热泵技术在化工生产中的应用

2016-08-02陈楠浙江省天正设计工程有限公司浙江杭州310012

化工管理 2016年16期

陈楠（浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州 310012）

热泵技术在化工生产中的应用

陈楠（浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州 310012）

摘要：目前，能源短缺已经成为了一个世界性的问题，而精馏作为化工和石化等行业中非常重要的组成部分，能量消耗惊人，因而对其节能研究就具有非常重要的现实意义。本文主要结合热泵技术的相关理论，对其在精馏技术的具体应用进行了详细的探讨，以为未来的发展方向提供一定的参考价值。

关键词：热泵技术；化工；生产；应用

随着工业的快速发展，世界性的能源短缺问题日益变的突出，从而使得节能降耗成为了人们普遍关注的热点课题。同样对于我国来说，石油化工企业作为国民经济的重要支柱，根据有关数据统计显示，该行业的能耗占到了工业总能耗的将近百分之二十，因此，在该行业中实行节能任务显得十分迫切。精馏作为其中一个重要的耗能环节，对其节能研究具有非常重要的现实意义，本文主要以精馏节能中应用的热泵技术为例对热泵技术在化工生产中的具体应用进行了详细的探讨。

1 热泵技术的工作原理

热泵技术的原理是工作介质吸收塔顶蒸汽的相变（冷凝）热，然后通过压缩机压缩加压升温作为再沸器的热源，然后再进行节流膨胀后作为塔顶冷凝器的冷源，从而形成一个循环，节省了加热蒸汽和冷凝用水，这个循环的本质是逆向卡诺循环，其效率的高低我们以热泵性能系数（代表了热泵输出热量与输入的功之比）表示：η=TH/（TH-TC），其中TH为工质的冷凝温度，Tc为工质的蒸发温度。由上式可见理论上热泵的效率肯定大于1，同时工质的蒸发温度与冷凝温度差值越小热泵效率越高。

根据不同的依据，可以将热泵分为多类，比如从结构上可以将热泵分为单级泵、两级泵以及多级泵三种，而从输送有用能的工作方式上来划分，则可以将热泵划分为吸收式、压缩式以及喷射式热泵等三种。

2 热泵技术在化工精馏中的应用实践

（1）压缩式热泵精馏技术在当前的很多化工生产操作单元中，精馏、蒸发以及干燥这几个单元对能量的消耗是最大的，而且又非常适合应用热泵技术，尤其将热泵技术应用在精馏环节中，具有非常好的经济特性。压缩式热泵精馏主要特点是利用动力机械驱动压缩机使工质在热泵中循环流动并发生状态变化，从而实现热泵的连续高效制热。按照流程的不同，又可以详细分为 A 型开式热泵精馏、B 型开式热泵精馏、闭式热泵精馏、分割式热泵精馏四种流程。

（2）热泵技术的实践改造在实际生产中对一精馏装置中能耗较大的使用传统精馏技术的1#塔、2#塔进行了热泵技术改造，取得了良好的效果。其主要采用的工艺流程见图1。

图1 改造流程图

改造前的能耗情况：①1#塔塔顶冷负荷：310kW；2#塔塔顶冷负荷：172kw；合计482kW。②使用大冷制冷机一台制冷量为485kw，电机功率450kW，需要的循环水量为51m3/ h。③1#塔塔底热负荷：308kW，2#塔塔底热负荷：182kW；合计490kW。④折算成6公斤饱和蒸汽为842kg/h.

改造前后的方案对比：①设备方面：增加压缩机一台、节流阀一个、冷凝器两台及泵一台；减少制冷机一台；②能耗方面：减少塔釜热负荷490kW；压缩机的轴功率（171+244=415kW）与制冷机的功率相近；循环水用量两者接近；综上所述，采用此节能方案可节约蒸汽842kg/h。

蒸汽按每吨120元计，年节省蒸汽约72万元。

根据实践热泵精馏在下述场合应用，可取得良好效果：①塔顶和塔底温差较小，因为压缩机的功耗主要取决于温差，温差越大，压缩机的功耗越大。据文献报导，只要塔顶和塔底温差小于36度，就可以获得较好的经济效果。②沸点相近组分的分离，按常规方法，精馏塔需要较多的塔板及较大的回流比，才能得到合格的产品，而且加热用的蒸汽或冷却用的冷却水都比较多。若采用热泵技术，一般可取得较明显的经济效益。

（3）注意事项将热泵技术应用在化工蒸馏中应该注意如下的事项：首先，针对于在精馏技术中应用的不同类型热泵技术，它们都有着各自的优缺点，在实践中具体应该采用哪种形式，都应该根据具体的热源特征、物性、经济核算以及用户的要求来进行决定；同时，还应该注意精馏装置中各个部位的理想配合，同时注重对它们进行优化，尤其对于高效传热设备的选用更是非常重要，这样才能取得更好的经济效益。