熱泵在乙烯精餾工藝中的運用

22CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2009 ,19(1)熱泵在乙烯精餾工藝中的運用張慧*楊昌南中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林132002摘要常規精餾塔需從塔 頂冷凝器取出熱量，從塔釜再沸器加人熱量，其消耗的能量為精餾塔的主要操作費用。熱泵利用機械能或電能將低溫位熱能提高到高溫位熱能，在精餾中將塔頂氣相加壓冷凝后作為塔底再沸器的熱源，特別是在乙烯裝置乙烯精餾中運用熱泵，將乙烯冷劑的循環(huán)和乙烯精餾結合為一體,利用乙烯冰機將開(kāi)式熱泵用在乙烯精餾中，可節約能耗，降低生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞熱泵乙烯精餾節能降耗林德公司的乙烯技術(shù)采用前脫乙烷工藝，并7塔頂冷凝器在乙烯精餾單元采用開(kāi)式熱泵技術(shù)，應用在中國塔頂出料石油吉林石化分公司乙烯裝置。吉林石化分公司進(jìn)料 。精進(jìn)料館壓縮機|口壓縮機|乙烯裝置自1996年建成以來(lái)先后經(jīng)過(guò)兩次改造,本節謊閥| 8節流閥裝置能力已達到700kUa,多年來(lái)裝置運行平穩、能量消耗先進(jìn)。塔底出料(a)b)1基本概念圖1 開(kāi)式熱泵根據熱力學(xué)第二定律“熱量不能自動(dòng)地從數COP表示:低溫流向高溫”，除非自外界輸人功，才能使熱COP = Q1/WI .量從低溫流向高溫，這種通過(guò)做功(利用機械式中，Q1為熱泵向系統提供的冷量, kW; W能)將熱量自低溫熱源提高至高溫熱源的技術(shù)，為熱泵的實(shí)際功耗，kW。稱(chēng)為熱泵技術(shù)。常規的精餾塔需從塔頂冷凝器取出熱量,從3精餾系統適用熱泵的范圍塔釜再沸器加人熱量。若將塔頂氣相冷凝的熱量為了降低壓縮機功耗,合理減少設備投資,傳給塔釜再沸器可大幅度降低能耗,但塔釜溫度精餾系統適用熱泵的范圍為:①塔頂與塔釜溫差總是高于塔頂溫度，僅靠簡(jiǎn)單換熱無(wú)法實(shí)現這一小的系統;②塔壓力降較小的系統;③被分離物過(guò)程，而利用熱泵通過(guò)外界做功實(shí)現了低溫載熱系的組分因沸點(diǎn)相近而難于分離，需較大回流比體向高溫物體傳遞熱量。消耗大量冷量的系統;④低壓精餾過(guò)程需要制冷用于精餾塔的熱泵分為閉式熱泵系統和開(kāi)式設備的系統。熱泵系統。閉式熱泵系統塔內物料與制冷系統介4乙烯精餾采用熱泵流程質(zhì)之間是封閉的;反之為開(kāi)式熱泵系統。開(kāi)式熱泵中以塔底物料為介質(zhì)取消再沸器的過(guò)程見(jiàn)圖1乙烯精餾塔塔頂氣相乙烯進(jìn)乙烯壓縮機的第(a)，以塔頂物料為介質(zhì)取消塔頂冷凝器的過(guò)程三段入口，壓縮后進(jìn)乙烯精餾塔再沸器液化，液見(jiàn)圖1 (b)?；蟠蟛糠忠蚁┳鳛榛亓鞣祷匾蚁┚s塔。乙烯精餾塔塔頂氣相乙烯與作為冷劑的高壓2熱泵的經(jīng)濟性氣相乙凝混合進(jìn)7模田控切二甌)口，為了使壓熱機逆轉操作即為熱泵，它在低溫熱源吸縮機gY中國煤化工乙烯精餾塔逆流熱、高溫熱源放熱，熱泵的經(jīng)濟性-般用供熱系換熱CNMHG中張慧:高級工程師。1989 年畢業(yè)于華東理工大學(xué)工業(yè)催化專(zhuān)業(yè)。-直從事化工工藝設計工作。聯(lián)系電話(huà): (0432) 3912371。2009 ,19(1)張慧等熱泵在乙烯精餾工藝中的運用2:壓縮后的乙烯在乙烯精餾塔再沸器中液化，乙烯精餾塔塔底物流中含有乙烷、C; 組份大部分經(jīng)乙烯精餾塔逆流換熱器冷卻到- 50C左和殘余的乙烯，循環(huán)返回裂解爐。