최근 몇 년 동안 이중 탄소 배경은 각계 각층에서 녹색, 저탄소 및 에너지 절약 지향 개발에 대한 요구를 불러 일으켰으며, 탄소 배출의 주요 배출원 인 화학 산업은 저탄소 발전의 관점에서 모든 측면에서 시급히 조정 및 개선이 필요합니다. 화학 생산 공정은 높은 에너지 소비와 전력 소비, 고순도 화학 물질을 얻기 어려운, 제품 폐기물 및 기타 다각적 인 문제 후 낮은 자원 이용률, 에너지 소비의 화학 공정에서 분리 및 정제가 약 80%를 차지하며, 에너지 소비의 화학 분리를 줄이는 기술적 수단을 통해 전체 에너지 소비를 줄이는 효과적인 방법의 화학 생산을 줄이는 동시에 고순도 화학 물질을 얻기위한 고급 화학 분리 기술은 화학 저탄소 및 에너지 절약 핵심 요소의 다운스트림 적용이기도합니다. 화학 분리 기술의 저탄소 및 에너지 절약을 개선하는 주요 방법은 기술 경로를 조정하는 것이고 두 번째는 순환 경제 모드를 채택하는 것이며 제품 생산 공정의 다단계 결합과 에너지 소비 활용의 열 결합 모드가 현재 화학 분리 기술의 개선 및 개발을위한 주요 조치 및 방향이 될 것입니다.
모든 화학 생산에서 전체 생산 공정에서 화학 분리, 고순도 원료 확보는 생산 공정에서 부산물 감소의 핵심이며 고순도 중간 화학 물질은 3 폐기물 배출의 화학 생산을 더욱 줄일 수 있으며 최종 제품의 순도는 화학 기업의 시장 경쟁력의 구체화입니다. 증류 및 결정화 기술은 주요 화학 분리 기술이며 증류 기술은 일반 산업 등급의 화학 물질을 얻을 수 있지만 초고순도 화학 물질을 얻으려면 막대한 에너지 소비가 필요합니다. 용융 결정화 기술 는 산업용 화학 물질에서 고순도 화학 물질을 쉽게 얻을 수 있습니다. 따라서 용융 결정화와 증류라는 두 가지 기술을 결합하고 각각의 에너지를 상호 사용하여 궁극적으로 낮은 에너지 소비로 고순도 화학 물질을 얻는 것이 현실화되었습니다.
증류
증류 기술 은 물질의 끓는점 차이를 이용해 혼합물의 성분을 분리하는 일반적으로 사용되는 분리 및 정제 기술입니다. 제품 순도가 높고 적용 범위가 넓으며 지속 가능성이 높다는 장점으로 화학, 석유, 제약, 식품 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 하지만 초고순도 화학 물질을 얻기 위해서는 높은 에너지 소비, 공정 및 운영의 복잡성, 비용 등의 문제도 있습니다.
증류 과정은 기화와 응축의 두 가지 주요 단계로 나뉩니다. 먼저 액체 혼합물을 끓는점까지 가열하여 끓는점이 낮은 성분을 먼저 기화시킨 다음, 증기를 냉각하고 콘덴서에서 액체로 응축하여 성분을 분리합니다. 증류 기술은 일반적으로 많은 양의 열과 냉기가 필요하므로 에너지 소비가 높습니다. 에너지 소비량은 주로 다음 요인에 따라 달라집니다:
가열: 혼합물을 기화 온도까지 가열하기 위해 많은 양의 열 에너지가 소비됩니다.
냉각: 증기를 응축하려면 일정량의 냉각 에너지가 필요합니다.
또한 고순도 화학 물질을 얻으려면 높은 증류 환류율이 필요하므로 에너지 소비가 기하급수적으로 증가합니다.
