热耦蒸馏技术及工业应用研究

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1、华南理工大学博士学位论文热耦蒸馏技术及工业应用研究姓名：吕向红申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：陆恩锡20041001摘要摘要蒸馏是石油和化学工业中应用最广泛的分离技术，但蒸馏分离的能耗巨大、热力学效率低。因此，蒸馏过程节能是蒸馏研究的一个重要课题。蒸馏过程节能的途径有多种，其中热祸蒸馏是多组分混合物分离时最有吸引力的分离方式。热祸蒸馏是20世纪40-50年代提出的新型蒸馏技术，与常规的简单蒸馏比较，热力学效率大大提高，既可以降低能耗，又可以减少设备投资。但其构造复杂，主塔与预分塔之间通过

2、连接物流相互藕合，这样比简单塔自由度多，设计计算、操作、控制等都困难，因此从推出概念到得到实际应用，经历了相当长的时间，直到20世纪90年代初才有实际工业应用的例子。热祸蒸馏塔的设计方法主要有简化法和严格法，目前的设计已逐渐从当初的简化法发展到采用严格算法，由于待定的参数比较多，严格设计很困难。处理方法往往是从简化法出发，然后对整个复杂蒸馏塔进行严格模拟和优化。经过深入分析本研究认为，当热祸蒸馏塔的互连物流的流量和进出塔的位置确定以后，其预分塔和主塔就可以分别看作两个简单的蒸馏塔处理，然后按照简单

3、塔的逐板计算法进行严格模拟，完全适合用AspenPlus、PROM,HYSIS等商用模拟软件进行模拟。如此热藕蒸馏的主塔和预分塔之间互连物流的位置和流量的选择，是设计成功的关键。本研究在模拟计算了一系列混合物的热祸蒸馏分离结果之后，得出了热祸蒸馏塔的互连物流的流量和进出塔的位置确定的经验规则，使热祸蒸馏塔的设计、模拟和优化得以实现，改变了当前热藕蒸馏塔难于计算的现状。热祸蒸馏有一定的适用范围。在研究了一系列混合物后得出，热祸蒸馏适应于轻组分与中间组分的相对挥发度和中间组分与重组分的相对挥发度比较接

4、近的混合物，或中间组分含量比较高且中间组分产物的纯度要求相对低于轻重组分产物纯度的情况。采用模拟手段，用热祸蒸馏技术改造现有的工业生产实际工艺流程，并取得较好的结果。实例1是液化天然气分离，将原来的常规蒸馏分离序列改造为热祸蒸馏工艺后，比原来减少能耗21%。年处理能力30万吨(脱丙烷后)的装置，每年可增加经济效益366万元。实例2首次将热拐蒸馏技术推广到催化裂化装置吸收稳定系统，用热祸蒸馏塔代替原来常规工艺中的吸收塔、解吸塔、再吸收塔和稳定塔四个塔，使流程大为简化。模拟结果显示，新流程使年处理能力

5、120万吨的催化裂化装置的吸收稳定系统减少了能耗6.6%左右，每年节约操作费用达219万元。催化裂化装置是我国炼油工业数量最多、总生产能力达1亿吨的重要装置。因此，这些模拟改造后的新流程具有较好的应用前景，值得今后推广工业化应用。华南理工大学博士学位论文本研究的另外一个重要内容是将热祸蒸馏技术从分离三组分混合物推广到很多组分的混合物的分离和包括吸收、解吸和蒸馏操作的复杂工艺流程.吸收稳定系统处理的物料有烃类混合物、非烃类混合物和石油馏份，仅烃类和就有非烃类十几个组分，石油馏份(采用虚拟组分进行计算

6、)总计组分数达40个。吸收稳定系统热祸蒸馏工艺的模拟成功，证明可以用热祸蒸馏塔分离很多组分的复杂混合物。吸收稳定系统包括吸收、解吸和蒸馏等复杂分离过程，这些过程相互千扰，而且处理的混合物组分多、相平衡关系复杂，本身热祸蒸馏塔比常规蒸馏塔结构复杂，模拟计算非常困难，其模拟成功对热祸蒸馏塔今后的模拟工作、拓展其应用领域和推广其实际工业化应用有很大的指导意义。关键词蒸馏，热祸蒸馏，模拟，节能，吸收稳定系统.摘要ABSTRACTDistillationisthemostwidelyusedseparati

7、ontechnologyinchemicalandpetrochemicalindustries,butitsmajordrawbackisintensiveenergyconsumptionandlowthermodynamicefficiency.Thenenergysavingisanimportantresearchsubjectforconventionaldistillation.Severalenergysavingmeasureshavebeenproposedandthermal

8、lycoupleddistillationisoneofthemostattractivealternativetoconventionaldistillationconsequencesfortheseparationofmulti-componentmixtures.Fullythermallycoupleddistillationisanewtypeofdistillationtechnologyconceivedinthe1940-1950s,anditwasreporte