热泵在乙烯精馏工艺中运用.pdf

22 CHEMICALENGINEERINGDESIGN 4~．-v-i~计 2009，19(1) 热泵在乙烯精馏工艺中的运用 张 慧 杨昌南 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002 摘要 常规精馏塔需从塔顶冷凝器取出热量，从塔釜再沸器加入热量，其消耗的能量为精馏塔的主 要操作费用。热泵利用机械能或电能将低温位热能提高到高温位热能，在精馏中将塔顶气相加压冷凝后作 为塔底再沸器的热源，特别是在乙烯装置乙烯精馏中运用热泵，将乙烯冷剂的循环和乙烯精馏结合为一体， 利用乙烯冰机将开式热泵用在乙烯精馏中，可节约能耗，降低生产成本。 关键词 热泵 乙烯精馏 节能降耗 林德公司的乙烯技术采用前脱乙烷工艺，并 在乙烯精馏单元采用开式热泵技术，应用在中国 石油吉林石化分公司乙烯装置。吉林石化分公司 乙烯装置 自1996年建成以来先后经过两次改造 ， 阀 装置能力已达到700kt／a，多年来装置运行平稳、 能量消耗先进。 塔底出料 塔底出料 塔顶出料 (a) (b) 1 基本概念 图1 开式热泵 根据热力学第二定律 “热量不能 自动地从 数 COP表示： 低温流向高温”，除非 自外界输入功，才能使热 COP=Q1／w1 量从低温流向高温，这种通过做功 (利用机械 式中，Ql为热泵向系统提供 的冷量，kW；W1 能)将热量 自低温热源提高至高温热源的技术， 为热泵的实际功耗，kW。 称为热泵技术 。 3 精馏系统适用热泵的范围 常规的精馏塔需从塔顶冷凝器取出热量 ，从 塔釜再沸器加入热量。若将塔顶气相冷凝的热量 为了降低压缩机功耗，合理减少设备投资， 传给塔釜再沸器可大幅度降低能耗，但塔釜温度 精馏系统适用热泵的范围为：①塔顶与塔釜温差 总是高于塔顶温度，仅靠简单换热无法实现这一 小的系统；②塔压力降较小的系统；③被分离物 过程，而利用热泵通过外界做功实现了低温载热 系的组分因沸点相近而难于分离，需较大回流比 体向高温物体传递热量。 消耗大量冷量的系统；④低压精馏过程需要制冷 用于精馏塔的热泵分为闭式热泵系统和开式 设备的系统。 热泵系统。闭式热泵系统塔内物料与制冷系统介 4 乙烯精馏采用热泵流程 质之问是封闭的；反之为开式热泵系统。开式热 泵中以塔底物料为介质取消再沸器的过程见图1 乙烯精馏塔塔顶气相乙烯进乙烯压缩机的第 (a)，以塔顶物料为介质取消塔顶冷凝器的过程 三段人 口，压缩后进乙烯精馏塔再沸器液化，液 见图l(b)。 化后大部分乙烯作为回流返回乙烯精馏塔。 乙烯精馏塔塔顶气相乙烯与作为冷剂的高压 2 热泵的经济性 气相乙烯混合进乙烯压缩机三段入 口，为了使压 热机逆转操作即为热泵，它在低温热源吸 缩机在环境温度下操作，乙烯经乙烯精馏塔逆流 热、高温热源放热，热泵的经济性一般用供热系 换热器加热至2O℃。 张 慧：高级]程师。