右，然后作為乙烯精餾塔的回流，由流量控制返乙烯冷劑循環(huán)為開(kāi)式系統，提供乙烯精餾塔回塔頂。的回流、給冷區提供冷量，提高乙烯產(chǎn)品壓力送少部分乙烯經(jīng)乙烯深冷器冷卻到-30C左至界區。乙烯精餾采用熱泵流程見(jiàn)圖2。右，送乙烯收集罐。乙錫植帽塔逆道換熱器@乙蠕壓編規乙場(chǎng)冷凝菲1O|五服平之樓乙慌特物塔(乙烯收集峰< CH中-圃一二段冷卻器三段冷卻器<區化CH點(diǎn)2@乙樓產(chǎn)品濕冷器圖2乙烯精餾采用熱泵流程有關(guān)資料表明，隨著(zhù)乙烯精餾塔操作壓力的' 5設計要點(diǎn)分析升高，熱泵壓縮機的功耗明顯減少，熱泵的實(shí)際5.1塔設計壓力供熱系數COP增加，因此乙烯精餾塔的塔壓應流程顯示，乙烯精餾塔塔頂合格乙烯經(jīng)低溫盡可能高，選擇在壓縮機末段進(jìn)口壓力更節能，換熱器換冷，溫度升至常溫進(jìn)人乙烯壓縮機，壓而且應盡可能高?？s后經(jīng)冷卻器和低溫換熱器冷卻到- 10C后進(jìn)入根據冷劑的溫位壓縮機3段入口壓力分別為乙烯精餾塔塔底再沸器。冷凝釋放出熱量后經(jīng)換0.11MPa (A)、 0.3 MPa (A)、 0.795Pa (A),冷，- -部分進(jìn)乙烯收集罐，作為低溫乙烯冷劑循乙烯精餾塔的塔頂壓力約為0.83 MPa (A)。環(huán)或送出界區; -部分作為塔頂回流。5.2工 藝過(guò)程的控制調節因此采用熱泵乙烯精餾塔操作壓力的確定直熱泵運用于乙烯精餾中，以加壓后的塔頂氣接與壓縮機壓縮級數以及乙烯冷劑的溫位密切相相作為塔底熱源，開(kāi)停車(chē)過(guò)程及操作過(guò)程中的波關(guān)。壓縮機各段壓力比的確定，應首先考慮省功動(dòng)均會(huì )影響到乙烯的平衡，特別是乙烯同時(shí)作為節能，同時(shí)還應考慮冷劑級數和負荷。冷劑級數裝置的最高級別冷劑及產(chǎn)品，因此熱泵運用于乙和負荷應根據整個(gè)裝置工藝和節能需求確定。理烯精餾，其過(guò)程的調節尤為重要。在這里乙烯深.論上，從降低傳熱不可逆性和提高能量利用效率冷器起著(zhù)重要的調節作用。分析，閃蒸級數愈多、制冷溫度級愈多,則能量5.2.1乙烯精餾塔的穩定運行利用效率愈好，但設備費用大、操作復雜。在乙在現有流程下，保證塔的穩定運行，即保證烯裝置中，乙烯和丙烯可同時(shí)作為冷劑，其中丙塔項回流和塔底再沸器的負荷可隨工藝過(guò)程的波烯可提供最低溫度為-40C左右的冷劑，作為深動(dòng)調節。冷分離所需的丙烯復迭制冷冷劑乙烯在乙烯精餾(1)塔頂回流的保證:為了不影響乙烯精過(guò)程中通常分為3個(gè)等級，大致溫度范圍為:中國煤化工烯由再沸器人口低壓乙烯冷劑: -101~ -102 C前YHCN M H G器和乙烯精餾塔逆中壓乙烯冷劑: -75~ -80C流換熱器冷卻后，平衡乙烯回流量。高壓乙烯冷劑: -51~-55 C(2)塔底負荷的保證:塔底再沸器出口液24CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2009,19(1)相乙烯的大部分作為塔頂回流，另- -部分經(jīng)換熱計算COP值為2.9。顯然熱泵實(shí)現了精餾中降溫后進(jìn)人乙烯收集罐，成為乙烯塔底再沸器負塔頂氣相冷凝和塔底氣化能量的綜合利用。荷的平衡線(xiàn)。6結語(yǔ)5.2.2送出氣相乙烯量調節壓縮機三段出口一部分作為氣相產(chǎn)品送出界化工生產(chǎn)是用能的大戶(hù)，生產(chǎn)過(guò)程存在大量區，-部分作為熱泵的循環(huán)，在這部分物料中,低溫余熱，如何合理利用這些低品位熱能，是節根據平衡情況將有部分液化乙烯送至乙烯罐區。