化工行业精馏高效节能技术的开发及应用

姚春艳(中国原子能科学研究院，北京 102413)

0 引言

在经济发展持续加快的背景下，全社会的能源消耗量大幅增加，同时也引发了环境与气候问题。若要实现可持续的经济发展，就必须降低能耗、减少排放。就化工行业而言，通过技术改造做与创新，采用节能降耗的先进技术，可以有效提升生产的整体效率，达到节能减排的目标。

具体到化工行业最常用的精馏技术，其技术创新与优化的一个重要关注点就是高效节能。通过对精馏工艺技术进行改造，生产效益会大幅提高，产品质量也能真正得到保证，还可以将精馏过程中所消耗的能源控制在最小的范围内。因此，切实做好化工精馏高效节能技术的研发工作具有十分重要的现实价值。

1 化工精馏分析

精馏是化工领域中最为成熟，应用最为广泛且必不可少的单元操作，是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程，常用的设备有板式精馏塔和填料精馏塔。

对精馏产生影响的因素有很多，进料量、温度、塔压、回流比等均会带来影响，尤其是当塔压出现变化时，塔板构成必然会产生明显改变，分馏浓度也会发生较大的变化。对进料量的控制也不可忽视，如果过多的话，产品输出质量就难以得到保证，位于塔底的物料出现温度降低时，冷负荷必然会加大，这对分馏状态产生的影响较大。回流比适当增加可以保证产品质量大幅提升，因而要对回流比加以控制，确保在合理的范围当中[1]。对冷能量加以利用使得塔顶汽顺利冷凝，形成的物料能够顺利回流，其余部分则要予以采出。精馏的整个过程当中，塔顶蒸汽的冷凝是通过冷凝剂实现的，而此时会有很多热量被带走，如将这部分热量加以利用就能使得塔底再沸器能够获得所需热量，如此就可明显降低能耗，节能增效自然就可达成。

2 精馏高效节能技术开发及其意义

精馏通常在精馏塔中进行，气液两相通过逆流接触进行相际传热传质，是工业过程中能耗和设备投资相当高的环节。在炼油、石化、化工等行业中，其能耗可占到全过程总能耗的50%以上。因此，对精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。

2.1 有利于降低化工精馏过程的能量消耗

化工精馏是利用液相、气相转化，进而使得物质能够顺利分离，此种工艺流程具有很大的节能潜力。相关人员对此要有清晰的认知，通过优化控制过程参数，就可以大幅降低能耗。相关技术人员应针对化工精馏高效节能技术展开深入研究，严格控制传热反应的速度，适当调整蒸汽量，确保蒸馏塔中的温度能够实现灵活转变，蒸汽热量的利用率会有明显提升。对分级换热技术予以充分利用，信号传递采用数字化方式，可以使得信息传输更为顺利，精度也更高，在此基础上就可保证热量调整方案能够得到合理应用。

2.2 有利于提升化工精馏效率和产品质量

化工精馏操作一般是在多个蒸馏塔当中完成，因而多程序串联运行是十分必要的，而这对节能技术的应用能够起到决定作用。研究人员大力开发高效节能技术，确保蒸馏塔中的散失能量能够顺利收集，切实达成能量的聚合、分配，这样能量就可得到更为充分的利用。冷凝、汽化过程当中的能源消耗可控制在合理范围内，精馏工艺应用的实际效果也就可以得到保证，确保物质能够得到有效分离，而且分离组分纯度可达到预期，精馏效率明显提升，质量也可得到切实保证[2]。

2.3 有利于化工行业高效稳定发展

由于化工行业高度重视混合物质的分离，分离的过程中确保能源得到充分利用则是重中之重，只有将能源损耗控制在最小范围内，带来的经济效益才能实现最大化。对混合物进行分离时，最常用的方式为蒸馏，然而其消耗的能源却是非常大的，其能源消耗会占整个生产过程总能耗的70% 以上，其中精馏则是最为关键的步骤，其消耗的能源也超过整个蒸馏过程50%，若想解决这个问题，必须要对高效节能技术进行开发，寻找到可行的措施将能量损耗控制在合理范围内，并确保物质分离的效率、质量有明显提高，使化工产业能够一直保持稳定发展。

3 影响精馏过程的主要因素

化工行业采用的精馏工艺操作复杂，对其产生影响的因素也比较多，温度、压强等均会起到约束作用。化工精馏产品的质量会受到精馏塔压强、进塔物料量、塔内温度、回流比的影响，而且影响程度是存在一定差异的。精馏塔中的压强参数发生变化后，塔板之上的单一组分物料也必然会随之改变，如果原料当中含有较多杂质的话，精馏过程必然受到影响，产品质量也很难保证[3]。蒸馏塔进料量也是要加以严格控制的，不可超出装置承受范围，一旦物料量过多，产品质量就会受到影响。进行化工精馏时，应该要保证蒸馏塔、零部件的温度处于最为合适的范围中。蒸馏工作开始之后，一旦工作人员出现操作失误，并导致蒸馏塔中的温度降低，带来的结果就是塔底负荷量加大，物料分离的实际效果达不到预期，物料成分无法保持一致，杂质成分也就会出现，化学精馏效果自然就会受到影响。

这里需要强调的是，回流比的控制也是不可忽视的，这是保证精馏效果的关键所在。如果回流比偏高的话，产品质量会得到提升；如果较低的话，物料就必然会出现分类差异。所以，在展开化工精馏时一定要对回流比加以控制，确保能够处于标准范围中，使化工精馏操作有序展开。

4 化工精馏高效节能技术开发

4.1 分级换热技术

若想保证低品位能源可以得到更为充分的利用，蒸馏塔维度必须要适当调节，确保处于平衡状态，尤其是要确保温度、冷热程度最为合理。为了达成这个目的，分级换热技术得到了应用，这一技术可以使得塔底、塔顶间存在的温度差切实消除。应用此项技术时，中间换热器应该要置于各个塔板中间，当精馏塔温度出现明显差异时就可通过其来实现温度调节。除此以外，对低品位冷凝器加以利用可以确保温度有一定程度降低[4]，能源损耗就可控制在较低范围内。另外，当精馏塔的塔底温度改变时，对分级换热技术加以应用，可利用位于塔板间的再沸器来达成热量转换目标，这样置换效率会有明显提升，系统热效率也能保证，确保产品质量可以达到标准要求。

4.2 多效精馏技术

要有效降低化工精馏能耗，就必须确保非必要能量损耗能够大幅减少，蒸汽热量可以实现循环利用，将成本控制在最低范围内。对于化工企业来说，要对物质提纯要求有清晰的认知，在此基础上针对精馏技术进行开发，确保多效精馏技术能够得到充分利用。明确具体的操作流程，重视塔系控制方式的选择，确保物料流是精准的，相关人员要对精馏技术原理有清晰的认知，针对节能效果展开准确计算，进而使得精馏技术能够真正得到充分应用。

精馏工序操作工的技能也是不可忽视的节能要素之一。因此要有可行的措施来提升其工作能力和专业水平，组织相关人员深入学习精馏的工艺原理，确保对低热量循环模式有深入了解，明确操作重点，确保操作准确无误，实现最佳的操作，使热量综合设计布局更为科学。为使精馏节能技术得到有效应用，就必须培养一支高素质的研发人才队伍，这是保证节能降耗模式能够实现推广的基础。

进行多效精馏时，必须要确保加热蒸汽、物料流向能够实现合理安排，将顺流、逆流、平流予以明确，高压塔、低压塔的进料也要加以管控，确保动力能够有明显提高。在精馏节能的效果、效数的计算的过程中，要确保计算公式是最为合适的，保证计算结果准确。塔系数量持续加大后，节能效果会更为理想，从计算所得的结果来看，单塔精馏的节能效果是0，而双塔精馏达到50%，而三塔精馏则提升至67%。这里需要指出的是，效数增加之后，节能效果提升率则会降低，因而当节能效果、经济效益得到保证后，必须明确精馏塔系的数量，通常2～3 是最为适合的。

4.3 塔系热集成技术开发

在对混合类化工物质进行分离时，想要保证分离质量有明显提高，必须要能明显降低蒸馏精馏产生的能量损耗，确保热量利用更为充分。化工企业要从生产现状出发，对技术研发成果加以应用，确保塔系热集成技术能够更加完善，在应用过程中可以保持更为稳定的状态。精馏塔物料投放应该保障其比例是最为科学的，确保热量能够真正实现有效整合，并要建立起更为完善的规范机制，使蒸汽热量的利用更加合理，精馏塔系热集成技术自然就能够实现高效应用[5]。比方说，为了使得物料投放比例更加科学，必须要确保塔内持液量的实际占比处于合理的区间中，这样可实现内部热集成。原油精馏必须要针对各组分展开有效分离，烷烃、环烷烃、芳烃均要做到不同馏分，如此就可依据其物理性质来实现顺利回收，将沸点差异作为依据，对温差平均值展开计算，进而使得处理更具实效性。如果冷凝性较差，在进行处理时应该要将其放置在精馏塔系中，这样就可顺利收集损耗蒸汽热量，再沸器、冷凝器自然就可得到充分利用，能量利用效率也会明显提升，热量回收的实际效率自然就可得到保证，塔系热集成技术的实际应用更加符合规范要求。

5 化工精馏高效节能技术应用中应注意的问题

为了保证化工精馏高效节能技术的开发工作顺利完成，必须要进行反复实践，已达到能源节约的目的，化工产品质量也会有明显提高，而生产成本则可控制在合理的范围内。从企业的实际应用情况来看，若想使得能源节约效果更为理想，化工企业在应用时遇到一些实际问题也是不可忽视的。

引进新技术时，企业必须要确保员工可以熟练应用，不可出现盲目使用的情况。要系统培训员工，确保相关人员熟练掌握，大幅降低操作失误的概率，物料损毁也可切实避免[6]。对于化工企业来说，除了要对节能技术加以应用外，同时要建立节能技术模型，技术人员应该要对模型加以优化，一旦发现问题就可利用模型进行实验，进而使问题得到顺利解决。通过模型可以确定应用更为顺利的话，就可将其用于实际生产中。

目前尽管高效精馏节能技术受到石化和化工企业的高度重视，但技术短缺问题是现实存在的。企业的技术开发能力也明显不足，实际应用中也经常会出现问题，无法满足企业实际生产需要，而且想要解决难度非常大。这就要求企业的研发机构对此予以重点关注，将技术出售给工厂时必须要将技术支撑做到位，也就是要指定专业能力较强的人员对工厂技术人员进行指导，使客户能在短时间内掌握新技术，确保技术应用效果更为理想。

化工精馏高效节能技术比较复杂，影响了企业使用的积极性，对高效节能精馏技术的推广非常不利。为了使精馏高效节能在行业得到更加广泛的应用推广，就需要相关部门创建优化流程，比如模拟分析系统，使同行业间信息交流得到加强，促进精馏技术的发展。

6 结语

精馏是石化和化工行业应用最广的液体混合物分离操作，如何在精馏这一传统工艺流程上深挖节能潜力，实现节能技术突破，是学界和技术专家以及石化企业一直努力的方向。精馏装置的节能对企业降成本、行业绿色低碳、社会节能减排都具有重要意义，高效节能的精馏技术在化工生产行业中发展空间巨大，理应成为石化和化工行业高度关注和努力的方向。