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Engineering 工程节能塔器与分离技术研究 王玉
(大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆163714)
摘要：近年来，随着我国现代工业体系的不断发展及完善，在极大推动了我国工业快速发展的同时，也对工业生产中 节能降耗提出了更高的要求与标准。现阶段在化工行业中精（分）馏塔是应用最为广泛的设备之一，蒸馏则是目前化工分 离中能耗最大、应用最普遍的技术。传统精馏技术效率低、耗能高，已经无法适应我国工业的可持续发展的要求。本文探 讨了目前世界上较为成熟、先进的节能塔器与分离技术。 关键词：节能塔器；分离技术；蒸馏；分壁塔器；内加热
中图分类号：TQ053.5 文献标识码：A文章编号：1671-0711 (2017) 02 (上）-0097-02
随着我国现代经济的快速发展，对石化、炼油等行业的生产力要求也越来越高，蒸馏分离技术在化工等领域中的应用，因其操作连续性强、处理量大，使得生产力得到极大的提升。但是蒸馏分离效率低、能
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耗大，即便在国外发达国家，化工行业总能耗中蒸馏分离的能耗也占18%左右，在我国蒸馏分离能耗占化工生产总能耗25%以上。塔器投资占设备总投资比甚至一度高达50%。在节能降耗以及可持续发展观下，高能耗与高生产、高纯度之间的矛盾曰益凸显。为缓解矛盾，就必须优化塔器节能与分离技术。
1节能型塔器内件
当前，我国化工生产加工企业所使用的甲醇塔内件电耗大、生产阻力高、触媒利用率低等问题普遍存在。目前，美国UOP公司研发的新型蒸馏设备，禾I I用SimuLFLow技术，可在气体中夹带所有塔段的液体，避免了泡沫的产生，并采用气液分离器，实现气液的高效分离，在降低能耗的同时，使分离效率得到大幅提升。由河北正元塔器设备公司所开发的D R节能型甲醇塔内件采用双层冷管结构，有效降低了生产阻力与电耗，并极大提升了触媒利用率，使得单塔生产能得到大幅优化。根据实践显示，采用D R节能型14米甲醇塔内件的14米高压甲醇塔阻力仅为〇.l_.〇12MPa，较之相同高度塔阻力降低80%。此外，中压塔中D R节能型内件同样适用。
规整填料即塔内件的填料由形状与几何尺寸一致的单元组成，并以整砌的方式进行装填。根据实践显示，空分装置中应用规整填料不仅能够降低能源消耗，同时能够提高分离效率。
天津大学于20世纪80年代起，就开始研发规整填料相关技术，在化工分离理论研究及应用技术开发上均属于国内最高水平。近年来天津大学自主研发了不同类型的分布器，专利技术多达11项，成功提升了规整填料中液体喷淋点密度及分布均匀度，使精馏更节能，效率更高。此外由江西省科技厅组织，方上化工填料公司承担的“突突开孔规整填料”科研项目，也取得显著成效。方上化工填料公司通过将“复合碱技术”引人新型填料制备，使瓷体中的MgO、CaO用量大幅提高，瓷件的抗压性能与耐酸性得到强化。同时方上公司研发的带凸点的规整波纹填料，操作弹性强、流体阻力低、耐腐蚀性与抗堵塞性好，有效实现了精馏分离过程中的节能降耗，同时减少对设备的磨损,±曽加了设备的使用年限。
空分装置的核心是低温精馏塔。低温精馏塔的技术水平直接关系空分装置生产效率。传统生产模式下，板式塔内件是低温精馏塔的主要分离方式，这一生产模式分离效率低下，且能耗偏大。目前由天大北洋化工公司与四川空分、开封空分等知名空分设备制造厂商，合作开发的空分装置规模最大达4800mVh，已被冶金、化工、石化等行业广泛采用。
针对传统陶瓷波纹填料在精馏分离塔中分离效果差的问题，由萍乡车田瓷厂研发的新型高效谷峰规整波纹填料，极大改善了这一问题。该新型填料本体由相互叠加交错单块的波纹陶瓷板组成，并利用凸起间隔设置的方式，使填料本体形成孔洞（蜂窝状）式结构，从而使得填料的孔隙率增大，在进行液体的精溜分离过程中，填料内部的流动阻力被降低，较之传统的波纹填料，新型谷峰规整波纹填料水
点剖析次数每立方米高出45万次，使得精馏塔的效率提升最髙可达50〇/〇。
3分壁塔器技术
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中国设备工程2017.02C上）97
Research and Exploration |研究与探索•工艺与技术
新型节能分壁塔器技术的推广和普及，得益于规整填料与新型塔器塔盘在实际生产中的应用。
