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1、现代蒸馏技术现代蒸馏技术 大型化、强化与节能大型化、强化与节能精馏技术国家工程研究中心 v一、研究背景v二、精馏过程大型化技术v三、精馏过程强化技术v四、精馏过程节能技术介绍主要内容主要内容l 能源：大量进口，对外依存度已达47，极 大地影响我国的能源安全。l 能源加工：国民经济重要支柱产业，原油加 工能力不断扩大，十一五规划拟新建20余套 千万吨级炼油和百万吨级乙烯。l 能源需求持续增加，能耗不断上升。l l 国家国家“ “十一五十一五” ”科学技术发展规划科学技术发展规划战战 略目标中提出略目标中提出“ “突破节能关键技术，为突破节能关键技术，为 实现单位国内生产总值能耗降低实现单位国内生
2、产总值能耗降低20%20% 的目标提供支撑的目标提供支撑” ”。l l 我国工业单位能耗高于世界先进水平我国工业单位能耗高于世界先进水平 40%40%以上。以上。过程 耗能分离功流动损失余能 精馏 过程其他 过程占分离 过程能 耗的70 直接 能耗可直接 回收能30 %30 %40 %40 %1020 %1020 %5 %5 %510 %510 %节能潜力节能潜力 28.928.9年消耗年消耗500500万吨的原油万吨的原油国 内 能 耗国 外 能 耗68.5968.5953.2053.20总总能耗约折合原油加工量能耗约折合原油加工量 的的8.738.73，相当于消耗一，相当于消耗一 个年产个
3、年产28002800万吨万吨的的油田。油田。不同规模能耗和投资的比较炼油能力装置规模能耗投资1000 万吨/年单套1000万吨/套11二套500万吨/套1.191.24三套330万吨/套1.291.55必然趋势装置大型化 过程强化 长周期运行实现规模效应 降低能耗 节省投资目 标科 学 技 术 难 题大型化过程节能设备阻力大：能耗高流体分布不均：效率下降力学性能：常规结构难以满足技术节能设备节能过程强化设备能力、能耗、 产品质量、环境污染v一、研究背景v二、精馏过程大型化技术v三、精馏过程强化技术v四、精馏过程节能技术介绍主要内容主要内容u 过程可视化技术u 计算流体力学技术u 微变形控制技术
4、u 大型化关键技术精馏过程大型化技术2.1 2.1 可视化可视化技术流体流态可视化和力学性能可视化环形折返流气体分布器气液混合物以60m/s以上速度进入进料分布器，流 体的均匀分布极其重要!2.2 2.2 计算流体力学计算流体力学技术va 等效应力分布 vb 挠度变形 支撑装置强度、变形分析2.3 2.3 微变形控制2.4 2.4 大型化关键技术(1) 多溢流塔盘(2)高通量填料2.4 2.4 大型化关键技术(3)环形折返流气体分布器2.4 2.4 大型化关键技术(4)液体分布器2.4 2.4 大型化关键技术(5)集液器2.4 2.4 大型化关键技术(6)桁架支撑梁2.4 2.4 大型化关键技
5、术v一、研究背景v二、精馏过程大型化技术v三、精馏过程强化技术v四、精馏过程节能技术介绍主要内容主要内容3.1 3.1 多孔介质传质元件多孔介质传质元件系列系列1350Y1350Y多孔多孔系列系列2350Y2350Y系列系列3500X3500X多孔多孔系列系列4500X4500X3.1 3.1 多孔介质传质元件多孔介质传质元件反应和精馏过 程耦合强化l选择性和回收率高l温度易于控制，避免局部过热l缩短反应时间，强化设备生产能力l减少过剩反应物，减少循环费用l能耗低，操作费用低l投资少，设备紧凑精馏过程把反应产物与 原料分离，打破化学反 应的平衡关系，使反应 正向进行反应打破气液平衡关系 ，加快
