《精馏节能技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精馏节能技术.docx（13页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、精馅节能技术标准化文件发布号：（9456EUATWKMWUBWUNNINNUL-DDQTY-KII热泵精憾工艺分析化工行业是能耗大户，其中精憎乂是能耗极高的单元操作，而传统的精镭方式 热力学效率很低，能量浪费很大。如何降低精镭塔的能耗，充分利用低温热 源，已成为人们普遍关注的问题。对此人们提出了许多节能措施，通过大量的 理论分析、实验研究以及工业应用表明其中节能效果比较显著的是热泵精憎技 术。热泵精镭是把精镭塔塔顶蒸汽加压升温，使其用作塔底再沸器的热源，回 收塔顶蒸汽的冷凝潜热。热泵精憎在下述场合应用，有望取得良好效果：(1) 塔顶和塔底温差较小，因为圧缩机的功耗主要取决于温差，温差越大，压缩
2、 机的功耗越大。据国外文献报导，只要塔顶和塔底温差小于36°C,就可以获得 较好的经济效果。(2) 沸点相近组分的分离，按常规方法，蒸镭塔需要较多的塔盘及较大的回流 比，才能得到合格的产品，而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。若 采用热泵技术一般可取得较明显的经济效益。(3) 工厂蒸汽供应不足或价格偏高，有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。(4) 冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏贵，需要采用制冷技术或其他方法解 决冷却问题时。(5) 般蒸徭塔塔顶温度在38 138°C之间，如果用热泵流程对缩短投资回收期有 利就可以采用，但是如果有较便宜的低压蒸汽和冷却介质来源，用热泵
3、流程就 不一定有利。(6) 蒸谓塔底再沸器温度在300C以上，采用热泵流程往往是不合适的。以上只是对一般情况而言，对于某个具体工艺过程，还要进行全面的经济技术评 定之后才能确定。根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馆可分为蒸汽加压方式和吸收式两种类型1 蒸汽加压方式蒸汽加压方式热泵精镭有两种：蒸汽压缩机方式和蒸汽喷射式。1蒸汽压缩机方式蒸汽压缩机方式又可分为间接式、塔顶气体直接压缩式、分割式和塔釜液体闪 蒸再沸式流程。1丄1间接式当塔顶气体具有腐蚀性或塔顶气体为热敏性产品或塔顶产品不宜压缩时，可以 采用间接式热泵精镭，见图1。图1间接式热泵精镭流程图它主要由精馆塔、压缩机、蒸发器、冷凝器及节流
4、阀等组成。这种流程利用单 独封闭循环的工质（冷剂）工作：冷剂与塔顶物料换热后吸收热量蒸发为气 体，气体经压缩提高压力和温度后，送至塔釜加热釜液，而本身凝结成液体。 液体经节流减压后再去塔顶换热，完成一个循环。于是塔顶低温处的热量，通过冷剂的媒介传递到塔釜高温处。在此流程中，制 冷循环中的冷剂冷凝器与塔釜再沸器合为一个设备。在此设备中冷剂冷凝放热 而釜液吸热蒸发。间接式热泵精镭的特点是：(1) 塔中要分离的产品与冷剂完全隔离；(2) 可使用标准精谓系统，易于设计和控制；(3) 与塔顶气体直接压缩式相比较，多一个热交换器(即蒸发器)，压缩机需要克 服较高的温差和压力差，因此其效率较低。考虑到工质的
5、化学稳定性，间接式热泵精镭应用的温度范围限制在130°C左右, 而许多有机产品的精镭塔却在较高的温度下操作。与普通制冷剂相比，水的化学和热稳定性好，泄漏时对人和臭氧层无负效应， 价格便宜，而且具有极好的传热特性，在热交换中所需的换热面积较小，特别 适合精镭塔底温度较高的精镭系统。表1是以水为工质，用间接式热泵精镭分离乙苯-对二甲苯的节能结果。虽然单 独工质循环式热泵精镭比常规精镭的总投资费用大，但回收期短，一般在一年 之内。耗能殘费用常坝精谓塔顶直接间接式热热泵精諧泵精谄熬汽十h2600电Z013501550冷却水m 'h1400120140蒸汽元h507020电元h0X7.
