1、精選優質文檔-傾情為你奉上精餾過程節能技術綜述摘要：精餾是化學工業中高能耗的操作單元，在當今能源緊缺的情況下, 對精餾過程的節能技術進行研究具有重要的社會意義和實際意義。本文從精餾過程中熱能的充分利用，提高精餾系統的熱力學效率以及減少精餾過程對能量的需要這三大主要方面介紹了精餾過程的節能措施，對各個類型的主要節能方法、優缺點和適用范圍進行了較為詳細的敘述，并介紹了我國精餾過程節能技術的發展現狀與趨勢。關鍵詞：精餾 節能前言：精餾過程是一個伴隨傳熱和傳質的復雜過程，被廣泛應用于石油化工和精細化工等領域，是化學生產中主要的能源消耗環節，具有變量多、機理復雜等特點。據相關資料統計，化工生產過程中有4

2、070的能耗用于分離過程，而精餾所消耗的能量就占據了其中的95。自從世界性的能源危機爆發以來，精餾過程的節能問題已經引起了人們的廣泛重視。因而降低精餾過程中的能耗，對于節約能源，降低生產成本有著至關重要的作用，本文就精餾過程中的節能措施進行了詳細的介紹。1.精餾過程節能技術現狀：目前，隨著化工生產中分離物料的組分不斷增多，對產品純度的要求也不斷提高，但精餾裝置操作往往偏于保守，操作方法、操作參數設置不盡合理。典型的單級精餾裝置中，混合物料從某一中間位置進入塔內，塔內設有塔板或填料促進汽液兩相之間的相互接觸，塔底液相在再沸器中被加熱，塔頂的蒸汽在冷凝器中冷凝為餾出液。在該精餾過程中所消耗的絕大部

3、分能量被冷卻水或分離組分帶走，并非用于實際的組分分離，因此精餾過程的節能技術具有廣闊的發展空間。近年來，世界能源短缺狀況加劇，各國對精餾節能技術的研究都很重視，以精餾過程節能技術為中心的研究和應用得到了飛速的發展。據統計，我國的煉油廠消耗的原油占其煉油量的8%10%，其中很大一部分消耗在了精餾過程中。在現今能源資源緊缺的情況下，對精餾過程的節能研究就變得十分重要。2. 充分利用精餾系統的熱能：這類節能技術主要包括保溫隔熱，回收物料的部分顯熱或潛熱，優化熱交換器這三種方法。2.1 保溫隔熱：精餾系統由塔體、熱交換器以及各種管道組成，這些設備多為金屬材料制成，對熱的傳導較為容易，使得精餾過程容易受

4、到環境溫度的影響，如果對塔體、熱交換器和管道采取保溫隔熱的措施，就可以極大的降低設備與環境之間的熱傳遞作用，從而達到節約能量的目的。2.2 潛熱利用：精餾塔的顯熱回收量通常較小，對于高溫精餾過程，常通過回收塔頂蒸汽的潛熱來達到節能的效果。從精餾塔出來的高溫物料本身攜帶有大量的熱量，對塔頂物料的余熱進行充分的回收利用，還可以減少塔頂冷凝器中冷流體的使用量。對于一般的塔頂具有一定壓力、溫度的液體物料，可使其通過減壓室將顯熱轉換成潛熱進行回收，具體方法是：使塔釜液先進入減壓罐，在減壓條件下閃蒸成蒸汽，然后通過中壓蒸汽驅動的蒸汽噴射泵將此部分蒸汽升壓，用于其他設備，其流程見下圖。2.3 優化熱交換器：

5、優化熱交換器是節能的重要環節，因為它決定了熱能是否能夠得到充分利用。因此提高熱交換器的換熱效果十分有利于精餾過程的節能。為了提高熱交換器的傳熱系數，研究人員現已開發了多種高效換熱設備或元件，如波紋型和多孔管型等一些能夠更好地強化傳熱的類型，可大大提高傳熱系數。雙波紋管和一面多孔一面波紋的傳熱表面都能夠使傳熱系數提高l2倍；而高熱流管與過去的低翅片管相比，傳熱效率則能提高30%。另外強化再沸器和冷凝器中的傳熱，還包括增強傳熱面積，和采用空氣冷卻器或蒸發冷卻器代替水冷卻器等方法。3. 提高精餾系統的熱力學效率：提高精餾系統的熱力學效率，主要是在提高系統的分離效率和產品回收率這兩方面，可以通過多效精

