醇胺法脱除硫化氢工艺中胺再生塔节能研究

以某厂6.5×10~4 t/a硫磺回收项目为研究对象,针对炼油厂醇胺法脱除硫化氢工艺中吸收剂甲基二乙醇胺(MDEA)再生塔的节能开展研究。应用蒸汽压缩式热泵技术,建立了胺再生塔的热泵精馏工艺流程。采用流程模拟软件AspenPlus进行模拟计算,考察了塔板数、再沸比和压缩比等参数对胺液再生工艺的影响,并在保证解吸效果的条件下,以能耗最低为目标,对此过程进行工艺及节能优化。结果表明:与常规精馏相比,热泵精馏工艺的加热能耗与冷却能耗分别减少24.14%和71.10%,显著地降低能耗、提升经济效益。     

高纯三氯氢硅精馏节能工艺的模拟分析

针对多晶硅生产中高纯三氯氢硅精馏提纯过程能耗较高的特点,分别将热泵和差压热耦合精馏节能工艺应用到高纯三氯氢硅精馏提纯过程中,并使用Aspen Plus软件对这2种节能工艺进行模拟分析比较,计算得到各工艺流程的能耗,实现了过程的节能和优化.模拟结果表明,热泵和差压热耦合精馏节能工艺对三氯氢硅传统二塔精馏过程均起到了显著的节能效果,其中塔顶蒸汽压缩型、塔釜液闪蒸型热泵精馏过程分别节能66.1％、62.8％,差压热耦合精馏过程节能50.1％.     

基于机械蒸汽再压缩和有机朗肯循环技术的双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水节能工艺

针对双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水三塔分离工艺特性及高能耗特点,把机械蒸汽再压缩(MVR)和有机朗肯循环(ORC)余热发电技术应用于该三塔的优化,提出了带中间再沸器的MVR热泵和ORC耦合MVR热泵两种节能精馏工艺。以年总费用(TAC)为精馏工艺评价指标,净输出功为ORC系统评价指标,采用Aspen Plus软件对提出的节能工艺进行模拟与优化。研究结果表明,就乙酸甲酯回收塔和甲醇回收塔而言,带中间再沸器的MVR热泵精馏工艺较常规双溶剂协同萃取精馏工艺能耗分别减少了57.38%和9.66%;TAC分别节省了31.34%和11.69%。而对于溶剂回收塔,带中间预分塔的ORC耦合MVR热泵精馏工艺较常规双溶剂协同萃取精馏工艺能耗减少了50.16%,TAC节省了36.13%。就整个萃取精馏系统而言,优化后的精馏工艺比原有双溶剂协同萃取精馏工艺能耗减少了45.48%,TAC节省了31.33%。     

基于有机朗肯循环的混合二甲苯MVR热泵精馏工艺

常规机械蒸气再压缩(MVR)热泵精馏分离混合二甲苯工艺,存在压缩机电耗较大及塔顶压缩蒸气的显热未被利用等问题。有机朗肯循环(ORC)发电技术则可以将低温余热转化为电能以供压缩机使用,由此提出了ORC发电技术耦合MVR热泵和带乏汽回热循环(EGC)的ORC发电技术耦合MVR热泵两种精馏工艺应用于本体系的分离研究。以年总费用(TAC)和能耗为分离工艺的评价指标,系统净输出功和循环热效率作为ORC系统的评价指标,对以上两种耦合精馏工艺进行模拟与优化,并与常规MVR热泵精馏工艺进行比较与分析。研究结果表明,ORC发电技术耦合MVR热泵精馏工艺和带EGC的ORC发电技术耦合MVR热泵精馏工艺较常规MVR热泵精馏工艺均具有一定的节能和经济优势,可分别减少能耗9.64%和9.89%,节省TAC 3.19%和3.50%。     

