淺談精餾操作的節能優化措施

摘 要：通過精餾操作能耗現狀分析，多方面提出和分析了精餾節能優化措施，并詳細闡述其節能優勢及推廣價值與意義;同時，也對精餾節能優化措施進行了前景展望。

關鍵詞：精餾;能量消耗;優化措施;熱量損失;參數控制

隨著石油化工行業的迅猛發展與產業結構的不斷轉型與擴大，精餾操作的應用也越來越廣。精餾操作為石油化工生產中應用最為廣泛的化工單元操作及分離過程之一，其技術成熟可靠、投資資本也相對較低，是一個較為復雜的集傳質與傳熱于一體的分離過程，其過程變量多、被控變量多、可操縱變量多，過程動態變化和機理復雜，也是高能耗化工單元操作之一。尋求合理利用精餾自身產熱和力求降低系統熱能需求與減少系統熱能損失的精餾操作將勢在必行，也是企業尋求節能降耗的突破口與切入點之一，更是企業生存與發展的途徑之一。

1 精餾操作的能量消耗現狀分析

石油化工能量消耗在工業生產領域中占比最大，精餾分離操作又是石油化工行業的高能耗操作單元之一。在實際生產當中，分離物料的組分含量復雜多樣，對分離產品的純度要求也越來越高;為確保產品合格率，操作工的操作較為保守，操作方法及操作參數的設置欠優;精餾操作過程中，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]。據統計，美國精餾過程能耗占全國能耗的3%，我國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程[3]。結合精餾操作并從能量本質來看，精餾過程就是將物理有效能轉化為擴散有效能，伴隨有物理有效能的降低損失。精餾過程有效能損失是由流體流動壓降、同濃度不平衡物流間的傳質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程不可逆性所造成的[4-5]。精餾操作的節能發掘空間大、科研價值較高、其推廣價值與意義非凡。

2 精餾操作工藝原理

精餾，是利用混合物中各組分揮發度不同而將各組分加以分離的一種分離過程;精餾操作通常在精餾塔中進行，氣液兩相通過逆流接觸，進行相際傳熱傳質。液相中的易揮發組分進入氣相，氣相中的難揮發組分轉入液相，于是在塔頂可得到幾乎純的易揮發組分，塔底可得到幾乎純的難揮發組分。料液從塔的中部加入，進料口以上的塔段，把上升氣體中易揮發組分進一步增濃，稱為精餾段;進料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發組分，稱為提餾段。從塔頂引出的氣體經冷凝，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品。塔底引出的液體經再沸器部分氣化，氣體沿塔體上升，余下的液體作為塔底產品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產品量之比稱為回流比，其大小會影響精餾操作的分離效果和能耗。

3 精餾操作節能優化措施分析

3.1 減少精餾系統的熱量損失

精餾操作需要消耗大量熱量，其熱量消耗則通過通入塔釜再沸器的低壓蒸汽所提供。通過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，并及時做好保溫層的維護保養，可以有效避免精餾系統裝置暴露于大氣環境引起熱量輻射散熱而造成系統內熱量的損失，進而減少精餾系統低壓蒸汽的使用量。

3.2 優化工藝參數控制

通過控制適宜的回流比、進料狀態和進料溫度，可以有效減少精餾系統自身對熱量的需求。在不降低產品質量的情況下，降低回流量就可以降低塔釜再沸器的蒸汽消耗量;在進料溫度不變的條件下，如果將進料狀態由液態改變為氣態，就可以使操作線更接近于氣液平衡線，提餾蒸汽的復合就會減小，再沸器的蒸汽消耗自然會減少;精餾塔的分離動力來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始的，當進料溫度較低時，則給塔釜再沸器提供的熱量就多，這會增加塔釜氣液量，對應的蒸汽消耗也比較大，提高進料溫度自然會減小塔釜再沸器的負荷。

