组合分离技术的研究以及在节能降耗减排中的应用-2010杭州会议-姚克俭.ppt

1、2010全国精馏技术与塔件设备研讨会,组合分离技术的研究 及其在节能降耗减排中的应用 Saving combined separation technology research and its applications of energy saving 浙江工业大学 姚克俭 2010.8.22 杭州,目录,一、项目研究开发背景 二、研究开发内容 三、工业应用实例 四、总结和展望,一、研究开发背景,时代和社会发展的要求 资源消耗高和环境污染严重使得化工装置的节能降耗减排成为过程工业新技术研究的重点。 分离提纯如精馏，是生产过程中能耗的集中所在，同时也是污染排放的主要环节，提高精馏系统的能量综合

2、利用率、减少废物排放显得十分重要。,一、研究开发背景,技术发展的需要 在过程系统节能降耗方面，应用相对成熟的是夹点技术，但传统夹点技术能较好地指导过程物流之间的热集成，但该方法将精馏塔作为一个独立系统考虑与过程系统的热集成，因此对具有多个精馏塔的精馏系统来说其应用受到一定限制。 需从精馏系统用能特点出发，开发一种综合考虑背景过程与精馏系统的能量集成方法改进夹点分析法，以提高精馏系统能量利用水平。,一、研究开发背景,技术发展的需要 系统集成会对设备在技术和经济上提出有新的要求，如果这时不能采用与工艺相适应的设备，而制约了集成技术的推广应用；很有必要进行与复杂过程集成匹配的设备技术研究，以实现工艺

3、和装备技术的有机组合，达到技术效益的最大化。 新型高性能装备的涌现，又给系统集成提供了更多的技术空间，以实现工艺与装备技术研究开发的互动。,二、研究开发内容,改进夹点技术的研究扩展的总复合曲线 流程的重构和优化研究 新型固定阀塔板的研究开发 新型塔板溢流堰的研究开发,1 夹点技术的研究,1.1 夹点（Pinch Point）分析技术的基本理论 夹点的形成和意义,复合温-焓图,1.1 夹点分析技术的基本理论,夹点的形成,问题表格法,1.1 夹点分析技术的基本理论,夹点的意义： 夹点的出现将整个换热网络分成两部分：夹点之上和夹点之下。 夹点之上是热端，只有换热和加热公用工程；夹点之下为冷端，只有换

4、热和冷却公用工程；在夹点处，热流量为零。 如果发生跨越夹点的热量传递或在夹点之上加设冷却器或在夹点之下加设加热器，都将增加公用工程用量。,1.1 夹点分析技术的基本理论,夹点设计原则： 不应有跨越夹点的传热 夹点之上不应设置任何公用工程冷却器 夹点之下不应设置任何公用工程加热器,1.2夹点技术在精馏系统中的研究,传统夹点分析法 ：将精馏塔作为一个独立系统处理，精馏塔合理设计为不跨越过程系统的夹点 ，对跨越夹点的塔通过改变压力将其位置移到夹点之上或夹点之下，以实现与过程系统的能量集成，或采用中间换热器。 缺点：操作条件的改变往往会受到分离系统本身因素（如负荷和分离效果的改变，物料热分解结焦）的限

5、制，不易实现。 对设备提出新的要求。,1.2夹点技术在精馏系统中的研究,精馏系统塔间热集成分析：精馏塔跨越过程系统夹点时若采用塔间热集成可减小能耗。,（a）无塔间热集成,(b)塔间实现热集成,1.2夹点技术在精馏系统中的研究,精馏系统塔间热集成分析：精馏塔不跨越过程系统夹点时实行塔间热集成或者塔直接与过程系统进行热集成，总能耗不变，但为物流间的匹配多提供了一次机会。,（a）无塔间热集成,(b)塔间实现热集成,1.2夹点技术在精馏系统中的应用研究,扩展总复合曲线的提出：用包含冷凝器和再沸器的扩展总复合曲线指导精馏系统的热集成，即把精馏塔的冷凝器和再沸器按热负荷和物料特性折算成一股恒定热容流率的冷

6、热物流，与过程物流一起进行用能分析， 优点：可以同时考虑塔间的热集成及塔与过程系统间的热集成，并使问题转化为换热网络的最优综合，采用夹点技术指导精馏系统的能量集成，提高了整体用能水平。,1.3 扩展总复合曲线在环已酮精馏系统中的应用,无热集成的环已酮精馏系统流程,1.3 扩展总复合曲线在环已酮精馏系统中的应用,无热集成的环已酮精馏系统，夹点温差10,总复合曲线图,复合温-焓图,1.3 扩展总复合曲线在环已酮精馏系统中的应用,无热集成的环已酮精馏系统用能特点： 热物流的温位相对偏低，而冷物流的温位相对较高，不利于实现热集成；依据“加减规则”，应设法增加夹点以上热负荷总量和温位，或者降低夹点以下冷

