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蒸馏过程强化与节能 天津大学精馏技术国家工程研究中心 National Engineering Research Centre for Distillation Technology, Tianjin University 李鑫钢 Li Xin-gang 一、背景 二、蒸馏过程强化与节能 三、应用实例 一、背景 大型化意义 在同等规模下： 单套精馏装置比双套装置投资约少24％，装置能耗约减少19％； 三套装置投资比单套装置投资增加55％，能耗约增加29％。 长周期、可靠性问题 气液分布问题 液面梯度问题 高能耗问题 二、蒸馏过程强化与节能 计算流体力学 三维设计 强度、刚度计算 实验验证 环形折返流气液分离分布器内压强分布云图 预分布管 分布管优化模拟 分布管优化模拟 Ф2400冷模塔Ф1600冷模塔 主要用于对精馏过程动力学及塔内的流体力学问题进行研究。 喷淋实验 三、应用实例 大型减压塔节能技术 催化裂化系统节能流程 精密分离的差压蒸馏 1. 大型减压塔节能技术 通过采用现代流体力学技术，实现大型减压塔的流线型低压降内构件设计 炼油规模：800万吨/年 同分异构体 沸点差小 偏三与邻甲乙苯 4.17℃ 均三与邻甲乙苯 0.46℃ 均三与间甲乙苯 3.39℃ 均三与对甲乙苯 2.71℃ 精密分离 支撑梁的挠度变形 a 桁架梁挠度变形 b 工字梁挠度变形 天津大学精馏技术国家工程研究中心 天津大学精馏技术国家工程研究中心 桁架梁与工字钢的比较 ? 最大挠度(mm) 最大等效应力(Mpa) 金属消耗量(Kg) 是否影响气相分布 材料利用率 桁架梁结构 4.89 93.2 5562 否 高 工字钢结构 5.13 93.1 8319 是 低 天津大学精馏技术国家工程研究中心 梁的冲击载荷分析 问题简图 结构位移的动力响应 天津大学精馏技术国家工程研究中心 冷模试验系统 天津大学精馏技术国家工程研究中心 4. 实验验证 用于对各种分布器进行水力学试验，均布试验的最大分布器可达12米，液体流量可达940立方/小时。 大型喷淋装置 背 景 强化与节能 应用实例 天津大学精馏技术国家工程研究中心 天津大学精馏技术国家工程研究中心 精馏过程大型化放大效应的工程基础问题； 炉温增加，产品裂解问题; 精馏装置的节能降耗问题。 难点 天津大学精馏技术国家工程研究中心 计算流体力学，解决放大问题； 汽液分布技术； 低压降填料塔； 流线型低压降塔内件； 降低全塔压降，实现节能降耗。 解决方法 天津大学精馏技术国家工程研究中心 方案比较 天津大学精馏技术国家工程研究中心 传统的吸收－解吸有单塔和双塔两种流程 。 双塔流程解吸塔主要有冷进料、热进料和冷热两股进料三种进料方式 。 双股进料结合了单股冷进料解吸气量少和单股热进料可有效利用稳定汽油热量的优点，并克服了各自的缺点，使吸收塔和解吸塔的负荷均比较小，不仅有利于改善吸收塔的吸收效果，而且可以减小解吸塔底再沸器的负荷。 2. FCCU吸收稳定系统 天津大学精馏技术国家工程研究中心 传统的双塔流程双股进料工艺 天津大学精馏技术国家工程研究中心 新工艺的提出 值得注意的是：在常规双股进料工艺中，同样组成但温度不同的物料分两股进入塔的不同部位，扰乱了塔内汽液相组成剖面，冷、热进料之间的部分存在轴向返混，使得推动力下降，塔板效率严重恶化。另一方面，大量气液混合进料会先冷却到40℃左右以后，冷凝汽油的一部分再经稳定汽油加热，然后作为热进料进入解吸塔。这个“先冷却后加热”的过程从本质上讲是一种能量损耗，为此，提出一种节能工艺流程，如下图所示。 天津大学精馏技术国家工程研究中心 新流程的工艺流程图 天津大学精馏技术国家工程研究中心 新流程的两个主要特点 二级冷凝 二级冷凝一个主要的优点是可以降低能耗；二级冷凝方案另外一个优点是可以显著减少塔内负荷，增强解吸效果；此外，新工艺亦有效地避免了常规双股进料所具有的返混问题。 设置中间再沸器 在解吸塔的中部增设了中间再沸器，不仅可充分利用稳定汽油的余热，而且可以使解吸塔底部再沸器的负荷大幅度降低。 天津大学精馏技术国家工程研究中心 能耗分析 吸收稳定系统能耗主要由以下几部分组成： (1)冷却负荷（包括平衡罐前冷凝器负荷和吸收塔中间换热冷却负荷，后者相对较小）； (2) 解吸塔底再沸器热负荷； (3) 稳定汽油余热利用情况（双股进料时，指解吸塔热进料流股与稳定汽油换热量；新流程时，包括解吸塔中间抽出流股与稳定汽油的换热量) 两种流程的解吸塔冷负荷、热负荷及能耗比较 7.925 11.560 19.485 解吸塔底再沸器蒸气消耗/t·h-1 8 19.015 0 解