CN101015747A - 一种基于内部热交换的精馏节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于内部热交换的精馏节能装置，该装置包括精馏段、提馏段、换热器、压缩机、节流阀、冷凝器、再沸器和预热器；精馏段和提馏段通过换热器实现热交换；精馏段和提馏段之间安装了压缩机和节流阀，确保精馏段运行在比提馏段更高的压强和温度下，从而提供热量从精馏段传到提馏段所必需的传热推动力，而这些热量恰好可以用来产生对于精馏部分必要向下的液相流和对于提馏部分必要向上的气相流；再沸器和冷凝器，主要用于辅助塔的平稳启动，当操作平稳时可以关闭；本发明的能耗费用与传统的精馏装置能耗费用相比较，节省30－40％以上。

Description

一种基于内部热交换的精馏节能装置

技术领域

本发明涉及精馏技术领域，特别地，涉及一种基于内部热交换的精馏节能装置。

背景技术

在石油化工过程中，精馏过程是应用最为广泛的单元操作之一，也是石油化工领域中能耗最大的操作单元。精馏过程的能耗大约要占到一个化工厂总能耗的三分之一，有时甚至更多。在美国，根据1976年的统计数据，精馏耗能约占其全国总能耗的3％；如果精馏过程能够节能10％，相当于每天可以节约100000桶石油，大约是15900000L。如果以每桶石油40美元来计算，则每天操作费用可以节省400万美元，则全年就可以节约15亿美元。显然可见，精馏过程效率的提高，将会对整个石油化工工业产生重要的影响，其经济意义是极为重大的。

然而，在传统的精馏塔中，引入精馏塔再沸器的热量通过精馏塔之后由冷凝器处排出，大部分的能量损失在诸如塔的压降以及通过换热器的温差上，而只有部分能量被用来减少精馏塔产品的熵，其热力学效率一般只有5-10％。

随着全球范围内的能源危机和日益高涨的环保需求，从70年代以来，已经有许多研究学者从热力学、操作原理等等角度提出了大量的精馏过程的节能方法，如多效精馏、热泵、热交换网络、夹点技术、皮特莱克、分壁精馏塔等等方法，节能效率逐步提高。但是，节能效果最好的分壁精馏塔节能技术，与传统精馏操作相比，节能效果也只有20％。

发明内容

本发明针对上述精馏塔高能耗问题，提供了一种基于内部热交换的精馏节能装置，与传统精馏塔相比能耗大幅度降低，大大提高了能源的利用率。本发明装置能耗费用与传统精馏塔理论最小能耗费用(即最小回流比操作条件下的能耗费用)相比较，能耗费用可节省30-40％以上。

本发明采用如下技术方案来实现：一种基于内部热交换的精馏节能装置，其特征在于，该装置包括精馏段、提馏段、换热器、压缩机、节流阀、冷凝器、再沸器和预热器；所述精馏段、换热器和提馏段依次相连，所述压缩机安装于所述提馏段的塔顶气相导出管与精馏段的塔底之间，所述节流阀安装于精馏段的塔底液相导出管与提馏段的进料板之间，所述冷凝器安装于精馏段塔顶的产品导出管上，所述再沸器安装于提馏段塔底的产品导出管上，所述预热器与提馏段的进料板相连。

进一步地，所述的换热器为同心轴式换热器或板翅式换热器；所述同心轴式换热器为多管式或单管式。

本发明的有益效果是，基于内部热交换的精馏节能装置与传统精馏塔在最小回流比下的能耗相比还可节能30-40％以上，可以极大节省精馏塔的操作费用，提高能源的利用率。

附图说明

图1为本发明的基于内部热交换的精馏节能装置的结构示意图；

图2为同心轴式换热器的结构示意图；

图3为板翅式换热器的结构示意图。

图中：精馏段1，提馏段2，换热器3，压缩机4，节流阀5，冷凝器6，再沸器7，预热器8。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明，本发明的目的和效果将更加明显。

本发明的精馏节能装置的主要设备包括：精馏段1、提馏段2、换热器3、压缩机4、节流阀5、冷凝器6、再沸器7、预热器8等，其中，精馏段1、换热器3和提馏段2依次相连，压缩机4安装于所述提馏段2的塔顶气相导出管与精馏段1的塔底之间，节流阀5安装于精馏段1的塔底液相导出管与提馏段2的进料板之间，冷凝器6安装于精馏段1塔顶的产品导出管上，再沸器7安装于提馏段2塔底的产品导出管上，预热器8与提馏段2的进料板相连。

