摘 要：通過(guò)精餾操作能耗現(xiàn)狀分析，多方面提出和分析了精餾節(jié)能優(yōu)化措施，并詳細(xì)闡述其節(jié)能優(yōu)勢(shì)及推廣價(jià)值與意義;同時(shí)，也對(duì)精餾節(jié)能優(yōu)化措施進(jìn)行了前景展望。

關(guān)鍵詞：精餾;能量消耗;優(yōu)化措施;熱量損失;參數(shù)控制

隨著石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷轉(zhuǎn)型與擴(kuò)大，精餾操作的應(yīng)用也越來(lái)越廣。精餾操作為石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的化工單元操作及分離過(guò)程之一，其技術(shù)成熟可靠、投資資本也相對(duì)較低，是一個(gè)較為復(fù)雜的集傳質(zhì)與傳熱于一體的分離過(guò)程，其過(guò)程變量多、被控變量多、可操縱變量多，過(guò)程動(dòng)態(tài)變化和機(jī)理復(fù)雜，也是高能耗化工單元操作之一。尋求合理利用精餾自身產(chǎn)熱和力求降低系統(tǒng)熱能需求與減少系統(tǒng)熱能損失的精餾操作將勢(shì)在必行，也是企業(yè)尋求節(jié)能降耗的突破口與切入點(diǎn)之一，更是企業(yè)生存與發(fā)展的途徑之一。

1 精餾操作的能量消耗現(xiàn)狀分析

石油化工能量消耗在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占比最大，精餾分離操作又是石油化工行業(yè)的高能耗操作單元之一。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，分離物料的組分含量復(fù)雜多樣，對(duì)分離產(chǎn)品的純度要求也越來(lái)越高;為確保產(chǎn)品合格率，操作工的操作較為保守，操作方法及操作參數(shù)的設(shè)置欠優(yōu);精餾操作過(guò)程中，熱量消耗的絕大部分并非用于組分的分離，而是被冷卻水或分離組分所帶走[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)精餾過(guò)程能耗占全國(guó)能耗的3%，我國(guó)煉油廠消耗的原油占其煉油量8%～10%，其中很大一部分消耗于精餾過(guò)程[3]。結(jié)合精餾操作并從能量本質(zhì)來(lái)看，精餾過(guò)程就是將物理有效能轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散有效能，伴隨有物理有效能的降低損失。精餾過(guò)程有效能損失是由流體流動(dòng)壓降、同濃度不平衡物流間的傳質(zhì)或不同濃度物流間的混合、不同溫度物流間傳熱或不同溫度物流間的混合等過(guò)程不可逆性所造成的[4-5]。精餾操作的節(jié)能發(fā)掘空間大、科研價(jià)值較高、其推廣價(jià)值與意義非凡。

2 精餾操作工藝原理

精餾，是利用混合物中各組分揮發(fā)度不同而將各組分加以分離的一種分離過(guò)程;精餾操作通常在精餾塔中進(jìn)行，氣液兩相通過(guò)逆流接觸，進(jìn)行相際傳熱傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入氣相，氣相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相，于是在塔頂可得到幾乎純的易揮發(fā)組分，塔底可得到幾乎純的難揮發(fā)組分。料液從塔的中部加入，進(jìn)料口以上的塔段，把上升氣體中易揮發(fā)組分進(jìn)一步增濃，稱(chēng)為精餾段;進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱(chēng)為提餾段。從塔頂引出的氣體經(jīng)冷凝，一部分凝液作為回流液從塔頂返回精餾塔，其余餾出液即為塔頂產(chǎn)品。塔底引出的液體經(jīng)再沸器部分氣化，氣體沿塔體上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比稱(chēng)為回流比，其大小會(huì)影響精餾操作的分離效果和能耗。

3 精餾操作節(jié)能優(yōu)化措施分析

3.1 減少精餾系統(tǒng)的熱量損失

精餾操作需要消耗大量熱量，其熱量消耗則通過(guò)通入塔釜再沸器的低壓蒸汽所提供。通過(guò)在塔體和管道上安裝一定厚度的保溫層，確保保溫層的有效完好，并及時(shí)做好保溫層的維護(hù)保養(yǎng)，可以有效避免精餾系統(tǒng)裝置暴露于大氣環(huán)境引起熱量輻射散熱而造成系統(tǒng)內(nèi)熱量的損失，進(jìn)而減少精餾系統(tǒng)低壓蒸汽的使用量。

3.2 優(yōu)化工藝參數(shù)控制

通過(guò)控制適宜的回流比、進(jìn)料狀態(tài)和進(jìn)料溫度，可以有效減少精餾系統(tǒng)自身對(duì)熱量的需求。在不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，降低回流量就可以降低塔釜再沸器的蒸汽消耗量;在進(jìn)料溫度不變的條件下，如果將進(jìn)料狀態(tài)由液態(tài)改變?yōu)闅鈶B(tài)，就可以使操作線更接近于氣液平衡線，提餾蒸汽的復(fù)合就會(huì)減小，再沸器的蒸汽消耗自然會(huì)減少;精餾塔的分離動(dòng)力來(lái)源于塔釜再沸器的熱量，塔釜再沸器的熱量則由通入塔釜再沸器的低壓蒸汽所提供，塔底的氣液量較塔頂大的多，一切液泛都是從塔底開(kāi)始的，當(dāng)進(jìn)料溫度較低時(shí)，則給塔釜再沸器提供的熱量就多，這會(huì)增加塔釜?dú)庖毫?，?duì)應(yīng)的蒸汽消耗也比較大，提高進(jìn)料溫度自然會(huì)減小塔釜再沸器的負(fù)荷。

