[发明专利]低能蒸馏系统和方法

说明书

技术领域

本发明公开的主题涉及高能效蒸馏系统和方法，其包括用于石油化学精炼操作等中的高能效蒸馏系统和方法。

背景技术

精炼和化学装置消耗大量能量。在典型精炼厂中，约10%的原油能量含量在将原油精炼成各种最终产物中被耗费。送入大量能量以使液体和半液体进料接近它们的沸点以进行蒸气-液体平衡分离。需要较少能量的蒸馏技术会显著改进精炼厂和化学工厂的总能量效率。

在常规蒸馏中，不回收在蒸馏塔顶部冷凝器处的废热。这产生非常低的能量效率(小于10%的有效能效率)。先前公开了热联合蒸馏塔(HIDiC)，但目前未商业化。一般性描述了壳管式构型或具有两个同心塔板的蒸馏塔，其中精馏段在汽提段内部。由于学术文献中提出的HIDiC构型通常使用精馏段和汽提段的侧向布置，障碍包括复杂的传热配置和对双并排塔的需要，这是提高操作步调的热联合所需要的。这类配置对改型现有塔而言可能是不实际的。

图1描述了常规蒸馏操作1000。位于塔1020顶部的冷凝器1010从富蒸气工艺料流1030中除去热以产生富含较高挥发性(“较轻”)产物的液体产物料流1040。冷凝器还产生回流料流1050，其用于改进蒸气-液体分级分离方法的质量。不回收在冷凝器除去的热，而是排放到冷却水或空气中，由此产生低能量效率的蒸馏。蒸馏塔中的第二定律动力学效率(Second Law Thermodynamic Efficiency)，也称有效能效率(exergy efficiency)通常为小于10%。有效能效率定义相对于以相同的输入进料开始并产生相同的产物料流而执行相同操作的动力学理想系统，该系统如何有效。

如在图1中可见，精馏段1060近似垂直地位于常规蒸馏塔中的汽提段1070以上。

图1所示塔还具有再沸器1080，其接收富含较不挥发(“较重”)组分的进料，其中热用于将更具挥发性组分蒸发。将在热输入以后保留的较重液体产物从塔1090中取出，同时使一些较重气化产物1100再循环返回塔中以改进分离的质量。

图2描述了J.of Chem.Tech.and Biotech.，78:241-248(2003)所述的HIDiC单元操作2000，通过引用将其全部并入本文中。不同于其中精馏段1060位于汽提段1070以上的图1的蒸馏塔，图2中的精馏段和汽提段2060和2030分别位于侧向位置，其中另外提供从精馏段至汽提段的热传递。压缩机2010用于将来自离开汽提段2030的料流2020的蒸气压缩，所述汽提段2030为由进料2040以下的面积限定的段。压缩在精馏段2060中产生较高温度，所述精馏段2060通常为图2右侧所示塔2080。阀2090用于控制离开精馏段底部的料流2100流入极接近进料的位置。第二塔2080的上部得到富蒸气料流2110，将其送入冷凝器2120中，得到低挥发性产物2130，和回流料流2140，其返回精馏段2060中。

当热从精馏段2060传递至汽提段2030中时，产生料流2100，所述料流2100提供在精馏与汽提段之间的液体回流功能。提供液体回流功能的料流2100的“回流比”基于精馏段底部中的液位通过阀2090的近似控制而由塔热平衡设置。

另一提出的HIDiC操作3000描述于图3中，其从Z.Olujic等人，Energy31：3083-3096(2006)中取得，并通过引用将其并入本文中。

图3阐述了具有位于精馏段外部的汽提段的同心塔板设计，其中传热板3030放入塔板之间。侧向热传递在两个平行或同心塔之间进行，所述塔可通过例如被外部汽提段3020围绕的内部精馏段3010提供。

来自美国专利No.4,234,391(通过引用将其全部并入本文中)的图4描述了概念设计4000，其中热管4010将热从精馏段4040传递至被隔板4020分开的汽提段4030中。热管处于横向位置，如图4所示。这类HIDiC设计目前未商业化。

因此，仍需要且想要改进蒸馏操作的能量效率，特别是在精炼厂和化学工厂内。还仍需要可容易地改型现有蒸馏塔基础结构的HIDiC设计。

发明概述