与传统的精馏装置相比，精馏塔的整个塔体被分成了两个塔体：精馏段1和提馏段2，引入换热器3实现两个塔体之间内部的热交换。

换热器3的选择上可以有两种形式：同心轴式和板翅式；其中同心轴式又可以选择多管式(如图2b)和单管式(如图2c)。详细见附图2a同心轴式结构和附图3板翅式结构。其中，附图2a所示的同心轴式换热器中，精馏段1和提馏段2的流体分别走管程d和壳程D，或分别走壳程D和管程d，附图3所示的板翅式换热器中，精馏段1和提馏段2的流体分别走板程和翅程，或分别走翅程和板程。

为了实现内部的热量从精馏段1向提馏段2的传递，引入了压缩机4来调整这两个部分的压强，提馏段2顶端的气体混合物在到达精馏段1前先通过压缩机4的压缩，使精馏段1在比提馏段2更高的压强和温度条件下进行。又为了保证提馏段2在较低的压强下运行，引入节流阀5，精馏段1底部的液体在到达进料板前先通过节流阀5，以维持两边的压强差。

引入了压缩机4来调整精馏段1的压强，使精馏段1运行在比提馏段2更高的压强和温度下，在两段之间实现热量的内部传递。而这些的耦合的热量恰好可以用来产生对于精馏部分必要向下的液相流和对于提馏部分必要向上的气相流，此时，冷凝器6和再沸器7的负荷都被大大降低。本发明采用的冷凝器6负荷比同等处理能力的传统精馏塔的冷凝器额定负荷小1～2倍，再沸器7负荷比同等处理能力的传统精馏塔的再沸器额定负荷小1～2倍，大量的能量被再利用，所必须的传热推动力大大降低，从而大幅度地降低了精馏塔的能耗，正常操作中可关闭传统精馏塔所必须的再沸器6和冷凝器7。

实施例一(典型理想物系)：

全塔板数为68，第35块塔板为进料板，将摩尔比为0.5/0.5的苯/甲苯混合物通过预热器8预热至热状况为0.5，进入提馏段2顶端的进料板上，进料流率控制在0.1kmol/s。为了实现装置的平稳启动，先打开冷凝器6和再沸器7。调整压缩机功率和节流阀的开度，使精馏段1的压强为0.2115Mpa，提馏段的压强为一个大气压，稳定后，关闭冷凝器和再沸器，此时总的传热速率为9541W/K，精馏段塔顶产品组分苯的摩尔浓度控制在98％以上，而提馏段塔底产品组分苯的浓度控制在2％以下。

按照价格，蒸汽：0.0095$/kg，冷却水：0.05$/kg，电能：0.06$/kW^*hr。

内部热透式耦合精馏塔一年的能耗花费为461.36K$，而相同状况下传统精馏塔一年的理论最低能耗花费(即最小回流比操作条件下的能耗费用)为757.41K$，将节省39％的能源花费。

实施例二(典型非理想物系)：

全塔板数为72，第37块塔板为进料板，将摩尔比为0.5/0.5的乙醇/水混合物通过预热器8预热至热状况为0.5520，进入提馏段2顶端的进料板上，进料流率控制在0.1kmol/s。为了实现装置的平稳启动，先打开冷凝器6和再沸器7。调整压缩机功率和节流阀的开度，使精馏段1的压强为0.1340Mpa，提馏段的压强为一个大气压，稳定后，关闭冷凝器和再沸器，此时总的传热速率为15000W/K，乙醇产品的质量浓度控制在92％以上

按照价格，蒸汽：0.0095$/kg，冷却水：0.05$/kg，电能：0.06$/kW^*hr。

内部热透式耦合精馏塔一年的能耗为344.97K$，而相同状况下传统精馏塔一年的理论最低能耗花费(即最小回流比操作条件下的能耗费用)为563.7K$，将节省38.8％的能源花费。

本发明提出的基于内部热交换的精馏节能装置，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的装置和操作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域的技术人员是显而易见的，它们都会被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (3)

1.一种基于内部热交换的精馏节能装置，其特征在于，该装置包括精馏段(1)、提馏段(2)、换热器(3)、压缩机(4)、节流阀(5)、冷凝器(6)、再沸器(7)和预热器(8)；所述精馏段(1)、换热器(3)和提馏段(2)依次相连，所述压缩机(4)安装于所述提馏段(2)的塔顶气相导出管与精馏段(1)的塔底之间，所述节流阀(5)安装于精馏段(1)的塔底液相导出管与提馏段(2)的进料板之间，所述冷凝器(6)安装于精馏段(1)塔顶的产品导出管上，所述再沸器(7)安装于提馏段(2)塔底的产品导出管上，所述预热器(8)与提馏段(2)的进料板相连。

2.根据权利要求1所述的基于内部热交换的精馏节能装置，其特征在于，所述的换热器(3)为同心轴式换热器或板翅式换热器。

3.根据权利要求2所述的基于内部热交换的精馏节能装置，其特征在于，所述同心轴式换热器为多管式或单管式。

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