如何在精馏工艺流程上实现节能技术突破：以中盐常化新东化工为例
如何在精馏工艺流程上实现节能技术突破：以中盐常化新东化工为例
精馏作为一种广泛应用的液体混合物分离技术，在化工生产中占据重要地位，但其高能耗问题一直困扰着行业。本文以中盐常化新东化工为例，详细介绍了如何通过自回热精馏技术实现节能突破，为化工企业的绿色低碳转型提供了有益借鉴。
精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。在化工生产中，精馏过程消耗的能量约占整个化工企业消耗总能量的25%-40%，但目前精馏过程能量利用效率只有10%左右。
因此，如何在精馏这一传统工艺流程上深挖节能潜力，实现节能技术突破，是学界和技术专家们一直努力的方向。另一方面，精馏装置的节能对于企业降成本、行业绿色低碳、社会节能减排都具有重要意义，是企业负责人重点关注的方向。
以中盐常化新东化工为例：
中盐常州新东化工是以生产氯碱产品为主的综合性化工企业，其金坛基地目前主要生产装置为：烧碱18万吨/年，双氧水6万吨/年，三氯氢硅1万吨/年，压缩氢气1500万标方/年；滨江基地：烧碱8万吨/年，邻对氯甲苯5万吨/年，氯化苄2.4万吨/年，压缩氢气1800万标方/年。
在对(邻)氯甲苯生产装置中，对(邻)氯甲苯的精馏装置能耗占到装置总能耗的70%以上，是有名的能耗大户。之所以如此高的能耗，其原因是对氯甲苯和邻氯甲苯为同分异构体，两者的沸点很接近，为了获得纯度较高的对氯甲苯和邻氯甲苯成品，精馏系统需要很高的能耗才能达到这个目的。
降低其能耗，减少运行费用，将使新东化工的产品大幅提高市场竞争力。
图1：新东化工对(邻)氯甲苯精馏装置
新东化工的邻对氯甲苯生产装置规模为5万吨/年。从技术指标层面来看，在技改之前，新东化工对(邻)氯甲苯平均吨产品总蒸汽消耗5.5吨/吨，电耗220度/吨，这样测算下来，新东化工平均综合能耗指标一直徘徊在常州市要求的能耗指标的上限。
经过多方技术分析，一种自回热精馏技术进入了新东化工的视线，对对(邻)氯甲苯精馏装置进行节能改造。
图2：自回热精馏系统流程自回热精馏系统流程
如图2所示，系统将精馏塔塔顶的低温蒸汽通过压缩机压缩，提高其温度及压力后送往再沸器加热塔釜料液并放热冷凝，系统运行仅通过压缩机维持精馏过程的能量平衡，系统利用少量电能提高塔顶蒸汽的热品位，高效回收了塔顶蒸汽的汽化潜热，减少塔釜料液加热的外加能源需求，同时降低了塔顶冷却水耗量，达到精馏过程节能目的。
对于新东化工氯甲苯精馏系统的特殊性，此次改造采用水作为换热介质，分别与粗分塔、对塔和邻塔的塔顶蒸汽进行热交换，水吸收热量后相变为水蒸汽，三个塔的塔顶热交换得到的水蒸气合并进入一台压缩机，加压升温后作为热源分别加热三个塔的塔釜物料，水蒸气放热后冷凝成水，再合并降温循环回到塔顶与塔顶蒸汽进行热交换。此次改造中采用了大压比多级离心压缩机、高效横管降膜蒸发器等新型技术。
图3：自回热精馏系统
据负责此次技术改造的专家，江苏乐科节能股份有限公司的总工程师全晓宇博士介绍，该工艺有以下优点：
将精馏塔原本使用循环水带走浪费掉的能量回收，通过压缩机少量电能的补充，将其提高品质后做为自身热源使用，既节约了热量蒸汽的消耗，又减少了冷量循环水的使用。
对于氯甲苯精馏系统高纯要求，采用水作为中间介质，防止杂质经动设备泄露进工艺流股，保证了物料的纯度。
采用间接换热介质合并的方式，使用一套系统可满足三个塔的节能目的。
该系统运行至今，新东化工的氯甲苯精馏装置每小时节约蒸汽24吨，循环水1500m³，每年可节约操作费用3000余万元。通过本技改项目的实施，将原来每吨料液蒸汽消耗由4.23吨/吨降至0.24吨/吨，年节约蒸汽19.95万吨，电耗由150度/吨升至385度/吨(热泵自身需要用电绝热压缩所致)，循环水用量大大降低，年节约循环水相当于一个1500吨凉水塔的补水量，年节约补水量约为24万吨，每年节标煤1.9万吨，成为常州地区节能降耗的标杆性项目。
全博士表示：“十四五”规划纲要将“单位GDP能源消耗降低13.5%”作为经济社会发展主要约束性指标之一，意味着高能耗的装置将不适应社会发展的需求而被逐步被淘汰。改造后的精馏系统采用清洁、低成本的电能取代蒸汽具有显著的节能减排的效果，在化工生产行业中大规模应用的空间巨大。