專利名稱：：差壓低能耗精餾方法及設備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及精餾
技術領域：
，特別是涉及一種適合高耗能精細化學品加工過程的差壓低能耗精餾方法及設備。.
背景技術：
精餾是一種應用廣泛的化工分離單元操作，但精餾過程能耗巨大，提高精餾過程的能量利用率始終是研究的熱點。近年來，熱偶精餾由于既節能又節省設備投資引起了人們的廣泛關注。最早的熱偶精餾是50年前由Petlyuk提出的，研究發現熱偶精餾比常規精餾過程節能至少30%以上，但受當時的技術條件所限而難以工業化。近年來，由于能源價格不斷上漲，隨著對節能要求的提高，且由于控制技術的提高，熱偶精餾方面的研究又趨于活躍，一些大公司已將其中的分隔壁精餾塔工業化。對于某些給定的物料，分隔壁精餾塔和常規精餾流程相比需更小的回流比，故增大了操作容量。節能最高可達到60%以上，可省設備投資30%。分隔壁精熘塔能廣泛地應用于石油精制、石油化工、化學品及氣體精制。現有的熱偶精餾技術無論從流程還是設備來說，仍擺脫不了精餾過程中所需要的塔頂冷凝液體回流和塔釜再沸蒸汽上升操作的限制。無論是采用預分塔設計、中間側線換熱、側線蒸餾流程還是側線提餾流程，對于主精餾塔來說，由于塔頂溫度要高于塔底溫度，即塔頂物料冷凝后的溫度要高于塔底物料再沸所要達到的溫度，因而塔頂冷凝器和塔底再沸器之間不能簡單地進行匹配換熱，也就不能實現完全的熱耦合。若能通過各種手段實現在精餾過程中的完全熱耦合，真正達到節能降耗、降低產品成本的目的，對于我國石油化工行業發展的推動作用則是相當巨大的。
發明內容本發明通過對各種熱偶精餾過程進行深入研究，以實現最小能耗為目的，提出一種新型熱偶精餾過程一差壓低能耗精餾方法及設備。本發明的差壓低能耗精餾設備，包括有常規分離塔段、降壓分離塔段、主再沸器、回流儲罐和壓縮機，其中在常規分離塔段和降壓分離塔段之間設置有一個壓縮機，降壓分離塔段塔頂的汽相物料管連接到壓縮機進口，壓縮機出口管連接到常規分離塔段塔底的汽相進料管；常規分離塔段頂部的汽相物料出口管連接到主再沸器熱介質進口，熱介質出口連接到常規分離塔段的回流罐；常規分離塔段底部液相出口連接到降壓分離塔段頂部的液相進口；降壓分離塔段底部的液相物料出口管連接到主再沸器冷介質進口，冷介質出口連接到降壓分離塔段的再沸蒸汽入口。所述的降壓分離塔段塔底設置有一臺輔助再沸器。所述的主再沸器和回流罐之間設置有輔助冷凝器。本發明的差壓低能耗精餾設備的操作方法是a)將普通的精餾塔分割為常規分離塔段和降壓分離塔段，其中常規分離塔段與單塔精餾操作壓力相同或者略高于單塔操作壓力，降壓分離塔段采用降壓操作；b)降壓分離塔段采用降壓操作，降壓分離塔段塔頂蒸汽經過壓縮機壓縮達到常規分離塔段塔底要求后進入常規分離塔段；c)降壓分離塔段的降壓操作使得其塔釜再沸物料的溫度低于常規分離段塔頂物料的溫度，利用該兩股物料的匹配換熱從而實現兩個塔段之間的熱耦合。具體操作方法如下經過常規分離塔段1分離后的塔底液相物料11在壓差推動下進入降壓分離塔段12頂部；降壓分離塔段頂部出來的蒸汽13通過壓縮機14加壓后進入常規分離塔段底部作為上升蒸汽15;降壓分離塔段塔底出來的液相16—部分可作為產品采出20，另一部分17與常規分離塔段塔頂出來的蒸汽2在主再沸器3中進行換熱，形成降壓分離塔段塔底所需的再沸蒸汽18，若冷凝負荷小于主再沸器負荷，需要同時開啟輔助再沸器22;常規分離塔段塔頂蒸汽2經過換熱后得到部分或全部冷凝液4，當冷凝負荷大于主再沸器負荷時，需開啟該部分冷凝液4流經的輔助冷凝器5，得到常規分離塔段塔頂所需要的回流和采出的冷凝液6進入回流儲罐7，從回流儲罐中流出的冷凝液8—f分作為產品9采出，另一部分作為常規分離塔段的塔頂回流液體10。