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节约能耗 精馏节能全在这里!



精馏塔设计单位雷特石化9月23日讯  能耗高是化工生产过程中面临的一大困难,解决该问题成为首要目标。精馏是具有高能耗的单做操作,如何降低精馏操作的能耗成为首要之选。那么,有哪些方法与技术呢?我们一起来看看吧。

一:改变操作条件和方法

分离过程所需最小功是由原料和产物的组成、温度和压力所决定的。要提高热力学效率只能采取措施降低过程的净功消耗,使过程尽量接近可逆过程。

精馏过程热力学不可逆性主要由以下原因引起:

(1)通过一定压力梯度的动量传递;

(2)通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合;

(3)通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合。

1、选择适宜的回流比

影响精馏过程能量消耗最主要的因素是回流比,精馏塔的能耗随回流比几乎成正比增加。

因此,应选择完成给定的分离任务所需要的操作费和设备费的总和为最小值的回流比。

适宜回流比:与最少总费用相对应的回流比称为适宜回流比或操作回流比。

回流比

目前,回流比的选择选择已经降到最小回流比的1.3倍以下,有的甚至推荐R=(1.1~1.15)Rmin。

2、选择适宜的操作压力

加压精馏有利于采用廉价加热介质和冷凝介质,如蒸汽和水。一方面,加压精馏可以减少单位产品的能源消耗。另一方面,加压精馏可充分利用廉价资源。采用水作为冷却介质可较大限度降低单位产品的投资和操作费用,同时由于减少了冰盐水的使用量,而相应降低了能耗。

操作压力对气液平衡的影响


操作压力对气液平衡的影响

减压精馏可以使许多高沸点化合物在分离过程中避免使用高价值的加热介质,如热油等。采用蒸汽加热使用方便,价格低,同时由于传热系数大,有利于减少传热面积、节省投资;同时减压精馏可以避免热敏化合物的分解或聚合,减少物料的损失而降低消耗。

3、选择适宜的进料板和进料状态

在保证产品同一质量品质的前提下,进料中重组分增加,可降低进料口位置,减小提馏段可降低塔釜加热热量。

若被分离的物料来源不同,各组分的含量差异较大,可将各种物料混合后进行单塔处理或一塔多股进料。

进料状态将直接影响到精馏塔能耗的大小。

进料状态对精馏塔的影响

进料状态对精馏塔的影响

当塔主要受提馏段支配时,进料的预热将使q变小,使操作线更接近于汽液平衡线,使提馏段塔板数减少,提馏段的蒸汽负荷减少,从而可节省蒸汽。

4、中间换热节能

对于塔顶塔底温度差别比较大的精馏塔,可以通过增加中间换热器的方式来节省或回收热量(冷量)。中间换热的方式有两种:中间再沸器和中间冷凝器。

对塔底再沸器来说(以塔底再沸器为基准),中间冷凝器是回收热量,中间再沸器是节省热量。

对于塔顶冷凝器来说(以塔顶冷凝器为基准),中间冷凝器是节省冷量,中间再沸器是回收冷量。

节省高品位热源,但中间再沸器下方塔板分离能力被削弱。

减少主冷凝器高品位冷剂的用量,以减少能耗,但下方塔板的分离能力有所下降。


二:多效精馏

多效精馏系统是由若干压力不同的精馏塔构成,而且依据压力高低的顺序,相邻两个塔的高压塔塔顶蒸汽作用为低压塔再沸器的热源,换言之,高压塔塔顶蒸汽的冷凝潜热均被精馏系统自身回收利用,使热能得到充分有效地利用。