6、75100.75冷却水元 h45. 54.94 55总操作费用元h552 591.651()5. 3节能效益元,h114切.防447. 2投资回收期年1»0.3(1 23表1不同热泵精馅流程处理乙苯对二甲苯溶液的节能及经济效果112塔顶气体直接压缩式塔顶气体直接压缩式热泵精镭是以塔顶气体作为工质的热泵，其流程见图2, 精镭塔顶气体经压缩机压缩升温后进入塔底再沸器，冷凝放热使釜液再沸，冷 凝液经节流阀减压降温后，一部分作为产品出料，另一部分作为精馆塔顶的回 流。压 缩 机图2塔顶气体直接压缩式热泵精镭流程图塔顶气体直接压缩式热泵精镭的特点是:(1) 所需的载热介质是现成的；(2) 因为
7、只需要一个热交换器(即再沸器)，压缩机的压缩比通常低于单独工质循环式的压缩比；(3) 系统简单，稳定可靠。塔顶气体直接压缩式热泵精镭适合应用在塔顶和塔底温度接近，或被分离物质 因沸点接近难以分离，必须采用较大回流比的情况下，因此需要消耗大量加热 蒸汽(即高负荷的再沸器)，或在低压运行必须采用冷冻剂进行冷凝。为了使用 冷却水或空气作冷凝介质，必须在较高塔压下分离某些易挥发物质的场合。 塔顶气体直接压缩式热泵精镭应用十分广泛，如丙烯-丙烷的分离采用该流程， 其热力学效率可以从3.6%提高到8.1%,节能和经济效益非常显著。某厂采用热泵精镭的结果见表2,由此可见，当选用热泵精憎时，能源费用急 剧下降
8、。此时，冷却水温度已不再是决定因素，精镭塔可在更低的压力下操 作，既简化了分离过程，又降低了设备成本。压 缩 机表2不同精tg形式下丙烯丙烷分离的节能和经济效果比较1-1-3分割式热泵分割式热泵精镭组成及其流程如图3所示。FD图3分割式热泵精镭流程图分割式热泵精镭流程分为上、下两塔，上塔类似于直接式热泵精镭，只不过多 了一个进料口；下塔则类似于常规精镭的提镭段即蒸出塔，进料来自上塔的釜 液，蒸汽则进入上塔塔底。分割式热泵精镭的节能效果明显，投资费用适中， 控制简单。分割式热泵精镭的特点是可通过控制分割点浓度（即下塔进料浓度）来调节上塔 的温差，从而选择合适的压缩机。在实际设计时，分割点浓度的优
9、化是很必要 的。分割式热泵精镭适用于分离体系物的相图存在恒浓区和恒稀区的大温差精镭， 如乙醇水溶液、异丙醇水溶液等。表3是某工厂采用常规精馆、塔顶直接式热泵精馆和分割式热泵精馄工艺处理异丙醇水溶液的结果。耗能及费用常规精憾塔顶直接热泵精馆分割式熱泵精徭藝汽3602电4*024001200冷却水.wh-'1 <X)010()HM蒸汶元 h- *350U20电/元()16XK4冷却水/元h20>总操作裁用/元小：57(>17()106节能效益/元十(>2(X12M表3不同精镭形式下异丙醇溶液分离的节能和经济效果比较从表3可以看出，分割式可选择单级压缩机，其耗电量大大
10、降低；而塔顶直接 式就必须选择昂贵的多级压缩机。其耗电量几乎是分割式的2倍。1.4闪蒸再沸闪蒸再沸是热泵的一种变型，它以釜液为工质，其流程如图4所示。与塔顶气 体直接压缩式相似，它也比间接式少一个换热器，适用场合也基本相同。不 过，闪蒸再沸在塔压高时有利，而塔顶气体直接压缩式在塔压低时更有利。图4闪蒸再沸式热泵精镭流程图12蒸汽喷射式图5是采用蒸汽喷射泵方式的蒸汽汽提减压精镭工艺流程。在该流程中，塔顶 蒸汽是稍含低沸点组成的水蒸气，其一部分用蒸汽喷射泵加压升温，随驱动蒸 汽一起进入塔底作为加热蒸汽。nA图5蒸汽喷射式热泵精镭流程图在传统方式中，如果进料预热需蒸汽量10,再沸器需蒸汽量30,则共
11、需蒸汽量 40。而在采用蒸汽喷射式热泵的精镭中，用于进料预热的蒸汽量不变，但由于 向蒸汽喷射泵供给驱动蒸汽15就可得到用于再沸器加热的蒸汽30,故蒸汽消 耗量是25,可节省37.5%的蒸汽量，所以节能效果十分显著。采用蒸汽喷射泵方式的热泵精镭具有如下优点：(1) 新增设备只有蒸汽喷射泵，设备费用低；(2) 蒸汽喷射泵没有转动部件，容易维修，而且维修费用低。蒸汽喷射式热泵精镭如果在大压缩比或高真空度条件下操作，蒸汽喷射泵的驱 动蒸汽量増大，再循环效果显著下降。因此，这种方式的热泵精镭适合应用在：(1) 精谓塔塔底和塔顶的压差不大；(2) 减压精谓的真空度比较低的情况下。2吸收式吸收式热泵由吸收器
