22CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計(jì)2009 ,19(1)熱泵在乙烯精餾工藝中的運(yùn)用張慧*楊昌南中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林132002摘要常規(guī)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(fèi)用。熱泵利用機(jī)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(yùn)用熱泵，將乙烯冷劑的循環(huán)和乙烯精餾結(jié)合為一體,利用乙烯冰機(jī)將開式熱泵用在乙烯精餾中，可節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞熱泵乙烯精餾節(jié)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式熱泵技術(shù)，應(yīng)用在中國(guó)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(jī)|口壓縮機(jī)|乙烯裝置自1996年建成以來先后經(jīng)過兩次改造,本節(jié)謊閥| 8節(jié)流閥裝置能力已達(dá)到700kUa,多年來裝置運(yùn)行平穩(wěn)、能量消耗先進(jìn)。塔底出料(a)b)1基本概念圖1 開式熱泵根據(jù)熱力學(xué)第二定律“熱量不能自動(dòng)地從數(shù)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，這種通過做功(利用機(jī)械式中，Q1為熱泵向系統(tǒng)提供的冷量, kW; W能)將熱量自低溫?zé)嵩刺岣咧粮邷責(zé)嵩吹募夹g(shù)，為熱泵的實(shí)際功耗，kW。稱為熱泵技術(shù)。常規(guī)的精餾塔需從塔頂冷凝器取出熱量,從3精餾系統(tǒng)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(jī)功耗,合理減少設(shè)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(tǒng)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)單換熱無法實(shí)現(xiàn)這一小的系統(tǒng);②塔壓力降較小的系統(tǒng);③被分離物過程，而利用熱泵通過外界做功實(shí)現(xiàn)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(tǒng);④低壓精餾過程需要制冷用于精餾塔的熱泵分為閉式熱泵系統(tǒng)和開式設(shè)備的系統(tǒng)。熱泵系統(tǒng)。閉式熱泵系統(tǒng)塔內(nèi)物料與制冷系統(tǒng)介4乙烯精餾采用熱泵流程質(zhì)之間是封閉的;反之為開式熱泵系統(tǒng)。開式熱泵中以塔底物料為介質(zhì)取消再沸器的過程見圖1乙烯精餾塔塔頂氣相乙烯進(jìn)乙烯壓縮機(jī)的第(a)，以塔頂物料為介質(zhì)取消塔頂冷凝器的過程三段入口，壓縮后進(jìn)乙烯精餾塔再沸器液化，液見圖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(jì)性氣相乙凝混合進(jìn)7模田控切二甌)口，為了使壓熱機(jī)逆轉(zhuǎn)操作即為熱泵，它在低溫?zé)嵩次s機(jī)gY中國(guó)煤化工乙烯精餾塔逆流熱、高溫?zé)嵩捶艧?，熱泵的?jīng)濟(jì)性-般用供熱系換熱CNMHG中張慧:高級(jí)工程師。1989 年畢業(yè)于華東理工大學(xué)工業(yè)催化專業(yè)。-直從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話: (0432) 3912371。2009 ,19(1)張慧等熱泵在乙烯精餾工藝中的運(yùn)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)為開式系統(tǒng)，提供乙烯精餾塔回塔頂。的回流、給冷區(qū)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(qū)。乙烯精餾采用熱泵流程見圖2。右，送乙烯收集罐。乙錫植帽塔逆道換熱器@乙蠕壓編規(guī)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(qū)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，隨著乙烯精餾塔操作壓力的' 5設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析升高，熱泵壓縮機(jī)的功耗明顯減少，熱泵的實(shí)際5.1塔設(shè)計(jì)壓力供熱系數(shù)COP增加，因此乙烯精餾塔的塔壓應(yīng)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(jī)末段進(jìn)口壓力更節(jié)能，換熱器換冷，溫度升至常溫進(jìn)人乙烯壓縮機(jī)，壓而且應(yīng)盡可能高?？s后經(jīng)冷卻器和低溫?fù)Q熱器冷卻到- 10C后進(jìn)入根據(jù)冷劑的溫位壓縮機(jī)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(qū); -部分作為塔頂回流。5.2工 藝過程的控制調(diào)節(jié)因此采用熱泵乙烯精餾塔操作壓力的確定直熱泵運(yùn)用于乙烯精餾中，以加壓后的塔頂氣接與壓縮機(jī)壓縮級(jí)數(shù)以及乙烯冷劑的溫位密切相相作為塔底熱源，開停車過程及操作過程中的波關(guān)。壓縮機(jī)各段壓力比的確定，應(yīng)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(jié)能，同時(shí)還應(yīng)考慮冷劑級(jí)數(shù)和負(fù)荷。冷劑級(jí)數(shù)裝置的最高級(jí)別冷劑及產(chǎn)品，因此熱泵運(yùn)用于乙和負(fù)荷應(yīng)根據(jù)整個(gè)裝置工藝和節(jié)能需求確定。理烯精餾，其過程的調(diào)節(jié)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重要的調(diào)節(jié)作用。分析，閃蒸級(jí)數(shù)愈多、制冷溫度級(jí)愈多,則能量5.2.1乙烯精餾塔的穩(wěn)定運(yùn)行利用效率愈好，但設(shè)備費(fèi)用大、操作復(fù)雜。