所述的輔助冷凝器5和輔助再沸器22操作，運行穩定后，根據熱量匹配可選擇其一作為輔助能源設備，若流程設計中常規分離塔段塔頂冷凝和降壓分離塔段塔底再沸蒸汽可以完全'匹配的話，則兩個輔助設備均無需開啟。本發明的獨到之處在于將普通的精餾塔分割為常規分離塔段和降壓分離塔段，降壓分離塔段塔頂的汽相物料管連接到壓縮機進口，壓縮機出口管連接到常規分離塔段塔底的汽相進料管；常規分離塔段塔頂的汽相物料出口管連接到主再沸器熱介質進口，熱介質出口連接到輔助冷凝器進口，輔助冷凝器出口連接到常規分離塔段的回流罐，回流罐出口一端液相采出，一端連接到常規分離塔段塔頂回流物料進口；常規分離塔段塔底液相出n連接到降壓分離塔段塔頂的液相進口；降壓分離塔段塔底的液相出口分為兩個支路，一條支路與主再沸器的冷介質進口相連，冷介質出口端連接到降壓分離塔段塔底的再沸液體進口，另一條支路連接出料管，也可根據需要連接一臺輔助再沸器。這一技術是將普通的精餾塔分割為常規分離和降壓分離兩個塔段，其中常規分離塔段的操作壓力與單塔精餾操作壓力相同或者略高于單塔操作壓力，而降壓分離塔段采用降壓操作，降低塔底溫度，從而能夠利用常規精餾塔段塔頂冷凝的潛熱來實現降壓分離塔段塔底物料的再沸加熱。降壓分離塔段塔頂蒸汽經過壓縮機壓縮進入常規分離塔段，常規分離塔段塔底液體由壓差推動進入降壓分離塔段。降壓分離塔段降壓操作可以使得其塔釜再沸物料的溫度低于常規分離塔段塔頂物料的溫度，利用該兩股物料的匹配換熱從而實現兩塔的熱耦合，并利用輔助冷凝器和輔助再沸器實現整個精餾過程能耗的完全匹配，實現節能的目標。與現有技術相比，本發明有以下優點[1]常規分離塔段塔頂冷凝的負荷可以與降壓下降壓分離塔段底再沸器的負荷相匹配，實現熱偶精餾，匹配換熱。[2]與常規精餾不同，常規分離塔段頂上升蒸汽經過壓縮后能夠用于加熱降壓分離塔段塔底物料，滿足塔底再沸的要求。[3]熱消耗是精餾操作中的主要能耗所在，本發明與現有技術相比，基本用差壓降溫手段實現了最小的熱消耗，甚至冷熱負荷可以完全匹配，消耗為零。而實現該目的的手段僅僅是在設備中增加一臺壓縮機，該動力消耗相對于原有的熱消耗小很多。[4]現有的精餾技術分離高耗能精細化學品時通常需要很高的精餾塔來實現很好的產品分離，本發明在實現低能耗的同時，可以降低塔高。圖1是差壓低能耗精餾技術的流程示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明所提供的技術和設備進行進一步的說明。本發明是通過如下技術方案實現的如圖1所示，經過常規分離塔段1分離后的塔底液相物料在壓差推動下進入降壓分離塔段12頂部；降壓分離塔段頂部出來的蒸汽13通過壓縮機14加壓后進入常規分離塔段底部作為上升蒸汽15;降壓分離塔段塔底出來的液相16—部分可作為產品采出20，另一部分17與常規分離塔段塔頂出來的蒸汽2在主再沸器3中進行換熱，形成降壓分離塔段塔底所需的再沸蒸汽18，若冷凝負荷小于主再沸器負荷時，需要同時開啟輔助再沸器22;常規分離塔段塔頂蒸汽2經過換熱后得到部分或全部冷凝液4，當冷凝負荷大于主再沸器負荷時，需開啟該部分冷凝液4流經的輔助冷凝器5，從而得到常規分離塔段塔頂所需要的回流和采出的冷凝液6進入回流儲罐7，從回流儲罐中流出的冷凝液8—部分作為產品9采出，另一部分作為常規分離塔段的塔頂回流液體10。