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海昆精餾節能技術

在工業生產中,石油化學工業的能耗所占比例最大,而石油化學工業中能耗最大者為分離操作,其中又以精餾的能耗居首位。精餾是化工、石化、醫藥等過程的重要單元操作,精餾過程熱能的充分利用;提高蒸餾系統的分離效率,提高產品回收率來實現降低能耗;減少蒸餾過程對能量的需要

    作為化工生產中應用最廣的分離過程,精餾也是耗能較大的一種化工單元操作。在實際生產中,為了保證產品合格,精餾裝置操作往往偏于保守,操作方法以及操作參數設置往往欠合理。另外,由于精餾過程消耗的能量絕大部分并非用于組分分離,而是被冷卻水或分離組分帶走。因此,精餾過程的節能潛力很大,合理利用精餾過程本身的熱能,就能降低整個過程對能量的需求,減少能量的浪費,使節能收效也極為明顯。

    據統計,在美國精餾過程的能耗占全國能耗的3%,如果從中節約10%,每年可節省5億美元。我國的煉油廠消耗的原油占其煉油量的8%~10%,其中很大一部分消耗于精餾過程。因此,在當今能源緊缺的情況下,對精餾過程的節能研究就顯得十分重要。例如,美國*斯公司在波多黎各某芳烴裝置的8個精餾塔上進行節能優化操作,每年可節約310萬美元。

    蒸餾過程的節能基本上可從以下幾個方面著手:(1) 精餾過程熱能的充分利用;(2) 提高蒸餾系統的分離效率,提高產品回收率來實現降低能耗;(3) 減少蒸餾過程對能量的需要;(4)加強管理。

1、  蒸餾過程熱能的充分利用

    加強保溫保冷以改進熱的利用在精餾過程中使用的主要設備為精餾塔和換熱器,另外還有各種管道,這些設備多為金屬制成,對熱的傳導較為容易,加之環境溫度的影響,若對其采取保溫保冷的措施,可以大大降低設備與環境之間的熱傳遞作用,從而達到節約熱能的目的。

    強化再沸器和冷凝器中的傳熱可使傳熱溫差下降,由于傳熱溫差減小還可使塔頂冷卻劑溫度提高,塔釜的加熱溫度下降。這包括增強傳熱面積和采用空氣冷卻器或蒸發冷卻器代替水冷卻器等方法。

    高溫物料顯熱和潛熱的利用從精餾塔出來的高溫物料本身攜帶大量的熱量,對這部分熱量進行回收利用也是節能的一項。如:(1)高溫蒸餾時回收塔頂物料蒸汽的潛熱,塔頂冷凝器用作蒸汽發生器。如操作壓力為32 kPa的粗苯乙烯塔,其塔頂物料蒸汽可用于加熱進脫氫反應器的乙苯。這種安排可使每噸苯乙烯產品節能(2)使塔頂、塔釜物料與原料進行換熱,通過塔頂物料給原料液加熱。這樣不僅可以充分利用塔頂、塔釜物料的余熱,同時還可減少塔頂冷凝器冷量的使用量。

    利用夾點技術對換熱網絡進行優化對于一個化工系統,當有多股熱流和多股冷流進行換熱時,可將所有的熱流合并成一根熱復合曲線,所有的冷流合并成一根冷復合曲線,然后將兩者一起表示在溫一焓圖上,夾點即為在溫一焓圖上冷、熱復合曲線在某點重合時系統內部換熱的極限,重合點的傳熱溫差為零,該點即為夾點。在夾點溫差為零下操作,需要無限大的傳熱面積,可以通過技術經濟評價而確定一個系統最小的傳熱溫差——夾點溫差,因此,夾點可以定義為冷、熱復合溫度線上傳熱溫差最小的地方。在換熱網絡的合成中,利用夾點技術考慮各種物流匹配,可以使換熱網絡的熱量利用達到最優。

2、提高精餾系統的分離效率和產品回收率

    多效精餾技術。多效精餾由N個并列操作的精餾塔構成,前面較高壓力塔的塔頂蒸汽作為后面較低壓力的塔底再沸器的加熱介質,在其中冷凝。如果相鄰兩塔的冷凝器和再沸器的熱負荷平衡,則只有第一塔的再沸器需要加熱蒸汽,最后一塔的冷凝器需要冷卻介質。采用N效蒸餾后,再沸器所需的加熱蒸汽可減少到原來單效精餾所需加熱蒸汽的I/N左右。實踐證明,兩效精餾操作所需熱量與單效精餾比較,可減少30~40%。

    熱泵精餾技術。使用單效精餾并用熱泵將熱量從冷凝器泵送至再沸器的低溫精餾,稱為熱泵精餾。熱泵精餾能使能耗減少。為了使塔頂蒸汽冷凝時所放出的熱能提供給再沸器作為氣化室的熱源,使用了膨脹閥和壓縮機,以改變冷凝或沸騰的溫度。圖2為最簡單的熱泵精餾,在塔頂冷凝器和塔底再沸器之間聯上一股閉路循環的外加致冷劑,致冷劑在塔頂冷凝器中蒸發時吸收熱量,然后經壓縮機壓縮,塔釜再沸器冷凝并放出熱量,再經節流閥減壓至塔頂冷凝器中蒸發。如此反復,不斷將熱量從溫度較低的冷凝器泵送至溫度較高的再沸器。

3、 減少精餾過程對能量的需要是從根本上進行節能的方法,主要應該考慮分離序列的選擇和操作條件的優化。


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