探讨甲醇热泵精馏新工艺.pdf

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1、探讨甲醇热泵精馏新工艺刘立轩(东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024)摘要：甲醇的精馏过程是保证其产品质量的重要环节，而该过程中的能耗也是影响其生产成本的关键因素。传统精馏设备体积大，能耗高。相比之下，热泵精馏技术已成为降低能耗与清洁产能的重要技术之一。热泵技术主要应用于商业建筑与工业生产等行业领域。热泵精馏技术包括蒸汽压缩机式热泵精馏、蒸汽喷射式热泵精馏和吸收式热泵精馏。甲醇热泵精馏则属于蒸汽压缩机式热泵精馏中的分割式热泵精馏。甲醇热泵精馏工艺的节能效果显著，经济效益可观，操作相对简单。然而甲醇热泵精馏技术

2、在实际生产中会受到许多因素的影响，如精馏塔顶与塔底温差大，参考数据不足，初期投资较大等。提高热泵能效比与输出温度是甲醇热泵精馏工艺的发展方向。甲醇热泵精馏工艺具有广阔的工业应用前景。关键词：甲醇热泵精馏；工艺原理；经济效益分析能源问题已经是世界各国共同关注的重点问题。在能源短缺的客观条件下，热泵精馏的节能效果在化工和石油产业中愈来愈受到认可。与传统的精馏技术不同，热泵利用精馏塔内气相和液相不断转换所产生的能量以达到连续高效的循环制热效果。经过几十年的发展，热泵技术也划分出不同的类型，以满足不同条件下分离提纯的需求。其

3、中，分割式热泵精馏工艺有着较大的创新和广泛的应用。以甲醇热泵精馏技术为代表，该技术具有节能降耗效果理想和适用温差较大等技术优点，本研究就甲醇热泵精馏技术的工艺原理、优缺点、发展趋势以及经济效益方面进行具体分析。1热泵精馏技术1．1热泵精馏技术类型热泵精馏技术实际上是传递热量的技术。热能从低温区域逆向传递到高温区域。其中，利用热泵传递到高温区域的热量要远远高于装置自身运行所需要消耗的能量。热泵精馏装置对其相配备的设备具有很高的要求以满足这种逆向供热方式。适用于不同设备类型和不同物料分离的热泵精馏工艺流程可分为三种技术类

4、型：吸收式热泵精馏、蒸汽压缩机式热泵精馏以及蒸汽喷射式热泵精馏。吸收式热泵的精馏工艺是依靠内部液相的热力学状态变化，实现热能由低温区域传向高温区域，其节能效果相对较好。在实际工业生产过程中，吸收器同时会成为精馏塔的再沸器，而冷凝器也会同时成为热泵的再沸器。蒸汽压缩式的热泵工艺是利用机械驱动压缩机使气相或液相物料在热泵中不断往复流动并且发生物理状态的改变，进而实现热泵连续且高效的加热效果。按照工艺流程的不同，该工艺又可以具体分为A型、B型开式热泵、分割式热泵以及闭式热泵四种精馏工艺流程”1。蒸汽喷射式热泵利用高压气体的

5、高速喷出，裹挟再沸器中的蒸汽形成二次蒸汽，进入混合室供再沸器二次利用。二次蒸汽形成的压力一般在0．4MPa以下。该流程结构简单，没有使用转动部件，而能耗也比前者要高得多。1．2国内热泵精馏技术发展状况精馏是化学提纯过程中最为常见的分离技术。传统精馏设备的体积大，热转化效率低。在能源枯竭且提倡节能减排的今天，传统精馏设备逐步遭到淘汰。目前，研究显示热泵的节能效果非常明显，热泵精馏技术已经成为节能低耗、清洁生产的主要技术。上世纪中叶，热泵精馏技术被应用于实际生产中，并在之后的几十年中得到迅速发展。最近几年，热泵精馏的结构

6、设计和性能分析逐渐成为国内学者和技术人员关注与研究的重点。有研究人员就乙醇一水的精馏过程提出了一种高效节能的可行性工艺流程，即分割式热泵精馏。还有研究人员总结归纳了热泵精馏的的基本工作方式，并具体分析了不同精馏方式的特性和适用条件。除此之外，有学者运用ASPENDY．NAMICS软件对热泵精馏的流程进行动态模拟，研究外部工质对于热泵精馏控制的影响因素。2甲醇热泵精馏技术2．1甲醇热泵精馏的原理及工艺流程甲醇热泵精馏的原理相对简单。精馏塔顶的气态甲醇被压缩机压缩，提高了气态甲醇的压力值并降低了沸点。压缩甲醇蒸汽和气态甲

7、醇变为液态甲醇释放出的热量将作为中问或精馏塔塔釜再沸器的供热能源，降低了精馏塔塔顶冷工程和精馏塔塔釜热工程的能耗。分割式热泵精馏设备主要包括：预塔、主精馏塔、预塔冷凝器、预塔再沸器、气体压缩机、上塔再沸器、下塔再沸器、预热器以及冷凝器41。主精馏塔可以分为上、下两个精馏塔。其中，上精馏塔与常规的热泵精馏塔相似，仅多出一个进料口。下精馏塔的功能则更接近于常规热泵精馏的提纯阶段，上精馏塔的塔釜液作为下精馏塔的进料，而下精馏塔的蒸汽会进入上精馏塔的塔釜。通过控制下塔的进料浓度，即分割点浓度，降低上精馏塔的温差范围，进而减小

8、压缩机的压缩比，减少设备运转的投入费用。2．2甲醇热泵精馏的优点与缺陷甲醇热泵精馏主要有降低能耗和适用于大温差分离提纯工艺两方面优点。在正常情况下，一般的热泵适合在精馏塔塔40l北毒芬醒2017年04月顶与塔釜间温差较小的情况下使用。而分割式热泵精馏，如甲醇热泵精馏则可以应用于温差较大的分离提纯过程。常温常压下，甲醇的沸点是64℃，水的沸点是1