工业技术
鲁石油化工，２０１５，４３（１）：５８－６１ 齐
ＱＩＬＵ ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
异丁烷分离工艺对比及经济性分析
张伟，荆举祥，满建明
（山东三维石化工程股份有限公司，山东淄博２５５４３４）
摘要：应用ＰＲＯ／ＩＩ软件对正丁烷异构装置异丁烷分离系统进行模拟计算，对采用不同工艺流程时系统的能耗、设备投资和操作费用进行分析对比，认为热泵流程虽然流程复杂，投资高，但节能效果显著，操作费用较低。
关键词：异丁烷分离 热泵精馏 工艺 对比
中图分类号：ＴＱ２２１．１４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－９８５９（２０１５）０１－００５８－０４
正丁烷异构化产物异丁烷是烷基化反应的主
要原料和合成甲基叔丁基醚（ＭＴＢＥ）等汽油添加剂的重要前驱体。其主要用途包括：①脱氢制成异丁烯，是合成ＭＴＢＥ和乙基叔丁基醚（ＥＴＢＥ）等无铅汽油添加剂的主要原料；②生产丁基橡胶、聚异丁烯、甲基丙烯酸甲酯和异戊二烯等精细化工产品的原料；③异丁烷与异丁烯经烃化而制得
［１］
异辛烷，作为汽油辛烷值的改进剂。
正丁烷异构为异丁烷，是生产异丁烷的主要工艺之一，该工艺主要包括原料脱水、丁烷异构和产物分离３部分。其中产物分离的能耗占正丁烷异构装置总能耗７０％以上，而在产物分离部分异丁烷的分离又是能耗大户，所以异丁烷分离部分的能耗高低对整个装置的经济效益影响较大。
本文拟利用ＰＲＯ／Ⅱ软件对两种异丁烷分离流程进行模拟计算，对比不同流程下系统的能耗和操作费用，为异丁烷分离流程的选择提供理论支持。１ 热泵技术
热泵与水泵相仿，从低温热源吸收热量，然后向高温热阱放出热量，相当于将热量从低温转移到高温，故形象地称为热泵，热泵的历史可以追溯到１８２４年卡诺循环的发表，它奠定了热泵的理论
［２］
基础。热泵在精馏塔上的应用即为热泵精馏。热泵精馏能使能耗减少，为了使塔顶蒸气冷凝时所放出的热能提供给再沸器作为气化室的热源，使用了膨胀阀和压缩机，以改变冷凝或沸腾的温度。图１为最简单的热泵精馏流程。在塔顶冷凝器和塔底再沸器之间联上一股闭路循环的制冷
剂，制冷剂在塔顶冷凝器中蒸发时吸收热量，经压缩机压缩后在塔釜再沸器中冷凝并放出热量，再经节流阀减压至塔顶冷凝器中蒸发。如此反复，不断将热量从温度较低的冷凝器泵送至温度较高的再沸器，达到了制冷、加热的双重目的。据国外研究数据
［２］
［３］
ｋＷ・ｈ的热量，所消耗的电量只有３～１０ｋＷ・ｈ，因而热泵的节能潜力十分可观。本文介绍的异丁
烷分离的第二种流程就采用了热泵精馏技术。
，工业应用的电动热泵，提供１００
图１ 热泵精馏流程示意
１—精馏塔；２—节流阀；３—压缩机；４—再沸器
热泵的效率主要取决于循环工质的冷凝温度
收稿日期：２０１５－０１－１４；修回日期：２０１５－０１－２８。
作者简介：张伟（１９８２—），男，山东淄博人，工程师。２００３年毕业于辽宁石油化工大学化学工程与工艺专业，现在山东三维石化工程股份有限公司主要从事化工工艺设计、项目管理ｗａｙ．ｃｏｍ．ｃｎ。
等工作。电话：０５３３－７５７４１９１；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｗｅｉ＠ｓｄｓｕｎ－
第１期 张伟，等．异丁烷分离工艺对比及经济性分析 ５９・・
和蒸发温度。当冷凝温度和蒸发温度越接近，则热泵效率越高。所以，热泵精馏适用于小温差体系的精馏分离。
２ 设计基础
某丁烷异构装置以混合丁烷为原料生产高纯
［２］
度异丁烷，异丁烷纯度（质量分数）要求大于９９．９％。混合丁烷性质见表１。由于正丁烷不作为产品，所以在异丁烷分离塔下部设置侧线，抽出粗正丁烷循环回反应系统来提高异丁烷的收率。异丁烷分离塔塔底重组分中正丁烷含量不超过１５％。
表１ 混合丁烷性质
ｗ（组分），％数据数据
丙烷０．０１９０．００８
异丁烷５０．１７５０．００２
正丁烷４７．２５７０．００６
新戊烷０．４６５０．００４
异戊烷０．４６９０．００２
正戊烷１．５９３１００．０００
正丁烷的常压沸点为－０．５℃，异丁烷的常