3.3 采取高溫物料直接進入精餾塔

高溫物料直接進入精餾塔，一則節省了物料儲存及再次輸送的設備投資費用;二則減少了系統運行成本與消耗;其次節約了人員成本;最重要的是減少了物料在儲存及再次輸送環節造成熱量損失，低溫物料直接進入精餾塔會造成塔釜再沸器熱量需求加大、塔釜氣液量增加、系統蒸汽消耗量增大。

3.4 減壓操作，增加組分間的相對揮發度，減少再沸器熱負荷

減壓精餾可降低混合物的泡點，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，加熱溫度提高后，所需的飽和水蒸氣壓力需要提高得更多，這對設備和蒸汽源都提出了新的要求，同時也提高了分離能力。我們知道，被分離混合物之間的相對揮發度越大，越容易分離。在減壓操作時，組分間的相對揮發度將增大，越容易分離。對于有毒物質的分離，采用減壓精餾可防止劇毒物料的泄漏，減少對環境的污染，在保護人體健康方面是有一定的意義。

3.5 采用多效精餾技術

采用多效精餾技術，合理利用系統內產生的熱量，也是精餾節能的重要優化措施之一。多效精餾，就是將上一級精餾塔塔頂冷凝器與下一級精餾塔塔釜再沸器合二為一，即將上一級精餾塔塔頂輕組分物料直接通入下一級精餾塔塔釜再沸器并作為熱源，原理等同于多效蒸發;經研究表明，效數越多，節能效果越明顯。

3.6 采用熱耦精餾技術

采用熱耦精餾技術，合理利用系統內產生的熱量，也是精餾節能的重要優化措施之一。熱耦精餾，就是利用一個全塔和一個副塔代替兩個完整的精餾塔，從全塔內引出一股液相物流直接作為副塔塔頂的液相回流，引出一股氣相物流直接作為副塔塔底的氣相回流，實現熱量的耦合，副塔則不再需要設置冷凝器和再沸器，即節省了設備投資費用，又可實現節能降耗。經研究表明，該技術可節能30%左右。

3.7 采用新型有效分離技術

通過采用高效導向篩板、板填復合塔板和新興高效填料，改善和優化塔內流體流動壓降、同濃度不平衡物流間的傳質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荷盡量保持均勻，使精餾塔運行平穩，減少人員頻繁調節操作，使精餾塔分離效果達到最佳工況，使精餾塔能量消耗達到最低水平。

3.8 采用空冷技術

石油化工行業內，用于精餾塔塔頂冷卻器的循環水換熱負荷占據生產系統的絕大部分，這對后續循環水場的運行也產生了一定負荷。將精餾塔塔頂循環水冷凝器更換為空氣冷凝器，一則節省了設備投資費用;二則減少了系統運行成本與消耗;其次節約了人員成本;最重要的是降低了循環水場的工作負荷與運行成本，減少了生產系統內循環水的蒸發水量，有效節約了水資源。

4 結論

綜上所述，精餾塔的節能優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，均會達到一定的預期節能效果，其最終評定將取決于經濟效益分析。如何采取多元化的節能優化措施并集于一體，盡量不增加設備投資費用、不使操作變得更為復雜與苛刻、控制水平適當，也是為眾人所期盼與追求的?？v然，精餾節約優化發掘空間大、科研價值高、其推廣價值與意義非凡，但在應用節能優化措施時，必須綜合權衡、采取最佳方案。

參考文獻：

[1] SH N SKEY F G.Distillation Control[M].New York McGraw Hill，1984.

[2]薛美盛，祁飛，吳剛，等.精餾塔控制與節能優化研究綜述[J].化工自動化及儀表，2006，33（6）：1.

[3]王建忠，馬文嬋，王鵬輝.精餾過程的節能現狀與對策[J].河北化工，2006，29（4）：27-30.

[4]王夢華.精餾過程節能技術探討[J].齊魯石油化工，2003，31 （4）：324-326.

[5]張鋒，馬斌.精餾塔節能優化措施研究進展[J].廣州化工， 2010，38（7）：47-48.

作者簡介：

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