带中间再沸器的大温差体系热泵精馏工艺

基于大温差体系的分离特点,提出了带中间再沸器的MVR热泵节能精馏工艺。使用Aspen Plus流程模拟软件,采用软件中Radfrac模块模拟精馏塔,对该体系的常规精馏、常规MVR热泵精馏、带中间再沸器的MVR热泵精馏及带中间再沸器的完全MVR热泵精馏等4种工艺进行优化模拟。以年总费用(TAC)最低为目标函数,得到了各精馏工艺相关的工艺参数和设备参数。研究结果表明:带中间再沸器的MVR热泵精馏工艺要优于常规MVR热泵精馏工艺,其平均能耗减少7.7%,平均TAC减少8.3%;带中间再沸器的完全MVR热泵精馏工艺要比带中间再沸器的MVR热泵精馏工艺更具优势,其能耗减少9.4%,TAC减少18.7%。     

基于MVR热泵和热集成的混合二甲苯节能精馏工艺

针对混合二甲苯体系分离能耗高的特点,把热集成和MVR热泵技术应用于该体系的分离研究,提出了热集成精馏工艺、带预分的MVR精馏工艺和完全MVR热泵精馏工艺。以能耗和年总费用(TAC)作为评价指标,对以上提出的3种节能精馏工艺进行模拟与优化,并与常规精馏工艺的计算结果进行了比较与分析。研究结果表明,热集成精馏工艺要比常规精馏工艺具有一定的经济优势,平均可减少能耗34.44%,节省TAC 23.33%。而MVR热泵精馏工艺则是分离该体系的最合适的工艺路线,与热集成精馏工艺相比,带预分的热集成MVR精馏工艺和完全MVR热泵精馏工艺可分别减少能耗23.23%和64.45%;节省TAC 18.32%和21.68%。     

基于MVR热泵精馏的乙醇-异丙醇分离工艺

常规精馏分离乙醇-异丙醇小温差体系的能耗较高,为此本文将两种机械蒸汽再压缩（MVR）热泵精馏工艺,即塔顶蒸汽直接压缩供热和塔底液相闪蒸压缩供热精馏工艺应用于乙醇-异丙醇的分离研究。利用Aspen Plus化工流程模拟软件中的严格精馏模块RadFrac.和压缩机模块Compr.,选用Wilson-RK方程计算物性数据,以分离过程的能耗最低为目标函数,对以上提出的两种MVR热泵精馏工艺分别在不同操作压力工况条件下进行了模拟与优化,得到了各自相关的工艺参数和设备参数。研究结果表明：与常规精馏工艺相比,以上两种MVR热泵精馏工艺节能分别为93.2%和93.4%。利用模拟得到的相关数据,估算了以上两种MVR热泵精馏工艺的平均年总费用,并进行了综合经济效益评价。结果表明：以上两种MVR热泵精馏工艺的平均年总费用基本持平,因此以上两种MVR热泵精馏工艺均是分离该体系较为合适的方法。     

基于有机朗肯循环的混合二甲苯MVR热泵精馏工艺

常规机械蒸气再压缩（MVR）热泵精馏分离混合二甲苯工艺,存在压缩机电耗较大及塔顶压缩蒸气的显热未被利用等问题。有机朗肯循环（ORC）发电技术则可以将低温余热转化为电能以供压缩机使用,由此提出了ORC发电技术耦合MVR热泵和带乏汽回热循环（EGC）的ORC发电技术耦合MVR热泵两种精馏工艺应用于本体系的分离研究。以年总费用（TAC）和能耗为分离工艺的评价指标,系统净输出功和循环热效率作为ORC系统的评价指标,对以上两种耦合精馏工艺进行模拟与优化,并与常规MVR热泵精馏工艺进行比较与分析。研究结果表明,ORC发电技术耦合MVR热泵精馏工艺和带EGC的ORC发电技术耦合MVR热泵精馏工艺较常规MVR热泵精馏工艺均具有一定的节能和经济优势,可分别减少能耗9.64%和9.89%,节省TAC 3.19%和3.50%。     