12、、再生器、冷却器和再沸器等设备组成，常用;臭化锂水溶 液或氯化钙水溶液为工质。由再生器送来的浓;臭化锂溶液在吸收器中遇到从再 沸器送来的蒸汽，发生了强烈的吸收作用，不但升温而且放出热量Q吸，该 热量即可用于精镭塔蒸发器，实际上热泵的吸收器即为精镭塔的蒸发器。浓漠化锂溶液吸收了蒸汽之后，浓度变稀，即送再生器蒸浓。再生器所耗用的 热能Q生是热泵的原动力。从再生器中蒸发出来的水蒸气，在冷却器中冷 却、冷凝，而后送入精镭塔冷凝器，在此冷凝器中，塔顶馆出物被冷凝，而水 又重新蒸发进入吸收器。由此可见，精馆塔的冷凝器也是热泵的再沸器，详见 图6。图6吸收式热泵精馅流程图吸收式热泵按照机内循环方向的不同可分
13、为：冷凝器压力大于蒸发器压力的第一类吸收式热泵（I型）和蒸发器压力高于冷凝 器压力的第二类吸收式热泵（1【型）。第一类吸收式热泵需要高温热源驱动，但 不需要外界冷却水，热量能得到充分利用，主要应用于产生热水；第二类吸收 式热泵可利用低品位热能直接驱动，以低温热源与冷却水之间的温差为推动 力，可产生低压蒸汽。表4吸收式热泵的特点11类型回收余热題！ 'C余热形式供热温度汽取动能量WF值I型20- 60低温热水、低压废蒸汽60- 1U)高温水、滋料II型 的 100低温熱水、低压废蒸汽IU)- 15()60匸以上的余热0.4-X由表4可看出：I型吸收式热泵与1型吸收式热泵虽是吸收式热泵的两
14、大分支， 二者原理相似，但由于驱动能量及供热量温度的差异，使二者应用条件有所不 同。般在余热源温度较低(3060°C),用热温度也较低(60 100°C)时，可用I型热 泵，其COP值可达1.7左右，即消耗lkW驱动能，可以获得1.7RW的可用 热。而在余热源温度较高(60 100°C)需要的供热温度也较高(100 150°C)时， 可用II型热泵，其COP值约为0.5,即每供给热泵lkW的低温余热，可以获得 l5kW温度较高的可用热，相当于不需要其它代价，就可以将低温余热的一半 左右回收利用。吸收式热泵与压缩式热泵相比，虽然供热系数COP较小，但避免了
15、使用动力， 在动力紧张的情况下，有压缩式热泵所不可替代的优点。吸收式热泵的优点 是：可以利用温度不高的热源作为动力，如工厂废汽、废热。除功率不大的溶 液泵外没有转动部件，设备维修方便，耗电量小，无噪音。缺点是热效率低， 需要较高的投资，使用寿命不长。因此只有在产热量很大、而温度提升要求不 高，并且可用废热直接驱动的情况下，吸收式热泵的工业应用才具有较大的吸 引力。以下是吸收式热泵的应用举例。12曰本某化工厂用II型热泵回收精镭塔有机蒸汽的余热8.5t/ho 80°C的有机余热蒸汽进入热泵的发生器和蒸发器，由吸收器将100C的热水加热到125°C,经闪蒸获 得lkg/cm2（
16、表压）120°C的蒸汽4.25t/h,热泵一年运行以8000h计算,则可节约蒸汽 34000t o上海通用机械研究所为上海酒精厂研制II型热泵回收蒸镭塔顶76°C酒精蒸汽 23222RW功能量，产生0.5kg/cm2俵压）的蒸汽1.8t/ho据估算热泵每年收利15 万元，装置费用的回收期约为1.5年。上海交通大学为上海溶剂厂研制LiBr/H2O高温吸收式热泵，回收溶剂生产过程 的7547kW103°C余热，产生lkg/cm2（表压）的蒸汽0.5t/ho据估算的热泵每年收 益约8万元，装置费用回收期约三年。可见目前我国在能源价格偏低的情况下， 采用H型热泵节能，仍有一定的经济效益。综上所述，热泵精镭确实是一种高效的节能技术，但需要注意的是，在选择精 镭方案时除应考虑能源费用外，还应考虑其设备投资费用等因素对其经济合理 性进行综合评价。在实际设计中，可把前面介绍的几种典型流程加以改进，以 拓展热泵精镭的应用范围，而且要进行优化设计，以便获得节能效果和经济效 益最佳的热泵精镭方案。13