化工精馏高效节能技术开发及应用研究

刘勇全 吴玉龙

(陕西长青能源化工有限公司 陕西西安 721000)

引言

二十一世纪以来，全球石油化工行业节能减排要求逐年提高，化工装备的能源消耗是化工过程能耗的主体，为了完成能源优化的目标，对化工过程进行优化意义重大。一般来讲，化工装备主要分为分离过程和反应过程两大部分，其中分离过程的能源消耗超过整体能耗的75%，精馏过程是分离过程的主要部分，其能耗比例超过总能耗的50%，由此可见，降低精馏过程的能源消耗是降低化工装备能耗的关键。普通蒸馏过程中优化主要分离构件和操作流程不能大幅度的降低蒸馏能耗，目前化工过程中高效精馏技术的应用并不广泛，需要进一步的分析和研究。本文将着力于此方面，来探讨在对于精馏化工中的现行技术的发展运用状况。

一、 精馏原理及影响因素

1.精馏原理

蒸馏的基本原理就是根据物料的不同物理性质将其进行分离，一般来讲在蒸馏塔中完成，由底部蒸汽热量造成的塔釜汽化物料在不同性质的塔板上进行传热和传质反应，最终根据塔板上汽化组分的自身轻重将其分离，多余的塔釜汽化物料在塔顶被冷凝水冷却并回收循环。塔顶的蒸汽损耗过大时造成普通蒸馏过程中能耗过大的主要原因，精馏过程就是将此部分的热量进行合理利用，已达到增效节能的目的。

2. 精馏影响因素

精馏过程受到多类条件的影响，其中塔压、进料量、温度和回流比是其中的主要影响因素。塔压的变化可以导致塔板上组分成分发生变化，其分离浓度发生改变；进料量要求不能在加热釜和冷凝器的额定范围内，过多的进料量直接影响塔顶产品的输出质量；物料温度的下降可以导致蒸馏塔底冷负荷的增加，对分离状态影响非常大；回流比的增加可以提高塔顶产品的质量，回流比过小直接导致分离效果变差，所以必须保证一定的回流比以保证蒸馏效率。

3 高效节能精馏技术的开发

根据分离物的种类和回热吸收方式的不同，精馏过程可以分为很多节能流程和方式，很多节能手段都不同程度的改善了精馏过程，提高了能源利用率，具体来讲主要从以下几点进行了优化：

3.1 分级换热技术

为了提高蒸馏塔中低品位能的利用效率，平衡塔中冷热状态，一定程度上消除塔底和塔顶之间的巨大温差，可以在塔板中间安装中间换热器。当精馏塔上不出现较大的温差时，可以利用较低品位的冷凝剂作为冷却源，减少高品位冷凝剂在主冷凝器中的应用，从而降低了能耗；当精馏塔下部出现较大温差时，可以在塔板之间安装再沸器，同时使用低品位的热量进行换热，从而提高整体热效率。

3.2 塔系热集成技术

塔系热集成技术中采用多塔精馏，其能耗远远的小于单个蒸馏塔精馏过程的能耗，单位蒸馏量下节约操作过程中的能量甚至能超过百分之五十，其主要过程如下：

将分子数相近的进料按1:1 分布在蒸馏塔的上下两部，按照不同物质的挥发性质来将其逐个回收，其中组分中出现沸点差距较大的物相时，将其放入冷却等级较低的系统塔中进行蒸馏，并且将相对挥发度最高的关键组分放到尾部进行收集。

3.3 多效精馏技术

多效精馏指的是多股等量原料进入塔压和操作温度依次增加的精馏塔中，组分高的塔可以为组分低的塔提供再沸器的热能，同时将其冷凝，其降低了高组分的冷源水消耗和低组分塔的热能消耗，从而提高了能源的利用效率。

目前，双效精馏是应用最为广泛的多效精馏技术。双效精馏又分为平流流程、顺流流程和逆流流程，下面以图示进行说明。

如图1 是平流示意图。双效平流流程其蒸汽走向与顺流和逆流流程相同，其采用高低压塔的双路进料流程，产品在塔底和塔顶都有产出，低压再沸器的热源来自于高压冷凝器，从而降低了能耗。

图2 顺流流程

如图2 是顺流流程。双效顺流流程的原料先进入高压蒸馏塔再进入低压蒸馏塔，高压塔的釜底液可以作为低压塔的底部热源。

如图3 是逆流流程。双效逆流流程中加热蒸汽由高压塔进入，原料从低压塔进入，低压塔再热器的热量由高压塔提供。

二、精馏的工业化应用前景

化工精馏技术越来越成熟，但实际应用还不是非常广泛，究其原因主要在于没有专业的技术人才进行现场指导、工业化设计还不够系统完善、未建立工业化示范装置、节能精馏流程的复杂性、前期投资成本较高等。

基于这些原因，我国必须做出相应的措施，首先培养相关的专业技术人才，并投入资金进行前期节能精馏流程的模拟和优化，为工业化应用打下坚实的基础。再次需要建立区域节能精馏示范装置，作为技术共享平台供化工企业进行学习，同时发现生产中存在的问题并加以解决。最后还需要国家出台相关政策进行产业化支持，鼓励企业投入资金提高能效。

三、 结论

本文基于节能降耗的出发点，对现出现的化工精馏技术进行分析讨论，比如分级换热、塔系热集、多效精馏这些技术原理应用等。从析中可看出，化工精馏在节能降耗面上愈益成熟，可实际应用仍显不足。技术的更新仍需要技工人员素质的配套提升，以及相应管理与设备的及时相合，这样整体的同步进步才能很好地连贯进行，充分发挥出新技术的优势与巨大效用，达到最适当的实施节能降耗目的。也就是说，化工精馏技术的高效利用可以很大程度上提高节能效率，提高企业的经济效益和工作效率，但是其工业化应用还处于起步阶段，需要国家政策大力扶持和相关技术人才的整体素质提升与积极配合，才能最终实现节能目的。

[1]莫贤娣. 影响精馏操作的主要因素及精馏节能技术浅析[J]. 化学工程与装备,2011,01:71-72.

[2]赵苏杭. 影响精馏操作的主要因素及精馏节能技术浅析[J]. 化工管理,2013,12:30+32.

[3]王建忠.马文婵.王鹏辉. 精馏过程的节能现状与对策[J]. 河北化工,2006,04:27-30.