精餾過(guò)程的節(jié)能途徑及新型的精餾技術(shù)

1、精餾過(guò)程的節(jié)能途徑及型的精餾技術(shù)摘 要精餾是化工、石化、醫(yī)藥等過(guò)程的重要單元操作，它是一類高能耗的單元過(guò) 程，其能耗約占化工生產(chǎn)的 60%，其節(jié)能途徑包括多效精餾、熱泵精餾、熱耦精餾技術(shù)、內(nèi)部熱集成蒸餾塔、型高效分別技術(shù)等。多效精餾由 N 個(gè)并列操作的精餾塔構(gòu)成，再沸器的加熱蒸汽可削減到原來(lái)單效精餾所需加熱蒸汽的 1/N 左右熱泵精餾能使能耗削減 20%左右；熱耦精餾比兩個(gè)常規(guī)塔精餾可節(jié)約 30%左右；內(nèi)部熱集成蒸餾塔節(jié)約的能耗可達(dá)3060%這些技術(shù)已成功地完成了中試，節(jié)能可到達(dá)3060%。關(guān)鍵詞精餾；節(jié)能前言操作，其中又以精餾的能耗居首位。精餾過(guò)程是一個(gè)簡(jiǎn)單的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，表現(xiàn)為變量多，被控

2、變量多，可操縱的變量也多；過(guò)程動(dòng)態(tài)和機(jī)理簡(jiǎn)單。 及操作參數(shù)設(shè)置往往欠合理。另外，由于精餾過(guò)程消耗的能量絕大局部并非用于組分分別， 熱能，就能降低整個(gè)過(guò)程對(duì)能量的需求，削減能量的鋪張，使節(jié)能收效也極為明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)精餾過(guò)程的能耗占全國(guó)能耗的3，假設(shè)從中節(jié)約10，每年可節(jié)約5 億美元。我國(guó)的煉油廠消耗的原油占其煉油量的810，其中很大一局部消耗于精餾過(guò) 程。因此，在當(dāng)今能源緊缺的狀況下，對(duì)精餾過(guò)程的節(jié)能爭(zhēng)辯就顯得格外重要。例如，美國(guó)巴特爾斯公司在波多黎各某芳烴裝置的 8 個(gè)精餾塔上進(jìn)展節(jié)能優(yōu)化操作，每年可節(jié)約 310 萬(wàn)美元。 的分別效率，降低能耗和提高產(chǎn)品回收率；承受多效精餾技術(shù)、熱泵技術(shù)

3、、熱耦精餾技術(shù)、塔型和高效填料等。1、轉(zhuǎn)變操作條件和方法選擇適宜的回流比回流比越小，則凈功耗越小。為此，應(yīng)在可能條件下減小操作的回流比R。塔徑將隨回曾對(duì)70 個(gè)不同的烴類精餾塔統(tǒng)計(jì)計(jì)算，最優(yōu)回流比R都在最小回流比的1.111.24 倍之opt揮發(fā)度接近于l 或分別要求很高則承受的R要顯著地高于R在一般狀況下假設(shè)在Roptminopt下操作，總費(fèi)用大局部是加熱蒸汽的費(fèi)用，約占70，而冷卻水的費(fèi)用只占百分之幾。但當(dāng)塔項(xiàng)冷凝器溫度低于大氣溫度時(shí)，即在低溫冷凝時(shí)，冷凍費(fèi)用便是主要的了。 產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)有肯定的回流余量，余量越大，能耗越高。對(duì)于回流設(shè)置較大的精餾塔，在不降低產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)的條件下，只要降低回

4、流量，即可降低塔底再沸器的能耗。選擇適宜的操作壓力壓力上升，被分別物系的溫度也相應(yīng)增高。另一方面，加壓精餾可充分利用廉價(jià)資源冰鹽水的使用量，而相應(yīng)降低了能耗。減壓精餾可以使很多高沸點(diǎn)化合物在分別過(guò)程中避開使用高價(jià)值的加熱介質(zhì)承受蒸汽加熱使用便利，價(jià)格低，同時(shí)由于傳熱系數(shù)大，有利于削減傳熱面積、節(jié)約投資； 同時(shí)減壓精餾可以避開熱敏化合物的分解或聚合，削減物料的損失而降低消耗。選擇適宜的進(jìn)料板位置和進(jìn)料狀態(tài)假設(shè)進(jìn)塔的物料成分與加料板的成分差異較大，則應(yīng)更換進(jìn)料位置(一般塔都有幾個(gè)進(jìn)料 口可供調(diào)整) 將各種物料混合后進(jìn)展單塔處理或一塔多股進(jìn)料。實(shí)際證明多股進(jìn)料完成一樣的分別任務(wù)， 不行逆性，必定增加

