CN104784958A - 蒸馏塔 - Google Patents

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Abstract

即使当蒸馏塔具有大的塔温度差时，蒸馏塔仍可以实现显著的能源节省。本发明提供了一种蒸馏塔，该蒸馏塔包括第一塔和第二塔，其中第一塔包括精馏段的一部分或气提段的一部分；当第一塔包括精馏段的一部分时，第二塔包括精馏段的剩余部分和气提段的全部，或者当第一塔包括气提段的一部分时，第二塔包括气提段的剩余部分和精馏段的全部；并且第二塔构成机械热泵式蒸馏塔。

Description

蒸馏塔
本申请基于并要求于2014年1月17日申请的日本专利申请No.2014-006885的优先权的权益，该优先权的全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于实施在许多工业过程中广泛采用的蒸馏操作的蒸馏塔，并且更具体地，涉及一种为包括机械热泵系统的蒸馏塔的机械热泵式蒸馏塔。
背景技术
用于实施连续蒸馏的位于蒸馏塔的进料位置上方的部分被称为精馏段，并且位于进料位置下方的部分被称为气提段。蒸馏塔设置有用于冷却和冷凝塔顶蒸汽的塔顶冷凝器以及用于加热和煮沸塔底液体的再沸器。
机械热泵式蒸馏塔由于节省能源而作为改进的蒸馏塔被已知。作为机械热泵式蒸馏塔，蒸汽再压缩系统(VRC)如苏尔寿化工技术有限公司(Sulzer Chemtech Ltd.)的小册子“Sulzer Chemtech Distillation andHeat-Pump Technology，Production of 1-Butene from Tail Gas of a MTBEPlant)(苏尔寿化工技术的蒸馏和热泵技术，来自MTBE设备的尾气的1-丁烯的产品)”以及US 4718986A中所描述的那样被已知。而且，热整合蒸馏塔(HIDiC)如JP H08-66601 A、JP 2004-16928A、WO 2011/043199和JP 2013-208561 A中描述的那样被已知。
在VRC中，从塔顶回收的塔顶蒸汽被压缩机压缩，从而其温度被增加，并且温度增加的流体被用作VRC的再沸器的热源。可以说，在VRC中，通过使用机械热泵系统，一个塔的塔顶的热可以被供给到相同的塔的塔底。因此，可以减少再沸器处供给的热量，并且可以减少蒸馏塔中的能量消耗。VRC也被称为机械蒸汽再压缩(MVR)。
HIDiC具有基本构造，在该基本构造中，一个蒸馏塔的精馏段和气提段彼此分隔开。精馏段的操作压力被设置得比气提段的操作压力更高，以便精馏段的操作温度变得比气提段的操作温度更高。为此，使用包括精馏段的高压塔和包括气提段的低压塔。从低压塔的塔顶回收的蒸汽被压缩机压缩，以使得其温度被增加，然后被传递到高压塔的塔底。而且，从高压塔的塔底回收的液体被传递到低压塔的塔顶。进一步，构造该HIDiC，以使得热量可以在精馏段和气提段之间交换。因此，热量被从精馏段传递到气提段(内部热交换)，因此，可能减少在再沸器处供给的热量并且减少在塔顶冷凝器处移除的热量。换言之，通过借助热交换将热量从精馏段传递到气提段，再沸器处供给的热和冷凝器处移除的热可以至少部分地由被传递的热代替，因此，可以得到具有非常高的能源效率的蒸馏装置。
在机械热泵式蒸馏塔中，从蒸馏塔的任何位置回收的蒸汽被压缩机压缩以使得其温度升高。这使得可能执行用于将塔顶蒸汽的热供给至再沸器的热交换，或者可能执行用于将热量从精馏段(高压塔)传递至气提段(低压塔)的热交换。
发明内容
在机械热泵式蒸馏塔中，执行使用压缩机的加压操作，以增加蒸汽的温度。因此，当蒸馏塔具有大的塔温度差时，需要使温度的增加更大，即，需要增加压缩机的压缩比。因此，塔温度差越大，压缩机消耗的功率越大，并且因此，节省的能源就越少。