6、餾、熱泵精餾、熱耦精餾等技術實現，或采用新型塔板、高效填料塔等來增強分離效果和降低能耗。3.1 多效精餾：在許多發達的工業國家，多效精餾已成為一種規范性節能系統，被廣泛應用于工業生產中。多效精餾是通過擴展工藝流程來節減精餾操作能耗的，它是用多塔代替單塔，各個塔的能位級別不同，能位較高的塔排出的能量用于較低的塔，從而達到節能的目的。即多效精餾將前級塔頂冷凝器與次級塔底再沸器合二為一，將前級塔頂蒸汽冷凝所放出的熱量用作次級塔液的汽化，操作壓力逐效降低，前面較高壓力塔的塔頂蒸汽作為后面較低壓力的塔底再沸器的加熱介質，在其中冷凝，其原理與多效蒸發相同。如果相鄰兩塔的冷凝器和再沸器的熱負荷平衡，則只有第

7、一塔的再沸器需要加熱蒸汽，最后一塔的冷凝器需要冷卻介質。若按進料方向與操作壓力梯度方向是否一致劃分，多效精餾可分為三類：多效平流、多效順流和多效逆流。平流型:原料被分成大致均勻的兩股分別送入高、低壓兩塔中，其中以高壓塔塔頂蒸汽向低壓塔塔釜提供熱量，兩塔均從塔頂、塔釜采出產品。順流LGH型:流程從高壓塔進料，高壓塔塔頂產品作為低壓塔進料，兩塔塔釜均采出產品，而塔頂產品全由低壓塔塔頂采出。順流HGL 型：:此流程也只從高壓塔進料，高壓塔塔底產品作為低壓塔進料，兩塔塔頂均采出產品，塔底產品只從低壓塔采出。逆流型:所有原料都進入低壓塔，其塔底采出作為原料送入高壓塔，兩塔塔頂均有產品采出，而塔底只有高壓

8、塔有產品采出。多效精餾能耗低，節能效果較好，但多效精餾隨效數增加，產生的節能效果開始不斷下降，所帶來的負面影響急劇增大。工業上一般采用雙效精餾，雙效精餾技術在國外已日臻成熟，理論上雙效精餾與單效相比可節能50%，但實際節能量與多種因素有關，其節能效果已為實踐所證實，雙效精餾操作所需熱量與單效精餾可減少30%40%。3.2 熱泵、中間再沸器及中間冷凝器：熱泵精餾就是靠補償或消耗機械功，把精餾塔塔頂低溫處的熱量傳遞到塔釜高溫處，使塔頂低溫汽用作塔底再沸器的熱源。根據熱泵所消耗的外界能量不同，熱泵精餾可分為蒸汽加壓方式和吸收式兩種類型。蒸汽加壓方式熱泵精餾分蒸汽壓縮機方式和蒸汽噴射式兩種。蒸汽壓縮機

9、方式考慮到冷凝和再沸器熱負荷的平衡以及便于控制，在流程中往往設有附加冷卻器和加熱器。按照流程的不同，蒸汽壓縮機方式又可分為間接式、塔頂氣體直接壓縮式、分割式和塔釜液體閃蒸再沸式等4 種流程。其中間接式熱泵精餾流程利用單獨封閉循環的工質(制冷劑)工作，塔頂氣體直接壓縮式是以塔頂氣體作為工質的熱泵；分割式熱泵精餾流程分為上下兩塔:上塔類似于常規熱泵精餾，只不過多了一個進料口；而下塔類似于常規精餾的提餾段即蒸出塔(或汽提塔)，進料來自上塔的釜液，蒸汽出料則進入上塔塔底；閃蒸再沸是熱泵的一種變型，它直接以塔釜出料為冷劑，經節流后送至塔頂換熱，吸收熱量蒸發為氣體，再經壓縮升壓升溫后， 返回塔釜。蒸汽壓縮

10、機方式適用于下述系統：塔頂和塔底溫差較小的場合, 只要塔頂和塔底溫差小于36 ，就可以獲得較好的經濟效果；被分離物質的沸點接近，分離困難，回流比高，因此需要大量蒸氣的場合；在低壓運行時必須采用冷凍劑進行冷凝，為了使用冷卻水或空氣作冷凝介質，必須在較高塔壓下分離某些易揮發性物質的場合。蒸汽噴射式熱泵是提高低壓蒸汽壓力的專門設備，其原理是借助高壓蒸汽(驅動蒸汽)噴射產生的高速汽流，將低壓蒸汽的壓力和溫度提高，而高壓蒸汽的壓力和溫度降低。低壓蒸汽的壓力和溫度提高到工藝能使用的指標，從而達到節能的目的。采用蒸汽噴射泵方式的熱泵精餾具有如下優點:新增設備只有蒸汽噴射泵，設備費低；蒸汽噴射泵沒有轉動部件，

