張立超

摘 要：精餾技術(shù)是化工企業(yè)生產(chǎn)工藝中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但化工生產(chǎn)中運(yùn)用精餾技術(shù)進(jìn)行物系分離，不僅會(huì)帶來(lái)巨大的能源消耗，增加企業(yè)生產(chǎn)成本，而且還會(huì)加劇大氣污染，影響生態(tài)環(huán)境。隨著當(dāng)前節(jié)能減排、提質(zhì)增效觀念的逐步深入，化工企業(yè)也應(yīng)積極引入節(jié)能新技術(shù)，改善生產(chǎn)工藝，提高能源綜合利用效益。本文在此對(duì)精餾系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的相關(guān)運(yùn)用進(jìn)行分析，以便于促進(jìn)化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù);精餾系統(tǒng);應(yīng)用研究

在化工企業(yè)的日常生產(chǎn)作業(yè)中，精餾工藝環(huán)節(jié)必不可少，然而精餾過(guò)程耗能極大，混合物揮發(fā)過(guò)程和各組分分離途中都會(huì)產(chǎn)生較大的能源損耗和污染排放，既增加了化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)壓力，又不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。所以加強(qiáng)對(duì)精餾系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造，已經(jīng)變得尤其緊迫和重要。筆者就此從精餾系統(tǒng)的現(xiàn)狀談起，接著分析了節(jié)能技術(shù)在精餾系統(tǒng)中的具體運(yùn)用。

1 精餾系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)越發(fā)繁榮，化工企業(yè)的生產(chǎn)水平也得到了逐步提高，精餾系統(tǒng)作為化工生產(chǎn)中關(guān)鍵內(nèi)容，一直以來(lái)都是整個(gè)行業(yè)所關(guān)注的焦點(diǎn)。從我國(guó)化工行業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看，當(dāng)前的精餾系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)較為完善，并且在傳統(tǒng)的工藝體系和結(jié)構(gòu)布局上都有了極大進(jìn)步。然而目前我國(guó)各化工企業(yè)中通過(guò)運(yùn)用“MTBE”生產(chǎn)裂解方案，其自身缺陷較多，例如催化和蒸餾兩個(gè)環(huán)節(jié)分別在不同發(fā)生器內(nèi)進(jìn)行，這就使得蒸餾和催化過(guò)程更復(fù)雜，直接拉低作業(yè)效率;而采用的密閉一體化結(jié)構(gòu)，不僅增加了設(shè)備的后期維護(hù)負(fù)擔(dān)，并且還導(dǎo)致蒸餾的產(chǎn)品純不夠純凈，帶來(lái)較大資源的浪費(fèi)，很顯然不合符當(dāng)前節(jié)能減排的社會(huì)要求。目前國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家主要使用反應(yīng)精餾，作為一種特殊精餾技術(shù)，它使精餾過(guò)程與反應(yīng)過(guò)程有機(jī)銜接，一方面通過(guò)反應(yīng)熱加快分離速度，以更低的能耗實(shí)現(xiàn)更大效益，另一方面又通過(guò)分離作業(yè)提升反應(yīng)效率。其在降低設(shè)備建設(shè)成本，減少反應(yīng)過(guò)程的能耗方面具有顯著效果，也是目前國(guó)際“節(jié)能減排”的主要技術(shù)措施。但在我國(guó)此類技術(shù)地應(yīng)用還較少，很多化工企業(yè)依然停留在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝上，不重視新技術(shù)、新工藝的推廣使用，尤其是在煤炭、石油等傳統(tǒng)能源領(lǐng)域中，與國(guó)外的技術(shù)差距還比較大。新時(shí)期節(jié)能環(huán)保已成為化工生產(chǎn)企業(yè)的一道硬行指標(biāo)，大力推廣節(jié)能技術(shù)，提高精餾作業(yè)效益，將是化工企業(yè)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要出路。

2 節(jié)能技術(shù)在精餾系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2.1 分級(jí)換熱節(jié)能技術(shù)

精餾作業(yè)中，精餾塔各段溫差較大，一般溫度由下至上，從高到底依次衰減?；诟鞑繙囟戎g的較大差異，也使得精餾效果不理想，并帶來(lái)能源的無(wú)形損耗，所以在實(shí)際精餾過(guò)程中，我們可以調(diào)整換熱器的布置位置，將它置放于精餾塔中部區(qū)域，以此加大塔身的熱量，改善塔身上下溫度分布不均的現(xiàn)象，并可有效降低塔底加熱的時(shí)間，從而減少精餾中的能源損耗。另外，換熱器位置調(diào)整后，也有助于減少冷凝劑的使用量，利于提升精餾過(guò)程中的熱利用率，滿足精細(xì)化生產(chǎn)要求。

2.2 塔身集熱節(jié)能技術(shù)

以往精餾過(guò)程中，化工企業(yè)降低生產(chǎn)成本的方式為，以少數(shù)精餾塔來(lái)實(shí)施多數(shù)精餾活動(dòng)，雖然節(jié)省了精餾塔的建設(shè)成本，但是過(guò)少的精餾塔難以滿足日常生產(chǎn)需要，不僅影響精餾作業(yè)效率而且對(duì)精餾質(zhì)量也構(gòu)成較大威脅，尤其是在對(duì)一些揮發(fā)組分差異較小的物料進(jìn)行精餾作業(yè)時(shí)，會(huì)帶來(lái)更高的能耗和污染排放。鑒于此，化工企業(yè)應(yīng)積極引入精餾塔集熱技術(shù)，以此降低精餾塔內(nèi)熱能損失，實(shí)現(xiàn)熱能充分利用達(dá)到節(jié)能目的。在實(shí)際運(yùn)用中，化工企業(yè)需要建設(shè)多個(gè)精餾塔，并將一些組分相同或相近的物料置放于精餾塔的上下兩端區(qū)域，且及時(shí)回收塔內(nèi)物料，同時(shí)可對(duì)這些特性相近的物料再次予以組合利用，利用精餾塔的集群功能，充分發(fā)揮物料性能，以此提高精餾質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能體質(zhì)的最終目標(biāo)。

