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摘要：在化工企业的工业生产的过程中，“节能”的理念被越来越重视。在热泵精馏工艺流程中，也应注重“节能”的设计。通过蒸汽增压或吸收操作，提高整体节能效果，以满足当代社会可持续发展的需要。本文详细介绍了热泵精馏的工艺类型和节能优势，并对化工节能中热泵精馏工艺流程的建立进行了简单的分析。
关键词：化工节能；热泵精馏工艺；流程
热泵精馏工艺主要是通过塔顶和塔底的温差的有效控制来有效降低能耗。该工艺流程的特性回收周期非常短，在化工企业生产过程中得到了大范围推广及应用。与传统工艺流程进行相比较，热泵精馏工艺非常规范，能够达到相对比较好的工艺生产状态。
一、热泵精馏工艺的分类以及应用
1.热泵精馏工艺分类
（1）蒸汽压力类型。蒸汽增压是热泵精馏过程当中的最重要环节之一。主要通过精馏塔、蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀的进行科学配置，从而促进了整个工艺水平的提升。在蒸汽压力模式下，可采用闭式循环运行方式。先将物料转化为气体，压缩后输送至塔釜。为了获得最适合的生产条件，必须在上述工艺过程的全过程中加强提升对操作温度的控制，最佳温度为130℃，同时，在顶气直接压缩过程中，最好使用气体作为工作介质。经过压缩加热后，输送至塔底完成整个过程。
（2）蒸汽喷射式。该工艺是通过对注汽泵部分加压加热来进行加热蒸汽，然后将部分蒸汽输送到塔底完成操作流程。该方法节省了传统工艺预热阶段的蒸汽消耗，避免了不合理的资源浪费。因此，在现代化工生产过程中，蒸汽喷射技术越来越受到人们重视，大大节省了能源的消耗。另外，在蒸汽喷射过程当中，注汽泵成本相对比较低，部件维护相对简单，应进一步加强蒸汽喷射过程中的重视和推广。但应注意的是，蒸汽喷射工艺不适应高压缩比或高真空的工作环境，因此在实际操作过程当中，工作人员应自觉加强提升对操作空间的控制，以确保最佳工艺生产状况。
（3）蒸汽吸收式。基于化工节能的理念，在应用吸收式热泵精馏过程当中，需要相关的技术人员注意到重沸器、冷卻器、再生器、吸收塔等设备的配置。为了能满足工艺节能的要求，采用氯化钙水溶液作为工作液，再通过氯化钙水溶液与蒸汽的吸附，放出的热量Q。精馏塔所采用Q吸式，所达到节能处理效果。同时，吸收式热泵精馏工艺要根据内循环相对不同方向，可分为I型和N型两种。同时，在I型工艺环境中，为了满足工艺的要求，要求技术人员将余热的回收温度要控制在20-160摄氏度之间，并将加热温度控制在60-100摄氏度之间，从而驱动能量作为燃料，以达到热利用的目标。因此，提升整体化工节能运行的效果。为了满足工艺生产的要求，余热回收的温度应保持在60-100摄氏度，加热温度应该保持在100-150摄氏度，驱动能量应保持在60摄氏度以上，才能满足节能工艺的需要。
例如，上海通用机械研究院为上海酒精厂研制了Ⅱ型热泵，回收精馏塔顶的酒精蒸汽76℃和蒸汽23222Kw，生产出0.5Kg/cm2（表压）蒸汽1.8t/h，预计热泵年收入15万元，回收期为单位成本约为1.5年。libr/h2o高温吸收热泵是上海交通大学为上海溶剂厂研制的。7547千瓦时的余热103℃回收溶剂生产过程中的，以0.5t/h的速度生产1kg/cm2（表压）蒸汽，预计热泵年收入约8万元，单位成本回收期约3年。可以看出，在我国能源价格较低的情况下，II型热泵的节能仍然具有一定的经济效益。
2.应用环境
（1）塔顶与塔底温差小，压缩机的功耗主要决定于温差。温差范围越大，压缩机的功耗就越高。国外文献认为，只要塔顶与塔底温差小于36℃，就能取得相对较好的经济效果。