11、容易維修，而且維修費低；吸入蒸氣量偏離設計點時發生喘振和阻流現象。這點與蒸汽壓縮機相同，但由于沒有轉動部件，就沒有設備損壞的危險。蒸汽吸收式熱泵精餾由吸收器、再生器、冷卻器和再沸器等設備組成，常用溴化鋰水溶液或氯化鈣水溶液為工質。精餾塔的冷凝器也是熱泵的再沸器。吸收式熱泵按照機內循環方向的不同可分為：冷凝器壓力大于蒸發器壓力的第一類吸收式熱泵(型)和蒸發器壓力高于冷凝器壓力的第二類吸收式熱泵(型)。第一類吸收式熱泵需要高溫熱源驅動，但不需要外界冷卻水，熱量能得到充分利用，主要應用于產生熱水；第二類吸收式熱泵可利用低品位熱能直接驅動，以低溫熱源與冷卻水之間的溫差為推動力，可產生低壓蒸汽。精餾過程

12、設置中間再沸器及中間冷凝器，是頂底溫差較大的精餾塔降低系統能耗的有效措施。在精餾段設置中間冷凝器，可用溫度較高，價格較低的冷卻介質，使塔內上升蒸汽部分冷凝，這樣可以減少塔頂低溫冷卻介質的用量。同理，在塔內設置中間再沸器，可利用溫度較低的加熱介質，使塔內下降液體部分汽化，從而可以減少塔底再沸器中高溫加熱介質的用量。一般采用中間冷凝器和中間再沸器對沸點大的精餾操作尤為有利。有些精餾過程將熱泵、中間冷凝器、中間再沸器結合使用，熱泵的循環介質在中間冷凝器中吸收了來自精餾段某一位置飽和蒸汽的熱量而蒸發為氣體，該氣體經壓縮后提高溫度進入中間再沸器，在中間再沸器中冷凝放熱，冷凝后的液體再進入中間冷凝器蒸發吸

13、熱，如此循環，大大提高了精餾過程的熱力學效率。SRV精餾就是綜合熱泵技術、中間冷凝器和中間再沸器的精餾技術，開發出來的一種新技術。SRV精餾是具有附加回流和蒸發的精餾過程的簡稱，它所依據的原理類似中間冷凝器。精餾段與提餾段處于不同的壓力， 精餾段壓力高，提餾段壓力低，合理控制兩段的壓力。使精餾段相應位置的溫度(壓縮后)均高于提餾段相應位置的溫度，精餾段就可作為“多溫度級位的熱源”，并向提餾段供熱。同時，提餾段可作為“多溫度級位的冷源”，即精餾段各溫度級別上升蒸汽分別引入到相應的溫度級別的提餾段，部分冷凝放出熱量，加熱提餾段下降液體，從而減少了塔釜熱源消耗量。此系統適合于精餾塔頂和塔釜溫差較小的

14、低溫精餾系統，如乙烯精餾塔。3.3 熱耦精餾：熱耦精餾主要用于三元混合物的分離，可分為以下幾種形式:側線蒸餾塔，由主塔和側線蒸餾塔組成；側線提餾塔，由主塔和側線提餾塔組成：完全熱偶精餾，最早由Petlyuk 提出，故又稱為Petlyuk 蒸餾塔，由主塔和預分餾塔構成，預分塔的作用是將混合物進行初步分離，輕關鍵組份全部由塔頂分出，重關鍵組份完全由塔釜采出，中間組份在塔頂、塔底之間分配，主塔的作用則是對預分塔塔頂和塔底的物料進一步分離，得到符合要求的產物；立式隔板塔，在塔內部采用立式隔板將塔從中間隔開分成兩部分，這一結構從本質上可認為是將petlyuk 蒸餾塔的主塔和預分塔組合于同一塔內。對于某給

15、定的物料，隔板塔精餾和常規精餾流程相比需更小的回流比，增大了操作容量，節能最高可達到60 %以上，可省設備投資30%。隔板塔精餾塔能廣泛地應用于石油精制、石油化工、化學品及氣體精制。熱偶精餾塔節能的主要原因有兩點:熱偶精餾塔較好地解決了中間組分在塔內的再混合問題。熱偶精餾預分塔進入主塔的物料，其組成能夠較好地和主塔進料板上的組成相匹配，符合最佳進料板的要求。熱偶精餾流程并不適用于所有化工分離過程，它的應用有一定的限制，這是因為，雖然此類塔從熱力學角度來看具有最理想的系統結構，但它主要是通過對輸入精餾塔的熱量的“重復利用”而實現的。當再沸器所提供的熱量非常大或冷凝器需將物料冷至很低溫度時，此工藝

16、會受到很大限制。此外, 熱偶精餾流程對所分離物系的純度、進料組成、相對揮發度及塔的操作壓力都有一定的要求:產品純度：熱偶精餾流程所采出的中間產品的純度比一般精餾塔側線出料達到的純度更大，因此，當希望得到高純度的中間產品時，可考慮使用熱偶精餾流程。如果對中間產品的純度要求不高，則直接使用一般精餾塔側線采出即可。進料組成:若分離A 、B 和C 三個組分，且相對揮發度依次遞增時，采用該類塔型時，進料混合物中組分B 的量應最多，而組分A 和C 在量上應相當。相對揮發度：當組分B 是進料中的主要組分時，只有當組分A 的相對揮發度和組分B 的相對揮發度的比值與組分B 的相對揮發度和組分C 的相對揮發度的比