용융 결정화
용융 결정화는 산업 결정화의 새로운 저탄소 기술로, 고순도 제품 정제를 얻고 증류 분리의 병목 현상을 극복하는 데 대체 불가능한 역할을합니다. 통계에 따르면 유기 혼합 시스템의 80% 이상은 저 공융 시스템이며 이론적으로 용융 결정화는 제품의 순도와 공융 혼합물의 불순물을 100% 얻을 수 있으며 증류 기술은 고순도 화학 물질의 분리에서 용융 결정화에 비해 순수한 물질을 얻는 것이 이론적으로 불가능하다는 자연스러운 이점이 있습니다. 최근 용융 결정화 기술은 많은 분야에서 널리 사용되고 개발되었으며 일반적인 용융 결정화 공정에는 주로 유기 물질의 정제 및 API 제조가 포함됩니다. 용융 결정화는 주로 결정화 공정에서 물질의 사용을 통해 고순도 제품의 결정화를 통해 순수한 물질과 낮은 공융 혼합물 특성을 얻을 수 있습니다.
용융 결정화의 침전 방법과 결정화 장치의 유형에 따라 용융 결정화는 주로 층 결정화와 현탁 결정화로 나뉩니다. 층 결정화는 냉각 표면에서의 결정화 과정으로, 일반적으로 간헐적인 과정으로 여러 단계로 나뉘며, 결정화, 모액 배출, 발한(부분 용해), 용융(완전 용해), 정제 제품 배출을 통해 차례로 결정화에 일정한 양의 물질이 결정기에 투입되는 과정입니다. 반면 현탁 결정화는 일반적으로 용융물에서 입자를 용융물에 부유시킨 채 교반이 있는 용기에서 결정 입자를 빠르게 결정화하며, 일반적으로 추가적인 고액 분리 장비를 사용합니다.
다른 분리 방법과 비교할 때 용융 결정화는 다음과 같은 장점이 있습니다:
1. 높은 제품 순도 : 끓는점 차이로 인한 기존 재료 시스템은 끓는점 차이가 작고 증류는 고순도 제품을 얻기가 어렵고 일반적으로 용융 결정화는 고순도 제품 (99.9%)을 얻을 수 있으며 초고순도 제품 (99.99%, 99.999%)을 얻을 수도 있습니다;
2. 온화한 작동 조건: 용융 결정화는 일반적으로 끓는점보다 훨씬 낮은 제품의 융점에서 작동하므로 작동 온도가 낮습니다. 동시에 온화한 작동 조건으로 인해 장비에 대한 특별한 요구 사항이 없지만 특히 열에 민감한 특정 화학 물질의 경우 용융 결정화는 장비의 제조 비용을 절감 할 수있는 고유 한 이점이 있습니다.
3. 광범위한 제품: 일반 재료 시스템 외에도 이성질체 시스템과 같이 분리하기 어려운 많은 시스템의 경우 열에 민감한 시스템으로 좋은 분리 결과를 얻을 수 있습니다;
4. 에너지 절약 및 환경 보호 : 일반적으로 물질의 용융 열은 기화 열보다 훨씬 작고 증류 공정은 환류율과 열 손실이 높기 때문에 기존 증류 에너지 소비보다 작동이 훨씬 적고 동시에 다른 용매를 추가로 도입하지 않아 에너지 절약뿐만 아니라 환경 오염도 줄일 수 있습니다.
과학 기술의 지속적인 발전과 함께 용융 결정화 기술도 지속적으로 개선되고 발전해 왔습니다. 현대의 용융 결정화 기술은 첨단 제어 및 감지 기술을 결합하여 보다 정밀한 온도 제어와 결정화 공정 모니터링을 실현합니다. 또한 연구자들은 용융 결정화의 효율성과 경제성을 높이기 위해 결정화 장비를 개선하고, 공정 파라미터를 최적화하며, 새로운 유형의 결정화기를 개발하는 방법을 모색하고 있습니다.
