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按照有关数据显示,国内工业总能耗里面,石油化工的份额大约为15%。相对于往年GDP能耗,大幅减少,减少幅度达到20%。有关机构明确指出,国家进一步细化了节能减排指标,由企业来负责贯彻落实。因此,各种约束性的指标分配对象转移到行业与公司之中,并非为当地政府。石油化工业耗能较高,从一个侧面说明该领域有着比较高的节能潜力。就该领域的能耗来说,分离环节中的能耗在整体之中的比例大约是40%~70%,但是,在这个环节的能耗中,精馏工艺所占份额较大,大概占到95%。所以,在当前能源危机形势下,如果想完成该目标,需把握精馏工艺这一环节。鉴于此,笔者根据自己多年来的从业经验,针对该问题进行研究,首先阐述了该环节的降耗途径的类型,然后分析了其能耗途径,,探讨了我国精馏过程节能现状与趋势,以期能够为精馏工艺的节能降耗提供帮助。
1.精馏工艺节能降耗途径分类
现阶段,关于精馏工艺节能这个课题,业界人士主要从理论与实践两个层面来进行探讨,按照是否采用过程工艺与转变流程,主要把其节能方式划分成以下3种类型,及时,优化工艺流程,逐渐改进过去的工艺,利用这种方法来实现节能,到现在为止,经常应用的方法包括以下几种:热泵、多效精馏等;第二,不断对精馏塔有关操作进行改进,利用过程技术来减少能耗,具体涉及到改善进料状态、位置与回流比等方法;第三,改善精馏塔,主要包括优化填料与塔板类型等方法。
2.精馏工艺节能降耗的途径
具体包括以下几个途径:热泵精馏、多效精馏、对操作途径进行优化、采用新型塔板及填料。内容如下:
2.1热泵精馏
这种方法主要利用精馏工艺中的特殊条件,通过热泵技术以后能够使得温位,把精馏塔顶部蒸汽引到塔底,主要用来对底部进行供热。这种方法主要以热力学第二定律为基础,将机械能变成热能然后使塔顶蒸汽升温,这样便能够对塔底进行加热。根据热源泵消耗外界能量的种类,能够把这种方法划分成以下2种,二者分别是压缩式与喷射式热泵。就前者来说,一般是离心式,压缩比较高为1.8,能够明显减少精馏环节的能耗,减少幅度大概为10%~15%;就后者来说,这种方式的前期成本偏低,并且非常便于进行维修,同时仅需要偏低的能源级数,然而,该方法存在一定的不足之处,其压缩比相对较低,最终使其无法实现良好的节能效果。
2.2多效精馏
这种方法的原理:从前个蒸馏塔塔顶流出的蒸汽,接着将到达下个精馏塔的再沸器中,把它当做热源来使用,通过这种方式能够降低串联操作中的能量消耗。该环节中,仅是两侧的精馏塔必须引入外部的加热和冷却介质,别的塔均无须如此。由于各塔的操作压力均存在着差异,这样随着校数的不断提高,蒸汽用量会不断减少,二者之间为负相关性。从第1校至第N校,操作压力不断减小,与此同时,各个校塔顶蒸汽冷凝温度不断减小。
2.3对操作条件进行优化
首先,采用回流比。能否真正达到对精馏塔系统设计的优化,重点就是回流比这一个指标,该指标的数值对应的操作以及设备成本处于最合理的状态。该指标不但决定着冷凝器的热负荷,而且还决定着再沸器的热负荷,与精馏分离中的净功耗有着非常紧密的关联。当该指标数值不断高于最小回流比时,操作线将不断与平衡线远离,这样需要的塔板数将不断减少,由此便能够降低设备成本。通过深入的研究我们能够得知,随着该指标的不断提高,蒸汽流动速率也需要不断提高,换热器热负荷同样将持续提高,由此使得精馏塔中每一换热设备的传热面积提升,从而导致设备成本有所增加。综合上述两个方面,必须找出合适的回流比,以确保整体能耗实现最小化。其次,进料状态。一般情况下,业界通常利用加料状态q来描述进料状态,其可以对塔中的能耗产生直接的作用,要是q值有所改变,此时上下精馏段气液两相流速将有所变化,提馏段也符合这个规律,由此肯定将对需要的塔板数产生一定的影响,并且还将对每一换热器的热负荷产生负面作用。倘若是处在高温精馏条件下,并且加料浓度相对较高,还具有相匹配的低温热源,在这种情况下,选择的q值需要尽可能地低,换言之,即进料状态需是气相或气液相。相反地,如果加料浓度相对偏低,此时应当尽可能地使q值较高,也就是进料状态是液相,这个时候将不需要提前加入料液,由此塔釜加热量的提高幅度相对较低,从而实现了能耗的节约。再次,确定合适的进料位置。通常塔身涉及若干进料口,因此能轻松地调节进料量,若进塔物料成分和加料板成分存在着明显的区别,一定要对进料位置做出适当地调整。在确保产品品质的基础上,进料中重组分所占份额愈高,进料口位置愈低,相应的,塔釜消耗的热量将随之降低。倘若进料组分有着明显的区别,首先应当把进料混合起来,然后进行单塔处理,或者还能够通过一塔多股进料的方式。
2.4采用新型塔板及填料
到现在为止,业界推出了诸多新型塔板,已经在实践中得到了应用,其中涉及到浮动筛板、伞形气帽、穿流式浮板等;除此之外,业界还推出了许多新型填料,也已经在实践中得到了应用,包括半环、阶梯环、板波纹填料等诸多类型。
3.我国精馏过程节能现状与趋势
当前,能源短缺已经成为一个全球性的问题,由此推动了业界人士对精馏过程节能的研发,许多专家人士纷纷着手探讨相关技术、展开理论研究。首先,近年来,计算机技术获得急剧发展,各种软件产品被推出且逐渐升级,越来越多的大型化工软件投入到市场之中,促使人们逐渐掌握了精馏操作的特点与趋势,推动了精馏过程的节能研究。其次,很多精馏技术变得完善,并且引入到工业实践之中,比如热泵精馏在处理丙烯-丙烷系统,乙苯-对二甲苯过程中逐渐普及开来,实现了非常不错的节能效果。随着理论研究以及实践的推进,相信今后会有越来越多的新技术被发现并被应用到实践之中。相对于国外发达国家来说,我国无论是在精馏过程节能的理论探讨,还是在实践应用环节,均有较大差距。现在,发达国家已经针对很多方法组合节能这一问题进行了探讨,而我国到目前为止仍没有这方面的报道,特别是在工业实践上差距巨大,关键是由国内工业领域整体技术相对滞后所决定,到现在为止,国内仍然没有将隔板塔引入到实际中的案例。所以,我国还需要切实强化节能技术的研究,尤其需要加深对隔板精馏塔的探讨,这一项技术具有非常广阔的前景,市场潜力巨大,将成为今后重点研究的方向。
4.结束语
综上所述,化工企业的生产当中,非常注重节能减排工作,而精馏环节节能起着非常关键的作用,理应重视该问题,需要按照过程的具体状况选择合理的方法与手段。要想实现精馏消耗的减少,方法有很多,但不管使用哪个方法与技术,都可以实现节能成效,而部分方法操作起来比较繁琐,实施不易。因此,在设计精馏塔设的过程中,应当重点把握以下策略,选择合适的回流比,确定进料温度及状态,这样才能够实现良好的节能效果。