化工节能中的热泵精馏工艺流程分析

李建铎 宋鹏 安国樑 张瑜文 郭世民

新疆美克化工股份有限公司 新疆库尔勒 841000

随着现阶段我国不可再生资源的短缺以及可再生资源价格的逐渐上升，必须要保证能够尽量降低精馏塔的能耗，进而使我国化工企业创造更多的经济收益。

1 热泵精馏的应用场所分析

目前为了保证化工企业在生产过程中能够实现节约能源的目的，主要使用了热泵精馏的相关工艺流程，在热泵精馏工艺流程的应用过程中，只有应用在以下场合时，才可以取得相对较为良好的使用效果。其应用的场合主要有以下几种，第1 种是，当塔顶和塔底的温度相差相对较小时，这时压缩机的主要功率消耗情况取决于温度的差值，如果温度的差值越大，将会导致压缩机的功率消耗量越大，而如果温度的差值越小，将会使压缩机的功率消耗相对较小，通过相关文献分析可以明确，当塔顶和塔底的温度差值小于36 摄氏度时，可以通过热泵精馏取得较好的经济收益和经济效果[1]。

第2种是在沸点相对较为接近的物质组分进行分离的过程中，利用常规的分离方法，蒸馏塔可能需要相对较多的塔盘以及更大的回流比才能够保证满足分离的相关需求，但是这种传统的方式在进行分离的过程中需要使用加热后的蒸汽或者冷却后的循环水，因而也增加了能源的消耗量，但是如果使用热泵技术，不仅可以提高合格产品的数量，还能够降低能源的消耗量，进而创造更多的经济收益。

第3 种是在工厂蒸汽出现供应不足或者蒸汽的价格相对较高时，为了避免使用数量过多的蒸汽或者为了取消再沸器，可以使用热泵精馏的方式。

第4 种是当在生产过程中冷却水的数量不足，或者冷却水的水温相对较高，或者价格相对较贵时，如果仍然使用制冷的方式将会导致冷却的过程中所产生的能源消耗量过大，因此这是使用热泵精馏的方式能够取得更好的生产效果。

通过对热泵精馏应用场所的分析，可以明确对于一般情况来说，使用热泵精馏的方式能够有效提升生产流程所产生的经济价值，并且降低生产流程的能源消耗量，但是对于一些相对较为特殊的情况而言，则应该对其进行综合性的经济和技术评定，才可以确定最终的处理工艺流程。目前根据热泵在世界应用过程中所消耗的外界能量的种类，可以将热泵蒸馏分为蒸汽加压方式以及吸收方式两种不同的蒸馏方式。

2 热泵精馏工艺流程介绍

间接式工艺流程是指当塔顶气体中出现了腐蚀性气体或者热敏性相对较高的气体时，这时不应该使用直接压缩的方式，而应该使用间接式的热泵精馏方式，主要包含了精馏塔压缩机，冷凝器，节流阀以及蒸发器的重要的组份，在这个流程的生产过程中，使用单独的封闭循环冷气进行相应的工作，其中冷气会和其他物料进行热量的交换，并且吸收掉热量蒸发的气体，然后气体经过压缩完成以后，会提升相应的温度及压力，将物质送到塔釜，进行液体的加热，而其自身则会凝结为液体，然后液体会通过节流减压的方式到塔顶进行换热操作，进而完成一个整体的循环。间接式热泵精馏方式的主要优点是在塔中的物品进行分离的过程中，能够保证生产的产品和制冷剂之间实现完全的隔离，同时还可以使用相关的规范和标准进行精馏操作，能够保证在后期生产过程中更加易于设计及控制。其缺点是在实际应用过程中，因为使用直接压缩的方式需要增加一个蒸发器，而压缩机则需要克服更高的压力差及温差，所以生产效率相对较低。

塔顶气体直接压缩式的热泵精馏流程为，首先将物料通入到精馏塔中，然后通过塔顶产物，产生的产品罐中的物体也通入到精馏塔中，然后再将凝汽器和蒸馏塔相连，最终产生出塔底的产物。在塔顶产物的生产流程中需要安装节流阀，然后利用压缩机对凝汽器和产品罐进行相应的压缩。塔顶气体直接压缩式的热泵精馏过程，所使用到的仪器设备相对较少，所以节省了工作时间，然后是因为只需要一个再沸器即可完成相应的流程，因此在压缩机压缩的过程中，比单独的工质循环压缩比更低，而且整个系统相对较为简单，并且运行过程中更加安全可靠。

在分割式热泵精馏的过程中，首先是将物料输入到上塔中，然后上塔需要安装压缩机和驱动器，同时上塔中还需要安装蒸发器，并且使上塔蒸发器、驱动器以及压缩机之间形成一个闭合的回路，然后再下塔中主要安装了下塔再沸器。与其他几种热泵精馏方式相比，因为分割式热泵精馏的组成结构相对较为简单，而且在运行过程中，控制也更加便捷。使用蒸汽喷射泵进行热泵精馏操作的过程中，既可以实现减压操作，又可以使沸点相对较低的液体，进入到系统中进行相应的操作，在传统的蒸汽喷射的过程中，需要使用蒸汽量的数量为40，而利用了蒸汽喷射式热泵，在精馏的过程中只需要使用蒸汽的数量为25，所以在一定程度上既节省了蒸汽量，又能够提高相应的节能效果。其应用的优点是，蒸汽喷射泵的实际耗资相对较小，而且在喷射泵应用过程中，没有使用到相应的转动部件，进而在后期维修的过程中，不仅维修费用相对较低，而且维修更加便捷。目前这种方式主要是在真空条件下进行操作，虽然能够实现循环利用，并且其节能效果显著提升，但是在实际应用过程中对于外界条件的要求相对较大，所以必须要保证能够满足其在使用过程中的环境需求。

最后是吸收式的热泵在应用的过程中主要包含了再沸器、冷却器，吸收器以及再生器等，通常使用溴化锂水溶液或者氯化钙水溶液作为相应的工质，在实际反应过程中可能会出现强烈的吸收作用，实现整个操作的循环利用[2]。

3 结语

综上所述，目前在针对热泵精馏工艺流程进行分析的过程中，可以明确这种工艺流程，能够实现高效的节能目的，但是在选择精馏方案时，不仅要考虑到能源费用问题，还要考虑到设备的投资费用问题。