5、精餾過(guò)程的能耗。進(jìn)料狀態(tài)將直接影響精餾塔的能耗q q 增大，蒸汽量增加，但分別效果得到改善。2、多效精餾多效精餾由 N 個(gè)并列操作的精餾塔構(gòu)成， 操作壓力由左至右逐效降低。前面較高壓要冷卻介質(zhì)。承受 N 效蒸餾后，再沸器所需的加熱蒸汽可削減到原來(lái)單效精餾所需加熱蒸1/N 3040%。3、低溫?zé)岜镁s 壓縮機(jī)，以轉(zhuǎn)變冷凝或沸騰的溫度。圖 2 為最簡(jiǎn)潔的熱泵精餾，在塔頂冷凝器和塔底再沸 縮機(jī)壓縮，塔釜再沸器冷凝并放出熱量，再經(jīng)節(jié)流閥減壓至塔頂冷凝器中蒸發(fā)。如此反復(fù)， 不斷將熱量從溫度較低的冷凝器泵送至溫度較高的再沸器2。4、熱耦精餾技術(shù)20 世紀(jì) 60 年月提出的一種簡(jiǎn)單蒸餾技術(shù)，主要用于三元混合

6、物的分別。該類型塔已在 1989 年由德國(guó) BASF 公司領(lǐng)先實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，與常規(guī)蒸餾塔相比熱耦蒸餾可以節(jié)約能耗達(dá) 30%左右。可以用一個(gè)全塔和一個(gè)副塔代替兩個(gè)完整的精餾塔，從全塔內(nèi)引出一股液相物流直接作為副塔塔頂?shù)囊合嗷亓?，使副塔避開使用冷凝器和再沸器，實(shí)現(xiàn)了熱量的耦合，稱為熱耦精餾。熱耦精餾在熱力學(xué)規(guī)塔精餾可節(jié)約能耗 30%Krupp Uhde 建成了工業(yè)化的熱耦蒸餾塔，美國(guó) UOP 公司在提純粗庚烷裝置中承受了立式隔板蒸餾塔(熱耦蒸餾塔的一種)。它承受多股進(jìn)料技術(shù)，并包括了吸取過(guò)程。從近年來(lái)的進(jìn)展趨勢(shì)看，熱耦蒸餾的 工業(yè)應(yīng)用有良好的前景。Agrawal 和 Fidkowski 從熱力學(xué)效

7、率角度動(dòng)身，分析了分別三元抱負(fù)飽和液體時(shí)熱耦蒸餾與常規(guī)序列的差異。Schultz 等45承受當(dāng)分別指數(shù)1 假設(shè)中間組分的含量較低，則不宜于選用熱耦蒸餾的方案；當(dāng)其摩爾分?jǐn)?shù)超過(guò) 60%后，選用熱耦蒸餾方案則比常規(guī)簡(jiǎn)潔方案削減能耗 10%。(2)當(dāng) ESI 0.91.1 時(shí)，無(wú)論中間組分 的(3)當(dāng) ESI1 時(shí)，不宜于選用熱耦蒸餾方案。(4)如常規(guī)蒸餾 2 塔操作壓力差較大，亦不宜選用熱耦蒸餾方案。5、內(nèi)部熱集成蒸餾塔蒸餾塔相比節(jié)約的能耗可達(dá) 3060%這一設(shè)想最早于 20 世紀(jì) 60 Freshwatert 提出，其后不斷有學(xué)者發(fā)表爭(zhēng)辯成果。日本學(xué)者M(jìn)Nakaiwa 等在完成試驗(yàn)爭(zhēng)辯的根底上，

