精馏过程节能技术_岳金彩

第26卷,总第147期2008年1月,第1期《节能技术》

E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY V ol 126,Sum 1N o 1147

Jan 12008,N o 11

精馏过程节能技术

岳金彩,闫　飞,邹　亮,杨　霞

(青岛科技大学　计算机与化工研究所,山东　青岛　266042)

摘　要:本文总结了精馏过程主要的节能技术,按照流程是否改变及是否利用过程技术对各类

技术的进行分类,即过程技术节能,特殊精馏工艺和精馏塔高效材料等类型,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:精馏过程;节能;热偶精馏;热泵精馏;中间换热器中图分类号:T Q028 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2008)01-0064-04

E nergy Savings in Distillation Process

Y UE Jin -cai ,Y AN Fei ,Z OU Liang ,Y ANG X ia

(Institute of com puter and chemical engineering ,Qingdao University of Science and T echndogy ,Qingdao 266042,China )

Abstract :According to that whether process technologies are used and the flowsheet are changed or not ,the main energy -saving technologies of distillation process are summarized and classified into three types ,that is energy -saving by process technology ,special distillation processes and high -efficient tray or pack column 1The ordinary methods ,advantages and disadvantages ,and suitable area are rivewed for every types 1At last the status and development trend are introduced 1

K ey w ords :distillation process ;energy saving ;thermally coupled ;heat pum p ;intermediate heat exchangers

收稿日期　2007-12-06 修订稿日期　2007-12-16作者简介:岳金彩(1969～),男,副研究员。

杨　霞(1973～),女,博士研究生。

在化工生产过程中,分离是非常重要的一个过程单元,它直接决定了最终产品的质量和收率,工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏,精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同利用能量进行

分离的操作单元,具有独特的优势〔1〕

。据估计,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%〔2〕

。因此随着世界能源的日益短缺,精馏过程一直是研究者节能挖潜的热点对象,它的每一个进展都会带来巨大的经济效益。

多年来,人们已采用了多种方法和手段对精馏过程进行节能降耗的研究,按照流程是否改变及是否利用过程技术可以将其分为三类:①利用过程技术对精馏塔的操作条件进行优化,以减少精馏塔所消耗的能量,如以产品物流预热进料、增加塔板数、

减小回流比、增设中间再沸器和中间冷凝器等;②开

发了许多高效节能的特殊精馏工艺流程,如热泵精馏、热偶精馏、多效精馏等;③改进精馏塔的保温材料和开发高效的塔板类型和填料。由于第三类没有利用过程技术,本文只对前两类节能方法进行综述。

1　过程技术节能

111　操作条件优化节能

该方法主要是利用模拟软件对精馏过程的操作条件进行研究,精馏塔的主要操作条件包括操作压力、操作温度、塔板压降,进料位置及温度、理论板数、回流比以及回流温度、塔顶塔底采出量、关键组份的清晰分割程度,塔顶塔底热负荷等等,除塔的操作压力一般是给定的(在设计双效流程除外),其它的都可以作为操作变量,通过灵敏度分析、设计规定或者优化技术来确定满足分离任务的最佳值,以获得最小的冷凝负荷和再沸器热负荷,从而使精馏塔能耗最少。

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目前由于通用模拟软件的商品化程度的提高,大型化工企业的操作基本上在最佳条件下进行,一些中小型化工企业的精馏操作还有待于进一步优化。112　中间换热节能

对于塔顶塔底温度差别比较大的精馏塔,可以通过增加中间换热器的方式来节省或回收热量(冷量)。中间换热的方式有两种:中间冷凝器和中间再沸器。对塔底再沸器来说(以塔底再沸器为基准),中间冷凝器是回收热量,中间再沸器是节省热量;而对于塔顶冷凝器来说(以塔顶冷凝器为基准),中间

冷凝器是节省冷量,中间再沸器是回收冷量〔3〕

。

中间冷凝器和中间再沸器的负荷如果比较大,塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷会降低,这样会导致精馏段回流比和提馏段蒸汽比(气相回流比)减少,回流比的减少,应当相应增加塔板数,才能保证产品的分离纯度,从而使设备投资费用增加