在乙在現(xiàn)有流程下，保證塔的穩(wěn)定運(yùn)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(xiàng)回流和塔底再沸器的負(fù)荷可隨工藝過程的波烯可提供最低溫度為-40C左右的冷劑，作為深動(dòng)調(diào)節(jié)。冷分離所需的丙烯復(fù)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程中通常分為3個(gè)等級(jí)，大致溫度范圍為:中國(guó)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(fù)荷的保證:塔底再沸器出口液24CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計(jì)2009,19(1)相乙烯的大部分作為塔頂回流，另- -部分經(jīng)換熱計(jì)算COP值為2.9。顯然熱泵實(shí)現(xiàn)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(fù)塔頂氣相冷凝和塔底氣化能量的綜合利用。荷的平衡線。6結(jié)語(yǔ)5.2.2送出氣相乙烯量調(diào)節(jié)壓縮機(jī)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，生產(chǎn)過程存在大量區(qū)，-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(jié)根據(jù)平衡情況將有部分液化乙烯送至乙烯罐區(qū)。能的重要問題，熱泵的應(yīng)用達(dá)到了節(jié)能和降耗的其中氣相乙烯流量的調(diào)節(jié)即通過控制液化乙烯量目的，特別是應(yīng)用在精餾中，但在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案調(diào)節(jié)。中應(yīng)注意以下問題:5.3能量的有效利用(1)熱泵適用于精餾工藝系統(tǒng)需要冷劑,精餾條件應(yīng)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(duì)乙烷的相對(duì)揮發(fā)度隨壓力的降低而升高,(2)精餾中運(yùn)用熱泵，應(yīng)充分考慮工藝過采用低壓分離可降低塔板數(shù),但低溫冷劑需消耗程的可調(diào)節(jié)性。較大的能量。為達(dá)到能量的有效利用，應(yīng)合理確(3)精餾中運(yùn)用熱泵并與冷劑形成系統(tǒng),定操作條件。在吉化乙烯中的操作條件如下:應(yīng)合理優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，達(dá)到能量的合理利用。參考文獻(xiàn)(1) 塔頂溫度為-57C;塔釜溫度為-1王松漢、 何細(xì)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(guó)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(jí)科研項(xiàng)目通過驗(yàn)收由國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司承擔(dān)的兩項(xiàng)浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目一“ QFJ纖維超細(xì)剪磨機(jī)" (項(xiàng)目編號(hào)2003C31055),以及“生物醫(yī)藥工程的超低溫微粉制備成套設(shè)備”(項(xiàng)目編號(hào)2006C21056),經(jīng)過多年的實(shí)施，已成功完成各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，均于日前通過驗(yàn)收。QFJ纖維超細(xì)剪磨機(jī)(又名CXJ超細(xì)纖維粉碎機(jī))是一種高性能、適應(yīng)性廣的新- -代高速旋轉(zhuǎn)剪切式超細(xì)粉碎設(shè)備。該產(chǎn)品采用輪流單角剪切粉碎原理,轉(zhuǎn)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(diào);動(dòng)、定刀采用特種合金耐磨材料，使用壽命長(zhǎng)，且可多次修磨。產(chǎn)品具有超細(xì)粉碎效果好、能耗小、粉碎物料溫升低、出料流暢、維修保養(yǎng)方便等特點(diǎn)。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)絨狀、絮狀、薄膜等類纖維的粉碎,其技術(shù)處于國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，對(duì)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(shè)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、保健品開發(fā)、生物工程、食品加工等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。專家認(rèn)為作為浙江省重點(diǎn)科研項(xiàng)目的“生物醫(yī)藥工程的超低溫微粉制備成套設(shè)備”通過對(duì)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(nèi)分級(jí)式高精度渦輪超微粉碎設(shè)備，滿足超低粉碎要求;開發(fā)了低溫粉碎設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)物料的特性及時(shí)調(diào)整工作溫度，降低了產(chǎn)品的工作能耗。該成套設(shè)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(xì)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(guó)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(shè)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(xì)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(xì)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)