2.3 優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)

所謂換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化就是以最低的經(jīng)濟(jì)成本回收最大量的熱能，實(shí)現(xiàn)熱能的充分利用。通過(guò)合理匹配冷熱物流，利用熱的傳遞性，提升精餾塔內(nèi)的整體熱能，可降低能源的持續(xù)消耗，有效回收余熱，實(shí)現(xiàn)更高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。精餾體系中，加熱器、冷卻器、換熱器是換熱網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件，也是進(jìn)行熱傳遞的關(guān)鍵渠道，為有效降低精餾作業(yè)過(guò)程中的能源損耗，化工企業(yè)需要在生產(chǎn)作業(yè)中，明晰精餾過(guò)程所需的最佳換熱溫差，以此有針對(duì)性地優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)。就目前行業(yè)通用的技術(shù)手段來(lái)看，主要使用的是夾點(diǎn)分析法，夾點(diǎn)內(nèi)涵在于將同一個(gè)過(guò)程分作上下兩個(gè)獨(dú)立部分，夾點(diǎn)上方主要由熱共用工程進(jìn)行持續(xù)輸熱，熱能只進(jìn)不出;而夾點(diǎn)下方在冷公用工程支持下，熱能只出不進(jìn)，夾點(diǎn)上下兩個(gè)區(qū)域通常無(wú)任何熱流交替。所以如果在精餾作業(yè)中出現(xiàn)較大能源損耗，那么一定有熱能跨夾點(diǎn)傳遞的現(xiàn)象存在。利用夾點(diǎn)分析法，以節(jié)點(diǎn)有極限值為出發(fā)點(diǎn)，預(yù)先構(gòu)建一個(gè)最大化熱回收初始網(wǎng)絡(luò)，其后對(duì)熱成本和設(shè)備成本進(jìn)行比對(duì)分析，調(diào)優(yōu)初始網(wǎng)絡(luò)從而獲得最優(yōu)換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此法還可及時(shí)判別是否出現(xiàn)熱損耗，并未相關(guān)措施提供技術(shù)支持。另外，再沸器和冷凝器作為精餾系統(tǒng)中的供熱和取熱部件，在實(shí)際作業(yè)中技術(shù)人員應(yīng)對(duì)兩者進(jìn)行科學(xué)匹配，從而減少能耗。與之同時(shí)，源于最小換熱面積網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，使得實(shí)際操作難度更大，所以實(shí)施優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)當(dāng)予以規(guī)避。

2.4 熱泵精餾塔技術(shù)

熱泵是一種升溫提熱重要工具，在熱泵作用下，可對(duì)精餾塔頂層蒸汽進(jìn)行加熱提溫，而縮小塔身溫差，降低熱損失。同時(shí)利用回收的余熱也可以提高低溫區(qū)熱量，避免持續(xù)耗能。

在化工水泥廠生產(chǎn)中使用熱泵技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)熱能的有效回收，還能再次用來(lái)加熱塔底釜液，實(shí)現(xiàn)資源最大化利用。熱泵技術(shù)是改善精餾塔系統(tǒng)，提升精餾質(zhì)量的重要技術(shù)，并可明顯減少精餾過(guò)程的熱耗，熱泵精餾系統(tǒng)目前已經(jīng)發(fā)展成是最具使用價(jià)值的技術(shù)，在全世界化工領(lǐng)域中都得到了非常廣泛的應(yīng)用。

3 節(jié)能技術(shù)用于精餾系統(tǒng)的實(shí)例分析

3.1 案例背景

某廠采用15萬(wàn)t/a精餾裝置進(jìn)行作業(yè)，以粗甲醇為物料，以低壓蒸汽方式供熱，分別經(jīng)預(yù)精餾塔、加壓精餾塔以及常壓精餾塔，實(shí)施物料氣液反應(yīng)，從而提純。

3.2 問(wèn)題分析

首先，因在精餾作業(yè)中采取冷液進(jìn)料方式，預(yù)精餾塔中的物料溫度較低，導(dǎo)致提餾段中部分甲醇被冷凝，明顯減少了預(yù)精餾塔中上升的甲醇量，且增加能耗。其次，因加壓精餾塔底部的液體冷凝溫度明顯高于合成塔補(bǔ)充水溫度，造成熱能損失大。另外，常壓精餾塔頂部甲醇須以循環(huán)水持續(xù)冷卻，冷凝熱無(wú)法及時(shí)有效回收，致使熱能損失。

3.3 技術(shù)改進(jìn)

首先，在粗甲醇預(yù)熱器之前添加一臺(tái)1級(jí)預(yù)熱器，熱源為常壓精餾塔塔頂?shù)募状細(xì)?，加熱預(yù)精餾塔的粗甲醇物料，及時(shí)回收常壓精餾塔塔頂冷凝熱能，提升甲醇入料溫度，以此減少加熱蒸汽量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。其次，于預(yù)精餾塔的再沸器底部新添1臺(tái)熱回收器，熱源為再沸器蒸汽冷凝液，提前加熱預(yù)精餾塔底的粗甲醇，以此降低冷凝液溫度，其后回收冷凝液，以減少再沸器蒸汽用量。

4 結(jié)語(yǔ)

新時(shí)代下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與節(jié)能環(huán)保同等重要，化工企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)精餾系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造，以更低的生產(chǎn)成本實(shí)現(xiàn)更大的效益，以此實(shí)現(xiàn)深化發(fā)展。

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