因此，对于具有大的塔温度差的蒸馏塔，通过应用机械热泵式蒸馏塔，难以节省能源，或节省的能源少。
本发明的目的是：即使当蒸馏塔具有大的塔温度差时，蒸馏塔仍可以实现显著的能源节省。
根据本发明的一些方面，提供了下面的蒸馏塔。
1)一种蒸馏塔，包括第一塔和第二塔，其中：
第一塔包括精馏段的一部分或气提段的一部分，
当第一塔包括精馏段的一部分时，第二塔包括精馏段的剩余部分和气提段的全部，或者当第一塔包括气提段的一部分时，第二塔包括气提段的剩余部分和精馏段的全部，并且
第二塔构成机械热泵式蒸馏塔。
2)根据1)的蒸馏塔，其中第一塔的级数为蒸馏塔的总级数的40％或更少。
3)根据1)或2)的蒸馏塔，其中第二塔构成热整合蒸馏塔或蒸汽再压缩系统。
4)根据3)的蒸馏塔，其中第二塔包括：
较高压部分，该较高压部分包括被包括在第二塔中的精馏段的全部或一部分，并且被配置为以相对高的压力执行气液接触；
较低压部分，该较低压部分包括被包括在第二塔中的气提段的全部或一部分，并且被配置为以相对低的压力执行气液接触；
蒸汽管线，该蒸汽管线包括加压装置，该蒸汽管线用于将从所述较低压部分的塔顶部排放的蒸汽引导至所述较高压部分的塔底部；
液体管线，该液体管线用于将从所述较高压部分的塔底部排放的液体引导至所述较低压部分的塔顶部；以及
热交换结构，该热交换结构被配置为通过热交换将热量从被包括在第二塔中的精馏段传递至被包括在第二塔中的气提段。
5)根据3)的蒸馏塔，其中第二塔包括：
再沸器；以及
管线，该管线包括加压装置，该管线用于将从第二塔的塔顶部排放的蒸汽作为热源供给至再沸器。
根据本发明，即使当蒸馏塔具有大的塔温度差时，蒸馏塔仍可以实现显著的能源节省。
附图说明
图1是图示本发明的蒸馏塔的实施例的示意图；
图2是图示本发明的蒸馏塔的另一实施例的示意图；
图3是图示本发明的蒸馏塔的又一实施例的示意图；
图4是图示本发明的蒸馏塔的又一实施例的示意图；
图5是图示蒸馏塔的温度曲线的示例的视图；
图6是图示比较示例1的蒸馏塔的工艺流程图；
图7是图示比较示例2的蒸馏塔的工艺流程图；
图8是图示示例1的蒸馏塔的工艺流程图；
图9是用于说明热交换结构的详细示例的视图；
图10是用于说明热交换结构的详细示例的视图；以及
图11是用于说明热交换结构的另一详细示例的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例，但本发明不限于此。
本发明的蒸馏塔包括第一塔和第二塔。第一塔可以包括蒸馏塔的精馏段的一部分，并且在这种情况下，第二塔包括蒸馏塔的精馏段的剩余部分和蒸馏塔的气提段的全部。或者，第一塔可以包括蒸馏塔的气提段的一部分，并且在这种情况下，第二塔包括蒸馏塔的气提段的剩余部分和蒸馏塔的精馏段的全部。第一塔包括蒸馏塔的精馏段的一部分或蒸馏塔的气提段的一部分，并且因此，第一塔不包括蒸馏塔的精馏段和气提段这两者。而且，第一塔不包括蒸馏塔的精馏段的全部，并且不包括蒸馏塔的气提段的全部。
本发明的蒸馏塔具有可以通过在部分地沿精馏段或气提段的位置处将一个传统的蒸馏塔(更确切地说是连续蒸馏塔)划分为两个塔(即第一塔和第二塔)而得到的构造。原料被供给至第二塔的中间位置(不是塔顶和塔底的位置)。传统的蒸馏塔具有单一的塔(容器)并且全部精馏段和全部气提段存在于单一容器内的连续区域中。传统的蒸馏塔不配备压缩机。换言之，本发明的蒸馏塔具有一构造，该构造通过将一个传统的蒸馏塔的内部区域分隔成两个区域、分别以分隔的塔(容器)容纳这两个区域并且经由用于传输两个塔之间的流体的管线(用于传输蒸汽的管线和用于传输液体的管线)连接两个塔而获得。