李鑫鋼教授團隊:蒸餾過程節能與強化
發布時間:2019-04-15    

在石油能源加工的炼油工业中,截至2012年底,原油一次加工能力达到5.75亿t/a,但我国原油对外依存度在2012年达到56.4%,极大地影响我国的能源安全。另一重要的基本有机化工原料—乙烯,是世界上产量最大的化学产品之一,2012年全国乙烯产量1523万t/a,但当年乙烯当量消费量约3216.2万t/a,国内自给率仅为47.3%。炼油和乙烯工业是石油化工产业的核心,在国民经济中占有重要的地位。作为最主要的能源加工方法,蒸馏过程能耗很大,占据了化工分离行业能耗的50%-70%左右。为了减小对国外的依赖,我国需要独立自主地解决能源加工过程中的高能耗问题,因此,如何提高蒸馏效率和降低过程能耗是提升蒸馏技术的当务之急。余国琮教授指导下的科研队伍在传质分离方面,特别是对精馏过程和设备进行了不断的研究与工业实践,开拓和发展了我国精馏分离学科方向。在此基础上1990年经国家发改委批准成立了 “精馏技术国家工程研究中心”。精馏中心在余国琮教授的精心培养下已经形成了一支以李鑫钢教授为带头人、150余成员构成的化学工程领域优秀团队,为我国石化、化工生产中精馏技术进步、大型装备国产化和节能降耗做出了突出贡献。

然而在學科交叉的今天,僅靠單一學科力量往往會造成創新動力不足的問題,這就在很大程度上限制了科技創新的發展和科技成果的轉化。要實現關鍵技術的突破,就要實現跨學科、跨院系的合作研究,通過學科交叉促進科技創新。創新團隊在李鑫鋼教授的帶領下依托天津大學精餾技術國家工程研究中心的現有條件和力量,彙集了反應工程、化工裝置與設備、熱能工程、儀表自動化等專業領域的研究骨幹和一批創新能力強和發展潛力大的科研人員,共同開展蒸餾過程傳質與分離理論研究。

從本質上來說,蒸餾過程在塔板和填料上屬于氣液兩相流動傳熱傳質過程,在氣體分布、液體分布、塔內氣液流動等存在大量多相流體力學問題,特別是對于一些在非常規條件下操作的塔器(如高溫、高壓、易燃、易爆等)因條件苛刻,實驗模擬難度很大。爲了克服這一難題,李鑫鋼教授帶領團隊成員創造性地應用現代信息技術、三維圖形技術、過程分析與優化方法,形成多組元複雜蒸餾過程多相流體系的應用模型,建立了大型蒸餾過程設計、診斷的工程學新方法,並成功應用于大型煉油減壓、乙烯急冷裝置的研究開發和工程設計中,建立了大型蒸餾過程設計的工程學新方法。此外,首次將三維結構可視化、流體流態可視化和內件形變可視化技術用于蒸餾裝置內部構件的優化與設計中,實現了蒸餾過程整體設計水平的提升。開發的高效低阻力的塔填料,高性能氣體、液體分布器,大型微變形支撐裝置等多項專利技術和産品,解決了煉油常減壓裝置大型化帶來的流體分布不均、設備阻力大、能耗高等技術難題和長周期運轉帶來的裝置變形、堵塞等工程實際難題。針對大型乙烯裝置汽油急冷裝置,開發出塔盤低液面梯度、氣液均布、抗堵塞等多項關鍵新技術,研制了高效三溢流塔盤、折返流氣體分布器等多項新産品,解決了長期以來束縛我國乙烯急冷裝置大型化和長周期運行的重要難題。開發的煉油減壓蒸餾裝置,多次創造國內最大直徑塔器的研制記錄(13.7米),研究成果獲國家科學技術進步二等獎,乙烯急冷裝置也突破了國外對我國大型乙烯急冷技術的壁壘,工程化成果覆蓋了我國新建大型乙烯急冷裝置的60%,研究成果獲教育部科學技術進步二等獎。