杜曉宇 郝金明

摘要：在化工企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，“節(jié)能”的理念被越來(lái)越重視。在熱泵精餾工藝流程中，也應(yīng)注重“節(jié)能”的設(shè)計(jì)。通過(guò)蒸汽增壓或吸收操作，提高整體節(jié)能效果，以滿足當(dāng)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。本文詳細(xì)介紹了熱泵精餾的工藝類型和節(jié)能優(yōu)勢(shì)，并對(duì)化工節(jié)能中熱泵精餾工藝流程的建立進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵詞：化工節(jié)能；熱泵精餾工藝；流程

熱泵精餾工藝主要是通過(guò)塔頂和塔底的溫差的有效控制來(lái)有效降低能耗。該工藝流程的特性回收周期非常短，在化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到了大范圍推廣及應(yīng)用。與傳統(tǒng)工藝流程進(jìn)行相比較，熱泵精餾工藝非常規(guī)范，能夠達(dá)到相對(duì)比較好的工藝生產(chǎn)狀態(tài)。

一、熱泵精餾工藝的分類以及應(yīng)用

1.熱泵精餾工藝分類

（1）蒸汽壓力類型。蒸汽增壓是熱泵精餾過(guò)程當(dāng)中的最重要環(huán)節(jié)之一。主要通過(guò)精餾塔、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和節(jié)流閥的進(jìn)行科學(xué)配置，從而促進(jìn)了整個(gè)工藝水平的提升。在蒸汽壓力模式下，可采用閉式循環(huán)運(yùn)行方式。先將物料轉(zhuǎn)化為氣體，壓縮后輸送至塔釜。為了獲得最適合的生產(chǎn)條件，必須在上述工藝過(guò)程的全過(guò)程中加強(qiáng)提升對(duì)操作溫度的控制，最佳溫度為130℃，同時(shí)，在頂氣直接壓縮過(guò)程中，最好使用氣體作為工作介質(zhì)。經(jīng)過(guò)壓縮加熱后，輸送至塔底完成整個(gè)過(guò)程。

（2）蒸汽噴射式。該工藝是通過(guò)對(duì)注汽泵部分加壓加熱來(lái)進(jìn)行加熱蒸汽，然后將部分蒸汽輸送到塔底完成操作流程。該方法節(jié)省了傳統(tǒng)工藝預(yù)熱階段的蒸汽消耗，避免了不合理的資源浪費(fèi)。因此，在現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程中，蒸汽噴射技術(shù)越來(lái)越受到人們重視，大大節(jié)省了能源的消耗。另外，在蒸汽噴射過(guò)程當(dāng)中，注汽泵成本相對(duì)比較低，部件維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)蒸汽噴射過(guò)程中的重視和推廣。但應(yīng)注意的是，蒸汽噴射工藝不適應(yīng)高壓縮比或高真空的工作環(huán)境，因此在實(shí)際操作過(guò)程當(dāng)中，工作人員應(yīng)自覺(jué)加強(qiáng)提升對(duì)操作空間的控制，以確保最佳工藝生產(chǎn)狀況。

（3）蒸汽吸收式?；诨す?jié)能的理念，在應(yīng)用吸收式熱泵精餾過(guò)程當(dāng)中，需要相關(guān)的技術(shù)人員注意到重沸器、冷卻器、再生器、吸收塔等設(shè)備的配置。為了能滿足工藝節(jié)能的要求，采用氯化鈣水溶液作為工作液，再通過(guò)氯化鈣水溶液與蒸汽的吸附，放出的熱量Q。精餾塔所采用Q吸式，所達(dá)到節(jié)能處理效果。同時(shí)，吸收式熱泵精餾工藝要根據(jù)內(nèi)循環(huán)相對(duì)不同方向，可分為I型和N型兩種。同時(shí)，在I型工藝環(huán)境中，為了滿足工藝的要求，要求技術(shù)人員將余熱的回收溫度要控制在20-160攝氏度之間，并將加熱溫度控制在60-100攝氏度之間，從而驅(qū)動(dòng)能量作為燃料，以達(dá)到熱利用的目標(biāo)。因此，提升整體化工節(jié)能運(yùn)行的效果。為了滿足工藝生產(chǎn)的要求，余熱回收的溫度應(yīng)保持在60-100攝氏度，加熱溫度應(yīng)該保持在100-150攝氏度，驅(qū)動(dòng)能量應(yīng)保持在60攝氏度以上，才能滿足節(jié)能工藝的需要。

例如，上海通用機(jī)械研究院為上海酒精廠研制了Ⅱ型熱泵，回收精餾塔頂?shù)木凭羝?6℃和蒸汽23222Kw，生產(chǎn)出0.5Kg/cm2（表壓）蒸汽1.8t/h，預(yù)計(jì)熱泵年收入15萬(wàn)元，回收期為單位成本約為1.5年。libr/h2o高溫吸收熱泵是上海交通大學(xué)為上海溶劑廠研制的。7547千瓦時(shí)的余熱103℃回收溶劑生產(chǎn)過(guò)程中的，以0.5t/h的速度生產(chǎn)1kg/cm2（表壓）蒸汽，預(yù)計(jì)熱泵年收入約8萬(wàn)元，單位成本回收期約3年?？梢钥闯?，在我國(guó)能源價(jià)格較低的情況下，II型熱泵的節(jié)能仍然具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.應(yīng)用環(huán)境

（1）塔頂與塔底溫差小，壓縮機(jī)的功耗主要決定于溫差。溫差范圍越大，壓縮機(jī)的功耗就越高。國(guó)外文獻(xiàn)認(rèn)為，只要塔頂與塔底溫差小于36℃，就能取得相對(duì)較好的經(jīng)濟(jì)效果。

