依次降低的温度压力差为推动力逐级传递系统能量。多塔串联除两端精馏塔外中间精馏塔无引人加热介质和冷却介质，中间压力与温度较低的塔通过能量高的塔顶物料向其釜再沸器供热，同时能量高的塔顶蒸汽也被冷凝，以此类推，免去了中间塔系统的加热与冷凝能量消耗，仅需向第一个最高压力的塔供热负荷和最末端塔提供冷负荷，系统便可以实施工作，所消耗的能量为单个塔能量消耗的1/N。若将三个塔串联在一起运用三效精馏的技术，其理论能耗仅为原来的1/3，能源节约幅度达到67%，节能的效果显而易见。效数增加能使用加热介质量变少能量消耗下降，但效数越多设备的投资也就越大，并且其受第一级加热介质和最后一级冷却介质种类的约束，操作的难度成本也愈来愈大，另外，由单效变为双效可节约50%的能量，双效改为三效节约能源为17%，三效到四效增加8%，因此，工业上多运用双效精馏节能。

1.6 热泵精馏技术

热泵精馏是依据热力学第二定律，依靠补偿或消耗机械功将塔顶低温蒸汽升压升温作为塔釜的加热介质的方式。热泵精馏根据升温升压的介质不同可分为闭式循环型、釜液节流型和直接塔顶气相压缩型三种。热泵技术使用关键在于被加热介质与热源的温度差，提供温度差的压缩机为技术核心设备。大多数情况下，温度差越小，热泵效果越好;当温度差太大时，由于压缩机运行费用过大，热泵技术就不适用了。精馏塔顶循环气相介质的热量必须能够提供给精馏塔本身正常分离要求提供的热量，其流量要也要同时满足采出量的要求，并且被冷却后回流入塔时候的温度要低于塔顶温度。因过程所回收的潜热用于本身，又省去了塔顶冷凝器冷却水和塔釜加热，仅压缩消耗的能量是唯一由系统外提能，经过验证分析，热泵精馏能耗相当于只有再沸器直接加热消耗能量的1/5～2/5，节能率可达到60%～80%，故可使精馏的能耗明显减少，节能效果非常显著。另外，相比多效热集成技术无需增加塔系就可完成，非常值得需继续研究与推广应用。

2 化工精馏节能技术发展

优化塔系统操作条件技术已经成为精馏控制常规技术的工作，已经被广泛应用发展;提分离效率、塔系热集成、中段换热、多效精馏技术已经得到了一定开发利用，在新建项目中尤其需要考虑与广泛应用;然而，我国精馏热泵技术应用起步较晚，虽然热泵技术在蒸发工艺上已经广泛应用，但在精馏工艺中还处于初期发展阶段。根据对比分析，精馏热泵技术继续研究意义重大，将会是我国未来精馏节能发展的一大方向。另外，双效与热泵技术结合使用已在湖北荆门某锂电行业中蒸发系统中得以应用，因此，多种技术的组合应用将是发展的一个方向、进一步开展研究精馏过程的双效与热泵技术结合技术有很深远的意义。化工精馏节能技术广泛应用可降低能耗、更经济、更绿色、更有利于全球发展。

3 结语

精馏塔优化节能是在达到相同或更优产品质量的前提下将能耗降低，精馏节能技术在国内外已经投入大量人力、物力进行节能技术的开发，节能新技术、新工艺、新措施、新方法不断问世。研究提出的一系列的节能方法，包括：优化操作条件、提分离效率、塔系热集成、中段换热、多效精馏、热泵精馏技术，可在工业中广泛推广使用。因精馏过程受众多因素的影响，选择时需要结合装置、物料实际情况选择合适方法或几种方法结合达到最优节能。企业应在国家号召之下，通过精馏技术的不断应用与改进，增加收益，推动节能减排的持续发展。

参考文献：

[1]李大伟，李瑞端，张洪彬.顺流双效精馏节能率的模拟研究[J].化学工程与装备，2016（07）：42-44.

[2]高维平，杨莹，刘学线，等.化工精馏高效节能技术开发及应用[J].计算机与应用化学，2008，（12）：1531-1536.