精馏系统中节能技术的应用研究

张立超

摘 要：精馏技术是化工企业生产工艺中的一项关键技术，但化工生产中运用精馏技术进行物系分离，不仅会带来巨大的能源消耗，增加企业生产成本，而且还会加剧大气污染，影响生态环境。随着当前节能减排、提质增效观念的逐步深入，化工企业也应积极引入节能新技术，改善生产工艺，提高能源综合利用效益。本文在此对精馏系统中节能技术的相关运用进行分析，以便于促进化工企业的可持续发展。

关键词：节能技术;精馏系统;应用研究

在化工企业的日常生产作业中，精馏工艺环节必不可少，然而精馏过程耗能极大，混合物挥发过程和各组分分离途中都会产生较大的能源损耗和污染排放，既增加了化工企业的经济压力，又不利于生态环境保护。所以加强对精馏系统的节能技术改造，已经变得尤其紧迫和重要。笔者就此从精馏系统的现状谈起，接着分析了节能技术在精馏系统中的具体运用。

1 精馏系统现状

随着科学技术的不断发展，社会经济越发繁荣，化工企业的生产水平也得到了逐步提高，精馏系统作为化工生产中关键内容，一直以来都是整个行业所关注的焦点。从我国化工行业的现状来看，当前的精馏系统建设已经较为完善，并且在传统的工艺体系和结构布局上都有了极大进步。然而目前我国各化工企业中通过运用“MTBE”生产裂解方案，其自身缺陷较多，例如催化和蒸馏两个环节分别在不同发生器内进行，这就使得蒸馏和催化过程更复杂，直接拉低作业效率;而采用的密闭一体化结构，不仅增加了设备的后期维护负担，并且还导致蒸馏的产品纯不够纯净，带来较大资源的浪费，很显然不合符当前节能减排的社会要求。目前国外发达国家主要使用反应精馏，作为一种特殊精馏技术，它使精馏过程与反应过程有机衔接，一方面通过反应热加快分离速度，以更低的能耗实现更大效益，另一方面又通过分离作业提升反应效率。其在降低设备建设成本，减少反应过程的能耗方面具有显著效果，也是目前国际“节能减排”的主要技术措施。但在我国此类技术地应用还较少，很多化工企业依然停留在传统生产工艺上，不重视新技术、新工艺的推广使用，尤其是在煤炭、石油等传统能源领域中，与国外的技术差距还比较大。新时期节能环保已成为化工生产企业的一道硬行指标，大力推广节能技术，提高精馏作业效益，将是化工企业提升市场竞争力实现可持续发展的重要出路。

2 节能技术在精馏系统中的具体应用

2.1 分级换热节能技术

精馏作业中，精馏塔各段温差较大，一般温度由下至上，从高到底依次衰减。基于各部温度之间的较大差异，也使得精馏效果不理想，并带来能源的无形损耗，所以在实际精馏过程中，我们可以调整换热器的布置位置，将它置放于精馏塔中部区域，以此加大塔身的热量，改善塔身上下温度分布不均的现象，并可有效降低塔底加热的时间，从而减少精馏中的能源损耗。另外，换热器位置调整后，也有助于减少冷凝剂的使用量，利于提升精馏过程中的热利用率，满足精细化生产要求。

2.2 塔身集热节能技术

以往精馏过程中，化工企业降低生产成本的方式为，以少数精馏塔来实施多数精馏活动，虽然节省了精馏塔的建设成本，但是过少的精馏塔难以满足日常生产需要，不仅影响精馏作业效率而且对精馏质量也构成较大威胁，尤其是在对一些挥发组分差异较小的物料进行精馏作业时，会带来更高的能耗和污染排放。鉴于此，化工企业应积极引入精馏塔集热技术，以此降低精馏塔内热能损失，实现热能充分利用达到节能目的。在实际运用中，化工企业需要建设多个精馏塔，并将一些组分相同或相近的物料置放于精馏塔的上下两端区域，且及时回收塔内物料，同时可对这些特性相近的物料再次予以组合利用，利用精馏塔的集群功能，充分发挥物料性能，以此提高精馏质量，达到节能体质的最终目标。