从这两个塔中的一个排放的每一个流体的全部的量被供给至这两个塔中的另一个，除了被首先从前一个塔排放然后返回相同的所述前一个塔的被排放流体的一部分量之外。即，当蒸汽从这两个塔的一个传递到这两个塔的另一个时，从前一个塔排放的蒸汽的全部的量被供给至后一个塔，除了被从前一个塔排放然后返回相同的所述前一个塔的排放蒸汽的一部分量(例如回流)之外。而且，当液体被从这两个塔中的一个传递到这两个塔的另一个时，从前一个塔排放的液体的全部的量被供给至后一个塔，除了被从前一个塔排放然后返回相同的所述前一个塔的排放液体的一部分量(例如经由再沸器)之外。换言之，当流体在第一塔与第二塔之间交换时，流体不会被传送到除这两个塔之外的任何其它装置中或不会被传送到蒸馏塔的外部。
对于第一塔，可以采用具有单一塔(容器)而不是具有多个塔(容器)的构造。通常，用于增强气液接触的装置，例如塔板和填充层，被适当地容纳在第一塔中。第一塔没有配备用于给从所述塔的内部排放的蒸汽加压的例如压缩机的加压装置。即，第一塔可以具有与传统的蒸馏塔相同的构造(但是如上所述，第一塔不包括全部精馏段，并且也不包括蒸馏塔的全部气提段)。
第二塔包含例如热整合蒸馏塔(HIDiC)和蒸汽再压缩(VRC)的机械热泵式蒸馏塔。通常，例如塔板和填充层的用于增强气液接触的装置也被适当地包含在第二塔中。
根据本发明，通过将一个传统的蒸馏塔划分为具有相对大的塔温度差的区域和具有相对小的塔温度差的区域、将第一塔应用于具有相对大的塔温度差的区域并且将第二塔应用于具有相对小的塔温度差的区域，而可以采用两塔式构造。机械热泵蒸馏过程在第二塔中执行，而不在第一塔中执行。即，机械热泵蒸馏过程可以仅应用于一个蒸馏塔内的具有相对小的塔温度差的区域上。因此，可以降低用于执行机械热泵蒸馏过程的需要的压缩机功率的增加。并且因此，即使对于具有大的塔温度差的蒸馏塔，也可以容易地实现能源节省。
可以根据传统的蒸馏塔的温度曲线来确定将一个传统的蒸馏塔划分为第一塔和第二塔的划分位置。例如，该划分位置可以被确定，以使得第一塔的级数为传统的蒸馏塔的总级数的大致40％或更少。稍后将参照图5对这点进行详细讨论。本发明的蒸馏塔的总级数(第一塔的级数和第二塔的级数之和)可以等于或多于传统的蒸馏塔的总级数。因此，将第一塔的级数设置为传统的蒸馏塔的总级数的大致40％或更少可相当于将第一塔的级数设置为本发明的蒸馏塔的总级数的大致40％或更少。
本发明的蒸馏塔可应用于任何蒸馏塔。使用本发明的蒸馏塔代替传统的蒸馏塔是特别有利的，在传统的蒸馏塔中，塔内的温度变化强烈地发生在围绕塔的顶部或底部的一些级中，该传统的蒸馏塔例如为，塔内的大约50％或更多的温度变化发生在塔的顶部或底部附近的级中的传统的蒸馏塔，其中这些级的数量为蒸馏塔的总级数的大致40％或更少。
本发明的蒸馏塔可以用作，例如，用于在芳烃联合装置中从粗对二甲苯中分离甲苯以获得纯对二甲苯的蒸馏塔，该芳烃联合装置包括用于从例如重整油或裂解汽油的原料中分离苯的芳烃提取装置和用于从相同的原料中分离对二甲苯的对二甲苯生产装置。
[HIDiC应用于第二塔的情形]
下文中，描述HIDiC应用于第二塔的情形。
在该情形下，第二塔可以包括：
较高压部分，该较高压部分包括被包括在第二塔中的精馏段的全部或一部分并且被配置为在相对高的压力下执行气液接触；
较低压部分，该较低压部分包括被包括在第二塔中的气提段的全部或一部分并且被配置为在相对低的压力下执行气液接触；
蒸汽管线，该蒸汽管线是配备有用于将从较低压部分的塔顶排放的蒸汽引导至较高压部分的塔底的加压装置的管线；
液体管线，该液体管线是用于将从较高压部分的塔底排放的液体引导至较低压部分的塔顶的管线；以及
热交换结构，该热交换结构被配置为通过热交换将热量从被包括在第二塔中的精馏段传递到被包括在第二塔中的气提段。
·较高压部分和较低压部分