증류 - 결정화 열결합 공정 기술 개선
경제 및 사회 발전과 함께 다양한 분야의 화학 물질의 순도가 더 높은 요구 사항을 제시함에 따라 고순도, 초순도 화학 물질에 대한 수요가 날로 증가하고 있습니다. 고순도 화학 물질 증류 기술의 사용은 높은 환류율, 높은 에너지 소비, 궁극적으로 높은 비용으로 이어지고, 미량 불순물 제거의 증류 공정에서 더 어렵고, 증류 환류 비율의 각 수준의 순도를 두 배 또는 심지어 배수로 늘려야하므로 에너지 소비가 급격히 증가합니다. 증류 작업은 일반적으로 재료 비점 부속 작업에서 작동하며, 진공 기술을 사용하여 작동 온도를 낮추더라도 응축도 제품의 융점보다 높아야하며, 그렇지 않으면 결정화 문제로 인해 응축기가 막히게되며, 물론 이것은 용융 결정화의 열원에 대한 증류 응축 열에 대한 이론적 근거도 제공합니다.
결정화 공정에서 물질을 이용한 용융 결정화는 고순도 제품을 얻기 위해 순수한 물질과 결정화 특성의 낮은 공융점 혼합물을 얻을 수 있습니다. 용융 결정화 원료의 순도가 낮은 경우 혼합물의 공융점이 가까워 수율이 낮거나 순수한 물질을 결정화할 수 없는 단점이 있지만, 순도가 낮은 물질을 정제할 수 있다는 것이 바로 증류의 장점입니다. 또한 용융 결정화는 녹는점 근처에서 작동하기 때문에 작동 온도가 증류탑 상단의 응축 온도보다 낮을 수밖에 없어 증류탑 상단의 응축 열을 용융 결정화에 사용할 수 있습니다.
이 공정은 증류 기술을 사용하여 원료를 처음 분리한 다음 용융 결정화 기술을 사용하여 고순도 화학 물질을 얻고, 용융 결정화된 모액을 증류로 되돌려 추가 증류를 진행합니다. 증류탑 상단의 응축기에서 나오는 열은 용융 결정화를 위한 열원으로 사용되며, 용융 결정화에서 나오는 열은 증류탑 상단의 응축기를 냉각하는 데 사용됩니다.
증류 및 결정화 기술이 결합되어 고순도 분리를 위해 각각의 장점을 사용하여 주로 원료를 먼저 특정 순도, 증류 공정 제품으로 증류 정제한 다음 결정화 공정으로 추가 결정화 및 더 높은 순도로 정제하고 모액을 증류 공정으로 결정화하여 수율과 순도가 최적에 도달했습니다. 현재 증류-결정화 커플 링 공정은 산업 생산에서 널리 사용되어 분리 시스템을 더욱 확장하고 분리 효과를 크게 높이며 제품의 순도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 현재 증류-결정화 커플 링 기술의 연구 개발은 여전히 주로 특정 재료 시스템의 적용에 초점을 맞추고 있으며, 커플 링 분리 프로세스의 연속성과 네트워크 최적화의 에너지 소비 프로세스가 상대적으로 약합니다.
증류-결정화 열결합 기술은 열결합 과정에서 열 에너지를 전달하고 사용하여 혼합물 내 성분을 효율적으로 분리하고 초정제하는 기술입니다. 일반적인 물질 시스템의 경우 기화열은 녹는 열의 2~3배에 달하고 끓는점은 녹는점보다 훨씬 높기 때문에 열결합 과정에서 기화열이 발생하게 됩니다, 증류 공정의 응축기에서 증기의 응축으로 발생하는 열을 결정화 공정의 용융 및 증발 단계의 에너지 공급으로 사용할 수 있으며, 증류-결정화 열결합 초순수 분리 공정에서는 증류와 결정화의 두 단계가 서로 결합하여 순환 공정을 형성합니다. 이 기술은 고효율 분리를 제공할 뿐만 아니라 에너지를 절약하고 탄소 배출량을 줄여 저탄소 에너지 절약 및 녹색화 요건을 충족합니다.