压沸点为－１１．７℃，温差较小，所以正丁烷和异丁烷的分离属于小温差体系的精馏分离，分离所需精馏塔塔板数量多，回流比大，能耗高
［４］
，但其
力，背压出０．４ＭＰａ蒸汽作为其他精馏塔的热源。另外为了充分利用异丁烷的冷量，异丁烷分馏塔
塔底重组分又与异丁烷换热，进一步节约了装置的循环水消耗。
显著特点是精馏塔的塔顶塔底温差较小。该体系的特点具备了使用热泵的条件。３ 方案对比３．１ 异丁烷分离流程简介
异丁烷的分离有２种流程：一种为常规分离流程，另一种分离流程为热泵精馏流程。
３．１．１ 常规分离流程
常规分离流程就是根据进料中正丁烷和异丁烷沸点的不同混合丁烷通过１台精馏塔进行精馏分离，塔顶采出高纯度的异丁烷，塔底采出正丁烷及重组分。由于分馏塔塔顶温度较低，塔顶冷却介质采用循环水，也可采用表面蒸发空冷，再沸器热源为０．４ＭＰａ蒸汽；其主要设备包括精馏塔、冷凝器、再沸器、空冷器、回流罐、机泵等。常规分离３．１．２ 热泵精馏流程
热泵精馏要求被分离组分的沸点越接近越好，也就是说塔顶塔底温差越小节能效果越明显。异丁烷分离的热泵精馏流程就是将分馏塔顶气相经压缩机升压后，形成高温高压蒸汽。此蒸汽通过塔釜再沸器释放潜热直接给塔釜供热，然后再经过冷凝器进一步降温后，部分回流，部分采出。异丁烷分离的热泵精馏流程见图３。
与常规分离流程相比，热泵流程增加了１台离心式热泵压缩机，结合装置实际情况，该压缩机以汽轮机代替了电动机，以４．０ＭＰａ蒸汽作为动
图３ 热泵分离流程示意
１—脱异丁烷塔；２—再沸器凝液空冷器；３—压缩机入口分液罐；４—调节空冷器；５—热泵压缩机；６—塔顶产品泵；７—塔底－塔顶产品换热器；８—塔顶回流泵；９—侧线再沸器；１０—塔底泵；１１—塔底再沸器；１２—粗正丁烷泵；１３—粗正丁烷空冷器
图２ 常规分离流程示意
１—脱异丁烷塔；２—塔顶冷凝器；３—塔顶回流罐；４—塔顶回流泵；５—塔顶产品泵；６—异丁烷冷却器；７—粗正丁烷空冷器；８—粗正丁烷泵；９—再沸器；１０—塔底泵；１１—重组分冷却器
工艺流程见图２。
３．２ 异丁烷分离流程模拟计算
采用流程模拟软件ＰＲＯ／ＩＩ对两种异丁烷的
分离工艺流程进行了模拟计算，其计算结果列于表２中。
表２ 异丁烷分离塔计算结果
项目设备规格进料位置／层塔顶温度／℃塔底温度／℃塔顶压力（Ｇ）／ＭＰａ回流比
异丁烷流量／（ｋｇ・ｈ－１）
粗正丁烷流量（侧线）／（ｋｇ・ｈ－１）粗正丁烷（侧线）温度／℃塔底产物流量／（ｋｇ・ｈ－１）塔顶冷凝器热负荷／ｋＷ中间再沸器热负荷／ｋＷ塔底再沸器热负荷／ｋＷ压缩机消耗循环水（ｋｇ・ｈ－１） 注：１）热泵系统空冷负荷；
２）该热负荷由热泵压缩机提供；３）该热负荷由０．４ＭＰａ蒸汽提供。
常规流程
φ７６００ｍｍ，１５０层，板间距５００ｍｍ
８１４３．６８２．７０．５７．４３８２０５８８６１８３５１．４５０５３６２０２３—６３８１５—
热泵流程
φ６４００ｍｍ，１５０层，板间距５００ｍｍ
８１２６７６０．２６２６．４８８２０５８８６１８３４５５０５３１３９５９１）４６８９９２）５１９８３）１５００００
３．３ 结果分析
从计算结果可以看出，在达到同样的分离精度要求下（异丁烷质量分数大于９９．９％，异丁烷分离塔塔底重组分中正丁烷质量分数不超过１５％），热泵精馏流程要优于常规精馏，节能效果明显。主要体现在以下几个方面：
（１）能耗对比。异丁烷分离两种分离工艺的公用工程消耗见表３。按照《石油化工设计能耗计算标准》（ＧＢ５０４４１—２００７）计算，常规分离流程的能耗为２７３８３９ＭＪ／ｈ，热泵流程为１２８４８９ＭＪ／ｈ，热泵流程为常规分离流程能耗的４６．９２％，节能效果明显。
表３ 异丁烷分离系统公用工程消耗
项目电量／ｋＷ４．０ＭＰａ蒸汽量０．４ＭＰａ蒸汽量蒸汽凝液量循环水量能耗／（ＭＪ・ｈ－１）
９５－９５６２５０２７３８３９
１５０１２８４８９
常规流程１４３２
热泵流程１２５４１２４－１２４
ｔ／ｈ
相比，异丁烷分离塔可以在较低的压力下操作，提高了正丁烷和异丁烷的相对挥发度，在同样塔板
数的情况下减小了回流比，降低了精馏塔的直径。
（３）由于侧线抽出温度降低了６．４℃，减少了粗正丁烷空冷器的数量。