在操作過程中若降壓分離塔段塔底物料再沸所需熱量大于常規分離塔段塔頂冷凝所能提供的熱量時，則需要同時開啟輔助再沸器22，使得降壓分離塔段塔底出來液相的一部分21與外部換熱來滿足降壓分離塔段塔底上升蒸汽所需要的全部熱量；而若在操作過程中降壓分離塔段上升蒸汽所需熱量小于常規分離塔段塔頂冷凝所能提供的熱量，則需要同時開啟輔助冷凝器5，使得常規分離塔段頂蒸汽經過主再沸器冷卻后的物料4與外部換熱來降低該股物料的溫度，以降低至常規分離塔段塔頂所需回流液體的溫度；因而，在實際操作達到穩定運行后，輔助冷凝器5和輔助再沸器22—般不會同時開啟，根據熱量匹配可選擇其一作為輔助能源設備，若流程設計中常規分離塔段塔頂冷凝和降壓分離塔段塔底再沸蒸汽可以完全匹配的話，則兩個輔助設備均無需開啟。本發明的技術和設備廣泛適用于所有的精餾過程，為了更好地說明本發明在節能降耗方面的優勢，僅僅選取其中兩個應用實例加以說明，但并不因此限制本技術和設備的適用范圍。用本發明方法用于丙稀一丙烷氣體分離系統，與發明所述流程相同，其中常規分離塔段的理論板為145,降壓分離塔段的理論塔板數是55。采用降壓分離塔段進料，進料量為23375kg/hr,進料溫度為40。C，進料摩爾組成為丙烷0.218,丙烯0.771，乙烷0.011。常規分離塔段塔頂壓力為1800kPa，塔底壓力為2000kPa，塔頂溫度為43.4'C;降壓分離塔段塔頂壓力為1100kPa，塔底壓力為1200kPa，塔底溫度為33.7'C。本實施例中常規分離塔段頂冷凝提供的熱量要大于降壓分離塔段底上升再沸蒸汽所需要的熱量，開啟輔助冷凝器使得通過主再沸器的冷凝流股再一次冷凝達到常規分離塔段頂液相回流要求。該過程中主要公共工程和壓縮機能耗如表1。表1主要能量消耗<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>為說明本發明在節能降耗方面的優點，將本發明所述流程與現有的單塔分離流程進行比較。塔共計200塊理論板，進料位置在第146塊。進料組成與本發明相同，若想實現與本發明產品完全相同的分離要求，則塔頂溫度為43.4°C，壓力為1800kPa，塔底溫度為58.7°C，壓力為2100kPa。該對比例中主要公共工程能耗如表2所示。表2主要能量消耗<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由于精餾過程主要能耗集中在熱量和動力消耗上，從計算結果可以看到，實施例需要的僅是壓縮機的動力消耗為6.280X106kJ/hr，而對比例則需要熱量消耗為6.693X107kJ/h，實施例與對比例相比較總能耗降低了90.62%,大幅度削減精餾塔操作過程中公用工程的消耗，真正實現了節能降耗的目的。用本發明方法用于環己酮裝置精制部分的脫輕塔(或稱作初餾塔)，進料為經干燥塔脫水后的粗醇酮液(主要成分為環己酮和環己醇，其余為反應混合物中殘留的原料環己烷，反應產生的少量輕組分及重組分)。該分離系統與發明所述流程相同，其中常規分離塔段和降壓分離塔段的理論塔板數均是26。采用降壓分離塔段進料，進料量為255.2kmol/hr,進料溫度為108.8'C。常規分離塔段塔頂壓力為53kPa，塔底壓力為57kPa，塔頂溫度為123.7'C;降壓分離塔段塔頂壓力為23kPa，塔底壓力為27kPa，塔底溫度為115°C。