有关蒸馏操作的术语“精馏段”和“气提段”在关于蒸馏装置、特别是连续蒸馏装置中已经被使用了很长的时间。精馏段相当于位于由单一塔组成的传统蒸馏塔中原料供给位置上方的部分。气提段相当于位于传统蒸馏塔中的原料供给位置下方的部分。换言之，精馏段是用于增加包含在原料中的作为待分离的对象的轻馏分的浓度的部分。气提段是用于增加重馏分的浓度的部分。
当HIDiC应用于第二塔时，较高压部分的操作压力被设置得比较低压部分的操作压力更高，以使得较高压部分的操作温度比较低压部分的操作压力更高。此处，“相对高或低的压力”是基于较低压部分和较高压部分彼此之间的压力的比较。
较高压部分基本相当于被包括在第二塔中的精馏段，并且较低压部分基本相当于被包括在第二塔中的气提段。因此，在第二塔的最基本的构造中，较高压部分包括被包括在第二塔中的精馏段、但不包括被包括在第二塔中的气提段，并且较低压部分包括被包括在第二塔中的气提段、但不包括被包括在第二塔中的精馏段。换言之，较高压部分包括被包括在第二塔中的精馏段的全部，并且较低压部分包括被包括在第二塔中的气提段的全部。然而，第二塔的构造不限于这样的构造。较低压部分可以包括被包括在第二塔中的气提段的全部以及被包括在第二塔中的精馏段的一部分，同时被包括在第二塔中的精馏段的剩余部分可以被包括在较高压部分中。或者，较高压部分可以包括被包括在第二塔中的精馏段的全部以及被包括在第二塔中的气提段的一部分，同时被包括在第二塔中的气提段的剩余部分可以被包括在较低压部分中。
换言之，构成HIDiC的第二塔的基本构造为如下的构造：该构造通过使用原料供给位置作为分界线将第二塔分隔成两个区域(包括被包括在第二塔中的精馏段的全部的较高压部分和包括被包括在第二塔中的气提段的全部的较低压部分)而获得。但是，第二塔的构造不限于此构造。还可能采用如下的构造：该构造通过将第二塔分隔为在原料供给位置上方的位置处的两个区域，即，在该构造中，第二塔被分隔(部分地沿着被包括在第二塔中的精馏段定位的位置被用作分界线)为两个区域。在此情形下，两个区域中的一个相当于包括气提段的全部和精馏段的一部分的较低压部分，并且两个区域中的另一个相当于不包括气提段但包括精馏段的剩余部分的较高压部分。或者，可能采用如下的构造：该构造通过将第二塔分隔为位于原料供给位置下方的位置处的两个区域而获得，即，在该构造中，第二塔被分隔(部分地沿着被包括在第二塔中的气提段定位的位置被用作分界线)为两个区域。在此情形下，两个区域中的一个相当于包括被包括在第二塔中的精馏段的全部和被包括在第二塔中的气提段的一部分的较高压部分，并且两个区域中的另一个相当于不包括被包括在第二塔中的精馏段但包括被包括在第二塔中的气提段的剩余部分的较低压部分。
自然而然地，如果较高压部分和较低压部分中的一个包括精馏段和气提段两者，那么另一个不会包括精馏段和气提段两者。
较高压部分和较低压部分中的每一个都通常通过使用单一塔(容器)而被形成。形成较高压部分的高压塔和形成较低压部分的低压塔可以被提供，以使得它们彼此隔开。或者，高压塔和低压塔可以被相互整合，以形成单一结构。例如，可能通过分隔壁(流体不能穿过的构件)划分单一容器的内部，以便形成两个隔室，从而将一个隔室用作高压塔并且将另一个隔室用作低压塔。
·蒸汽管线
在传统蒸馏塔中，蒸汽从塔的下部(气提段)上升到上部(精馏段)。在构成HIDiC的第二塔中，由于气提段和精馏段基本被隔开(分隔)，所以提供这个管线，以使得蒸汽能够进行这样的流动。
这个管线配备有加压装置，例如压缩机，用于将蒸汽从较低压部分(具有相对低的压力)传递到较高压部分(具有相对高的压力)。
·液体管线