8、已于 2022 年通過(guò)了該塔的中試，目前正朝著工業(yè)化的方向進(jìn)展。內(nèi)部熱集成塔和傳統(tǒng)的蒸餾塔有著相當(dāng)大的區(qū)分塔釜再沸器已不再需要，原有的一個(gè)蒸餾塔被分成精餾和提餾 2 個(gè)塔，精餾塔放置在提餾塔內(nèi)部。由于實(shí)施了內(nèi)部熱集成，故該類塔具有格外高的熱力學(xué)效率。6、 承受型高效分別技術(shù)分別技術(shù)是通過(guò)塔設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。對(duì)常規(guī)板式塔改造，承受高效導(dǎo)向篩板，可降低能耗， 提高生產(chǎn)力量7。高效導(dǎo)向篩板高效導(dǎo)向篩板是北京化工大學(xué)在對(duì)包括篩板塔板在內(nèi)的各種塔板進(jìn)展深入細(xì)致爭(zhēng)辯的 根底，發(fā)揮篩板塔構(gòu)造簡(jiǎn)潔、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，抑制其漏點(diǎn)高、效率低的缺點(diǎn)，并且通過(guò)對(duì) 效塔板，其工作原理如圖 6 所示。高效導(dǎo)向篩板是在高效導(dǎo)向篩板

9、上開設(shè)了大量篩孔及少 前進(jìn)，抑制了原來(lái)塔板上的液面落差和液相返混，提高了生產(chǎn)力量和板效率，解決了堵塔、夜泛等問(wèn)題。另外，在傳統(tǒng)塔板上，由于液面梯度，在塔板的上游總存在個(gè)非活化區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)氣流無(wú)法穿過(guò)液層而上升鼓泡。試驗(yàn)測(cè)定，非活化區(qū)的面積約占塔截面積的 1/3 左右能產(chǎn)生鼓泡，帶來(lái)了良好的氣液接觸與傳質(zhì)。高效導(dǎo)向篩板具有以下特點(diǎn)：(1)生產(chǎn)力量 大；(2)效率高；(3)壓降低；(4)抗堵力量強(qiáng)；(5)構(gòu)造簡(jiǎn)潔，造價(jià)低廉。板填復(fù)合塔板板填復(fù)合塔板是北京化工大學(xué)對(duì)板式塔與填料塔進(jìn)展深入爭(zhēng)辯的根底上限大幅度提高，因此塔的操作彈性也大為提高。板填復(fù)合塔板的工作原理如圖 7 所示。氣體從塔板下方以肯定

10、的氣速通過(guò)塔板上的開孔而進(jìn)入提液管石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多種物系中得到成功應(yīng)用。型高效填料體分布的均勻程度。型高效規(guī)整填料型高效規(guī)整填料主要包括金屬板波浪填料和金屬絲網(wǎng)波浪填料兩大類理的和化學(xué)的方法處理后，填料的分別效率大為提高。主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)理論塔板數(shù)高，通 (2)(3)放大效應(yīng)不明顯。(4)適用于減壓精餾，能夠滿足周密、大型、高真空精餾裝置的要求， 犯難分別物系、熱敏性物系及高純度產(chǎn)品的精餾分別供給了有利的條件。型高效散堆填料金屬鮑爾環(huán)填料金屬鮑爾環(huán)填料是 20 世紀(jì) 40 年月德國(guó) BASF 公司在拉西環(huán)填料的根底上開發(fā)的。2 5 個(gè)舌葉彎入環(huán)內(nèi)指向環(huán)心，在中心處幾乎相搭，上下 2 層窗孔的位置相互錯(cuò)開，一般開孔的總面積為整個(gè)環(huán)面積的 35%左右。由于在環(huán)壁上開了很多窗孔，使得填料層內(nèi)的氣、液分布狀況及傳質(zhì)性能比拉西環(huán)有較大的改善。金屬階梯環(huán)填料階梯環(huán)填料是 20 世紀(jì) 70 年月初由英國(guó)傳質(zhì)公司應(yīng)用價(jià)值分析技術(shù)開發(fā)出來(lái)的一種改進(jìn)的開孔環(huán)填料。這種填料降低了環(huán)的高度，并在環(huán)的 2 個(gè)側(cè)端增加了錐形翻邊，使其性能較鮑爾環(huán)填料有了較大的進(jìn)步。在同樣液體噴淋密