（2）对于沸点相近的组分，按常规方法分离精馏塔需要较多的塔盘和较大的回流比，才能得到合格的产品。还有更多的蒸汽用于加热或循环水用于冷却。如果采用热泵技术，一般可以取得明显的经济效益。
（3）厂用蒸汽供应不足或价格偏高，需降低蒸汽消耗或取消重沸器。
（4）当冷却水不足或冷却水温度过高或价格过高时，应采用制冷技术或其他方法解决冷却问题。
（5）精馏塔塔顶温度一般在38～138℃之间，如果热泵工艺有利于缩短投资回收期，则可以使用，但如果低压蒸汽和冷却介质来源较便宜，则热泵工艺未必有益。
（6）精馏塔底重沸器温度在300℃以上，常不宜采用热泵工艺。以上只是针对一般情况，针对某一具体过程，还要经过综合经济技术评估才能确定。
二、节能精馏与传统精馏之间工作方法的比较
1.传统精馏方法：目前采用的传统精馏工艺如下：将精馏塔的原料送入整流器的原料釜里面，然后在从釜下的锅炉释放大范围高压的蒸汽，并提供精馏原料所需要的热量。这种热量通过塔釜反应传递给原料的上面，使原料迅速蒸发并且上升。在上升过程当中，釜内的蒸发原料和液化原料不断的传质、传热和再蒸发冷凝。然后，储存在塔顶的冷却水，将上升到塔顶蒸发的原料进行冷凝。这种往复循环可以根据原料各自的比例进行分离和提纯。但在这个过程中，小热量非常大，热值几乎等于塔底锅炉提供的热量，这一般提高了能耗。
2.新的节能精馏方法：与传统的精馏方法进行相比较，新的精馏方式使精馏塔顶端冷凝液所对原料所产生的蒸汽得到合理的有效再利用。通过机体内有效循环，并参与原料的再加热及精馏。从而有效的实现了热能的回收的利用效果。例如，最直接的及最明显的热泵精馏方法是，通过蒸汽压缩机迅速压缩精馏塔顶端冷凝夜过程中所产生的大量热蒸汽，并形成足够大量的温度高压蒸汽。然后将高压蒸汽回收至塔底端有效再利用，以其节约能源，减少排放量。尽管不同的原料有不同的精馏及热回收的方法，但它们都起到了热能的第二次利用，生产新热量所消耗的大量的能量及排放的污染物也不再需要了。从而有效地降低了精馏器的能耗和热排放量。
三、化工节能热泵精馏工艺的建立
1、耦合问题是热泵精馏过程中的最为关键问题之一。由于其复杂程度高、并且不利于控制，技术人员应该评估综合精馏塔的有效特点、热泵精馏工艺的实用性及热泵精馏的工作物质，以其达到热泵精馏的最高效的节能效果。在分析结果的基础上，应对热泵精馏过程进行了模拟，及时的发现并且解决过程当中在所存在的问题，进一步提升工艺的科学性和规范性。
2、在化工节能热泵精馏组建过程当中，还应要求相关技术人员重视热泵路径方案与后台工艺的平衡，塔顶端与釜温差小时，应该采用热泵精馏工艺，因此实现余热的有效利用，从而提高整体工艺水平。
3、注意工作介质的选择。工质选择的合理性和标准化直接影响到化工节能热泵精馏工艺建设的实际效果。因此，在质量选择过程当中，除了对其稳定性进行严格的测试外，还应确保在最佳工作温度下所发挥的作用。此外，换热性能、经济性和对当前化工生产需求的适应性也是需要考虑的重要因素
总之，热泵精馏确实是一种最为高效节能技术，但应注意的是，在选择精馏方案的时候，除了能源成本外，还应该考虑到设备投资成本等因素，并对经济合理性进行整体评估。在实际设计当中，可以对上述几种典型工艺进行有效改进，扩大热泵精馏的应用范围，并进行优化设计，以获得节能效果和经济效益最佳的热泵精馏方案。
参考文献
[1]高坤洁，高敏侠.化工节能中的热泵精馏工艺流程分析[J].化工设计通讯，2018，44（05）：179.
[2]孙荣义.基于化工节能中的热泵精馏工艺流程分析[J].科技展望，2016，26（19）：90.