蒸发耦合精馏处理含盐甲醇废水的MVR节能工艺

针对分离含盐甲醇废水体系能耗高的特点,运用了MVR热泵技术,将蒸发与精馏有机地耦合在一起。在单效蒸发耦合常规精馏工艺的基础上,提出了MVR蒸发耦合常规精馏及热泵精馏工艺以及带预热的MVR蒸发耦合热泵精馏工艺。选用修正后的ELECNRTL电解质热力学模型,以能耗和年总费用(ATC)最低作为目标函数,对以上提出的几种工艺进行模拟与优化。研究结果表明:基于MVR蒸发的基础再应用热泵技术更具经济优势,可以分别减少ATC和能耗17.18%和45.37%。带预热的MVR蒸发耦合热泵精馏工艺与MVR蒸发耦合热泵精馏工艺相比又可以减少ATC 8.12%,减少能耗27.41%,是处理含盐甲醇废水的最佳工艺路线。     

醋酸乙烯的热泵精馏工艺模拟

采用普通精馏工艺从醋酸甲酯-水-醋酸乙烯混合体系中提纯醋酸乙烯会消耗大量的能量,为解决这一难题,设计出一种新型的热泵精馏工艺,并采用Aspen Plus软件对此混合体系进行了普通精馏工艺和热泵精馏工艺的稳态模拟。首先基于NRTL热力学模型提出了基于塔顶气体直接压缩式热泵精馏的工艺原理;随后通过模拟计算得到了此种热泵精馏工艺分离醋酸乙烯的最佳工艺操作参数和设备参数;最后分别对普通精馏工艺和热泵精馏工艺的能耗和综合能耗进行了分析对比。研究结果表明,对精馏塔塔顶塔底温差较小且沸点接近的醋酸甲酯-水-醋酸乙烯混合体系而言,采用塔顶气体直接压缩式热泵精馏技术可以节约96.46%的热负荷,87.55%的冷负荷、89.87%的综合能耗、节约能耗费用449元/h。     

Split Heat Pump Distillation Based on Two-Stage Compression for Separating an Acetone-Water Mixture

There is a constant concentration zone for acetone-water mixtures, and the average relative volatility of the two components in the constant concentration zone is only 1.41, so the energy consumption of the conventional distillation process is high. Two kinds of split mechanical vapor recompression (MVR) heat pump distillation processes, i.e., single-stage and two-stage compression processes, were proposed to separate acetone-water mixtures. The thermodynamic data of the mixture were calculated and modules of Aspen Plus were used to simulate the distillation column and steam compressor. Taking the minimum total annual cost as the objective function, the conventional MVR and the two split MVR heat pump distillation processes were simulated and optimized. Compared with the conventional process, the MVR heat pump distillation process had greater economic advantages, and the split heat pump distillation (SHPD) with two-stage compression was superior to the other MVR heat pump distillation processes.     

热泵精馏在三氯氢硅提纯过程中的模拟

运用化工模拟软件Aspen Plus,选用NRTL-RK物性模型和RADFRAC精馏模型,对三氯氢硅精馏塔的两种热泵流程进行了模拟计算,分别是塔顶气体直接压缩式和塔釜液体闪蒸再沸式热泵精馏。对比热泵精馏流程和常规精馏流程,结果表明：对三氯氢硅提纯而言,塔釜液体闪蒸再沸式热泵流程更有利。本研究采用双塔串行流程提纯三氯氢硅,运用塔釜液体闪蒸再沸式热泵精馏技术,优化后的主要操作参数为：T1塔回流比20,节流阀压力180 kPa,压缩机出口压力309 kPa;T2塔回流比5,节流阀压力227 kPa,压缩机出口压力310 kPa。优化后三氯氢硅的一次收率为88.75%,纯度超过99.9999%;在处理量相同情况下,与常规精馏相比,能耗费用节约82%。     

丙烷脱氢反应气分离提纯丙烯和氢气过程严格模拟与能效评估

丙烷脱氢(PDH)是生产丙烯产品的重要方式之一,丙烷脱氢反应气组分复杂,为获得聚合级丙烯和纯度不小于99.90 mol/mol的氢气产品,在Aspen软件中对丙烷脱氢反应气分离和富氢尾气回收氢气的过程进行建模和模拟,分离过程包括醇胺脱碳、压缩深冷、脱乙烷、丙烯精馏和变压吸附单元。为了合理利用丙烯精馏塔的能量,对丙烯精馏塔进行能量集成,采用变压吸附工艺回收氢气并对分离过程工艺参数进行灵敏度分析及优化工艺参数,以提高经济性和能效。模拟结果可得到符合要求的丙烯和氢气产品,单位产品能耗分别为267.46 kg标准油/t丙烯产品,474.44 kg标准油/t氢气产品。     

