热泵精馏与多效精馏的分析和比较

化学工业中,精馏过程是能量消耗最大的单元操作之一,为了减少精馏能耗,通过改变传统工艺而引进了一些新工艺,热泵精馏和多效精馏便在其中且应用广泛。文章将介绍热泵精馏和多效精馏的理论,以及它们的在工业上的一些应用,对两者进行比较和分析。     

热泵在精馏中的应用

由于传统的精馏过程热力学效率低,能耗大,因此节能提效潜力巨大。而将热泵技术应用于精馏过程中,有显著的节能效果,是目前最为行之有效的节能方法。热泵精馏根据工作方式主要分为蒸汽压缩式热泵和吸收式热泵两种。文章介绍了它们的主要工作原理,并探讨了它们的应用形式、适用范围,以供进行热泵精馏设计时参考。     

热泵精馏隔壁塔分离宽沸程物系的模拟

将中间换热和热泵精馏两种精馏节能技术应用到隔壁塔中,提出了带中间换热器的热泵精馏隔壁塔流程,以解决隔壁塔在分离宽沸程物系时出现的塔顶与塔底温差过高而不宜应用热泵精馏的问题。利用精馏塔总复合曲线图,可确定中间产品塔板采出流股的相态,从而得到不同类型的热泵精馏隔壁塔流程。宽沸程物系分离实例的模拟计算结果表明,该类流程在主塔气液相流量较大的情况下具有较高的节能效率。     

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。     

热泵热集成精馏流程的优化设计与综合

从综合的角度详细讨论了热泵精馏的原理,提炼出了用于综合的热泵精馏规则,并开发了综合所用的热泵精馏简捷经济评价方法,提出了一个两水平综合策略,给出了热泵精馏综合步骤。实例研究表明,本文开发的算法及提出的规则用于热泵热集成精馏流程的综合,能够得出最优的絷泵精馏流程。     

热泵精馏隔壁塔分离宽沸程物系的模拟

将中间换热和热泵精馏两种精馏节能技术应用到隔壁塔中,提出了带中间换热器的热泵精馏隔壁塔流程,以解决隔壁塔在分离宽沸程物系时出现的塔顶与塔底温差过高而不宜应用热泵精馏的问题。利用精馏塔总复合曲线图,可确定中间产品塔板采出流股的相态,从而得到不同类型的热泵精馏隔壁塔流程。宽沸程物系分离实例的模拟计算结果表明,该类流程在主塔气液相流量较大的情况下具有较高的节能效率。     

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%。     

苯乙烯装置乙苯/苯乙烯分离塔节能技术

在石油化工生产过程中,精馏过程无疑是每个装置能量消耗最大的工序之一,为了改善精馏过程高能耗问题,伴随着对常规分离过程不断地调整优化,一些新的工艺应运而生,热泵精馏工艺与多效精馏工艺便在其中且被广泛应用。本文借助流程模拟,对乙苯/苯乙烯分离过程采用常规精馏、热泵精馏技术与多效精馏技术进行了对比分析。分析结果表明,在完成相同分离任务的前提条件下,采用热泵精馏与多效精馏工艺均能够显著降低精馏过程的能耗,具有良好的经济效益和广泛的应用前景。     

热泵精馏的应用形式研究进展

介绍了20世纪90年代以来的国内外学者对热泵精馏应用形式的研究状况,分析了经典热泵精馏应用形式的特性,总结了该技术在工业应用中的改进与发展,提出了该技术在工业普及化中应注意的问题.     

两种乙烯热泵精馏的能耗对比

摘在相同基准条件下,用ASPEN PLUS软件计算乙烯闭式热泵精馏和开式热泵精馏的能耗,得出结论：在乙烯精馏塔仅一股进料的条件下,闭式热泵精馏能耗较低;在精馏塔有两股进料的条件下,两种精馏系统能耗相当。提出了乙烯热泵精馏流程的选取思路。     

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.     

塔釜液闪蒸再沸式热泵精馏节能特性研究

针对丙烯-丙烷、苯-甲苯物系,对塔釜液闪蒸再沸式热泵精馏的系统特性进行分析,采用稳态模拟技术对两种物系常规精馏流程和热泵流程进行研究,确定最优理论板数和最佳进料板位置,在最优条件下研究不同进料物系对热泵精馏节能效果的影响。将热泵精馏流程的计算结果与常规精馏塔进行比较,结果表明,与常规精馏相比,热泵精馏节能优势明显,沸点相近的丙烯-丙烷物系更适用于塔釜液闪蒸再沸式热泵精馏,节能率在80%以上,经济效益非常可观。     

蒸馏过程热泵节能——热泵系统模拟计算

介绍了蒸馏塔热泵系统的计算机模拟计算,以实际工业装置丙烯精馏塔为例,对塔釜液相节流式热泵流程给出了详细的模拟数据并进行了深入的分析。指出对该类热泵系统,需要由设计者确定的关键工艺参数主要有塔顶气体采出量、循环工质流量、压缩机出口压力和高压工质节流后压力等4个,并给出了确定这4个参数的方法。文中还比较了热泵流程的节能效果,和常规无热泵蒸馏塔相比,实际热泵流程可以节省操作费用达48%以上,节能效果十分显著。此外文中还分析了不同热泵参数对能耗的影响,经优化后的热泵工况,操作费用的节省进一步上升到60.8%。     

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％。     

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%。     

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。     

热泵耦合甲醇多效精馏节能新工艺

粗甲醇精馏的能耗是影响甲醇生产成本的关键因素之一。虽然五塔多效精馏可以降低精馏过程能耗,但仍存在相当的低品位余热未利用,为进一步降低五塔多效精馏工艺的能耗,本研究引入机械蒸汽再压缩式（MVR）热泵,在常压塔提馏段增设辅助再沸器,形成热泵耦合多效甲醇精馏新工艺。基于新工艺的全流程模拟数据,文章利用夹点技术对热泵设置的合理性进行分析,采用能耗、效能系数（COP）和年总成本（TAC）等指标对新工艺过程进行评价。结果表明：热泵耦合多效甲醇精馏新工艺中热泵设置合理,冷负荷为24.7MW,再沸器总热负荷为22.25MW,COP为22.5,相比五塔多效精馏工艺,冷负荷、热负荷以及TAC分别降低33.76%、32.64%和26.97%。热泵耦合多效甲醇精馏新工艺节能效果显著。     

基于分割式热泵的2-甲氧基乙醇-水精馏工艺模拟

基于2-甲氧基乙醇-水体系的共沸特性,应用分割式热泵精馏用于该体系的分离。采用UNIQUAC方程计算该体系的相平衡数据,并利用实验数据对UNIQUAC方程中的二元交互作用参数进行修正。利用Aspen Plus过程模拟软件中的Radfrac精馏模型和Compr等熵压缩模型,以年总费用最小为目标函数,对提出的分割式热泵精馏工艺进行了模拟与优化,得到了合适的工艺参数,如分割点摩尔分数为x(H2O)=0.17、压缩机进气量为6.16 t/h等关键工艺变量。模拟结果表明,与常规热泵精馏工艺相比,分割式热泵精馏工艺的年总费用可节约34.4%,操作费用可节约36.3%。     

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%。