[发明专利]一种热集成管壳式隔壁塔系统

说明书

本发明属于石油、化工精馏分离工艺以及装备技术领域，提供了一种热集成管壳式隔壁塔系统，包括公共精馏段、管壳式隔壁段、公共提馏段。隔壁段采用N个管壳式塔节同轴密封连接；塔节内气密分隔形成主塔、预分塔；主预分塔节内部嵌套1#、2#内塔盘、1#、2#外塔盘形成双塔盘结构，增加了传质面积。管壳式隔壁塔的气相通过主预分塔盘上的开孔数、管径、公共段的气相分配管的协同作用来调节，增大了气相分配的均匀程度和调节范围。新型管壳式隔壁塔换热面积大且灵活，可实现主预分塔节气液两相的逐级调节，安全有效，节省能量，易于操控，适用于常压和加压等多种精馏过程。

技术领域

本发明专利涉及一种热集成管壳式隔壁塔系统，属于石油、化工精馏分离工艺以及装备技术领域。

背景技术

精馏技术在化工、制药以及精细化工等领域应用广泛，整个分离系统中精馏占90％以上，精馏分离中由于热力学不可逆性导致效率仅在5～20％，投资和能耗较高。提高精馏效率，实现能源的节能优化，深入研究精馏节能技术对我国化工发展具有重要的意义。近年来，隔壁精馏作为一种精馏节能技术，其工业应用受到越来越多的关注。

隔壁塔作为一种新型的内部热集成的精馏塔，对于三组分或者以上组分物系的分离过程耗能较低。相对于三组分物系传统的两塔精馏分离过程，隔壁塔节省了再沸器和冷凝器，投资和能耗降低20％以上。

传统的隔壁塔由三个部分组成，上部是公共精馏段，中间部分为主塔和预分馏塔，底部是公共提馏段。传统的隔壁塔主塔和预分馏塔之间用隔板分为两个部分，隔板作为传热壁面，提高了精馏塔内部热量的利用率，提高了精馏的效率。分离过程中，A、B、C三组分混合物进料，A为轻组分，B为中间组分，C为重组分，在预分馏塔内初步分离为两组，A、B组分进入主塔上部精馏段，B、C组分进入主塔下部提馏段。在主塔顶部收集到A产品，主塔侧线采出B产品，塔底采出C产品。

综述现存的隔壁塔中存在的问题，隔壁塔的应用前景广阔，但在设计时也存在局限性，传统隔壁塔中间设置隔板，主塔和预分馏塔之间的传热面积受到限制，而且无法灵活分配换热面积。此外，传统隔壁塔主塔和预分馏塔之间用隔板分为两个部分，全塔压力串通，汽液的分配过程依靠隔壁塔内部结构和全塔的压力的自适应调节，气相的分配比较困难，分配比的范围窄而且不灵活，不利于压敏性物系的分离。传统隔壁塔调节变量和控制变量之间交互作用复杂，气液耦合作用较强，使得适应进料波动的调整周期较长，减弱了隔壁塔在工业应用中的节能和经济性。

为了提高隔壁塔的热力学效率，引入了优化隔壁塔隔壁传热面积的方法，如专利CN102657949A通过优化隔壁塔中间的传热面积提高了热力学效率。然而该方法只是优化了局部传热面积，隔壁塔隔板总传热面积仍然受到限制，无法灵活调配，并且在增大传热面积的同时塔体内部空间变化，气体流动阻力变化，整个隔壁塔的分离受到影响。此外，研究者通过调节塔内气体分配来提高隔壁塔的效率，如专利CN108126366A利用气流在凸型曲面的流速不同引起腔室内压力变化来调节主预分塔的压差。然而该气体调节的装置压力调节范围小而且受到限制，该分离过程引入了2台风机，流速大小通过风机的频率来调节，增加了总设备投资。

本发明提出了一种热集成管壳式隔壁塔系统，隔壁段主预分馏塔的塔节采用热集成的管壳式结构，有效的解决了换热面积无法灵活分配的问题，提高了塔内的热效率，节省了能耗。隔壁段塔节内外塔盘配置了双塔盘结构，增加了传质面积。主预分塔的液相通过主预分两侧的液相分配管来调节，主预分塔的气相通过主预分塔盘上的开孔数、管径、公共段的气相分配管的协同作用来调节，气相分配的均匀程度和调节范围增大，该塔节构型可实现气液两相的逐级调节。本发明所述热集成隔壁塔安全有效，易于操控，换热面积大且灵活、气相分配比范围较宽，节省能量，适用于常压和加压等多种精馏过程。

发明内容