（４）操作难度对比。由于热泵精馏流程中增加了热泵压缩机，导致整个分离工艺的控制系统和连锁系统更加复杂。比如要增加压缩机的防喘震控制、压缩机的干气密封控制系统、蒸汽透平的控制系统等，另外还包括紧急情况下连锁停机系统和蒸汽切断系统等。所以大大增加了装置的操作难度。
（５）投资对比。异丁烷分离系统常规流程设备购置费概算投资２８４８万元，热泵精馏流程设备购置费概算投资４６６５万元，设备购置费相差１８１７万元。
（６）操作费用对比。异丁烷分离两种工艺经济效益计算结果见表４。其中循环水价格０．３４元／ｔ，４．０ＭＰａ蒸汽１８６元／ｔ，０．４ＭＰａ蒸汽１０５元／ｔ，蒸汽凝液８元／ｔ，电０．７５元／（ｋＷ・ｈ）。经计算，每小时热泵流程节约１３７８元，年操作时间按８４００ｈ计，年节约操作费用１１５７．５２万元。
能耗折算系数
１０．８９３６８４２７６３３２０．２９４．１９
（２）由于回流温度的降低，与常规分离流程
表４ 操作费用对比
项目电量／ｋＷ４．０ＭＰａ蒸汽量０．４ＭＰａ蒸汽量蒸汽凝液量循环水量合计／（元・ｈ－１）
９５－９５６２５０１２４１４
１５０１１０３６
常规流程１４３２
热泵流程１２５４１２４－１２４
ｔ／ｈ
价格／（元・ｔ
－１
（３）热泵精馏流程比常规流程复杂，操作难
）
０．７５元／（ｋＷ・ｈ）
１８６１０５８０．３４
度大。
（４）热泵精馏工艺与常规分离工艺相比设备购置概算投资增加１８１７万元，但每年节约操作费用１１５７．５２万元。
参考文献
［１］ 窦国军，常树英．异丁烷分离技术的研究［Ｊ］．吉
林化工学院学报，２００８，２５（２）：１８．
［２］ 陆恩锡，吴震．蒸馏过程热泵节能———热泵基本原
理［Ｊ］．化学工程，２００８，３６（８）：７５－７６．
［３］ 边习棉，朱银惠，李辉．精馏过程的节能途径［Ｊ］．
广东化工，２００７，３４（１１）：８９．
［４］ 杨德明，叶梦飞，杜鹏，等．基于ＭＶＲ热泵精馏的
乙醇—异丙醇分离工艺［Ｊ］．化工进展，２０１４，３３（５）：１３４５．
４ 结论
根据模拟计算结果，通过异丁烷分离两种不同工艺的对比可以得出如下结论：
（１）异丁烷分离工艺采用热泵精馏工艺节能效果明显，操作费用明显降低。
（２）采用热泵精馏工艺，在同样分离精度条件下，可以降低脱异丁烷塔的直径。
ＣＯＭＰＡＲＩＳＯＮＯＮＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮＰＲＯＣＥＳＳＥＳ
ＡＮＤＴＨＥＩＲＥＣＯＮＯＭＩＣＡＬＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹＦＯＲＩＳＯＢＵＴＡＮＥ
ＺｈａｎｇＷｅｉ，ＪｉｎｇＪｕｘｉａｎｇ，ＭａｎＪｉａｎｍｉｎｇ
（ＳｈａｎｄｏｎｇＳｕｎｗａｙＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＺｉｂｏＳｈａｎｄｏｎｇ２５５４３４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｉｓｏｂｕｔａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｎｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｂｕｔａｎｅｆｏｒ
ｉｓｏｂｕｔｅｎｅｕｎｉｔｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＰＲＯ／ＩＩｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｓｔｏｆｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍ－ｐａｒｅｄ，ｗｈｉｃｈｆｏｕｎｄｔｈａｔａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｈｏｔｐｕｍｐｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｆｌｏｗａｎｄｈｉｇｈｉｎｖｅｓｔ－ｍｅｎｔｂｕｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｈａｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｌｏｗｅｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｓｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｆｏｒｉｓｏｂｕｔａｎｅ；ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｈｏｔｐｕｍｐ；ｐｒｏｃｅｓｓ；ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ
（上接第４７页）
ＣＡＵＳＥＳＡＮＡＬＹＳＩＳＡＮＤＰＲＥＶＥＮＴＩＶＥＭＥＡＳＵＲＥＳＯＮＣＯＲＲＯＳＩＯＮＯＦＧＡＳＤＥＳＵＬＦＵＲＩＺＡＴＩＯＮＵＮＩＴ
ＮｉＷｅｉｑｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔｒｕｎｎｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎｌｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｉｎｇａｓｄｅｓ－ｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｕｎｉｔ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃａｕｓｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ｃｏｒｒｅ－ｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｍａｄｅａｎｄｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｉｔｗａｓｅｎｓｕｒｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｕｎｉｔ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｃａｕｓｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅ
特别声明
为实现期刊编辑、出版工作的网络化，本刊现已进入同方数据库、万方数据库、维普数据库及浏览网等。所以，向本刊投稿并录用的稿件，其全文一律由编辑部统一纳入以上网站，进入因特网提供信息服务。凡有异议，请另投其他期刊或特别声明以便另作处理。本刊所付稿酬包含刊物内容上网服务稿酬，不再另付。特此声明。
（ＳｈｅｎｇｌｉＲｅｆｉｎｅｒｙｏｆＱｉｌｕＢｒａｎｃｈＣｏ．，ＳＩＮＯＰＥＣ，ＺｉｂｏＳｈａｎｄｏｎｇ２５５４３４）
异丁烷分离工艺对比及经济性分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张伟， 荆举祥， 满建明， Zhang Wei， Jing Juxiang， Man Jianming山东三维石化工程股份有限公司,山东淄博,255434齐鲁石油化工
Qilu Petrochemical Technology2015(1)
参考文献(4条)
1.窦国军;常树英 异丁烷分离技术的研究 2008(02)
2.陆恩锡;吴震 蒸馏过程热泵节能---热泵基本原理 2008(08)
3.边习棉;朱银惠;李辉 精馏过程的节能途径[期刊论文]-{H}广东化工 2007(11)4.杨德明;叶梦飞;杜鹏 基于MVR热泵精馏的乙醇-异丙醇分离工艺 2014(05)
引用本文格式：张伟.荆举祥.满建明.Zhang Wei.Jing Juxiang.Man Jianming 异丁烷分离工艺对比及经济性分析[期刊论文]-齐鲁石油化工 2015(1)
