熱泵技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳楠（浙江省天正設(shè)計工程有限公司， 浙江 杭州 310012）

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熱泵技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳楠（浙江省天正設(shè)計工程有限公司， 浙江 杭州 310012）

摘要：目前，能源短缺已經(jīng)成為了一個世界性的問題，而精餾作為化工和石化等行業(yè)中非常重要的組成部分，能量消耗驚人，因而對其節(jié)能研究就具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文主要結(jié)合熱泵技術(shù)的相關(guān)理論，對其在精餾技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的探討，以為未來的發(fā)展方向提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：熱泵技術(shù)；化工；生產(chǎn)；應(yīng)用

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，世界性的能源短缺問題日益變的突出，從而使得節(jié)能降耗成為了人們普遍關(guān)注的熱點課題。同樣對于我國來說，石油化工企業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要支柱，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，該行業(yè)的能耗占到了工業(yè)總能耗的將近百分之二十，因此，在該行業(yè)中實行節(jié)能任務(wù)顯得十分迫切。精餾作為其中一個重要的耗能環(huán)節(jié)，對其節(jié)能研究具有非常重要的現(xiàn)實意義，本文主要以精餾節(jié)能中應(yīng)用的熱泵技術(shù)為例對熱泵技術(shù)在化工生產(chǎn)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

1 熱泵技術(shù)的工作原理

熱泵技術(shù)的原理是工作介質(zhì)吸收塔頂蒸汽的相變（冷凝）熱，然后通過壓縮機壓縮加壓升溫作為再沸器的熱源，然后再進(jìn)行節(jié)流膨脹后作為塔頂冷凝器的冷源，從而形成一個循環(huán)，節(jié)省了加熱蒸汽和冷凝用水，這個循環(huán)的本質(zhì)是逆向卡諾循環(huán)，其效率的高低我們以熱泵性能系數(shù)（代表了熱泵輸出熱量與輸入的功之比）表示：η=TH/（TH-TC），其中TH為工質(zhì)的冷凝溫度，Tc為工質(zhì)的蒸發(fā)溫度。由上式可見理論上熱泵的效率肯定大于1，同時工質(zhì)的蒸發(fā)溫度與冷凝溫度差值越小熱泵效率越高。

根據(jù)不同的依據(jù)，可以將熱泵分為多類，比如從結(jié)構(gòu)上可以將熱泵分為單級泵、兩級泵以及多級泵三種，而從輸送有用能的工作方式上來劃分，則可以將熱泵劃分為吸收式、壓縮式以及噴射式熱泵等三種。

2 熱泵技術(shù)在化工精餾中的應(yīng)用實踐

（1）壓縮式熱泵精餾技術(shù) 在當(dāng)前的很多化工生產(chǎn)操作單元中，精餾、蒸發(fā)以及干燥這幾個單元對能量的消耗是最大的，而且又非常適合應(yīng)用熱泵技術(shù)，尤其將熱泵技術(shù)應(yīng)用在精餾環(huán)節(jié)中，具有非常好的經(jīng)濟特性。壓縮式熱泵精餾主要特點是利用動力機械驅(qū)動壓縮機使工質(zhì)在熱泵中循環(huán)流動并發(fā)生狀態(tài)變化，從而實現(xiàn)熱泵的連續(xù)高效制熱。按照流程的不同，又可以詳細(xì)分為 A 型開式熱泵精餾、B 型開式熱泵精餾、閉式熱泵精餾、分割式熱泵精餾四種流程。

（2）熱泵技術(shù)的實踐改造 在實際生產(chǎn)中對一精餾裝置中能耗較大的使用傳統(tǒng)精餾技術(shù)的1#塔、2#塔進(jìn)行了熱泵技術(shù)改造，取得了良好的效果。其主要采用的工藝流程見圖1。

圖1 改造流程圖

改造前的能耗情況：①1#塔塔頂冷負(fù)荷：310kW；2#塔塔頂冷負(fù)荷：172kw；合計482kW。②使用大冷制冷機一臺制冷量為485kw，電機功率450kW，需要的循環(huán)水量為51m3/ h。③1#塔塔底熱負(fù)荷：308kW，2#塔塔底熱負(fù)荷：182kW；合計490kW。④折算成6公斤飽和蒸汽為842kg/h.

改造前后的方案對比：①設(shè)備方面：增加壓縮機一臺、節(jié)流閥一個、冷凝器兩臺及泵一臺；減少制冷機一臺；②能耗方面：減少塔釜熱負(fù)荷490kW；壓縮機的軸功率（171+244=415kW）與制冷機的功率相近；循環(huán)水用量兩者接近；綜上所述，采用此節(jié)能方案可節(jié)約蒸汽842kg/h。

蒸汽按每噸120元計，年節(jié)省蒸汽約72萬元。

根據(jù)實踐熱泵精餾在下述場合應(yīng)用， 可取得良好效果：①塔頂和塔底溫差較小， 因為壓縮機的功耗主要取決于溫差，溫差越大， 壓縮機的功耗越大。據(jù)文獻(xiàn)報導(dǎo)， 只要塔頂和塔底溫差小于36度， 就可以獲得較好的經(jīng)濟效果。②沸點相近組分的分離， 按常規(guī)方法，精餾塔需要較多的塔板及較大的回流比，才能得到合格的產(chǎn)品，而且加熱用的蒸汽或冷卻用的冷卻水都比較多。若采用熱泵技術(shù)， 一般可取得較明顯的經(jīng)濟效益。

（3）注意事項 將熱泵技術(shù)應(yīng)用在化工蒸餾中應(yīng)該注意如下的事項：首先，針對于在精餾技術(shù)中應(yīng)用的不同類型熱泵技術(shù)，它們都有著各自的優(yōu)缺點，在實踐中具體應(yīng)該采用哪種形式，都應(yīng)該根據(jù)具體的熱源特征、物性、經(jīng)濟核算以及用戶的要求來進(jìn)行決定；同時，還應(yīng)該注意精餾裝置中各個部位的理想配合，同時注重對它們進(jìn)行優(yōu)化，尤其對于高效傳熱設(shè)備的選用更是非常重要，這樣才能取得更好的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

根據(jù)本文可知，在蒸餾中應(yīng)用熱泵技術(shù)能夠取得明顯的節(jié)能效果，是目前精餾系統(tǒng)中應(yīng)用的能夠取得更好節(jié)能效果的技術(shù)，而且隨著供熱系數(shù)的增大，其節(jié)能效果更加明顯。由于我國是能耗大國，能源的利用率并不高，存在著大量低品位的能量有待于回收利用，因而在化工生產(chǎn)中開展熱泵技術(shù)的研究開發(fā)，具有非常廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱玉琴，李迓紅. 高效節(jié)能的熱泵精餾技術(shù)［J］. 發(fā)電設(shè)備，2003，03：48-50.

［2］汪洋. 雙效精餾與熱泵節(jié)能技術(shù)在甲醇精餾工藝中的應(yīng)用［D］.西北大學(xué)，2014.

［3］胡麗春，張璐陽. 蒸汽壓縮式熱泵精餾技術(shù)探討［J］.煉油與化工，2014，02：9-11+59-60.

［4］劉芬，祝仰勇. 熱泵精餾技術(shù)在煤焦化工藝中的應(yīng)用分析［J］. 山東冶金，2012，02：57-58.

［5］方義東. 乙烯開式熱泵精餾系統(tǒng)的經(jīng)濟技術(shù)分析［J］.廣東化工，2001，01：40-41+44.