2.3 优化换热网络

所谓换热网络优化就是以最低的经济成本回收最大量的热能，实现热能的充分利用。通过合理匹配冷热物流，利用热的传递性，提升精馏塔内的整体热能，可降低能源的持续消耗，有效回收余热，实现更高经济价值。精馏体系中，加热器、冷却器、换热器是换热网络的关键部件，也是进行热传递的关键渠道，为有效降低精馏作业过程中的能源损耗，化工企业需要在生产作业中，明晰精馏过程所需的最佳换热温差，以此有针对性地优化换热网络。就目前行业通用的技术手段来看，主要使用的是夹点分析法，夹点内涵在于将同一个过程分作上下两个独立部分，夹点上方主要由热共用工程进行持续输热，热能只进不出;而夹点下方在冷公用工程支持下，热能只出不进，夹点上下两个区域通常无任何热流交替。所以如果在精馏作业中出现较大能源损耗，那么一定有热能跨夹点传递的现象存在。利用夹点分析法，以节点有极限值为出发点，预先构建一个最大化热回收初始网络，其后对热成本和设备成本进行比对分析，调优初始网络从而获得最优换热网络结构，此法还可及时判别是否出现热损耗，并未相关措施提供技术支持。另外，再沸器和冷凝器作为精馏系统中的供热和取热部件，在实际作业中技术人员应对两者进行科学匹配，从而减少能耗。与之同时，源于最小换热面积网络会导致现有的换热网络结构更加复杂，使得实际操作难度更大，所以实施优化过程中应当予以规避。

2.4 热泵精馏塔技术

热泵是一种升温提热重要工具，在热泵作用下，可对精馏塔顶层蒸汽进行加热提温，而缩小塔身温差，降低热损失。同时利用回收的余热也可以提高低温区热量，避免持续耗能。

在化工水泥厂生产中使用热泵技术既能实现热能的有效回收，还能再次用来加热塔底釜液，实现资源最大化利用。热泵技术是改善精馏塔系统，提升精馏质量的重要技术，并可明显减少精馏过程的热耗，热泵精馏系统目前已经发展成是最具使用价值的技术，在全世界化工领域中都得到了非常广泛的应用。

3 节能技术用于精馏系统的实例分析

3.1 案例背景

某厂采用15万t/a精馏装置进行作业，以粗甲醇为物料，以低压蒸汽方式供热，分别经预精馏塔、加压精馏塔以及常压精馏塔，实施物料气液反应，从而提纯。

3.2 问题分析

首先，因在精馏作业中采取冷液进料方式，预精馏塔中的物料温度较低，导致提馏段中部分甲醇被冷凝，明显减少了预精馏塔中上升的甲醇量，且增加能耗。其次，因加压精馏塔底部的液体冷凝温度明显高于合成塔补充水温度，造成热能损失大。另外，常压精馏塔顶部甲醇须以循环水持续冷却，冷凝热无法及时有效回收，致使热能损失。

3.3 技术改进

首先，在粗甲醇预热器之前添加一台1级预热器，热源为常压精馏塔塔顶的甲醇气，加热预精馏塔的粗甲醇物料，及时回收常压精馏塔塔顶冷凝热能，提升甲醇入料温度，以此减少加热蒸汽量，实现节能。其次，于预精馏塔的再沸器底部新添1台热回收器，热源为再沸器蒸汽冷凝液，提前加热预精馏塔底的粗甲醇，以此降低冷凝液溫度，其后回收冷凝液，以减少再沸器蒸汽用量。

4 结语

新时代下，经济发展与节能环保同等重要，化工企业应加强对精馏系统的节能技术改造，以更低的生产成本实现更大的效益，以此实现深化发展。

参考文献：

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