热泵精馏技术在煤焦化工艺中的应用分析

2022-09-10

前言:

由于在常规精馏中, 塔釜的正常运转需要外界热源不断为其提供热能, 而蒸馏塔塔顶中蒸汽的潜热则需要借助冷却剂将热量进行转移。因此, 常规精馏过程中, 经常因塔顶的能量得不到充分利用而降低精馏效率。为解决上述问题, 人们便提出了利用热泵精馏的方法来提高液体混合物的分离纯度。本文则通过对热泵精馏技术在煤焦化工艺中的应用理论及优势进行分析, 并以提高液体分离纯度为研究目的, 对热泵精馏技术在煤焦化工艺中的具体应用进行了具体研究。

一、热泵精馏技术在煤焦化工艺中的应用理论及优势

1. 热泵精馏技术的可靠性

由于煤焦化化产加工的原料大都是从炼焦煤气中回收的苯类物质与焦油类物质经分离提纯而来, 且与传统的石油化工相比, 由煤焦化化产加工而来的煤焦化产品更具有其自身独特的特点, 就现阶段而言, 由煤焦化工艺直接生产而得到的产品种类约为200个, 可见煤焦化产品在化工产业中占据着较大的比例。但由于进行煤焦化化产加工的原料普遍具有粘稠度大、固体颗粒多且腐蚀性较强的特点, 极易腐蚀并阻塞蒸馏管道, 从而影响相关设备的稳定性可靠性。因此, 许多具有较高科技含量的相关设备并不能在化工产业中得以良好应用。相反地, 热泵精馏系统以其较高的系统配置和耐高温、耐腐蚀等设备特点为近年来我国煤焦化产品加工行业做出了较大的贡献[1]。

2. 煤焦化精馏的经济性

由于精馏塔塔顶的馏出物具有较低的温度, 对其本身的应用通常是与蒸馏原料等介质进行低效换热后才能被相关设备应用, 这不仅降低了煤焦化化产加工的效率、提高了生产升本, 而且也严重影响了煤焦化产品的质量。与利用精馏塔馏出物进行煤焦化产品加工的原理不同, 热泵精馏技术可以将馏出物等低温热源经一系列加工变为高温热源, 进而可以有效提高煤焦化产品的质量。此外, 由于热泵精馏技术实际上的是对低温热源的二次利用。所以, 基于该技术下的煤焦化工艺则可以节约更多经济, 从根本上促进了煤焦化企业的经济发展。

3. 热泵精馏的自身技术优势

由于热泵精馏技术是在低温热源的利用领域唯一能够提高热源品质并使其能够达到再利用条件的精馏技术。因此, 热泵精馏技术以其自身独特的技术优势长期以来服务在我国各项化工事业当中。对现阶段热泵精馏技术进行分析可知, 只要提高热泵的产热温度, 就可以有效扩大热泵精馏技术的应用范围。

二、热泵精馏技术在煤焦化工艺中的具体应用

1. 热泵精馏技术在工业萘精馏中的应用

作为提炼焦油精制产品的主要方法, 工业萘精馏在长期发展历程中为我国化工产业提供了多项高纯度产品, 例如甲基苯和精制焦油等。通过研究热泵精馏技术在工业萘精馏中的应用不仅可以有效提高工业萘精馏产品的纯度, 而且可以大幅提高工业萘精馏系统的工作效率。以单炉单塔工业萘精馏系统为例, 首先对系统的各部分组成和特性进行分析可知, 精馏塔塔顶温度为T1=199℃, 精馏塔塔底温度为T2=270℃, 精馏塔的平均进料量为每小时4吨, 回流量则为8.6t/小时。由于无论是精馏塔塔底还是塔顶均不具备直接作为热泵循环的基本要求。所以, 只能以间接热泵精馏技术为依托, 对工业萘精馏系统进行优化[2]。热泵性能系数COP用来表示热泵系统每消耗单位数量的功为工业萘精馏装置所提供的热量, 且COPmax=T2/ (T2-T1) =7.61, 由此可知热泵的普通性能系数COP=η (系统中压缩机的工作效率, 常数0.8) ×COPmax=0.8×7.61=6.10。以规格为40t/d的工业萘精馏装置为例, 当热泵精馏技术应用到工业萘精馏装置后, 则每年可为其节约精馏冷却水209万吨, 节约煤气、约为910万平方米, 且应用该项技术后, 工业萘精馏的年耗电量仅为540万/千瓦时[3]。可见, 与常规的精馏技术相比, 间接式热泵精馏技术不仅可以为工业萘精馏产业节约大量的财力和物力, 而且对于以工业萘精馏为主的煤焦化产业的整体发展也具有积极的促进作用。

2. 热泵精馏技术在苯精制中的应用

作为煤焦化产品加工内容的重要组成部分, 苯类物质的提纯与煤焦化产品的自身纯度具有较大关联。为了确保精馏塔塔顶的本产品具有较高的纯度, 利用热泵精馏技术对其进行操作时, 应该对其回流量进行合理控制, 具体说来就是适当提高装置内部的回流量。以规格为100t (日处理苯100t) 的精馏装置为例, 由于热泵精馏塔塔顶的温度为84℃, 塔底的温度约为128℃。因此, 选择塔顶物料作为热泵循环的工质, 利用直接热泵精馏技术对苯精制装装置进行优化。以进料量每小时4.5吨与回流量每小时3.2吨计算可知, 热泵的COP为8.0。而在利用热泵对苯精制装置进行处理后, 每年可节约冷去水184万吨、煤气683万平方米, 而每年的耗电量也仅为336万/千瓦时。可见, 热泵精馏技术在苯精制中的应用不仅可以提高产品纯度, 而且可以有效节约化工企业能源, 从而促进化工企业的全面发展。

结论:

本文通过对热泵精馏技术在煤焦化工艺中的应用理论及优势进行分析, 从间接热泵精馏技术在粗苯精制与轻苯精制中的应用以及直接热泵精馏技术在工业萘精馏中的应用两方面对热泵精馏技术在煤焦化工艺中的具体应用展开研究。可见, 未来加强对热泵精馏技术在煤焦化工艺中应用的研究力度, 对于促进我国化工产业的健康、稳定发展具有重要的历史作用和现实意义。

摘要：所谓精馏是一种利用回流使蒸馏塔中的液体混合物可以进行高纯度分离的蒸馏方法。作为化工产业中最常用到的分离方法, 精馏技术的应用不仅可以提高化工企业自身的经济效益, 而且对于化工产业的整体发展也具有重要影响。因此, 本文以热泵精馏技术为主要研究对象, 通过对热泵精馏技术在煤焦化工艺中的应用理论及优势进行分析, 从直接与间接热泵精馏两方面对热泵精馏技术在煤焦化工艺中的应用展开了深入探讨。

关键词：热泵精馏技术,煤焦化工艺,工业萘精馏