在传统蒸馏塔中，液体从塔的上部(精馏段)下降到下部(气提段)。在构成HIDiC的第二塔中，由于气提段和精馏段基本被隔开(分隔)，所以提供这个管线，以使得液体能够进行这样的流动。这个流动有时被称为“中间回流”，并且这个管线有时被称为“中间回流管线”。
·热交换结构
第二塔包括热交换结构，该热交换结构被配置为通过热交换将热量从被包括在第二塔中的精馏段传递至被包括在第二塔中的气提段。注意，在本说明书中，除非另有说明，术语“热交换”更确切地意味着间接热交换。
热交换结构可以通过使用热交换器和热交换管等形成。例如，热交换结构可包括下面的a)和b)中描述的一个或两个构造：
a)热交换器，该热交换器设置在被包括在第二塔中的精馏段(典型地，包括在较高压部分中的精馏段)中，以及管线，该管线用于从被包括在第二塔中的气提段(典型地，包括在较低压部分中的气提段)中回收(withdraw)液体、使液体流过所述热交换器、并且使生成的流体返回所述气提段；以及
b)热交换器，该热交换器设置在被包括在第二塔中的气提段(典型地，包括在较低压部分中的气提段)中，以及管线，该管线用于从被包括在第二塔中的精馏段(典型地，包括在较高压部分中的精馏段)中回收(withdraw)蒸汽、使蒸汽流过所述热交换器、并且使生成的流体返回所述精馏段。
或者，可能采用如下的结构：在该结构中，热交换器设置在较高压部分的外部和较低压部分的外部(典型地，高压塔外部和低压塔外部)，液体从被包括在第二塔中的气提段(典型地，包括在较低压部分中的气提段)被回收并且经由所述热交换器被返回至所述气提段，并且蒸汽从被包括在第二塔中的精馏段(典型地，包括在较高压部分中的精馏段)被回收并且经由所述热交换器被返回至所述精馏段，由此实现了这些流体之间的热交换。
热交换结构可以是任何结构，只要热可以从被包括在第二塔中的精馏段最终传递到被包括在第二塔中的气提段。可以在不直接使用被包括在第二塔中的精馏段内出现的流体和被包括在第二塔中的气提段内出现的流体的情况下实现所述热交换结构。例如，可以使用从被包括在第二塔中的精馏段排放且具有相对高的压力(高温)的流体代替被包括在第二塔中的精馏段内出现的流体。此外，可以使用被供给至被包括在第二塔中的气提段中且具有相对低的压力(低温)的流体代替被包括在第二塔中的气提段内出现的流体。例如，通过在被供给至被包括在第二塔中的气提段(典型地，被包括在较低压部分中的气提段)中的原料与从被包括在第二塔中的精馏段(典型地，被包括在较高压部分中的精馏段)的顶部回收的蒸汽之间交换热，热可以从被包括在第二塔中的精馏段传递至被包括在第二塔中的气提段。
可以仅采用单一的热交换结构，或者可以采用多个热交换结构。
此处，将讨论第二塔的如下构造：在该第二塔中，较低压部分包括被包括在第二塔中的气提段的全部以及被包括在第二塔中的精馏段的一部分，并且较高压部分包括被包括在第二塔中的精馏段的一部分。这个构造包括，例如，如下的实施方式：在该实施方式中，低压塔在被包括在第二塔中的气提段上方包括被包括在第二塔中的精馏段的一部分，并且高压塔包括被包括在第二塔中的精馏段的剩余部分。在这样的构造中，从低压塔的塔顶部排放的流体(从被包括在低压塔的精馏段排放的流体)可以经由压缩机被传递至高压塔的塔底部，并且在此情形下，压缩机出口流体的热可以通过热交换被给予低压塔的气提段内出现的流体。例如，热交换结构可以设置在低压塔的气提段(例如，直接在低压塔的塔底部上方的位置处)内，并且从低压塔的塔顶部排放的流体可以经由压缩机和这个热交换结构被供给至高压塔的塔底部。通过这样的热交换，热可以从被包括在低压塔中的精馏段传递至被包括在低压塔中的气提段。日本专利申请No.2012-080525(JP 2013-208561 A)中给出了这个构造的示例。
在热交换的这些实施方式中，在第二塔的过程流体与第二塔的另一过程流体之间执行热交换。然而，也可能采用如下的实施方式：在该实施方式中，经由不是这些流体的流体执行热交换(例如，经由不同于第二塔的任何过程流体的热介质)。