本實施例中常規分離塔段頂冷凝提供的熱量要大于降壓分離塔段底上升再沸蒸汽所需要的熱量，開啟輔助冷凝器使得通過主再沸器的冷凝流股再一次冷凝達到常規分離塔段頂液相回流要求。該過程中主要公共工程和壓縮機能耗如表3。表3主要能量消耗<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>為說明本發明在節能降耗方面的優點，將本發明所述流程與現有的單塔分離流程進行比較。塔共計52塊理論板，進料位置在第27塊。進料組成與本發明相同，若想實現與本發明產品完全相同的分離要求，則塔頂溫度為123.8°C，壓力為53kPa，塔底溫度為139.7°C，壓力為61kPa。該對比例中主要公共工程能耗如表4所示。表4主要能量消耗<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由于精餾過程主要能耗集中在熱量和動力消耗上，從計算結果可以看到，實施例需要的僅是壓縮機的動力消耗為1.860X106kJ/hr，而對比例則需要熱量消耗為1.622X107kJ/h，實施例與對比例相比較總能耗降低了88.53%，大幅度削減精餾塔操作過程中公用工程的消耗，真正實現了節能降耗的目的。本發明也可通過如下技術方案實現的如圖1所示，經過常規分離塔段1分離后塔底液相物料在壓差推動下進入降壓分離塔段12頂部；降壓分離塔段頂部出來的蒸汽13通過壓縮機14加壓后進入常規分離塔段底部作為上升蒸汽15;降壓分離塔段塔底出來的液相16—部分可作為產品采出20，另一部分17與常規分離塔段塔頂出來的蒸汽2在主再沸器3中進行換熱，形成降壓分離塔段塔底所需的再沸蒸汽18;常規分離塔段塔頂蒸汽2經過換熱后得到冷凝液4，進入回流儲罐7，從回流儲罐中流出的冷凝液8—部分作為產品9采出，另一部分作為常規分離塔段的塔頂回流液體10。在此操作過程中，常規分離塔段塔頂冷凝和降壓分離塔段塔底再沸蒸汽可以在主再沸器中實現完全匹配。本發明的技術和設備廣泛適用于所有的精餾過程，為了更好地說明本發明在節能降耗方面的優勢，再選取一個應用實例加以說明，但并不因此限制本技術和設備的適用范圍。用本發明方法用于丙稀一丙烷氣體分離系統，與發明所述流程相同，其中常規分離塔段的理論板為145，降壓分離塔段的理論塔板數是55。采用降壓分離塔段進料，進料量為23375kg/hr，進料溫度為10°C，進料摩爾組成為丙烷0.218，丙烯0.771，乙烷0.011。常規分離塔段塔頂壓力為1800kPa，塔底壓力為2000kPa，塔頂溫度為44.rC;降壓分離塔段塔頂壓力為1100kPa，塔底壓力為1200kPa，塔底溫度為29.2'C。該流程可以實現常規分離塔段塔頂冷凝和降壓分離塔段塔底再沸蒸汽可以在主再沸器中實現完全匹配，達到分離的要求。本發明提出的差壓低能耗精餾方法及設備，己通過較佳實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本