工业技术
鲁石油化工，２０１５，４３（１）：５８－６１ 齐
ＱＩＬＵ ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
异丁烷分离工艺对比及经济性分析
张伟，荆举祥，满建明
（山东三维石化工程股份有限公司，山东淄博２５５４３４）
摘要：应用ＰＲＯ／ＩＩ软件对正丁烷异构装置异丁烷分离系统进行模拟计算，对采用不同工艺流程时系统的能耗、设备投资和操作费用进行分析对比，认为热泵流程虽然流程复杂，投资高，但节能效果显著，操作费用较低。
关键词：异丁烷分离 热泵精馏 工艺 对比
中图分类号：ＴＱ２２１．１４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－９８５９（２０１５）０１－００５８－０４
正丁烷异构化产物异丁烷是烷基化反应的主
要原料和合成甲基叔丁基醚（ＭＴＢＥ）等汽油添加剂的重要前驱体。其主要用途包括：①脱氢制成异丁烯，是合成ＭＴＢＥ和乙基叔丁基醚（ＥＴＢＥ）等无铅汽油添加剂的主要原料；②生产丁基橡胶、聚异丁烯、甲基丙烯酸甲酯和异戊二烯等精细化工产品的原料；③异丁烷与异丁烯经烃化而制得
［１］
异辛烷，作为汽油辛烷值的改进剂。
正丁烷异构为异丁烷，是生产异丁烷的主要工艺之一，该工艺主要包括原料脱水、丁烷异构和产物分离３部分。其中产物分离的能耗占正丁烷异构装置总能耗７０％以上，而在产物分离部分异丁烷的分离又是能耗大户，所以异丁烷分离部分的能耗高低对整个装置的经济效益影响较大。
本文拟利用ＰＲＯ／Ⅱ软件对两种异丁烷分离流程进行模拟计算，对比不同流程下系统的能耗和操作费用，为异丁烷分离流程的选择提供理论支持。１ 热泵技术
热泵与水泵相仿，从低温热源吸收热量，然后向高温热阱放出热量，相当于将热量从低温转移到高温，故形象地称为热泵，热泵的历史可以追溯到１８２４年卡诺循环的发表，它奠定了热泵的理论
［２］
基础。热泵在精馏塔上的应用即为热泵精馏。热泵精馏能使能耗减少，为了使塔顶蒸气冷凝时所放出的热能提供给再沸器作为气化室的热源，使用了膨胀阀和压缩机，以改变冷凝或沸腾的温度。图１为最简单的热泵精馏流程。在塔顶冷凝器和塔底再沸器之间联上一股闭路循环的制冷
剂，制冷剂在塔顶冷凝器中蒸发时吸收热量，经压缩机压缩后在塔釜再沸器中冷凝并放出热量，再经节流阀减压至塔顶冷凝器中蒸发。如此反复，不断将热量从温度较低的冷凝器泵送至温度较高的再沸器，达到了制冷、加热的双重目的。据国外研究数据
［２］
［３］
ｋＷ・ｈ的热量，所消耗的电量只有３～１０ｋＷ・ｈ，因而热泵的节能潜力十分可观。本文介绍的异丁
烷分离的第二种流程就采用了热泵精馏技术。
，工业应用的电动热泵，提供１００
图１ 热泵精馏流程示意
１—精馏塔；２—节流阀；３—压缩机；４—再沸器
热泵的效率主要取决于循环工质的冷凝温度
收稿日期：２０１５－０１－１４；修回日期：２０１５－０１－２８。
作者简介：张伟（１９８２—），男，山东淄博人，工程师。２００３年毕业于辽宁石油化工大学化学工程与工艺专业，现在山东三维石化工程股份有限公司主要从事化工工艺设计、项目管理ｗａｙ．ｃｏｍ．ｃｎ。
等工作。电话：０５３３－７５７４１９１；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｗｅｉ＠ｓｄｓｕｎ－
第１期 张伟，等．异丁烷分离工艺对比及经济性分析 ５９・・
和蒸发温度。当冷凝温度和蒸发温度越接近，则热泵效率越高。所以，热泵精馏适用于小温差体系的精馏分离。
２ 设计基础
某丁烷异构装置以混合丁烷为原料生产高纯
［２］
度异丁烷，异丁烷纯度（质量分数）要求大于９９．９％。混合丁烷性质见表１。由于正丁烷不作为产品，所以在异丁烷分离塔下部设置侧线，抽出粗正丁烷循环回反应系统来提高异丁烷的收率。异丁烷分离塔塔底重组分中正丁烷含量不超过１５％。
表１ 混合丁烷性质
ｗ（组分），％数据数据
丙烷０．０１９０．００８
异丁烷５０．１７５０．００２
正丁烷４７．２５７０．００６
新戊烷０．４６５０．００４
异戊烷０．４６９０．００２
正戊烷１．５９３１００．０００
正丁烷的常压沸点为－０．５℃，异丁烷的常