能的重要問(wèn)題，熱泵的應用達到了節能和降耗的其中氣相乙烯流量的調節即通過(guò)控制液化乙烯量目的，特別是應用在精餾中，但在優(yōu)化設計方案調節。中應注意以下問(wèn)題:5.3能量的有效利用(1)熱泵適用于精餾工藝系統需要冷劑,精餾條件應保證精餾組份間較大的揮發(fā)度,冷劑又為精餾的組份的工藝裝置。乙烯對乙烷的相對揮發(fā)度隨壓力的降低而升高,(2)精餾中運用熱泵，應充分考慮工藝過(guò)采用低壓分離可降低塔板數,但低溫冷劑需消耗程的可調節性。較大的能量。為達到能量的有效利用，應合理確(3)精餾中運用熱泵并與冷劑形成系統,定操作條件。在吉化乙烯中的操作條件如下:應合理優(yōu)化設計參數，達到能量的合理利用。參考文獻(1) 塔頂溫度為-57C;塔釜溫度為-1王松漢、 何細藕主編.乙烯工藝與技術(shù)[M] .北京:36C;塔頂與塔釜溫差為219C。中國石化出版社, 2000年6月(2)塔頂壓力為0.83MPa (A);塔釜壓力(收稿日期2008 -10-10) .為0.88 MPa (A);塔的壓力降為0. 05 MPa。浙江豐利兩個(gè)省級科研項目通過(guò)驗收由國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)浙江豐利粉碎設備有限公司承擔的兩項浙江省科技計劃項目一“ QFJ纖維超細剪磨機" (項目編號2003C31055),以及“生物醫藥工程的超低溫微粉制備成套設備”(項目編號2006C21056),經(jīng)過(guò)多年的實(shí)施，已成功完成各項技術(shù)經(jīng)濟指標，均于日前通過(guò)驗收。QFJ纖維超細剪磨機(又名CXJ超細纖維粉碎機)是一種高性能、適應性廣的新- -代高速旋轉剪切式超細粉碎設備。該產(chǎn)品采用輪流單角剪切粉碎原理,轉子和靜刀床上分布有若干把動(dòng)刀、定刀，形成- -定剪切角度，而且間隙可調;動(dòng)、定刀采用特種合金耐磨材料，使用壽命長(cháng)，且可多次修磨。產(chǎn)品具有超細粉碎效果好、能耗小、粉碎物料溫升低、出料流暢、維修保養方便等特點(diǎn)。該設備實(shí)現了對絨狀、絮狀、薄膜等類(lèi)纖維的粉碎,其技術(shù)處于國際先進(jìn)技術(shù)，對造紙業(yè)、化纖、輕工業(yè)、水溶性纖維素醚以及中藥材等行業(yè)的纖維性物料深加工提供了理想的超微粉碎設備。超低溫粉碎技術(shù)是最重要的粉體加工技術(shù)之一-，在新藥研制、保健品開(kāi)發(fā)、生物工程、食品加工等行業(yè)得到了廣泛應用。專(zhuān)家認為作為浙江省重點(diǎn)科研項目的“生物醫藥工程的超低溫微粉制備成套設備”通過(guò)對超低溫狀態(tài)下粉碎工藝的粉碎效果的關(guān)系的研究以及低溫粉碎的特殊要求，研制了內分級式高精度渦輪超微粉碎設備，滿(mǎn)足超低粉碎要求;開(kāi)發(fā)了低溫粉碎設備的計算機控制系統，可以根據物料的特性及時(shí)調整工作溫度，降低了產(chǎn)品的工作能耗。該成套設備選用航空航天技術(shù)制成的空氣式超低溫冷凍裝置，可粉碎在常溫下難以粉碎的物料，如中藥材、高附加值食品、動(dòng)物骨頭、高附加值生物材料等熱敏性及受熱易變質(zhì)、易分解的物質(zhì)酒 :+低溫螞碎估:討此物質(zhì)的細度大大提高;而且可利用物料的脆化溫度不同進(jìn)行選擇性粉碎，最終各自分中國煤化工用不僅為這些行業(yè)提供了理想的低溫粉碎加工設備，同時(shí)由于共性技術(shù)的突破，使得fHC N M H G中藥的超微細粉體材料的制成將有效提高產(chǎn)品的療效;生物工程行業(yè)的超微細粉體材料的制成將使各種保健品的吸收性大大增加等。(吳宏富)