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精馏塔节能技术



精馏塔节能技术

在工业生产中,石油化学工业的能耗所占比例最大,而石油化学工业中能耗最大者为分离操作,其中又以精馏的能耗居首位。精馏是化工、石化、医药等过程的重要单元操作,精馏过程热能的充分利用;提高蒸馏系统的分离效率,提高产品回收率来实现降低能耗;减少蒸馏过程对能量的需要

    作为化工生产中应用最广的分离过程,精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。在实际生产中,为了保证产品合格,精馏装置操作往往偏于保守,操作方法以及操作参数设置往往欠合理。另外,由于精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离,而是被冷却水或分离组分带走。因此,精馏过程的节能潜力很大,合理利用精馏过程本身的热能,就能降低整个过程对能量的需求,减少能量的浪费,使节能收效也极为明显。

    据统计,在美国精馏过程的能耗占全国能耗的3%,如果从中节约10%,每年可节省5亿美元。我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的8%~10%,其中很大一部分消耗于精馏过程。因此,在当今能源紧缺的情况下,对精馏过程的节能研究就显得十分重要。例如,美国巴特尔斯公司在波多黎各某芳烃装置的8个精馏塔上进行节能优化操作,每年可节约310万美元。

    蒸馏过程的节能基本上可从以下几个方面着手:(1) 精馏过程热能的充分利用;(2) 提高蒸馏系统的分离效率,提高产品回收率来实现降低能耗;(3) 减少蒸馏过程对能量的需要;(4)加强管理。

1、  蒸馏过程热能的充分利用

    加强保温保冷以改进热的利用在精馏过程中使用的主要设备为精馏塔和换热器,另外还有各种管道,这些设备多为金属制成,对热的传导较为容易,加之环境温度的影响,若对其采取保温保冷的措施,可以大大降低设备与环境之间的热传递作用,从而达到节约热能的目的。

    强化再沸器和冷凝器中的传热可使传热温差下降,由于传热温差减小还可使塔顶冷却剂温度提高,塔釜的加热温度下降。这包括增强传热面积和采用空气冷却器或蒸发冷却器代替水冷却器等方法。

    高温物料显热和潜热的利用精馏塔出来的高温物料本身携带大量的热量,对这部分热量进行回收利用也是节能的一项。如:(1)高温蒸馏时回收塔顶物料蒸汽的潜热,塔顶冷凝器用作蒸汽发生器。如操作压力为32 kPa的粗苯乙烯塔,其塔顶物料蒸汽可用于加热进脱氢反应器的乙苯。这种安排可使每吨苯乙烯产品节能(2)使塔顶、塔釜物料与原料进行换热,通过塔顶物料给原料液加热。这样不仅可以充分利用塔顶、塔釜物料的余热,同时还可减少塔顶冷凝器冷量的使用量。

    利用夹点技术对换热网络进行优化对于一个化工系统,当有多股热流和多股冷流进行换热时,可将所有的热流合并成一根热复合曲线,所有的冷流合并成一根冷复合曲线,然后将两者一起表示在温一焓图上,夹点即为在温一焓图上冷、热复合曲线在某点重合时系统内部换热的极限,重合点的传热温差为零,该点即为夹点。在夹点温差为零下操作,需要无限大的传热面积,可以通过技术经济评价而确定一个系统最小的传热温差——夹点温差,因此,夹点可以定义为冷、热复合温度线上传热温差最小的地方。在换热网络的合成中,利用夹点技术考虑各种物流匹配,可以使换热网络的热量利用达到最优。

2、提高精馏系统的分离效率和产品回收率

    多效精馏技术。多效精馏由N个并列操作的精馏塔构成,前面较高压力塔的塔顶蒸汽作为后面较低压力的塔底再沸器的加热介质,在其中冷凝。如果相邻两塔的冷凝器和再沸器的热负荷平衡,则只有第一塔的再沸器需要加热蒸汽,最后一塔的冷凝器需要冷却介质。采用N效蒸馏后,再沸器所需的加热蒸汽可减少到原来单效精馏所需加热蒸汽的I/N左右。实践证明,两效精馏操作所需热量与单效精馏比较,可减少30~40%。

    热泵精馏技术。使用单效精馏并用热泵将热量从冷凝器泵送至再沸器的低温精馏,称为热泵精馏。热泵精馏能使能耗减少。为了使塔顶蒸汽冷凝时所放出的热能提供给再沸器作为气化室的热源,使用了膨胀阀和压缩机,以改变冷凝或沸腾的温度。图2为最简单的热泵精馏,在塔顶冷凝器和塔底再沸器之间联上一股闭路循环的外加致冷剂,致冷剂在塔顶冷凝器中蒸发时吸收热量,然后经压缩机压缩,塔釜再沸器冷凝并放出热量,再经节流阀减压至塔顶冷凝器中蒸发。如此反复,不断将热量从温度较低的冷凝器泵送至温度较高的再沸器。

3、 减少精馏过程对能量的需要是从根本上进行节能的方法,主要应该考虑分离序列的选择和操作条件的优化。

 


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