[3]许维秀，朱圣东，李其京.化工节能中的热泵精馏工艺流程分析[J].节能，2004（10）：19-22+2.
（作者单位：天津渤化永利化工股份有限公司）
关键词：化工节能；热泵精馏工艺；流程
热泵精馏工艺主要是通过塔顶和塔底的温差的有效控制来有效降低能耗。该工艺流程的特性回收周期非常短，在化工企业生产过程中得到了大范围推广及应用。与传统工艺流程进行相比较，热泵精馏工艺非常规范，能够达到相对比较好的工艺生产状态。
一、热泵精馏工艺的分类以及应用
1.热泵精馏工艺分类
（1）蒸汽压力类型。蒸汽增压是热泵精馏过程当中的最重要环节之一。主要通过精馏塔、蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀的进行科学配置，从而促进了整个工艺水平的提升。在蒸汽压力模式下，可采用闭式循环运行方式。先将物料转化为气体，压缩后输送至塔釜。为了获得最适合的生产条件，必须在上述工艺过程的全过程中加强提升对操作温度的控制，最佳温度为130℃，同时，在顶气直接压缩过程中，最好使用气体作为工作介质。经过压缩加热后，输送至塔底完成整个过程。
（2）蒸汽喷射式。该工艺是通过对注汽泵部分加压加热来进行加热蒸汽，然后将部分蒸汽输送到塔底完成操作流程。该方法节省了传统工艺预热阶段的蒸汽消耗，避免了不合理的资源浪费。因此，在现代化工生产过程中，蒸汽喷射技术越来越受到人们重视，大大节省了能源的消耗。另外，在蒸汽喷射过程当中，注汽泵成本相对比较低，部件维护相对简单，应进一步加强蒸汽喷射过程中的重视和推广。但应注意的是，蒸汽喷射工艺不适应高压缩比或高真空的工作环境，因此在实际操作过程当中，工作人员应自觉加强提升对操作空间的控制，以确保最佳工艺生产状况。
（3）蒸汽吸收式。基于化工节能的理念，在应用吸收式热泵精馏过程当中，需要相关的技术人员注意到重沸器、冷卻器、再生器、吸收塔等设备的配置。为了能满足工艺节能的要求，采用氯化钙水溶液作为工作液，再通过氯化钙水溶液与蒸汽的吸附，放出的热量Q。精馏塔所采用Q吸式，所达到节能处理效果。同时，吸收式热泵精馏工艺要根据内循环相对不同方向，可分为I型和N型两种。同时，在I型工艺环境中，为了满足工艺的要求，要求技术人员将余热的回收温度要控制在20-160摄氏度之间，并将加热温度控制在60-100摄氏度之间，从而驱动能量作为燃料，以达到热利用的目标。因此，提升整体化工节能运行的效果。为了满足工艺生产的要求，余热回收的温度应保持在60-100摄氏度，加热温度应该保持在100-150摄氏度，驱动能量应保持在60摄氏度以上，才能满足节能工艺的需要。
例如，上海通用机械研究院为上海酒精厂研制了Ⅱ型热泵，回收精馏塔顶的酒精蒸汽76℃和蒸汽23222Kw，生产出0.5Kg/cm2（表压）蒸汽1.8t/h，预计热泵年收入15万元，回收期为单位成本约为1.5年。libr/h2o高温吸收热泵是上海交通大学为上海溶剂厂研制的。7547千瓦时的余热103℃回收溶剂生产过程中的，以0.5t/h的速度生产1kg/cm2（表压）蒸汽，预计热泵年收入约8万元，单位成本回收期约3年。可以看出，在我国能源价格较低的情况下，II型热泵的节能仍然具有一定的经济效益。
2.应用环境
（1）塔顶与塔底温差小，压缩机的功耗主要决定于温差。温差范围越大，压缩机的功耗就越高。国外文献认为，只要塔顶与塔底温差小于36℃，就能取得相对较好的经济效果。
（2）对于沸点相近的组分，按常规方法分离精馏塔需要较多的塔盘和较大的回流比，才能得到合格的产品。还有更多的蒸汽用于加热或循环水用于冷却。如果采用热泵技术，一般可以取得明显的经济效益。
