精馏工艺中节能降耗的途径

2015-03-23李芸洛阳永金化工有限公司河南洛阳471100

化工管理 2015年25期

李芸(洛阳永金化工有限公司, 河南洛阳 471100)

根据相关数据统计，在全国工业总能耗中，石油化工能耗所占比重为15%左右。根据2010年数据，与2005年单位GDP能耗相比，2010年下降了20%。相关部门表示，在整个十二五期间，会将国家节能减排指标进行细化，然后落实到具体企业中。这样，这些约束性的指标分配对象，不再是地方政府，而是转移至了行业及企业中。石油化工行业耗能较大，这也决定了其节能潜力也较大。对于石化行业的能耗而言，分离工艺所消耗的能量为总能耗的40%～70%，而在分离工艺能耗结构中，精馏工艺能耗比重最高，达到了95%[1]。因此，在当前能源危机这样一个大的背景下，要想实现节能这一目标，可以从精馏工艺出发。

1 精馏工艺节能降耗途径的分类

目前来说，人们已经从理论及实践这两个角度来研究精馏工艺的节能问题，具体根据是否利用过程工艺以及是否改变工艺流程，可以将精馏操作中的节能方法归纳为三大类[2]，分别是：①完善精馏工艺流程，通过不断完善和健全传统工艺来达到节能的目的，目前使用比较频繁的节能工艺有多效精馏、热泵精馏等等；②进一步优化精馏塔相关操作，通过应用过程技术来降低精馏塔能耗，包括优化回流比、优化进料位置和进料状态等等；③对精馏塔进行优化改造，如改进塔板类型和填料等。

2 精馏工艺节能降耗的途径

(1)热泵精馏依靠精馏工艺中的特殊条件，使用热泵技术后可以使得温位，进一步将精馏塔顶部蒸汽引至塔底，用于底部供热。从本质上看，热泵精馏就是基于热力学第二定律所形成的，机械能转变为热能后使得塔顶蒸汽温度上升，之后就可以给塔底加热。

具体结合热源泵消耗外界能量的类型，可以将热泵精馏分为两种，一种是压缩式，另一种是喷射式。对于压缩式热泵而言，通常情况下为离心式，压缩比最大可达到1.8，可以使得精馏过程能耗下降10%～15%；对于喷射式热泵而言，它的初期投资相对较小，维修也比较便捷，所需的能源级数也比较低，但是压缩比偏小，从而导致了节能的效率偏低。

(2)多效精馏对于多效精馏而言，其工作原理如下：从前一个蒸馏塔塔顶所出来的蒸汽，会进入下一个精馏塔的再沸器中，并作为一种加热介质，这样减少精馏塔串联操作中的能耗。在这个过程中，仅仅只是两端的精馏塔需要引入外界加热介质与冷却介质，其他的精馏塔都不需要。因为每个精馏塔的操作压力都不一致，这就决定了当校数越多的时候，蒸汽用量就越少，两者呈反比关系。从第1校到第N校，操作压力逐渐降低，前一校塔顶蒸汽冷凝温度比后一校塔釜液沸点温度略高。

(3)优化工艺操作条件 ①采用最优回流比。是否能够实现优化精馏塔系统设计这一目标，关键就在于回流比，最佳回流比所表示的是操作费用与设备费用达到了一个最佳的平衡状态[3]。回流比不仅会影响到冷凝器的热负荷，同时也会影响到再沸器的热负荷，能够直接决定精馏分离中的净功耗。当回流比逐渐高于最小回流比时，操作线就会逐渐远离平衡线，所需的塔板数就会越来越少，这样就减少了设备费用。进一步分析可以知道，当回流比进一步加大时，蒸汽流动速率会逐渐加大，换热器热负荷也会逐渐加大，这样整个精馏塔系统中各个换热设备的传热面积就会加大，最终使得设备费用增加。所以，要确定出一个最佳的回流比，使得能耗达到最低。

②最佳进料状态。进料状态通常都可以用加料状态q来表示，它能够直接影响到精馏塔中的能耗，一旦q值发生变化，上下精馏段气液两相流速就会改变，提馏段同样也会如此，这样就会对所需塔板数量造成影响，也会影响各个换热器的热负荷。如果所处的是高温精馏这样一个环境，如果加料浓度较大，又有与此相适应的低温热源时，此时所选的q值应当尽量偏小，也就是说进料状态应当是气相或气液相。反之，如果加料浓度较小，所选的q值应当尽量偏大，也就是说进料状态为液相，这样就无需对料液进行预热，塔釜加热量也不会增加很多，这样就达到了节能的目的。

③选择适宜的进料位置。一般情况下，都会在塔身上布置多个进料口，这样方便进料的调节，如果进塔物料成分与加料板成分具有较大的差异性，此时必须要变更进料位置。在充分保证产品品质这一前提下，进料中重组分比重越大，进料口位置就可以越低，这样塔釜所需加热量就会越少。如果进料组分具有较大的差异性，可以将这些进料进行混合后再进行单塔处理，也可以选择一塔多股进料。

(4)采用新型塔板及填料目前所研制的新型高效塔板主要包括以下几种：伞形气帽、浮动筛板、新垂直筛板及穿流式浮板等；同时，所研制出的新型高效填料包括：阶梯环、半环、金属鞍环、丝网波纹及板波纹填料等。