分壁式（D W)塔器技术，仅需使用一座单塔即可实现三组分混合物的分离。目前，在分壁式塔器技术领域，巴斯夫公司处于世界顶尖水平，世界范围内投入运行的分壁式塔器80〇/〇以上出自巴斯夫公司。
分壁式塔器即在塔器中间加入直立壁，使其分开。在操作中，首先在塔器中间部分将三组分混合物放入分壁的一侧，然后塔底会将重质组分回收，塔顶则回收轻质组分，中间组分则从进料口塔器背面一侧通过后，背侧线抽出后去除。
当前全球能源紧张，燃料费不断上涨，采用分壁式塔器减少投资约30%，降低能耗20% ~ 45%。此外，采用分壁式塔器，当二塔合一时，能够在重沸器表面有效降低热强度，因而在蒸馏热敏产品中，可优化产品生产效率及生产质量。
现阶段，在分壁塔器技术领域我国尚处于起步阶段。巴斯夫公司已将分壁塔器技术发展至可对四组分混合物进行分离，并已经可投用于实际生产中。受冷凝器与重沸器之间的温差所限，四组分混合物分离技术在实际应用中，要求化学品的沸点必须基本一致。美国UOP基于分壁式塔器技术，将其应用于PEP工艺的改进，并设计了一套名为Pacol的工业化装置。该装置的分离十分复杂，主要功能是将重质芳烃副产物去除，并在分壁式塔器中将PEP中产生的物流进行分离，最终得到烷烃/烯烃产品。该装置的应用可实现节能50%，降低投资成本14〇/〇左右。
西班牙的CEPSA公司旗下的ALgeciras炼油厂曾对下游的溶剂蒸溜装置进行重整，该装置主要被用于烷烃异构与烷烃分离，以得到沸点与组分不同的溶剂产品。根据增长新溶剂的需要，CEPSA公司采用了分壁式蒸馏节能技术对原有的蒸馏塔进行了改造。通过仿真模拟后，对比分壁式塔器方案与常规的双塔蒸馏方案，得出采用分壁式塔器方案可实现节能30%，改造投资减少30%，占地面积更小，运行成本更低，产出的新溶剂产品纯度更高，质量更好。此外，采用分壁式塔器技术可保证在超水负荷下塔器的正常运行。
4热集成蒸馏塔
由日本的东洋工程公司研发的Super HIDiC热集成蒸馏塔，较之传统蒸馏塔，最高可节约能源50〇/。。东洋工程公司基于普通热集成蒸馏塔(HIDiC)开发的Super HIDiC，有效提升各方面性能，并解决了一些技术难题，使其机械配置更加精简，生产性能更加突出。
Super HIDiC拆分了蒸馏过程，将其两个部分汽提和精懷，热交换在每一段塔的中间部分进行。同时混合物的循环采用热虹吸系统实现，摒弃了传统的泵送模式。塔内的温度与压力由一台压缩机进行提升，热泵与侧线换热的设计组合，使得系统运行能耗较之前降低一半左右。
5超重力场精馏技术
超重力场精溜技术由浙江工业大学分离工程研究院于2011年底正式研发成功，并已经投入生产使用。超重力场精溜技术是将传统的十米左右的精馏塔，用仅一米高的折流式超重力床设备进行替代。该设备不仅使得精馏塔设备占地面积大幅减少，同时对高黏度物料、热敏性物质分离效果远超传统设备。目前超重力场精溜技术在国内三百多家企业生产中得到应用，极大节省了设备占地面积与材料成本投入。早在20世纪80年代，国外就开始进行有关超重力机（超重力旋转床）的研究。我国第一个超重力技术研究中心于1990年在北京化工大学建立，而后湘潭大学、浙江工业大学、南京工业大学、华南理工大学等高等院校先后开始了对超重力机的理论及实践探索。其中浙江工业大学研究走在了最前列，2004年，浙江工业大学开发出了首台折流式超重力场旋转床，该设备能够被应用于除尘、吸收、精惯、解吸、气液化学反应等多种化工操作单元。但该技术尚处于研发阶段，技术方面还有缺陷，无法真正投产，但该设备中多项新技术的创新应用，为后期成功奠定了基础。2011年底浙江工业大学的折流式超重力床正式投产，该设备成功解决了传统螺旋式、填充式、碟片式旋转床分离能力无法支持单台设备连续精馏的问题。折流式超重力床可实现气液流动的逆向接触，塔板数成倍提高，达到连续精
馏的目的。该技术属于国际领先水平。
6结语
节能塔器和分离技术的发展直接关系着我国冶金、化工、石化等重要工业生产效率与质量的提升。需加大研发投入，在生产中推广和普及新技术、新方法。同时，我国节能塔器与分离技术还需与时倶进，根据时代与科技发展趋势，不断探索、创新和突破，这样才能够真正提升我国蒸馏分离技术整体水平，为我国现代化社会经济建设提供有力的支持。
参考文献：
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98 中国设备工程2017.02(上）
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