多效精馏中最常见的是双效精馏

多效精馏中最常见的是双效精馏。双效精馏可充分利用冷热剂固有温差,减少了传热的不可逆性,减少公用工程消耗,但同时增加了设备费用。

双效精馏有4种基本类型。

平流型:原料被分成大致均匀的两股分别送入高、低压两塔,其中以高压塔塔顶蒸汽向低压塔塔釜提供热量,两塔均从塔顶、塔釜采出产品。

顺流型:顺流型可分为LGH型和HGL型两类型。

顺流型LGH型:从高压塔进料,高压塔塔顶产品作为低压塔进料,两塔塔釜均采出产品,而塔顶产品全由低压塔塔顶采出。

顺流型HGL型:从高压塔进料,高压塔塔底作为低压塔进料,两塔塔顶均采出产品,而塔底产品全由低压塔塔底采出。

逆流型:所有原料都进入低压塔,其塔底采出作为原料送入高压塔,两塔塔顶均有产品采出,而塔底只有高压塔有产品采出。

双效精馏操作压力的组合方式有三种:加压-常压、加压-减压、常压-减压。

多效精馏的投资费用高于常规精馏,故要依据实际生产情况的要求并结合经济因素综合考虑。

三:热泵精馏

热泵精馏是依据热力学第二定律,给系统加入一定的机械功,将温度较低的塔顶蒸汽加压升温,作为高温塔釜的热源。

根据热泵所消耗的外界能量不同,热泵精馏可分为蒸汽压缩式和蒸汽喷射式两种类型。

1、蒸汽压缩式热泵精馏

蒸汽压缩式热泵精馏又可以分为塔顶气体直接压缩式热泵精馏和单独工质循环式两种类型。

气体直接压缩式热泵精馏的过程特点是:(1)所需的载热介质是现成的;(2)因为只需要一个热交换器(即再沸器),压缩机的压缩比通常低于单独工质循环式的压缩比;(3)系统简单,稳定可靠。

单独工质循环式热泵技术精馏的特点为:(1)塔中要分离的产品与工质完全隔离;(2)可使用标准精馏系统,易于设计和控制;(3)与塔顶气体直接压缩式相比较,多一个热交换器(即蒸发器),压缩机需要克服较高的温差和压力差,因此,其效率较低。

、蒸汽喷射泵方式减压精馏

在该流程中,塔顶蒸汽是稍含低沸点组成的水蒸汽,其一部分用蒸汽喷射泵加压升温,随驱动蒸汽一起进人塔底作为加热蒸汽。

优点:

(1)新增设备只有蒸汽喷射泵,设备费低;

(2)蒸汽喷射泵没有转动部件,容易维修,而且维修费低。

适合应用:

(1)精馏塔塔底和塔顶的压差不大;

(2)减压精馏的真空度比较低的情况。

3、低温精馏的热泵


对于组分沸点差较小的低温精馏系统,热泵流程是一种有效的提高热力学效率的手段。

热泵的原理:使用膨胀阀和压缩机来改变冷凝和(或)沸腾温度,使冷凝器中放出的热量用作再沸器中加热所需的热量。当冷凝器和再沸器不相匹配时,可用辅助冷凝器和再沸器。

常用的三种热泵流程:

(1)用外部制冷剂的热泵

将外部制冷剂用于塔顶冷凝器和再沸器所构成的封闭循环中,冷凝器作为制冷剂的蒸发器,再沸器作为制冷剂的冷凝器。

(2)压缩塔顶蒸汽的热泵

当馏出物是一种好的制冷剂时,塔顶蒸汽被压缩,使它的冷凝温度高于塔底产物沸点,冷凝放出的热量用于再沸器。离开再沸器的冷凝液通过一个膨胀阀,闪蒸到塔顶压力,以提供回流和馏出产品。过剩的蒸汽再循环进入压缩机。

(3)用再沸器液体闪蒸的热泵

当塔底产品是一种好的制冷剂时,塔釜液通过膨胀阀闪蒸到相应于馏出物饱和温度的压力。塔顶冷凝器又起再沸器的双重作用。在冷凝器中生成的蒸汽在进塔前被再压缩到塔底压力。

四:SRV精馏

能耗高是化工生产过程中面临的一大困难,解决该问题成为首要目标。

精馏是具有高能耗的单做操作,如何降低精馏操作的能耗成为首要之选。

那么,有哪些方法与技术呢?我们一起来看看吧。

精馏段的操作压力高于提馏段,此压差可导致足够的温差,使得精馏段和提馏段的一对塔板之间能进行所希望的热交换。

沿全塔布置的换热元件能大大降低塔顶冷凝器和塔底再沸器的负荷。这样,液相回流量在精馏段中自上而下稳定地增加,而蒸汽流率在提馏段中自下而上稳定地增加。

对于沸点相近的混合物的冷冻分离,SRV精馏可以减少公用费用,颇具吸引力。

双效精馏操作压力的组合方式有三种:加压-常压、加压-减压、常压-减压。

多效精馏的投资费用高于常规精馏,故要依据实际生产情况的要求并结合经济因素综合考虑。

3热泵精馏

热泵精馏是依据热力学第二定律,给系统加入一定的机械功,将温度较低的塔顶蒸汽加压升温,作为高温塔釜的热源。

根据热泵所消耗的外界能量不同,热泵精馏可分为蒸汽压缩式和蒸汽喷射式两种类型。

1、蒸汽压缩式热泵精馏

蒸汽压缩式热泵精馏又可以分为塔顶气体直接压缩式热泵精馏和单独工质循环式两种类型。



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