[发明专利]热集成节能精馏装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及精馏技术领域和精馏塔系统，特别地，涉及一种热集成节能精馏装置及方法。

背景技术

精馏是当代应用最广的一种工业分离方法，已经广泛应用于化工、石油、食品、轻工等工业部门。虽然科技的发展，新型分离技术已经开始了工业应用，但在一定的时期内，精馏技术的统治地位还不能被动摇。

精馏分离技术成熟、容易工业化，但缺点是耗能很大。传统的精馏分离，输入能耗占工业总能耗的40％以上，这在能源日益紧缺的21世纪是不可忽视的。

科学家和工程技术人员根据精馏的特点提出了各式的精馏节能方法。根据精馏操作条件，合理调整运行参数；运用过程能量集成思想，合理利用余热、废气；开发各种高效率的精馏塔板、填料，提高精馏分离效率；研究新型精馏技术，如多效精馏、热耦合精馏、热泵精馏等。这些技术提高了精馏分离过程能量利用的效率，达到了节约能耗的目的。

对于现有的精馏技术如图1所示，在分离难分离物系时，所需理论板数较多，造成所需的塔高较大；所需塔的操作回流比很大，造成所需的塔径较大，并且塔底再沸器所需热负荷和塔顶冷凝器所需冷凝负荷较大，因此塔的能耗较高，操作费用也较高。即使对于多效精馏、热耦合精馏等过程，由于精馏塔系统中塔顶冷凝负荷和塔底热负荷的差异，也就不能将系统的热负荷完全匹配掉，不能将系统的能量消耗降至最小。若能结合各种工艺和技术，将其运用到精馏过程中，能够使过程的塔顶冷凝负荷和塔底热负荷降至最小，实现精馏过程的节能降耗，同时还可降低生产成本，意义十分重大。

发明内容

本发明针对上述精馏分离工业过程的高能耗问题，提出了一种低能耗，新型的节能精馏方法及装置。

本发明一种热集成节能精馏装置及方法，该装置包括进料预热器、提馏段、精馏段、气体过热器、气体辅助过热器、压缩机、减压阀、主再沸器、辅助再沸器、蒸汽流量分配器、辅助冷凝器、回流罐等。

本发明的特征是：在原料液管线与塔进料口之间设有进料预热器(2)；提馏段(4)和精馏段(18)可以是板式塔段、填料塔段或两者的组合；提馏段塔底液体出口管与塔底蒸汽入口管间设有主再沸器(9)、辅助再沸器(7)；提馏段塔顶蒸汽出口管与压缩机进口管间设有气体过热器(14)和气体辅助过热器(15)；压缩机出口气体经精馏段塔底蒸汽入口管进入精馏段底部；精馏段顶部出口蒸汽经精馏段顶部蒸汽出口管进入蒸汽流量分配器(20)；进料预热器热介质出口管线、气体过热器热介质出口管线和回流罐(24)之间设有辅助冷凝器(23)。

所述的热集成节能精馏装置的操作方法：

a)精馏段塔顶饱和蒸汽一部分用于加热进料预热器(2)，另一部分用于加热主再沸器(9)和气体过热器(14)。

b)所述的辅助再沸器(7)、气体辅助过热器(15)和辅助冷凝器(23)用于辅助保障精馏塔的平稳启动和平稳运行。

出现下列条件，需要采用的方法如下：

当精馏段塔顶物料冷凝提供的热负荷小于进料预热器热负荷、提馏段塔底热负荷和气体过热器所需热负荷之和，且两塔段内部交换的热负荷不能使提馏段塔底辅助再沸器热负荷降为0时，待系统操作运行平稳后可关闭辅助冷凝器，但需要运行气体辅助过热器和辅助再沸器。

当精馏段塔顶物料冷凝提供的热负荷小于进料预热器热负荷、提馏段塔底热负荷和气体过热器所需热负荷之和，但两塔段内部交换的热负荷可使提馏段塔底辅助再沸器热负荷降为0时，待系统操作运行平稳后可关闭辅助冷凝器和辅助再沸器，但需要运行气体辅助过热器。

当精馏段塔顶物料冷凝提供的热负荷小于进料预热器热负荷、提馏段塔底热负荷和气体过热器所需热负荷之和，且两塔段内部交换的热负荷不能使提馏段塔底辅助再沸器热负荷降为0时，待系统操作运行平稳后可关闭辅助冷凝器和气体辅助过热器，但需要运行辅助再沸器。

当精馏段塔顶冷凝提供的热量恰好与进料预热器热负荷、提馏段塔底热负荷和气体过热器所需热负荷相匹配，且两塔段内部交换的热负荷可使提馏段塔底辅助再沸器热负荷降为0时，待系统操作运行平稳后可关闭辅助冷凝器、气体辅助过热器和辅助再沸器，这三个辅助设备都不需要运行。

当精馏段塔顶冷凝提供的热量大于进料预热器热负荷、提馏段塔底热负荷和气体过热器所需热负荷之和，但两塔段内部交换的热负荷可使提馏段塔底辅助再沸器热负荷降为0时，待系统操作运行平稳后可关闭气体辅助过热器和辅助再沸器，但需要运行辅助冷凝器。