压沸点为－１１．７℃，温差较小，所以正丁烷和异丁烷的分离属于小温差体系的精馏分离，分离所需精馏塔塔板数量多，回流比大，能耗高
［４］
，但其
力，背压出０．４ＭＰａ蒸汽作为其他精馏塔的热源。另外为了充分利用异丁烷的冷量，异丁烷分馏塔
塔底重组分又与异丁烷换热，进一步节约了装置的循环水消耗。
显著特点是精馏塔的塔顶塔底温差较小。该体系的特点具备了使用热泵的条件。３ 方案对比３．１ 异丁烷分离流程简介
异丁烷的分离有２种流程：一种为常规分离流程，另一种分离流程为热泵精馏流程。
３．１．１ 常规分离流程
常规分离流程就是根据进料中正丁烷和异丁烷沸点的不同混合丁烷通过１台精馏塔进行精馏分离，塔顶采出高纯度的异丁烷，塔底采出正丁烷及重组分。由于分馏塔塔顶温度较低，塔顶冷却介质采用循环水，也可采用表面蒸发空冷，再沸器热源为０．４ＭＰａ蒸汽；其主要设备包括精馏塔、冷凝器、再沸器、空冷器、回流罐、机泵等。常规分离３．１．２ 热泵精馏流程
热泵精馏要求被分离组分的沸点越接近越好，也就是说塔顶塔底温差越小节能效果越明显。异丁烷分离的热泵精馏流程就是将分馏塔顶气相经压缩机升压后，形成高温高压蒸汽。此蒸汽通过塔釜再沸器释放潜热直接给塔釜供热，然后再经过冷凝器进一步降温后，部分回流，部分采出。异丁烷分离的热泵精馏流程见图３。
与常规分离流程相比，热泵流程增加了１台离心式热泵压缩机，结合装置实际情况，该压缩机以汽轮机代替了电动机，以４．０ＭＰａ蒸汽作为动
图３ 热泵分离流程示意
１—脱异丁烷塔；２—再沸器凝液空冷器；３—压缩机入口分液罐；４—调节空冷器；５—热泵压缩机；６—塔顶产品泵；７—塔底－塔顶产品换热器；８—塔顶回流泵；９—侧线再沸器；１０—塔底泵；１１—塔底再沸器；１２—粗正丁烷泵；１３—粗正丁烷空冷器
图２ 常规分离流程示意
１—脱异丁烷塔；２—塔顶冷凝器；３—塔顶回流罐；４—塔顶回流泵；５—塔顶产品泵；６—异丁烷冷却器；７—粗正丁烷空冷器；８—粗正丁烷泵；９—再沸器；１０—塔底泵；１１—重组分冷却器
工艺流程见图２。
３．２ 异丁烷分离流程模拟计算
采用流程模拟软件ＰＲＯ／ＩＩ对两种异丁烷的
分离工艺流程进行了模拟计算，其计算结果列于表２中。
表２ 异丁烷分离塔计算结果
项目设备规格进料位置／层塔顶温度／℃塔底温度／℃塔顶压力（Ｇ）／ＭＰａ回流比
异丁烷流量／（ｋｇ・ｈ－１）
粗正丁烷流量（侧线）／（ｋｇ・ｈ－１）粗正丁烷（侧线）温度／℃塔底产物流量／（ｋｇ・ｈ－１）塔顶冷凝器热负荷／ｋＷ中间再沸器热负荷／ｋＷ塔底再沸器热负荷／ｋＷ压缩机消耗循环水（ｋｇ・ｈ－１） 注：１）热泵系统空冷负荷；
２）该热负荷由热泵压缩机提供；３）该热负荷由０．４ＭＰａ蒸汽提供。
常规流程
φ７６００ｍｍ，１５０层，板间距５００ｍｍ
８１４３．６８２．７０．５７．４３８２０５８８６１８３５１．４５０５３６２０２３—６３８１５—
热泵流程
φ６４００ｍｍ，１５０层，板间距５００ｍｍ
８１２６７６０．２６２６．４８８２０５８８６１８３４５５０５３１３９５９１）４６８９９２）５１９８３）１５００００
３．３ 结果分析
从计算结果可以看出，在达到同样的分离精度要求下（异丁烷质量分数大于９９．９％，异丁烷分离塔塔底重组分中正丁烷质量分数不超过１５％），热泵精馏流程要优于常规精馏，节能效果明显。主要体现在以下几个方面：
（１）能耗对比。异丁烷分离两种分离工艺的公用工程消耗见表３。按照《石油化工设计能耗计算标准》（ＧＢ５０４４１—２００７）计算，常规分离流程的能耗为２７３８３９ＭＪ／ｈ，热泵流程为１２８４８９ＭＪ／ｈ，热泵流程为常规分离流程能耗的４６．９２％，节能效果明显。
表３ 异丁烷分离系统公用工程消耗
项目电量／ｋＷ４．０ＭＰａ蒸汽量０．４ＭＰａ蒸汽量蒸汽凝液量循环水量能耗／（ＭＪ・ｈ－１）
９５－９５６２５０２７３８３９
１５０１２８４８９
常规流程１４３２
热泵流程１２５４１２４－１２４
ｔ／ｈ
相比，异丁烷分离塔可以在较低的压力下操作，提高了正丁烷和异丁烷的相对挥发度，在同样塔板
数的情况下减小了回流比，降低了精馏塔的直径。
（３）由于侧线抽出温度降低了６．４℃，减少了粗正丁烷空冷器的数量。