7、物流的热负荷总量和温位。 在该系统中热负荷主要集中在冷凝器和再沸器，而过程物流的显热量相对较少，因此，在考虑系统节能时，应尽量利用潜热，实现塔间的热集成。 夹点以上热负荷总量很少，而夹点以下冷负荷总量较大，所需总加热量为41.45Mkcal/hr，总冷却量41.24 Mkcal/hr。,1.3 扩展总复合曲线在环已酮精馏系统中的应用,流程重构和优化策略： 烷塔采用四塔流程，通过优化塔的操作压力，使前三个烷塔的塔顶温度和塔釜温度满足热集成的要求，实现三效精馏。 将醇塔由原来的一个塔增加到两个塔，醇一塔只保证塔顶产品浓度要求，醇一塔釜液进入醇二塔作进一步分离，使塔顶和塔釜产品均满足分离要求，由于醇

8、一塔未对塔釜产品作要求，因此其操作回流比相对较小，减少了能量消耗。,1.3 扩展总复合曲线在环已酮精馏系统中的应用,热集成的环已酮精馏系统，夹点温差10,总复合曲线图,复合温-焓图,1.3 扩展总复合曲线在环已酮精馏系统中的应用,热集成前后的环已酮精馏系统用能比较,1.3 扩展总复合曲线在环已酮精馏系统中的应用,热集成的环已酮精馏系统流程示意图,2 新型固定阀(Fixed Valve)塔板的研究开发,新型固定阀塔板,2 新型固定阀塔板的研究开发,折边固定阀（专利号ZL02155028.X）,条形固定阀,圆形固定阀,2 新型固定阀塔板的研究开发,气泡大小均匀，传质充分，雾沫夹带量少，推迟液泛，漏

9、液量少,2.1 新型固定阀塔板的特点,压降较低 雾沫夹带量较少 操作弹性较大 塔板效率较高 抗堵性能好，运行周期长 成本低,2.1新型固定阀塔板的特点,若采用矩形悬挂式降液管作为降液通道，具有更大的气液通量,2.1 新型固定阀塔板的特点,悬挂式降液管作为降液通道，抗堵性能好,2.1 新型固定阀塔板的特点（CFD）,降液管宽度方向切面速度矢量图,左图所示的圈中区域的放大图,2.2 新型固定阀塔板的结构优化研究,实验装置及研究方法 固定阀折边存在对新型固定阀塔板的性能影响 阀抬升高度对新型固定阀塔板的性能影响 阀面宽度对新型固定阀塔板的性能影响 圆型固定阀塔板的性能 导流装置在新型固定阀塔板上的设

10、置 防冲击漏液装置在新型固定阀塔板上的设置,2.3 实验装置及研究方法,2.3 实验装置及研究方法热模塔,2.3 实验装置及研究方法冷模塔,2.3 实验装置及研究方法控制系统,2.4 DJ-5型塔板传质效率,3 开式溢流堰的研究开发,提高降液管能力，适当分流液体，降低堰上溢流 强度。分液率12,倒梯形分流孔开式溢流堰 条形分流孔开式溢流堰,4 工业应用实例,4.1 四氢呋喃回收精制装置,4.1 四氢呋喃回收精制装置,总复合曲线图,复合温-焓图,4.1 四氢呋喃回收精制装置,1、由于采用加压塔，提高了操作压力，塔内液体流量增大，相对挥发度减小，理论板数增大，故采用新型固定阀塔板(DJ-5塔板)，

11、常压塔采用复合塔 2、每吨四氢呋喃的水蒸汽消耗量降低了45%， 冷却水消耗量降低了40%,4.2 中石化广州分公司乙烯装置丙烯塔系,丙烯汽提塔、精馏塔改造方案,采用鼓泡元件为圆型固定阀，降液管为矩形悬挂式降液管的新型固定阀塔板一代一替换原塔板； 原塔的塔径、塔高、接管尺寸和位置均不作改变； 板间距不变。,丙烯塔改造前后操作情况对比,扩能降耗减排经济效益：4992.32万元/年,4.3中石化上海石化丙烯腈水相聚合脱单塔,脱单塔改造方案,塔板采用新型固定阀塔板； 塔的塔径、塔高、接管尺寸和位置均不作改变； 更改进料分布管、回流液分布管和蒸汽分布管 板间距统一更改为400mm 板数更改为20层,脱单塔改造前后操作情况对比,节能降耗减排经济效益：184.54万元/年,