發明內容、精神和范圍內對本文所述的結構和技術方法進行改動或適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。權利要求1.一種差壓低能耗精餾設備，包括有常規分離塔段、降壓分離塔段、主再沸器、回流儲罐和壓縮機，其特征是在降壓分離塔段和常規分離塔段之間設置有一個壓縮機，降壓分離塔段塔頂的汽相物料管連接到壓縮機進口，壓縮機出口管連接到常規分離塔段塔底的汽相進料管；常規分離塔段塔頂的汽相物料出口管連接到主再沸器熱介質進口，熱介質出口連接到常規分離塔段的回流罐；常規精餾塔段塔底液相出口連接到降壓分離塔段塔頂的液相進口；降壓分離塔段底部的液相物料出口管連接到主再沸器冷介質進口，冷介質出口連接到降壓分離塔段的再沸蒸汽入口。2.如權利要求1所述的差壓低能耗精餾設備，其特征是所述的降壓分離塔段塔底設置有一臺輔助再沸器。3.如權利要求1所述的差壓低能耗精餾設備，其特征是所述的主再沸器和回流儲罐之間設置有輔助冷凝器。4.由權利要求l、2或3所述的差壓低能耗精餾設備的操作方法，其特征是a)將普通的精餾塔分割為常規分離塔段和降壓分離塔段，其中常規分離塔段與單塔精餾操作壓力相同或者略高于單塔操作壓力，降壓分離塔段采用降壓操作；b)降壓分離塔段采用降壓操作，降壓分離塔段塔頂蒸汽經過壓縮機壓縮達到常規分離塔段塔底要求后進入常規分離塔段；c)降壓分離塔段的降壓操作使得其塔釜再沸物料的溫度低于常規分離段塔頂物料的溫度，利用該兩股物料的匹配換熱從而實現兩個塔段之間的熱耦合。5.如權利要求4所述的差壓低能耗精餾設備的操作方法，其特征是具體操作方法如下經過常規分離塔段(1)分離后的塔底液相物料(11)在壓差推動下進入降壓分離塔段(12)頂部；降壓分離塔段頂部出來的蒸汽(13)通過壓縮機(14)加壓后進入常規分離塔段底部作為上升蒸汽(15);降壓分離塔段塔底出來的液相(16)—部分可作為產品采出(20),另一部分(17)與常規分離塔段塔頂出來的蒸汽(2)在主再沸器(3)中進行換熱，形成降壓分離塔段塔底所需的再沸蒸汽(18)，若冷凝負荷小于主再沸器負荷時，需要同時開啟輔助再沸器(22);常規分離塔段塔頂蒸汽(2)經過換熱后得到的部分或全部冷凝液(4)，當冷凝負荷大于主再沸器負荷時，需開啟該部分冷凝液(4)流經的輔助冷凝器(5)，從而得到常規分離塔段塔頂所需要的回流和采出的冷凝液(6)進入回流儲罐(7)，從回流儲罐中流出的冷凝液(8)—部分作為產品(9)采出，另一部分作為常規分離塔段的塔頂回流液體(10)。6.如權利要求5所述的差壓低能耗精餾技術，其特征是所述的輔助冷凝器(5)和輔助再沸器(22)操作，運行穩定后，根據熱量匹配可選擇其一作為輔助能源設備，若流程設計中常規分離塔段塔頂冷凝和降壓分離塔段塔底再沸蒸汽可以完全匹配的話，則兩個輔助設備均無需開啟。全文摘要本發明涉及差壓低能耗精餾方法及設備，包括有常規分離塔段、降壓分離塔段、主再沸器、回流儲罐和壓縮機，其中在降壓分離塔段和常規分離塔段之間設置有一個壓縮機，降壓分離塔段塔頂的汽相物料管連接到壓縮機進口，壓縮機出口管連接到常規分離塔段塔底的汽相進料管；常規分離塔段塔頂的汽相物料出口管連接到主再沸器熱介質進口，熱介質出口連接到常規分離塔段的回流罐；常規分離塔段塔底液相出口連接到降壓分離塔頂的液相進口；降壓分離塔段底部的液相物料出口管連接到主再沸器冷介質進口，冷介質出口連接到降壓分離塔段的再沸蒸汽入口。本發明實現熱偶精餾，匹配換熱。基本用差壓降溫手段實現了最小的熱消耗，甚至冷熱負荷可以完全匹配，消耗為零。而實現該目的的手段僅僅是在設備中增加一臺壓縮機，該動力消耗相對于原有的熱消耗小很多。文檔編號B01D3/14GK101239247SQ20071015023公開日2008年8月13日申請日期2007年11月20日優先權日2007年11月20日發明者斌姜,孫津生,洪李,李鑫鋼,羅銘芳,許力強,許長春,寧陳,紅隋,黃國強申請人:天津大學