（3）厂用蒸汽供应不足或价格偏高，需降低蒸汽消耗或取消重沸器。
（4）当冷却水不足或冷却水温度过高或价格过高时，应采用制冷技术或其他方法解决冷却问题。
（5）精馏塔塔顶温度一般在38～138℃之间，如果热泵工艺有利于缩短投资回收期，则可以使用，但如果低压蒸汽和冷却介质来源较便宜，则热泵工艺未必有益。
（6）精馏塔底重沸器温度在300℃以上，常不宜采用热泵工艺。以上只是针对一般情况，针对某一具体过程，还要经过综合经济技术评估才能确定。
二、节能精馏与传统精馏之间工作方法的比较
1.传统精馏方法：目前采用的传统精馏工艺如下：将精馏塔的原料送入整流器的原料釜里面，然后在从釜下的锅炉释放大范围高压的蒸汽，并提供精馏原料所需要的热量。这种热量通过塔釜反应传递给原料的上面，使原料迅速蒸发并且上升。在上升过程当中，釜内的蒸发原料和液化原料不断的传质、传热和再蒸发冷凝。然后，储存在塔顶的冷却水，将上升到塔顶蒸发的原料进行冷凝。这种往复循环可以根据原料各自的比例进行分离和提纯。但在这个过程中，小热量非常大，热值几乎等于塔底锅炉提供的热量，这一般提高了能耗。
2.新的节能精馏方法：与传统的精馏方法进行相比较，新的精馏方式使精馏塔顶端冷凝液所对原料所产生的蒸汽得到合理的有效再利用。通过机体内有效循环，并参与原料的再加热及精馏。从而有效的实现了热能的回收的利用效果。例如，最直接的及最明显的热泵精馏方法是，通过蒸汽压缩机迅速压缩精馏塔顶端冷凝夜过程中所产生的大量热蒸汽，并形成足够大量的温度高压蒸汽。然后将高压蒸汽回收至塔底端有效再利用，以其节约能源，减少排放量。尽管不同的原料有不同的精馏及热回收的方法，但它们都起到了热能的第二次利用，生产新热量所消耗的大量的能量及排放的污染物也不再需要了。从而有效地降低了精馏器的能耗和热排放量。
三、化工节能热泵精馏工艺的建立
1、耦合问题是热泵精馏过程中的最为关键问题之一。由于其复杂程度高、并且不利于控制，技术人员应该评估综合精馏塔的有效特点、热泵精馏工艺的实用性及热泵精馏的工作物质，以其达到热泵精馏的最高效的节能效果。在分析结果的基础上，应对热泵精馏过程进行了模拟，及时的发现并且解决过程当中在所存在的问题，进一步提升工艺的科学性和规范性。
2、在化工节能热泵精馏组建过程当中，还应要求相关技术人员重视热泵路径方案与后台工艺的平衡，塔顶端与釜温差小时，应该采用热泵精馏工艺，因此实现余热的有效利用，从而提高整体工艺水平。
3、注意工作介质的选择。工质选择的合理性和标准化直接影响到化工节能热泵精馏工艺建设的实际效果。因此，在质量选择过程当中，除了对其稳定性进行严格的测试外，还应确保在最佳工作温度下所发挥的作用。此外，换热性能、经济性和对当前化工生产需求的适应性也是需要考虑的重要因素
总之，热泵精馏确实是一种最为高效节能技术，但应注意的是，在选择精馏方案的时候，除了能源成本外，还应该考虑到设备投资成本等因素，并对经济合理性进行整体评估。在实际设计当中，可以对上述几种典型工艺进行有效改进，扩大热泵精馏的应用范围，并进行优化设计，以获得节能效果和经济效益最佳的热泵精馏方案。
参考文献
[1]高坤洁，高敏侠.化工节能中的热泵精馏工艺流程分析[J].化工设计通讯，2018，44（05）：179.
[2]孙荣义.基于化工节能中的热泵精馏工艺流程分析[J].科技展望，2016，26（19）：90.
[3]许维秀，朱圣东，李其京.化工节能中的热泵精馏工艺流程分析[J].节能，2004（10）：19-22+2.
（作者单位：天津渤化永利化工股份有限公司）