탄산에틸렌(EC)의 증류 및 결정화 결합을 예로 들면, 99% 이상의 EC 산업용 등급은 요구 사항을 충족할 수 있지만 리튬 용매가 전자 등급 요구 사항의 99.99~99.999%에 도달해야 하므로 증류 기술만 사용하여 전자 등급 순도를 얻는 것은 에너지 소비량이 많을 뿐만 아니라 달성하기도 어렵습니다. EC의 증류와 용융 결정화 기술을 결합한 증류는 고순도 전자 등급 제품을 쉽게 얻을 수있을뿐만 아니라 용융 결정화 열원을위한 타워 상단의 응축 열을 증류하여 에너지 소비를 더욱 줄이고 동일한 전자 등급 제품, 증류-결정화 결합 기술은 기존 증류 방식에 비해 60% 이상의 에너지를 절약 할 수 있습니다.
증류 - 결정화 열 결합 기술을 통해 다음과 같은 주요 사항을 달성할 수 있습니다:
1, 고효율 콘덴서의 설계 및 개발은 에너지 소비를 더욱 줄일 수 있습니다;
2, 저온 증기 열 에너지의 증류탑 탑 상부 영역이 열원의 결정화기 용융 단계 및 땀 단계로 효과적으로 변환되도록 유도합니다;
3, 증류 공정은 일반적으로 연속 공정이며 결정화 공정은 일반적으로 열 이용 네트워크의 구축에서 에너지의 조정 및 매칭을 고려해야 할 필요성이있는 간헐적 인 공정입니다;
4, 효율적인 조절을 위한 열전도 매체 순환 시스템 및 증류 응축기 열 제어의 결정화 과정.
열 결합 기술에는 많은 장점이 있지만 몇 가지 도전 과제와 한계가 있습니다:
1, 엔지니어링 설계 복잡성 : 열 커플 링을 구현하려면 적절한 열교환 장비 및 시스템 설계가 필요하므로 장비의 복잡성과 투자 비용이 증가합니다. 열의 효과적인 전달을 보장하기 위한 제어 방식은 복잡한 엔지니어링 문제입니다.
2, 프로세스 최적화 : 열 결합에는 정밀한 온도 제어 및 열 전달이 필요하며 프로세스 매개 변수 및 작동 조건에 대한 요구 사항이 높습니다. 열 결합 공정의 파라미터와 작동을 최적화하려면 열 전달, 재료 운반 및 반응 동역학과 같은 여러 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.
3, 재료 호환성 : 열 결합 과정에서 불리한 화학 반응이나 열 분해를 피하기 위해 물질의 호환성 및 열 안정성을 고려해야합니다. 특히 고온 및 고압에서 작동하는 경우 재료의 선택과 내구성을 신중하게 평가해야 합니다.
결론
증류-결정화 열결합 초순수 분리 기술은 증류와 결정화 공정을 결합하여 에너지 회수 및 재사용을 통해 혼합물 내 성분의 효율적인 분리 및 초정제를 달성하는 기술로, 증류 운전 공정의 종합적인 에너지 절약 및 열 통합 최적화를 위한 핵심 기술입니다, 저탄소 에너지 절약 및 생산의 녹색화 측면에서 상당한 이점을 가지고 있으며 에너지를 절약하고 탄소 배출을 줄일 수 있으며 다양한 산업 분야에 적용 할 수 있으며 에너지를 절약하고 탄소 배출을 줄일 수 있으며 광범위한 산업 분야의 분리 및 정화 요구에 적용 할 수 있습니다. 녹색화와 지속 가능한 개발에 대한 요구가 증가함에 따라 증류-결정화 열결합 초순수 분리 기술은 산업계에서 더욱 널리 적용되고 촉진되어 화학 분리 공정의 에너지 소비를 줄이고 국가의 ‘이중 탄소’ 목표 실현에 기여하며 저탄소, 고급 산업 미래를 창출할 것으로 예상됩니다.