17、值相當時，采用熱偶精餾具有的節能優勢最明顯。如果組分A 和組分B（與組分B 和組分C 相比）非常容易分離時，從節能角度來看就不如使用常規的兩塔流程了。塔的操作壓力：整個分離過程的壓力不能改變。當需要改變壓力時，則只能使用常規的雙塔流程。3.4 新型塔板和高效填料：塔板和填料是精餾塔最為重要的傳質內件，新型塔板和高效填料具有效率高、壓降低的優點。如采用傘形氣帽、浮動篩板、新垂直篩板及穿流式浮板等新型塔板等，可以降低精餾塔的操作壓力，使被分離物系各組分間的相對揮發度增大，有利于提高分離效率和降低能耗。填料性能主要取決于填料表面的濕潤程度和氣液兩相流體分布的均勻程度。目前的高效填料有：新型高效規整填

18、料；新型高效散堆填料；階梯環填料；金屬環矩鞍填料等。新型高效填料在精餾塔器中的應用，均可以達到擴產、節能、降耗的效果。4. 減少精餾系統對能量的需要：改變操作條件和方法，降低凈功耗，減少精餾過程本身的能量需求，是從根本上進行節能的方法，主要應該考慮選擇適宜的操作條件，如對回流比、操作壓力、多塔排列順序和進料狀態等方面進行優化。4.1 回流比：回流比直接影響再沸器和冷凝器的熱負荷，決定精餾分離的凈功耗，因此大體上確定了操作費用。在精餾過程中為了節能，操作線和氣液平衡狀態是非常重要的。操作線的改進就是使精餾過程盡可能地接近于可逆蒸餾過程。減小回流比是一種最容易使操作線接近于平衡線的方法，回流比越小

19、則系統節能效果越明顯，因此應在可能條件下減小操作的回流比。但由于塔徑隨回流比的增加而加大，在回流比趨于最小回流比操作時，就會造成塔設備費迅速增加。因此，一般權衡設備費用與操作費用，選擇最優回流比。最小回流比與最優回流比之間沒有確定的數學關系式，最優回流比一般為最小回流比的1.11.5倍。對于已確定的精餾塔和分離物系，回流比和產品純度密切相關，精餾塔設計時為保證產品純度，都設計有一定的回流余量，這必然導致能耗偏高，因此在保證產品質量等級的條件下，只要適當降低回流量，即可降低能耗。4.2 操作壓力：為精餾過程選擇適宜的操作壓力也有利于減少精餾的能量消耗。一般在減壓條件下，平衡溫度下降，使許多高沸點

20、化合物在分離過程中可以避免使用具有較高價值的加熱介質，如熱油等，這時可降低回流比而節省能量。但有時采用加壓精餾，加壓精餾實質上是提高被分離物系自身的飽和蒸汽壓，系統內蒸汽壓力升高，被分離物系的溫度也相應增高，因此可以采用廉價的加熱介質和冷凝介質，如蒸汽和水，在很大程度上減少了使用冰鹽水或更高檔次冷卻介質的可能性，從而相應降低了能耗。4.3 多塔排列順序：當采用精餾塔將多個組分進行分離時，精餾塔的排列順序可以有多種方案，排列順序會對精餾能耗產生較大影響。在選擇分離序列時，應根據氣液平衡常數的大小進行排序，把輕組分逐個脫除，即采取順序流程；最難分離的組分或對回收率要求高的組分放在最后，即在所有其他

21、組分都除去后再進行分離。4.4 進料狀態：進料狀態直接影響精餾塔的能耗，選擇適宜的進料狀態，可以使操作線更接近于氣液平衡線，使提餾段塔板數減少，提餾蒸汽負荷減少，從而可節省蒸汽能耗。當組分的含量差異較大時，可將混合物料進行單塔處理或一塔多股進料，一般多股進料完成相同的分離任務時，能耗較低；另外在保證產品質量的前提下，如果進料中重組分增加，可降低進料口位置，從而可降低所需的加熱熱量。總結：綜上所述，伴隨世界范圍內的能源緊缺，精餾過程的節能技術越來越受到人們的重視，節能型精餾流程對降低化工生產過程的能耗起到非常重要的作用。解決如何合理充分利用精餾過程的熱能，降低整個過程對能量的需要，做到增產不增能耗的問題，在工業生產中有著重要的現實意義。在精餾過程中可以從充分利用精餾過程熱能，提高蒸餾系統的熱力學