影响精馏塔操作的温度因素分析研究

影响精馏塔操作的温度因素分析研究

张业伟  任亚东

呼和浩特石化公司    内蒙古 呼和浩特 010020

摘要：精馏是石油化工生产的重要环节，精馏塔的操作温度对产品质量和能耗水平影响重大。本文重点分析了影响精馏塔操作的温度因素，指出了当前存在的主要问题，并提出了相应的优化对策，旨在提高精馏效率，降低能耗，实现绿色生产。

关键词：精馏塔；操作温度；影响因素

引言

精馏是石油化工生产中分离液体混合物的重要单元操作，广泛应用于炼油、石化、煤化工等领域。精馏塔是实现精馏过程的关键设备，其操作温度直接影响到塔内气液两相的传质传热效果，进而决定了产品质量和能耗水平。随着国家对节能减排和清洁生产的日益重视，优化精馏塔操作温度，提高精馏效率，降低单耗已成为行业的迫切需求。

一、精确控制精馏塔操作温度的重要意义

（一）确保产品质量符合标准

精馏塔的操作温度直接决定了塔内气液两相的组成和性质，进而影响到产品的质量指标。例如，在常减压蒸馏装置中，常压塔的操作温度通常控制在360~380℃，以确保常压重油馏分收率和闪点等指标满足要求。控温偏高会导致轻组分挥发损失增加，产品收率下降；控温偏低则会使重组分带出量增加，产品质量下降。因此，精确控制操作温度是确保产品质量稳定合格的前提条件[1]。

（二）降低生产能耗，实现节能减排

精馏过程是石化生产中能耗大户，精馏塔的操作温度与能耗水平密切相关。一方面，塔釜温度越高，所需热量越大，再沸器的能耗越高；另一方面，回流比越大，塔顶冷凝器的能耗也越高。优化操作温度，在保证产品质量的同时尽可能降低回流比，可显著降低精馏过程的能耗。合理优化减压蒸馏装置操作温度，可使焦化装置总能耗降低2%以上。

（三）延长设备使用寿命

精馏塔长期在高温高压环境下运行，设备易发生结焦、腐蚀等问题，高温还会加速设备热老化，缩短使用寿命。控制操作温度在合理范围内，可减缓设备的结焦和老化进程。例如，在延迟焦化装置中，适当降低精馏塔温度可减少焦炭的析出，延长塔底和再沸炉管的使用周期。因此，优化操作温度不仅可以节能降耗，还有利于延长设备使用寿命，减少检维修费用[3]。

二、影响精馏塔操作温度的主要问题

（一）进料温度波动影响回流比

进料温度是影响精馏塔操作的重要因素之一。进料温度越高，塔内气相组分越多，回流量需求增大；反之，进料温度偏低，回流量需求减小。当进料温度发生波动时，如不及时调整回流比，会导致塔内气液两相失衡，产品质量下降。实际生产中，进料温度的波动来源较多，如上游装置工况变化、换热设备结垢、热媒温度波动等，都会影响进料温度的稳定性。若进料温度波动超过一定范围，DCS系统往往会通过调整回流比来维持塔内热平衡，但频繁调节回流量会加剧塔内扰动，影响分馏效果。

（二）再沸器蒸汽温度不恒定

再沸器是调节精馏塔底温度的关键设备，其加热蒸汽的温度直接影响塔釜温度的稳定性。当蒸汽温度发生波动时，塔釜温度也会随之变化，进而影响塔内气液平衡以及产品质量。再沸器蒸汽温度不稳定的原因较多，如锅炉负荷变化、蒸汽管网压力波动、疏水不畅等。蒸汽温度过高会使塔釜温度超标，加剧塔底重组分的分解和结焦；蒸汽温度过低又会使塔底温度偏低，轻组分带出量增加。稳定控制再沸器蒸汽的温度和压力，是保证精馏塔釜温度恒定的重要举措。

（三）冷凝器冷源温度变化影响顶冷

塔顶冷凝器是控制精馏塔顶温度和回流量的关键设备，其冷源温度的稳定性直接影响到塔顶温度和回流比。当冷源温度发生变化时，冷凝器的冷凝能力随之改变，若不及时调整回流量，会导致塔内物料衡算失衡，产品质量下降。工业冷凝器的冷源一般采用工业冷冻水或风冷，受气温、水温等环境因素影响，冷源温度往往呈现昼夜波动或季节性波动。较大的冷源温度波动会扰乱塔顶温度控制，给精馏操作带来较大挑战。

三、优化精馏塔操作温度的对策

（一）精准控制进料预热温度

针对进料温度波动问题，首要举措是加强进料温度的精准控制。一方面要及时排查和消除上游生产波动等外部扰动因素，另一方面要强化进料预热系统的运行管理，确保进料温度的恒定。具体措施包括：加强与上游装置的生产协调，减少来料波动；优化热交换网络，提高余热回收效率，削减外供热量；加强换热设备的清理保养，定期清洗受热面，消除结垢；改善热媒系统运行，提高供热温度的均匀性和稳定性。此外，宜在精馏进料管线上设置混合缓冲罐，起到削峰填谷、均衡温度的作用。

（二）稳定再沸器蒸汽压力和温度

再沸器加热蒸汽的压力和温度是影响塔釜温度的直接因素。稳定蒸汽参数首先要加强锅炉运行管理，提高锅炉负荷的均衡性，减少蒸汽压力的波动。其次要加强蒸汽管网的巡检维护，及时疏通凝结水，必要时可设置疏水定压阀，稳定管网压力。对于蒸汽温度的优化控制，可采用温度自动补偿技术，根据负荷变化实时调节减温水量，实现蒸汽温度的恒定控制。在再沸器进汽管线上设置蒸汽过热器，可进一步提高供汽温度的均匀性和稳定性。优化再沸器的结构设计，加大传热面积，也有助于提升传热效率，减少温度波动。

（三）优化冷凝器冷源温度控制

针对冷凝器冷源温度波动问题，关键是采取有效措施减小冷源温度的波动幅度。对于大型精馏装置，可考虑设置冷冻水的中央深冷站，全年恒温供应6~8℃的低温冷冻水，从根本上消除季节性温度波动。必要时也可对现有的常温冷冻水系统进行改造，设置调节水箱，减缓温度波动幅度。在冷凝器选型时，应综合考虑传热系数、冷凝压力、冷源温差等因素，选择传热效率高、适应性强的高效冷凝器。合理优化冷凝器的管程布置和管束配置，减小冷凝回流的压降，也有助于稳定塔顶温度。在实际运行中，还需加强冷凝器的日常维护，定期清洗管束，确保设备高效运转。

结语

综上所述，影响精馏塔操作温度的因素错综复杂，涉及进料温度、再沸器蒸汽参数、冷凝器冷源温度、自动化系统响应速度等诸多方面，给温度控制带来诸多挑战。针对存在的问题，企业应着眼全局，统筹兼顾，综合施策。通过精准控制进料温度、稳定再沸器供汽参数、优化冷凝器选型、升级自动化系统等一系列措施，可最大限度地消除外部扰动，减小温度波动，为精馏过程创造稳定的温度环境。

参考文献：
[1]孟亚男,王德平.酒精精馏塔解耦控制研究[J].河南科技,2023,42(22):37-41.

[2]张福亭,梁进仓,陈爱军,徐鹏.氨吸收混合制冷系统精馏塔液泛原因分析及优化调整[J].中氮肥,2023(6):77-80.