3.3 采取高溫物料直接進(jìn)入精餾塔

高溫物料直接進(jìn)入精餾塔，一則節(jié)省了物料儲(chǔ)存及再次輸送的設(shè)備投資費(fèi)用;二則減少了系統(tǒng)運(yùn)行成本與消耗;其次節(jié)約了人員成本;最重要的是減少了物料在儲(chǔ)存及再次輸送環(huán)節(jié)造成熱量損失，低溫物料直接進(jìn)入精餾塔會(huì)造成塔釜再沸器熱量需求加大、塔釜?dú)庖毫吭黾?、系統(tǒng)蒸汽消耗量增大。

3.4 減壓操作，增加組分間的相對(duì)揮發(fā)度，減少再沸器熱負(fù)荷

減壓精餾可降低混合物的泡點(diǎn)，從而降低分離溫度。因此，可以減少塔釜再沸器使用低壓蒸汽的消耗量，也可使用較低壓力的加熱蒸汽;特別是以水蒸氣作為熱源時(shí)，加熱溫度提高后，所需的飽和水蒸氣壓力需要提高得更多，這對(duì)設(shè)備和蒸汽源都提出了新的要求，同時(shí)也提高了分離能力。我們知道，被分離混合物之間的相對(duì)揮發(fā)度越大，越容易分離。在減壓操作時(shí)，組分間的相對(duì)揮發(fā)度將增大，越容易分離。對(duì)于有毒物質(zhì)的分離，采用減壓精餾可防止劇毒物料的泄漏，減少對(duì)環(huán)境的污染，在保護(hù)人體健康方面是有一定的意義。

3.5 采用多效精餾技術(shù)

采用多效精餾技術(shù)，合理利用系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的熱量，也是精餾節(jié)能的重要優(yōu)化措施之一。多效精餾，就是將上一級(jí)精餾塔塔頂冷凝器與下一級(jí)精餾塔塔釜再沸器合二為一，即將上一級(jí)精餾塔塔頂輕組分物料直接通入下一級(jí)精餾塔塔釜再沸器并作為熱源，原理等同于多效蒸發(fā);經(jīng)研究表明，效數(shù)越多，節(jié)能效果越明顯。

3.6 采用熱耦精餾技術(shù)

采用熱耦精餾技術(shù)，合理利用系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的熱量，也是精餾節(jié)能的重要優(yōu)化措施之一。熱耦精餾，就是利用一個(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?，引出一股氣相物流直接作為副塔塔底的氣相回流，?shí)現(xiàn)熱量的耦合，副塔則不再需要設(shè)置冷凝器和再沸器，即節(jié)省了設(shè)備投資費(fèi)用，又可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。經(jīng)研究表明，該技術(shù)可節(jié)能30%左右。

3.7 采用新型有效分離技術(shù)

通過(guò)采用高效導(dǎo)向篩板、板填復(fù)合塔板和新興高效填料，改善和優(yōu)化塔內(nèi)流體流動(dòng)壓降、同濃度不平衡物流間的傳質(zhì)效果或不同濃度物流間的混合效果、不同溫度物流間的傳熱效果或不同溫度物流間的混合效果，使精餾塔全塔上下負(fù)荷盡量保持均勻，使精餾塔運(yùn)行平穩(wěn)，減少人員頻繁調(diào)節(jié)操作，使精餾塔分離效果達(dá)到最佳工況，使精餾塔能量消耗達(dá)到最低水平。

3.8 采用空冷技術(shù)

石油化工行業(yè)內(nèi)，用于精餾塔塔頂冷卻器的循環(huán)水換熱負(fù)荷占據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的絕大部分，這對(duì)后續(xù)循環(huán)水場(chǎng)的運(yùn)行也產(chǎn)生了一定負(fù)荷。將精餾塔塔頂循環(huán)水冷凝器更換為空氣冷凝器，一則節(jié)省了設(shè)備投資費(fèi)用;二則減少了系統(tǒng)運(yùn)行成本與消耗;其次節(jié)約了人員成本;最重要的是降低了循環(huán)水場(chǎng)的工作負(fù)荷與運(yùn)行成本，減少了生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水的蒸發(fā)水量，有效節(jié)約了水資源。

4 結(jié)論

綜上所述，精餾塔的節(jié)能優(yōu)化措施與途徑多種多樣、各有千秋。不管采用哪種措施與途徑，均會(huì)達(dá)到一定的預(yù)期節(jié)能效果，其最終評(píng)定將取決于經(jīng)濟(jì)效益分析。如何采取多元化的節(jié)能優(yōu)化措施并集于一體，盡量不增加設(shè)備投資費(fèi)用、不使操作變得更為復(fù)雜與苛刻、控制水平適當(dāng)，也是為眾人所期盼與追求的?？v然，精餾節(jié)約優(yōu)化發(fā)掘空間大、科研價(jià)值高、其推廣價(jià)值與意義非凡，但在應(yīng)用節(jié)能優(yōu)化措施時(shí)，必須綜合權(quán)衡、采取最佳方案。

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作者簡(jiǎn)介：

李彥（1977- ），男，甘肅武威人，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱(chēng)：工程師，研究方向：冶金化工。