蒸餾節能

  台灣化工相關產業之發展已具有相當規模,甚至部分石化中間原料如聚氯乙烯(PVC)、ABS樹脂、聚苯乙烯(PS)等均具世界級產量。依經濟部能源局報告以工業部門消耗能源最大約佔60%,而其中的化工產業更是佔了工業部門將近一半的總能源消耗,而化工製程以蒸餾(Distillation)最為耗能。蒸餾是利用沸點的不同而使物質達分離的目的,蒸餾塔由一系列的塔板上下排列加上塔頂冷卻與塔底加熱裝置組成,將塔底液體加熱沸騰使蒸氣往上蒸,並將塔頂蒸氣部分冷凝不斷往回流,以達到純化的目的,但也構成能源雙重的耗用,早期效率僅達10~20%,經過多年努力目前已有許多高效節能蒸餾技術開發出來,因此節能潛力相當大,本文將簡介較具潛力之蒸餾技術,若能全面應用到國內的化工廠,將可大幅降低工業部門的能源消耗。

   蒸餾之節能方式有很多,包括減少熱損失如保溫保冷之加強;餘熱再利用如底部沸騰液體與頂部蒸氣可用來預熱進料,加強熱回收;降低蒸餾之能量需求,如溫度壓力與回流比之最佳化;使用高熱傳效率之塔內構件,強化塔內物流熱傳效率;及蒸餾系統熱整合技術之應用,如採用熱泵精餾,反應蒸餾,熱整合蒸餾(HIDiC, Heat Integrated Distillation Column)與隔板蒸餾(DWC, Divided Wall Column)技術等。熱泵精餾是將塔頂蒸氣加壓而升溫後,用來加熱塔底液體,以達到節能目的;反應蒸餾將化工程序的反應與蒸餾合併在一起的技術,於塔內增加反應區,物質在反應區反應後,再利用精餾技術直接在塔內將物質分離;內熱整合蒸餾係用塔頂精餾段移出之蒸氣來加熱底部氣提段之節能技術;隔板蒸餾顧名思義就是用隔板將蒸餾塔分為預蒸餾區與旁流區二部份,使一支蒸餾塔可進行二支的工作。

   相對傳統設備,特殊蒸餾如隔板蒸餾之節能效率可達50%,熱整合技術也有節能50%以上潛力,導入蒸汽壓縮機(MVC)應用於蒸餾製程之節能減碳效益最高可達70%,但目前這些技術之使用率均偏低,從節能效益與未來推廣的可行性,建議可以積極發展這些特殊之蒸餾系統,但須進一步了解國內大部分化學工業導入此節能設備的意願,並確認需求,研究那些類型的開發能符合台灣大部分公司的生產製程系統,以提升全面應用的可能性。從永續發展的角度來看,國際趨勢未來這些勢必將逐漸成為標準設備,其中利用特殊設計將蒸餾塔本身進行熱整合,可以說是最具廣泛應用的蒸餾技術,利用設備單元自身的熱能回收再利用來減少額外的熱能供給,不僅帶動能源消耗之降低,同時減少溫室氣體與有害氣體之排放,而且製程用水也大量降低。

作者介紹

洪錫勳
義守大學化工系教授;領域專長為能源材料,綠色化學與工程、程序設計及環境工程等研究