精馏过程的节能技术

0 引 言

精馏过程是一个复杂的传质传热过程，广泛应用于石油化工和精细化工，是主要的能源消耗环节，具有变量多、机理复杂的特点。根据有关资料统计，化工过程中40％～70％的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95％[1]。自从发生了世界性的能源危机以来，精馏过程的节能问题已引起了人们的广泛重视。降低精馏过程的能耗，对于节约能源，减少产品成本至关重要，本文就精馏过程的节能途径进行了探讨。

1 精馏节能现状

目前，在化工生产中分离物料的组分不断增多，产品纯度要求也不断提高，但精馏装置操作往往偏于保守，操作方法、操作参数设置欠合理。典型的单级精馏装置如图l 所示[2]，

混合物料从某一中间位置进入塔内，塔内设有塔板或填料促进汽液密切接触，塔底液相在再沸器中加热，塔顶的蒸汽在冷凝器中冷凝。此精馏过程消耗的能量绝大部分被冷却水或分离组分带走，并非用于组分分离，因此精馏过程的节能潜力很大。

近年来，世界各国对精馏节能都很重视，以节能为中心的研究和应用得到了迅速的发展。据统计，在

精馏过程的节能技术

张 琴，范海明，周 钧

（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸，056027）

摘 要：精馏是石油化学工业的高能耗操作单元，本文从充分利用精馏过程的热能，提高精馏系统的热力学效率，以及减少精馏过程对能量的需要等几个方面论述了精馏过程的节能措施，对各个类型的主要节能方法、优缺点和适用范围进行了综述，并介绍了我国精馏过程的节能现状与趋势。 关键词：化工；精馏；节能

中图分类号：：TQ028.31 文献标识码：A

Energy Saving in Distillation Process

Zhang Qin, Fan Hai-ming, Zhou Jun

（The 718th Research Institute of CSIC ，Handan 056027，China ）

Abstrac t ：Distillation is an important operating unit in petrochemical industry, which has highly energy consumption, the paper focuses on the distillation process from the viewpoint of energy saving, and introduced several energy- saving measures, such as taking full advantage of the thermal in the distillation process, improving the thermodynamic efficiency of distillation systems, and reducing the energy needs of distillation process. The main energy- saving methods, advantages, disadvantages and applications of each energy- saving measures are reviewed, and described our distillation status and trends. Keywords: chemical industry, distillation, energy saving

舰 船 防 化

2010年第3期，1~5 CHEMICAL DEFENCE ON SHIPS №3, 1~5

美国40000多个精馏塔的耗能量相当于120万桶石油，几乎占全国能耗的3％，如果从中节约10%，每年可节省5亿美元。我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的8%～10%，其中很大一部分消耗于精馏过程

[2,3]

。在当

今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要，精馏过程的节能首先要选择或设计高效的精馏设备，其次是确定适宜的操作条件和参数，以及合理选择多效精馏、热泵精馏、中间冷凝器、中间再沸器等。本文从精馏过程热能的充分利用，提高精馏系统的热力学效率，以及减少精馏过程对能量的需要

图1 单塔精馏流程

Fig.1 Single-column distillation process

2 充分利用精馏系统的热能

精馏过程将物料送入精馏塔，迫使混合物的气、液两相在精馏塔体中作逆向流动，使其反复进行部分汽化和部分冷凝，从而得到预期的塔顶与塔底产品。精馏过程热能的充分利用，包括保温、保冷，回收物流的部分显热或潜热，以及优化热交换器等方法[4]

。 2.1保温

精馏系统由塔体、热交换器以及各种管道组成，这些设备多为金属制成，对热的传导较为容易，易受环境温度的影响，若对其采取保温、保冷的措施，可以大大降低设备与环境之间的热传递作用，从而达到节约热能的目的[4]。

2.2 潜热利用

精馏塔的显热回收量通常较小，对高温精馏过程，常回收塔顶蒸汽的潜热。从精馏塔出来的高温物料本身携带大量的热量，若对塔顶物料的余热进行充分回收利用，还可减少塔顶冷凝器冷量的使用量。一般对塔顶具有一定压力、温度的液体物料，可通过减压室将其显热转换成潜热进行回收，方法是：使塔釜液先进入减压罐，在真空作用下闪蒸成蒸汽，然后通过中压蒸汽驱动的蒸汽喷射泵将此部分蒸汽升压，用于其他设备，其流程见下图2[5]。

图2 塔釜余热利用流程

Fig.2 Recovery process of waste heat in tower reactor

2.3优化热交换器

优化热交换器是节能的重要环节，因为它决定了热能是否能得到充分利用的关键。为了提高热交换器的传热系数，已开发了多种高效换热设备或元件，如波纹型和多孔管型，能更好地强化传热表面，可大大提高传热系数。双波纹管和一面多孔一面波纹的传热表面均可使传热系数提高l ～2倍；而高热流管与过去的低翅片管相比，传热效率则能提高30%。另外强化再沸器和冷凝器中的传热，还包括增强传热面积，和采用空气冷却器或蒸发冷却器代替水冷却器等方法。

3 提高精馏系统的热力学效率

提高精馏系统的热力学效率，主要是提高系统的分离效率和产品回收率，可以通过采取多效精馏、热泵精馏、热耦精馏等技术，或采用新型塔板、高效填

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