（2）對(duì)于沸點(diǎn)相近的組分，按常規(guī)方法分離精餾塔需要較多的塔盤和較大的回流比，才能得到合格的產(chǎn)品。還有更多的蒸汽用于加熱或循環(huán)水用于冷卻。如果采用熱泵技術(shù)，一般可以取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）廠用蒸汽供應(yīng)不足或價(jià)格偏高，需降低蒸汽消耗或取消重沸器。

（4）當(dāng)冷卻水不足或冷卻水溫度過(guò)高或價(jià)格過(guò)高時(shí)，應(yīng)采用制冷技術(shù)或其他方法解決冷卻問(wèn)題。

（5）精餾塔塔頂溫度一般在38～138℃之間，如果熱泵工藝有利于縮短投資回收期，則可以使用，但如果低壓蒸汽和冷卻介質(zhì)來(lái)源較便宜，則熱泵工藝未必有益。

（6）精餾塔底重沸器溫度在300℃以上，常不宜采用熱泵工藝。以上只是針對(duì)一般情況，針對(duì)某一具體過(guò)程，還要經(jīng)過(guò)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)估才能確定。

二、節(jié)能精餾與傳統(tǒng)精餾之間工作方法的比較

1.傳統(tǒng)精餾方法：目前采用的傳統(tǒng)精餾工藝如下：將精餾塔的原料送入整流器的原料釜里面，然后在從釜下的鍋爐釋放大范圍高壓的蒸汽，并提供精餾原料所需要的熱量。這種熱量通過(guò)塔釜反應(yīng)傳遞給原料的上面，使原料迅速蒸發(fā)并且上升。在上升過(guò)程當(dāng)中，釜內(nèi)的蒸發(fā)原料和液化原料不斷的傳質(zhì)、傳熱和再蒸發(fā)冷凝。然后，儲(chǔ)存在塔頂?shù)睦鋮s水，將上升到塔頂蒸發(fā)的原料進(jìn)行冷凝。這種往復(fù)循環(huán)可以根據(jù)原料各自的比例進(jìn)行分離和提純。但在這個(gè)過(guò)程中，小熱量非常大，熱值幾乎等于塔底鍋爐提供的熱量，這一般提高了能耗。

2.新的節(jié)能精餾方法：與傳統(tǒng)的精餾方法進(jìn)行相比較，新的精餾方式使精餾塔頂端冷凝液所對(duì)原料所產(chǎn)生的蒸汽得到合理的有效再利用。通過(guò)機(jī)體內(nèi)有效循環(huán)，并參與原料的再加熱及精餾。從而有效的實(shí)現(xiàn)了熱能的回收的利用效果。例如，最直接的及最明顯的熱泵精餾方法是，通過(guò)蒸汽壓縮機(jī)迅速壓縮精餾塔頂端冷凝夜過(guò)程中所產(chǎn)生的大量熱蒸汽，并形成足夠大量的溫度高壓蒸汽。然后將高壓蒸汽回收至塔底端有效再利用，以其節(jié)約能源，減少排放量。盡管不同的原料有不同的精餾及熱回收的方法，但它們都起到了熱能的第二次利用，生產(chǎn)新熱量所消耗的大量的能量及排放的污染物也不再需要了。從而有效地降低了精餾器的能耗和熱排放量。

三、化工節(jié)能熱泵精餾工藝的建立

1、耦合問(wèn)題是熱泵精餾過(guò)程中的最為關(guān)鍵問(wèn)題之一。由于其復(fù)雜程度高、并且不利于控制，技術(shù)人員應(yīng)該評(píng)估綜合精餾塔的有效特點(diǎn)、熱泵精餾工藝的實(shí)用性及熱泵精餾的工作物質(zhì)，以其達(dá)到熱泵精餾的最高效的節(jié)能效果。在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)熱泵精餾過(guò)程進(jìn)行了模擬，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并且解決過(guò)程當(dāng)中在所存在的問(wèn)題，進(jìn)一步提升工藝的科學(xué)性和規(guī)范性。

2、在化工節(jié)能熱泵精餾組建過(guò)程當(dāng)中，還應(yīng)要求相關(guān)技術(shù)人員重視熱泵路徑方案與后臺(tái)工藝的平衡，塔頂端與釜溫差小時(shí)，應(yīng)該采用熱泵精餾工藝，因此實(shí)現(xiàn)余熱的有效利用，從而提高整體工藝水平。

3、注意工作介質(zhì)的選擇。工質(zhì)選擇的合理性和標(biāo)準(zhǔn)化直接影響到化工節(jié)能熱泵精餾工藝建設(shè)的實(shí)際效果。因此，在質(zhì)量選擇過(guò)程當(dāng)中，除了對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試外，還應(yīng)確保在最佳工作溫度下所發(fā)揮的作用。此外，換熱性能、經(jīng)濟(jì)性和對(duì)當(dāng)前化工生產(chǎn)需求的適應(yīng)性也是需要考慮的重要因素

總之，熱泵精餾確實(shí)是一種最為高效節(jié)能技術(shù)，但應(yīng)注意的是，在選擇精餾方案的時(shí)候，除了能源成本外，還應(yīng)該考慮到設(shè)備投資成本等因素，并對(duì)經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行整體評(píng)估。在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以對(duì)上述幾種典型工藝進(jìn)行有效改進(jìn)，擴(kuò)大熱泵精餾的應(yīng)用范圍，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲得節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益最佳的熱泵精餾方案。

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（作者單位：天津渤化永利化工股份有限公司）