（４）操作难度对比。由于热泵精馏流程中增加了热泵压缩机，导致整个分离工艺的控制系统和连锁系统更加复杂。比如要增加压缩机的防喘震控制、压缩机的干气密封控制系统、蒸汽透平的控制系统等，另外还包括紧急情况下连锁停机系统和蒸汽切断系统等。所以大大增加了装置的操作难度。
（５）投资对比。异丁烷分离系统常规流程设备购置费概算投资２８４８万元，热泵精馏流程设备购置费概算投资４６６５万元，设备购置费相差１８１７万元。
（６）操作费用对比。异丁烷分离两种工艺经济效益计算结果见表４。其中循环水价格０．３４元／ｔ，４．０ＭＰａ蒸汽１８６元／ｔ，０．４ＭＰａ蒸汽１０５元／ｔ，蒸汽凝液８元／ｔ，电０．７５元／（ｋＷ・ｈ）。经计算，每小时热泵流程节约１３７８元，年操作时间按８４００ｈ计，年节约操作费用１１５７．５２万元。
能耗折算系数
１０．８９３６８４２７６３３２０．２９４．１９
（２）由于回流温度的降低，与常规分离流程
表４ 操作费用对比
项目电量／ｋＷ４．０ＭＰａ蒸汽量０．４ＭＰａ蒸汽量蒸汽凝液量循环水量合计／（元・ｈ－１）
９５－９５６２５０１２４１４
１５０１１０３６
常规流程１４３２
热泵流程１２５４１２４－１２４
ｔ／ｈ
价格／（元・ｔ
－１
（３）热泵精馏流程比常规流程复杂，操作难
）
０．７５元／（ｋＷ・ｈ）
１８６１０５８０．３４
度大。
（４）热泵精馏工艺与常规分离工艺相比设备购置概算投资增加１８１７万元，但每年节约操作费用１１５７．５２万元。
参考文献
［１］ 窦国军，常树英．异丁烷分离技术的研究［Ｊ］．吉
林化工学院学报，２００８，２５（２）：１８．
［２］ 陆恩锡，吴震．蒸馏过程热泵节能———热泵基本原
理［Ｊ］．化学工程，２００８，３６（８）：７５－７６．
［３］ 边习棉，朱银惠，李辉．精馏过程的节能途径［Ｊ］．
广东化工，２００７，３４（１１）：８９．
［４］ 杨德明，叶梦飞，杜鹏，等．基于ＭＶＲ热泵精馏的
乙醇—异丙醇分离工艺［Ｊ］．化工进展，２０１４，３３（５）：１３４５．
４ 结论
根据模拟计算结果，通过异丁烷分离两种不同工艺的对比可以得出如下结论：
（１）异丁烷分离工艺采用热泵精馏工艺节能效果明显，操作费用明显降低。
（２）采用热泵精馏工艺，在同样分离精度条件下，可以降低脱异丁烷塔的直径。
ＣＯＭＰＡＲＩＳＯＮＯＮＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮＰＲＯＣＥＳＳＥＳ
ＡＮＤＴＨＥＩＲＥＣＯＮＯＭＩＣＡＬＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹＦＯＲＩＳＯＢＵＴＡＮＥ
ＺｈａｎｇＷｅｉ，ＪｉｎｇＪｕｘｉａｎｇ，ＭａｎＪｉａｎｍｉｎｇ
（ＳｈａｎｄｏｎｇＳｕｎｗａｙＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＺｉｂｏＳｈａｎｄｏｎｇ２５５４３４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｉｓｏｂｕｔａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｎｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｂｕｔａｎｅｆｏｒ
ｉｓｏｂｕｔｅｎｅｕｎｉｔｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＰＲＯ／ＩＩｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｓｔｏｆｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍ－ｐａｒｅｄ，ｗｈｉｃｈｆｏｕｎｄｔｈａｔａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｈｏｔｐｕｍｐｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｆｌｏｗａｎｄｈｉｇｈｉｎｖｅｓｔ－ｍｅｎｔｂｕｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｈａｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｌｏｗｅｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｓｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｆｏｒｉｓｏｂｕｔａｎｅ；ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｈｏｔｐｕｍｐ；ｐｒｏｃｅｓｓ；ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ
（上接第４７页）
ＣＡＵＳＥＳＡＮＡＬＹＳＩＳＡＮＤＰＲＥＶＥＮＴＩＶＥＭＥＡＳＵＲＥＳＯＮＣＯＲＲＯＳＩＯＮＯＦＧＡＳＤＥＳＵＬＦＵＲＩＺＡＴＩＯＮＵＮＩＴ
ＮｉＷｅｉｑｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔｒｕｎｎｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎｌｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｉｎｇａｓｄｅｓ－ｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｕｎｉｔ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃａｕｓｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ｃｏｒｒｅ－ｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｍａｄｅａｎｄｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｉｔｗａｓｅｎｓｕｒｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｕｎｉｔ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｃａｕｓｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅ
特别声明
为实现期刊编辑、出版工作的网络化，本刊现已进入同方数据库、万方数据库、维普数据库及浏览网等。所以，向本刊投稿并录用的稿件，其全文一律由编辑部统一纳入以上网站，进入因特网提供信息服务。凡有异议，请另投其他期刊或特别声明以便另作处理。本刊所付稿酬包含刊物内容上网服务稿酬，不再另付。特此声明。
（ＳｈｅｎｇｌｉＲｅｆｉｎｅｒｙｏｆＱｉｌｕＢｒａｎｃｈＣｏ．，ＳＩＮＯＰＥＣ，ＺｉｂｏＳｈａｎｄｏｎｇ２５５４３４）
异丁烷分离工艺对比及经济性分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张伟， 荆举祥， 满建明， Zhang Wei， Jing Juxiang， Man Jianming山东三维石化工程股份有限公司,山东淄博,255434齐鲁石油化工
Qilu Petrochemical Technology2015(1)
参考文献(4条)
1.窦国军;常树英 异丁烷分离技术的研究 2008(02)
2.陆恩锡;吴震 蒸馏过程热泵节能---热泵基本原理 2008(08)
3.边习棉;朱银惠;李辉 精馏过程的节能途径[期刊论文]-{H}广东化工 2007(11)4.杨德明;叶梦飞;杜鹏 基于MVR热泵精馏的乙醇-异丙醇分离工艺 2014(05)
引用本文格式：张伟.荆举祥.满建明.Zhang Wei.Jing Juxiang.Man Jianming 异丁烷分离工艺对比及经济性分析[期刊论文]-齐鲁石油化工 2015(1)