。

图1　中间再沸器与中间冷凝器

Fig 11　M iddle reboiler and m iddle condenser

图1描述了这两种中间换热方式的示意流程:

如果精馏塔在塔下方温度分布存在显著的变化,则可设中间再沸器使用低品位热源,以减少主再沸器高品位热量消耗,但中沸器下方塔板分离能力被削弱;当塔上部的温度分布若存在显著的变化时,则可设中间冷凝器,采用较低品位的冷剂,减少主冷凝器高品位冷剂的用量,以减少能耗,但其上方的塔板的分离能力有所下降。

将中间换热方式归类于过程技术节能,是因为原来的精馏塔没有变化,只不过增设的中间换热改变了操作线斜率,利用了低品位能源。在分离任务一定的情况下,常规精馏塔塔釜再沸器的供热量等于设有中间再沸器的精馏塔塔釜再沸器与中间再沸器供热量之和。设置中间再沸器前后,所需要的总的热负荷不变。只是在设置中间再沸器后,部分热量可以采用低于塔底再沸器的廉价的废热蒸汽提供,塔的热能有效降级,这使得热效率提高。对于给定的精馏塔,通过合理设置和使用中间再沸器,可以

提供最大的热效率、达到最大的节能效果〔4〕

。

2　特殊精馏工艺节能

211　热泵精馏〔

5-7〕热泵精馏就是靠补偿或消耗机械功,把精馏塔塔顶低温处的热量传递到塔釜高温处,使塔顶低温蒸汽用作塔底再沸器的热源。21111　热泵精馏的类型根据热泵所消耗的外界能量不同,热泵精馏可分为蒸汽加压方式和吸收式两种类型。蒸汽加压方式热泵精馏分蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式两种。

蒸汽压缩机方式考虑到冷凝和再沸器热负荷的平衡以及便于控制,在流程中往往设有附加冷却器和加热器。按照流程的不同,蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式和塔釜液体闪蒸再沸式等4种流程。其中间接式热泵精馏流程利用单独封闭循环的工质(制冷剂)工作,塔顶气体直接压缩式是以塔顶气体作为工质的热泵;分割式热泵精馏流程分为上下两塔:上塔类似于常规热泵精馏,只不过多了一个进料口;而下塔类似于常规精馏的提馏段即蒸出塔(或汽提塔),进料来自上塔的釜液,蒸汽出料则进入上塔塔底;闪蒸再沸是热泵的一种变型,它直接以塔釜出料为冷剂,经节流后送至塔顶换热,吸收热量蒸发为气体,再经压缩升压升温后,返回塔釜。

蒸汽压缩机方式适用于下述系统:①塔顶和塔底温差较小的场合,只要塔顶和塔底温差小于36℃,就可以获得较好的经济效果;②被分离物质的沸点接近,分离困难,回流比高,因此需要大量蒸气的场合;③在低压运行时必须采用冷冻剂进行冷凝,为了使用冷却水或空气作冷凝介质,必须在较高塔压下分离某些易挥发性物质的场合。

蒸汽喷射式热泵是提高低压蒸汽压力的专门设备,其原理是借助高压蒸汽(驱动蒸汽)喷射产生的高速汽流,将低压蒸汽的压力和温度提高,而高压蒸汽的压力和温度降低。低压蒸汽的压力和温度提高到工艺能使用的指标,从而达到节能的目的。

采用蒸汽喷射泵方式的热泵精馏具有如下优点:①新增设备只有蒸汽喷射泵,设备费低;②蒸汽喷射泵没有转动部件,容易维修,而且维修费低;③吸入蒸气量偏离设计点时发生喘振和阻流现象。这点与蒸汽压缩机相同,但由于没有转动部件,就没有设备损坏的危险。

蒸汽吸收式热泵精馏由吸收器、再生器、冷却器和再沸器等设备组成,常用溴化锂水溶液或氯化钙水溶液为工质。精馏塔的冷凝器也是热泵的再沸器。

吸收式热泵按照机内循环方向的不同可分为:冷凝器压力大于蒸发器压力的第一类吸收式热泵

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