基于MVR热泵精馏的混合醇热集成分离工艺

机械蒸汽再压缩(MVR)热泵技术是把低品位的蒸汽通过压缩转变为高品位的蒸汽,循环用于热源的供热以减少能耗。而热集成技术则是合理的匹配冷热物流的换热,以提高物流的有效能利用率。鉴于精馏过程的高能耗和低热力学效率,本文以四元混合醇的分离为研究对象,把基于MVR热泵技术的热集成精馏工艺应用于该体系的分离,提出并研究了该体系带热集成与不带热集成各种MVR精馏工艺;以能耗和年总费用(TAC)为评价指标,采用Aspen Plus 软件对各分离工艺进行模拟与优化,确定各分离工艺的操作参数与设备参数。研究结果表明,与常规顺序分离工艺相比,MVR精馏工艺节约能耗50%以上,节约年总费用约61%。带热集成MVR精馏工艺与不带热集成MVR精馏工艺相比,在能耗和年总费用方面,优势相当,但前者热力学效率提高了约9.5%。     

热泵辅助变压精馏分离碳酸二甲酯/甲醇工艺及系统模拟优化

针对传统变压精馏工艺分离碳酸二甲酯（DMC）/甲醇（MeOH）共沸物存在的高能耗问题,提出了基于热泵辅助的改进变压精馏工艺,并探索了不同热泵方案的可行性和经济性。该研究在ASPEN PLUS模拟平台上进行。首先,设计出传统的热集成变压精馏工艺（H-PSD）,并通过塔总组合曲线分析了传统工艺用能瓶颈和工艺改进方向;然后,提出了4种不同型式的热泵辅助的改进工艺,并通过模拟技术取得不同方案的设计参数;最后,采用组合曲线和经济性分析相结合的方法,比较了不同热泵方案的节能效果和经济性。研究表明,各种热泵方案中,基于中间再沸器的蒸汽再压缩式热泵的节能效果及经济性最好。与传统热集成变压精馏比较,过程能耗降低了24.31%,年均操作费用降低了29.43%,年度总成本可降低12.58%,体现了热泵辅助工艺的良好节能效果和经济性。     

基于双塔精馏的甲醇-碳酸二甲酯分离工艺

基于甲醇和碳酸二甲酯体系的共沸特性,应用双效热集成和分割式热泵两种双塔精馏工艺进行该体系的分离研究。利用文献报道的实验数据对选用的Wilson物性方程中的二元交互作用参数进行回归修正。利用Aspen Plus模拟软件,以年运行总费用最小为目标函数,分别对提出的两种双塔精馏工艺进行模拟与优化,得到合适的工艺参数。模拟结果表明,两种双塔精馏工艺均比单塔加压精馏工艺其能耗更低、年运行总费用更少。就两种双塔精馏工艺而言,分割式热泵精馏工艺较双效热集成精馏工艺,可节约设备投资费用约2.69%,年运行总费用节约17.33%。     

热泵精馏在气体分馏装置丙烯塔中的应用分析

将热泵精馏技术应用于气体分馏工艺的丙烯精馏塔,选择再沸器液体闪蒸式热泵精馏系统代替常规精馏。采用ChemCAD流程模拟软件分别对丙烯塔常规精馏与热泵精馏系统进行模拟计算,分析比较了2种工艺的节能效率和经济性。结果表明,与单塔常规精馏相比,热泵精馏分离系统节能效率高,经济效率显著,冷凝器节能83．07％,再沸器节能82．96％;能源消耗降低60．5％。     

醋酸丁酯热泵精馏新工艺

针对常规醋酸丁酯生产工艺能耗高的特点,提出将热泵精馏应用于醋酸丁酯生产,开发出醋酸丁酯热泵精馏新工艺。分析了新工艺流程的原理、特点,热泵的介质特性和操作参数,进行了能耗和经济性的比较。结果表明,与常规工艺相比,热泵精馏新工艺流程能降低能耗56.9%,是一种节能、经济、环保的新工艺。