6、传质分离，还可 利用反应热供应精馏所 需的汽化热催化蒸馏3.23.2催化蒸馏技术3.2 3.2 醋酸甲酯水解聚乙烯醇(PVA) 对苯二甲酸(PTA)醋酸甲酯 (MA)不利于反应进行 能耗高、成本高 尾气排空污染环境大量副产系统内循环分离提纯水解直接提纯难度大 用途有限醋酸甲醇 循环经济 清洁生产3.2 3.2 醋酸甲酯水解MA水解l l传统：固定床水解反应分离工艺，水解传统：固定床水解反应分离工艺，水解率低率低( (仅仅2323 2525) )、流程复杂、设备庞大、能耗、流程复杂、设备庞大、能耗高。高。l l本项目：反应精馏强化技术。本项目：反应精馏强化技术。反应分离反应精馏3.2 3.2 醋
7、酸甲酯水解进料位置对水解率的影响进料水酯比对水解率的影响回流进料比的影响反应精馏过程模拟和工艺条件优化3.2 3.2 醋酸甲酯水解根据对精馏水解塔的模拟和工艺条件优化，提出对现有工艺的改进方案：(1) 提高塔内压力(2) 侧线采出对现有工艺的改进方案3.2 3.2 醋酸甲酯水解(1)提高塔内压力u醋酸甲酯水解是吸热反应，提高反应精馏 段的温度可以增加醋酸甲酯的转化率。u提高塔内压力可提高反应精馏段温度。u阳离子树脂催化剂在温度较高时催化活性 下降（一般不能高于120）。u要选择合适的塔内压力。3.2 3.2 醋酸甲酯水解l提高塔内压力可以提高 醋酸甲酯的水解率。l塔内压力超过250kPa水 解
8、率增长不明显。塔内压力对醋酸甲酯水解率的影响3.2 3.2 醋酸甲酯水解250kPa时塔内温度分布l催化填料位置在216 理论板位置处。l催化剂所处位置温度为 8588，满足催化剂 树脂温度要求。l适当提高塔内压力能促 进醋酸甲酯的水解。3.2 3.2 醋酸甲酯水解塔内液相组成分布图塔内汽相组成分布图(2)侧线采出3.2 3.2 醋酸甲酯水解(2)侧线采出质量分数有侧线无侧线 侧线塔釜塔釜 醋酸甲酯0.1000.95 水51.8074.0755.18 醋酸16.0825.5821.93 甲醇32.020.3521.94*侧线采出量/塔釜出料量=2/3无侧线有侧线3.2 3.2 醋酸甲酯水解(2
9、)(2)侧线采出侧线采出侧线采出工艺：塔底物料直接进醋酸提纯塔，侧线物料 进脱甲醇塔，降低脱甲醇塔的负荷，减小塔径。3.3 3.3 穿流催化反应分离填料穿流催化反应分离填料l液相穿流利用率高。 l具有气相通道通量大、阻力小。 l通道内气液传质反应与分离耦合。 l易于工程化 l塔径减小、高度降低 l强化、节能3.3 3.3 穿流催化反应分离填料穿流催化反应分离填料l利用重力势能使液体在催化剂床层至上而下均匀顺 利地穿流通过，与催化剂充分反应。l解决原来催化剂装填方式造成的催化剂表面更新缓 慢和阻力大、通量小的问题问题。穿流反应分离填料穿流反应分离填料工业规模工业规模结构示意图 1-塔壁 2-网盒
10、 3-挡板 4-不锈钢丝网 5-催化剂颗粒A-A ,B-B截面俯视图及C-C截面剖视图排列方式为平行交错式3.3 3.3 穿流催化反应分离填料穿流催化反应分离填料催化剂填料块间设置规整填料的示意图 在每层催化剂填料块间设置分离塔板的示意图 层与层之间、同一层填料块之间可以加入精馏填料或 精馏塔板来增加传质分离能力。3.33.3穿流催化反应分离填料穿流催化反应分离填料穿流反应分离填料冷模实验结果穿流反应分离填料穿流反应分离填料-性能测试性能测试3.3 3.3 穿流催化反应分离填料穿流催化反应分离填料v一、研究背景v二、精馏过程大型化技术v三、精馏过程强化技术v四、精馏过程节能技术介绍主要内容主要
11、内容装备节能装备节能开发高效率内构件，降开发高效率内构件，降 低阻力、提高效率低阻力、提高效率系统节能系统节能换热网络优化换热网络优化开发新型的节能流程开发新型的节能流程 流程重构和优化流程重构和优化趋于成熟趋于成熟技术趋于成熟技术趋于成熟 应用尚有潜力应用尚有潜力节能空间最大节能空间最大内容技术节能技术节能精馏过程节能精馏过程节能u 梯级蒸馏技术u 吸收稳定流程重构技术u 差压热耦合精馏技术精馏过程节能技术4.1 4.1 梯级蒸馏技术梯级蒸馏技术u将原油加热到接近冷凝的温度下进行汽化，就可以大幅 度降低加热和冷却的不可逆性，从而实现节能的目的。u一是采用梯级加热技术：采用梯级加热汽化原油，减
