精餾塔設計以及節能的研究分析

高建國

（沈陽科創化學品有限公司，遼寧 沈陽 110144）

一、精餾三塔工藝設計分析

（一）雙塔常壓精餾工藝

雙塔常壓精餾分離是較為常見的工藝流程。該工藝流程主要有2個精餾塔構成，即預塔和主塔。粗甲醇首先進入預塔，它實際上是1個萃取精餾塔，在塔頂或回流槽中加入相當于粗甲醇進料20%～305左右的水，以水作為萃取劑將粗甲醇進料中所含的非水溶性組分與甲醇分離。經預塔脫除了低沸點的甲醇進入主塔，在該塔內實現甲醇與雜醇、水的分離。

（二）三塔精餾分離工藝

三塔精餾分離工藝是將甲醇精餾塔分為2個塔：加壓精餾塔和常壓精餾塔。該分離流程中，經預塔脫除輕組分后的粗甲醇首先進入加壓塔，塔底再沸器采用低壓蒸汽加熱，塔頂甲醇蒸氣進入常壓塔塔底的再沸器冷凝，為常壓塔提供熱源，冷凝后的甲醇部分作為產品，另一部分作為加壓塔的回流。加壓塔塔底的較低濃度的甲醇水等經減壓后流入常壓塔。在此塔內完成甲醇、水及高級醇的分離。流程操作的關鍵是適當確定加壓塔操作壓力、加壓塔采出量。

二、精餾過程節能分析

精餾過程能耗很大，而且熱能利用率低，除了采用三塔精餾外，改進換熱網絡，進行廢熱回收，不僅可以節省加熱蒸汽，減小再沸器規格，也可以節省冷卻用水，有效利用能量。

（一）差壓熱耦合精餾技術的應用

熱耦精餾由于既節能又節省設備投資，引起了人們的廣泛關注。早在五十年代，Petlyuk等人就提出了完全熱耦精餾方案，該研究表明熱耦精餾比常規精餾過程至少節能30%以上，但由于受到當時技術條件的限制而難以實現工業化。后來又通過對塔設備組成體系做進一步觀察，逐步在完全熱耦合方案中摸索出一種完全熱耦合精餾技術－差壓熱耦合精餾技術，在化工節能生產上應用更為廣泛。差壓熱耦合低能耗精餾過程，將普通精餾塔分割為常規分餾和降壓分餾兩個塔，常規分餾塔的操作壓力與常規單塔時相同，而降壓分餾塔采用降壓操作以降低塔底溫度。降壓分餾塔塔頂蒸汽經過壓縮進入常規分餾塔，降壓分餾塔降壓操作可以使塔釜物料的溫度低于常規分餾塔塔頂物料的溫度，這樣就可以利用常規分餾塔塔頂蒸汽的潛熱來加熱降壓分餾塔塔底的再沸器，進行兩塔的完全熱耦合，實現精餾過程的大幅度節能。

差壓熱耦合低能耗蒸餾與現有熱耦蒸餾技術相比，具有以下幾方面優點：

(1)差壓熱耦合精餾過程的常規分餾塔塔頂冷凝的負荷可以與降壓分餾塔底再沸器的負荷相匹配，實現熱耦精餾，匹配換熱。

(2)熱消耗是精餾操作中的主要能耗所在，采用差壓降溫手段實現最小的熱消耗，甚至實現冷熱負荷完全匹配，熱消耗為零。而要實現這一目標，只需在設備中增加一臺壓縮機，該動力消耗相對于原有的熱消耗小很多。張呂鴻等人又對這項技術進行改進，即引入中間冷卻器，提出了一種改進的差壓熱耦合精餾流程，設置中間冷卻器的目的在于，該物料在塔頂液相進料，有回流液的作用，可以降低該物料溫度，減少與塔內物料的換熱，促進塔內傳質。這一流程的改進節能效果比原差壓熱耦合流程更好，節能效率達3.5%，從而使這項技術的應用前景更為廣闊。

（二）熱泵精餾技術的應用

甲醇精餾不僅是保證甲醇產品質量的重要操作單元，而且精餾過程的能耗也是影響甲醇生產成本的重要因素，因此選擇適合企業生產規模的精餾技術，是節能降耗、節水減排、提高企業經濟效益和市場競爭力的重要措施。

葉鑫等人提出用熱泵精餾工藝直接壓縮精餾塔頂精甲醇氣體，提高塔頂精甲醇氣體的壓力和冷凝溫度，作為精餾塔塔釜再沸器或中間再沸器的熱源，充分利用了精甲醇氣體的冷凝潛熱，同時減小了塔釜熱公用工程和塔頂冷公用工程消耗。熱泵精餾只需消耗少量最低級別的水蒸氣，同時節省大量更高等級水蒸氣。因此，較傳統的三塔精餾工藝相比，該工藝比三塔精餾工藝可實現節能50%以上。

（三）機械蒸汽再壓縮熱泵精餾技術的應用

機械蒸汽再壓縮熱泵技術是把低品位的蒸汽通過壓縮轉變為高品位的蒸汽，循環用于熱源的供熱以減少能耗，也就是基于蒸汽潛熱再利用的一種非常高效的節能手段。

楊德明等人提出將機械蒸汽再壓縮熱泵技術配合一種熱集成技術來精餾分離四元混合醇體系的方法，具有很大的優勢。熱集成技術是一種則是從熱力學效率角度出發，對能量進行有效合理的匹配，利用MVR熱泵技術回收精餾塔塔頂蒸汽的潛熱，再根據分離塔系的溫度差，應用熱集成技術，可最大程度地發揮精餾過程的節能優勢。

（四）多效精餾技術的應用

吳東岳等使用多效精餾工藝提純甲醇，通過對甲醇－水多效精餾工藝的研究，從單塔、雙塔、三塔、四塔這四種順流精餾工藝中能夠得出，隨著塔數的增加，能夠有效的增加精餾的效數，降低使用能耗，四塔精餾工藝的能耗是最低的。同時，隨著塔數的增加，也會增加設備的費用，經過計算與總結，能夠得出三塔精餾工藝是在目前甲醇精餾工中最為合適的一種，既能夠降低操作與設備的費用，又能夠有效的降低能耗。

在工業生產中，Hilde等人闡述的多效精餾在工業實例中的應用表明，節能效果是非常明顯的。當他們把多效精餾技術應用在分離乙烷，丁烷等混合體系里，他們對比在工業生產上兩種技術的區別通過一系列的計算，他們發現，當應用多效精餾方案時，能量的利用率能提升40%以上，這對于節能生產是極為有利的。