化工節(jié)能中的熱泵精餾工藝流程分析

杜曉宇 郝金明

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

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塔頂和塔底的溫差的有效控制來有效降低能耗。該工藝流程的特性回收周期非常短，在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中得到了大范圍推廣及應(yīng)用。與傳統(tǒng)工藝流程進行相比較，熱泵精餾工藝非常規(guī)范，能夠達到相對比較好的工藝生產(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程當中的最重要環(huán)節(jié)之一。主要通過精餾塔、蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節(jié)流閥的進行科學(xué)配置，從而促進了整個工藝水平的提升。在蒸汽壓力模式下，可采用閉式循環(huán)運行方式。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，必須在上述工藝過程的全過程中加強提升對操作溫度的控制，最佳溫度為130℃，同時，在頂氣直接壓縮過程中，最好使用氣體作為工作介質(zhì)。經(jīng)過壓縮加熱后，輸送至塔底完成整個過程。

（2）蒸汽噴射式。該工藝是通過對注汽泵部分加壓加熱來進行加熱蒸汽，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。因此，在現(xiàn)代化工生產(chǎn)過程中，蒸汽噴射技術(shù)越來越受到人們重視，大大節(jié)省了能源的消耗。另外，在蒸汽噴射過程當中，注汽泵成本相對比較低，部件維護相對簡單，應(yīng)進一步加強蒸汽噴射過程中的重視和推廣。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，因此在實際操作過程當中，工作人員應(yīng)自覺加強提升對操作空間的控制，以確保最佳工藝生產(chǎn)狀況。

（3）蒸汽吸收式。基于化工節(jié)能的理念，在應(yīng)用吸收式熱泵精餾過程當中，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，所達到節(jié)能處理效果。同時，吸收式熱泵精餾工藝要根據(jù)內(nèi)循環(huán)相對不同方向，可分為I型和N型兩種。同時，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)動能量作為燃料，以達到熱利用的目標。因此，提升整體化工節(jié)能運行的效果。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)計熱泵年收入15萬元，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。7547千瓦時的余熱103℃回收溶劑生產(chǎn)過程中的，以0.5t/h的速度生產(chǎn)1kg/cm2（表壓）蒸汽，預(yù)計熱泵年收入約8萬元，單位成本回收期約3年。可以看出，在我國能源價格較低的情況下，II型熱泵的節(jié)能仍然具有一定的經(jīng)濟效益。

2.應(yīng)用環(huán)境

（1）塔頂與塔底溫差小，壓縮機的功耗主要決定于溫差。溫差范圍越大，壓縮機的功耗就越高。國外文獻認為，只要塔頂與塔底溫差小于36℃，就能取得相對較好的經(jīng)濟效果。

（2）對于沸點相近的組分，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)濟效益。

（3）廠用蒸汽供應(yīng)不足或價格偏高，需降低蒸汽消耗或取消重沸器。

（4）當冷卻水不足或冷卻水溫度過高或價格過高時，應(yīng)采用制冷技術(shù)或其他方法解決冷卻問題。

（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。以上只是針對一般情況，針對某一具體過程，還要經(jīng)過綜合經(jīng)濟技術(shù)評估才能確定。

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。在上升過程當中，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，儲存在塔頂?shù)睦鋮s水，將上升到塔頂蒸發(fā)的原料進行冷凝。這種往復(fù)循環(huán)可以根據(jù)原料各自的比例進行分離和提純。但在這個過程中，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)的精餾方法進行相比較，新的精餾方式使精餾塔頂端冷凝液所對原料所產(chǎn)生的蒸汽得到合理的有效再利用。通過機體內(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，通過蒸汽壓縮機迅速壓縮精餾塔頂端冷凝夜過程中所產(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、耦合問題是熱泵精餾過程中的最為關(guān)鍵問題之一。由于其復(fù)雜程度高、并且不利于控制，技術(shù)人員應(yīng)該評估綜合精餾塔的有效特點、熱泵精餾工藝的實用性及熱泵精餾的工作物質(zhì)，以其達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)對熱泵精餾過程進行了模擬，及時的發(fā)現(xiàn)并且解決過程當中在所存在的問題，進一步提升工藝的科學(xué)性和規(guī)范性。

2、在化工節(jié)能熱泵精餾組建過程當中，還應(yīng)要求相關(guān)技術(shù)人員重視熱泵路徑方案與后臺工藝的平衡，塔頂端與釜溫差小時，應(yīng)該采用熱泵精餾工藝，因此實現(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)選擇的合理性和標準化直接影響到化工節(jié)能熱泵精餾工藝建設(shè)的實際效果。因此，在質(zhì)量選擇過程當中，除了對其穩(wěn)定性進行嚴格的測試外，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)濟性和對當前化工生產(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，并對經(jīng)濟合理性進行整體評估。在實際設(shè)計當中，可以對上述幾種典型工藝進行有效改進，擴大熱泵精餾的應(yīng)用范圍，并進行優(yōu)化設(shè)計，以獲得節(jié)能效果和經(jīng)濟效益最佳的熱泵精餾方案。

參考文獻

[1]高坤潔，高敏俠.化工節(jié)能中的熱泵精餾工藝流程分析[J].化工設(shè)計通訊，2018，44（05）：179.

[2]孫榮義.基于化工節(jié)能中的熱泵精餾工藝流程分析[J].科技展望，2016，26（19）：90.

[3]許維秀，朱圣東，李其京.化工節(jié)能中的熱泵精餾工藝流程分析[J].節(jié)能，2004（10）：19-22+2.

（作者單位：天津渤化永利化工股份有限公司）