通过引用将由与本申请相同的申请人提交的日本专利申请No.2012-080525和国际申请PCT/JP2010/066498(WO2011/043199)的全部内容并入本文中。
[VRC应用于第二塔的情形]
在下文中，描述VRC被应用于第二塔的情形。
在该情形下，第二塔可包括：
再沸器；以及
管线，该管线配备有加压装置，用于将从第二塔的塔顶部排放的蒸汽作为再沸器的热源供给至再沸器。
在从第二塔的塔顶部排放的蒸汽被用于加热再沸器中的VRC的塔底液体之后，产生的流体可被降压且被降温、并且作为回流返回至VRC的塔顶部。
[实施方式A(HIDiC)]
图1示意性地示出了本发明的蒸馏塔的一个实施方式(实施方式A)的构造。蒸馏塔包括第一塔A1和第二塔A2。第二塔构成HIDiC，并且包括作为较高压部分的高压塔A3以及作为较低压部分的低压塔A4。原料被供给至低压塔的塔顶部。因此，图1中示出的蒸馏塔的精馏段的一部分被包括在第一塔中，并且剩余部分被包括在高压塔中。而且，图1中示出的蒸馏塔的气提段的全部被包括在低压塔中。
高压塔的操作压力比低压塔的操作压力更高。为此，例如压缩机的加压装置A6被设置在蒸汽管线A5中。从低压塔的塔顶部排放的蒸汽通过加压装置被加压、然后被供给至高压塔的塔底部。从高压塔的塔底部排放的液体经由液体管线A7被供给至低压塔的塔顶部。如有必要，从高压塔的塔底部排放的液体可以通过例如减压阀的减压装置被减压、然后被供给至低压塔的塔顶部。在由于管道中的压力损失或高程差使得仅通过高压塔与低压塔之间的操作压力差不能使液体从高压塔传递至低压塔的情形下，如有必要，可以使用用于传递液体的泵。使高压塔的操作压力比低压塔的操作压力更高的理由是：使高压塔(特别是被包括在高压塔中的精馏段)的操作温度比低压塔(特别是被包括在低压塔中的气提段)的操作温度更高。
提供了用于将热量从被包括在高压塔中的精馏段传递至被包括在低压塔中的气提段的热交换结构A8。在图1中，未示出该热交换结构的详细结构，而是通过虚线箭头(同样适用于图2至4)概念性地示出热交换。
从低压塔的塔底部排放的液体的一部分在再沸器A9中被加热，至少部分地被蒸发，并且返回至低压塔。从低压塔的塔底部排放的液体的剩余部分作为液体底部产物从蒸馏塔排放。
从高压塔的塔顶部排放的蒸汽经由管线A10被供给至第一塔A1的塔底部。从第一塔的塔底部排放的液体经由管线A11被供给至高压塔的塔顶部。第一塔的操作压力等于或低于高压塔的操作压力。如有必要，从高压塔的塔顶部排放的蒸汽可通过例如减压阀的减压装置被减压，然后被供给至第一塔的塔底部。在由于管道中的压力损失或高程差或第一塔与高压塔之间的操作压力差而使得从第一塔的塔底部排放的液体不能从第一塔被传递至高压塔的情形下，如有必要，可以使用用于传递液体的泵。
冷凝器和回流管线可以不被提供(图1)、或者可提供在高压塔的塔顶部处。而且，再沸器可以不被提供(图1)、或者可提供在第一塔的塔底部处。在任何情形下，从高压塔的塔顶部(即第二塔的塔顶部)排放的蒸汽的全部的量被供给至第一塔的塔底部，除了可选地返回高压塔(作为回流)的所述排放蒸汽的一部分的量之外。而且，从第一塔的塔底部排放的液体的全部的量被供给至高压塔的塔顶部(即第二塔的塔顶部)，除了可选地返回第一塔(在被再沸之后)的所述排放液体的一部分的量之外。
从第一塔的塔顶部排放的蒸汽在塔顶冷凝器A12中被冷却，并且至少部分地被冷凝。冷凝液体的一部分回流至第一塔，并且冷凝液体的剩余部分(可能伴随着未被冷凝的蒸汽)作为馏出液从蒸馏塔被排放。
对于围绕塔顶冷凝器A12的构造和围绕再沸器A9的构造的每一个，可以采用应用于传统已知的蒸馏塔的构造。例如，如有必要，回流罐(未示出)可设置在塔顶冷凝器的下游。