12、少 不可逆性，及时将汽化后的物料分离出去；u二是采用梯级减压技术：由于逐步将轻组分拔出，剩余物料就可以在更低的压力下实现汽化，以降低原料的加 热温度。梯级蒸馏的概念某炼厂现有原油常减压蒸馏装置 加工能力350万吨/年4.14.1梯级蒸馏技术梯级蒸馏技术某炼厂原油加工能力600万吨/年 原油梯级蒸馏节能工艺流程4.1 4.1 梯级蒸馏技术梯级蒸馏技术u在设备充分利旧条件下，某炼厂原油加工能力从350万吨/年提高到600万吨/年生产规模；u采用原油梯级蒸馏节能工艺流程，加热炉负荷为40.19 MW，原工艺流程在相同的收率条件下，折合到600万吨/年规模下加热炉负荷为65.97MW；u节能8.9MW
13、，节能13.5%。4.1 4.1 梯级蒸馏技术梯级蒸馏技术u催化裂化吸收稳定系统是二次化学加工过程的骨干 装置，决定着重油的转化率和油品收率。u其中80%的成品汽油和30%左右的柴油均来自催化 裂化过程。4.2 4.2 吸收稳定系统节能技术吸收稳定系统节能技术传统的双塔流程双股进料工艺传统的双塔流程双股进料工艺吸 收 塔再 吸 收 塔稳 定 塔解 吸 塔平衡罐4.2 4.2 吸收稳定系统节能技术吸收稳定系统节能技术400C两级冷凝的工艺流程图两级冷凝的工艺流程图吸 收 塔再 吸 收 塔稳 定 塔解 吸 塔平衡罐700C4.2 4.2 吸收稳定系统节能技术吸收稳定系统节能技术两种流程的解吸塔冷负
14、荷、热负荷及能耗比较序号项项目传统传统 流程新流程节节能1解吸塔底再沸器热负热负 荷 /GJh-125.9715.4140.66%2节节省人民币币（万元/年）884.4以催化加工量为200万吨/年的某炼油厂为例4.2 4.2 吸收稳定系统节能技术吸收稳定系统节能技术催化吸收稳定存在问题：轻、重汽油切割不清；丙烯收率低；稳定汽油中烯烃含量超标；能耗高。4.3 4.3 清洁燃料多产丙烯技术清洁燃料多产丙烯技术解决方案：低压切割、双解吸塔：清晰分离轻、重汽油；轻汽油回炼：丙烯收率高（达20%）；稳定汽油中烯烃含量30%以下；轻汽油醚化：汽油辛烷值（研究法）96-97；节能流程：能耗降低40%。4.3
15、 4.3 清洁燃料多产丙烯技术清洁燃料多产丙烯技术大庆炼化TMP项目改造结果n改进后工艺可节能10-15；n丙烯收率增加接近1.7%，达到20%；n稳定汽油烯烃含量由50%降至30%以内。4.4 4.4 差压热耦合蒸馏技术差压热耦合蒸馏技术u原油加工过程中另一高耗能领域轻烃分离。u由于各种轻烃的沸点极为接近，因而在其分离纯化过程中需要较高的理论板数，较大的回流比，因而轻烃分离过程的能耗很高。u精细化学品分离提纯也是高耗能的分离过程。基本流程热泵流程4.4 4.4 差压热耦合蒸馏技术差压热耦合蒸馏技术差压热耦合节能流程 普通精馏塔分割为常 规塔和降压塔 实现降压塔塔底温度 低于常规塔顶温度 塔顶
16、冷凝的潜热用来 加热塔底再沸器 实现热量完全耦合。 4.4 4.4 差压热耦合蒸馏技术差压热耦合蒸馏技术基本流程热泵热泵 流程差压压精馏馏 进进料量， kg/h310003100031000C-1塔顶产顶产 品丙烯纯烯纯 度99.799.799.7 C-2塔底产产品丙烷纯烷纯 度97.5397.49 97. 51回流比15.5615.2913.84C-1冷凝器/ C-2再沸器负负荷,Mkcal/h-35.68/ 32.80 -35.09/ 35.09-26.86/26.86C-1补补充冷凝器热负热负 荷，Mkcal/h-5.106C-2补补充再沸器热负热负 荷，Mkcal/h- 5.709压缩压缩 机功率1，kW-3828.75-压缩压缩 机功率2，kW- 3100总总能耗（不计泵计泵 的电电耗），kW68.488.9927.763节节能效率 （基于基本流程）-86.8888.66