通过热交换结构A8，在高压塔的精馏段内出现的流体被冷却并且在低压塔的气提段内出现的流体被加热。换言之，这个热交换结构用作设置在图1中示出的蒸馏塔的精馏段中的侧冷却器，而且还用作设置在气提段中的侧再沸器。根据上述构造，热量可以从被包括在第二塔中的精馏段传递至被包括在第二塔中的气提段。
图1中示出的蒸馏塔的塔顶冷凝器A12和再沸器A9上的热负荷被如上所述的热交换结构减少。另一方面，压缩机的需用功率作为负荷被额外地需要。然而，如果所述需用功率可以保持得足够小，那么蒸馏塔中的能量消耗就可以被减少。
实施方式A的蒸馏塔可以优选地用来代替其中几乎全部塔温变化发生在塔顶附近的区域中的传统蒸馏塔。这是因为，通过仅对传统蒸馏塔中的具有小的塔温变化的区域应用HIDiC，可以实现有效的热利用，同时保持小的压缩机的需求功率。
[实施方式B(HIDiC)]
图2示意性地示出了本发明的蒸馏塔的另一个实施方式(实施方式B)的构造。所述蒸馏塔包括第一塔B1和第二塔B2。第二塔构成HIDiC，并且包括作为较高压部分的高压塔B3以及作为较低压部分的低压塔B4。原料被供给至低压塔的塔顶部。因此，图2中示出的蒸馏塔的精馏段的全部被包括在高压塔中。而且，图2中示出的蒸馏塔的气提段的一部分被包括在低压塔中，并且剩余部分被包括在第一塔中。
高压塔的操作压力比低压塔的操作压力更高。为此，例如压缩机的加压装置B6被设置在蒸汽管线B5中。从低压塔的塔顶部排放的蒸汽通过加压装置被加压、然后被供给至高压塔的塔底部。从高压塔的塔底部排放的液体经由液体管线B7被供给至低压塔的塔顶部。如有必要，从高压塔的塔底部排放的液体可以通过例如减压阀的减压装置被减压、然后被供给至低压塔的塔顶部。在由于管道中的压力损失或高程差使得仅通过高压塔与低压塔之间的操作压力差不能使液体从高压塔传递至低压塔的情形下，如有必要，可以使用用于传递液体的泵。使高压塔的操作压力比低压塔的操作压力更高的理由是：使高压塔(特别是被包括在高压塔中的精馏段)的操作温度比低压塔(特别是被包括在低压塔中的气提段)的操作温度更高。
提供了用于将热量从被包括在高压塔中的精馏段传递至被包括在低压塔中的气提段的热交换结构B8。
从高压塔的塔顶部排放的蒸汽在塔顶冷凝器B12中被冷却，并且至少部分地被冷凝。冷凝液体的一部分回流至高压塔，并且冷凝液体的剩余部分(可能伴随着未被冷凝的蒸汽)作为馏出液从蒸馏塔被排放。
从低压塔的塔底部排放的液体经由管线B11被供给至第一塔的塔顶部。从第一塔的塔顶部排放的蒸汽经由管线B10被供给至低压塔的塔底部。第一塔的操作压力被设置得稍稍高于低压塔的操作压力。该压力差使得从第一塔的塔顶部排放的蒸汽对抗管道等中的压力损失而被供给至低压塔的塔底部。关于从低压塔的塔底部排放的液体，在由于管道中的压力损失或高程差或第一塔与低压塔之间的操作压力差而使得液体不能从低压塔被传递至第一塔的情形下，如有必要，可以使用用于传递液体的泵。
冷凝器和回流管线可以不被提供(图2)、或者可提供在第一塔的塔顶部处。而且，再沸器可以不被提供(图2)、或者可提供在低压塔的塔底部处。在任何情形下，从第一塔的塔顶部排放的蒸汽的全部的量被供给至低压塔的塔底部(即第二塔的塔底部)，除了可选地返回第一塔(作为回流)的所述排放蒸汽的一部分的量之外。而且，从低压塔的塔底部(即第二塔的塔底部)排放的液体的全部的量被供给至第一塔的塔顶部，除了可选地返回低压塔(在被再沸之后)的所述排放液体的一部分的量之外。
从第一塔的塔底部排放的液体的一部分在再沸器B9中被加热，至少部分地被蒸发，并且返回第一塔。从第一塔的塔底部排放的液体的剩余部分作为液体底部产物从蒸馏塔排放。
对于围绕塔顶冷凝器B12的构造和围绕再沸器B9的构造的每一个，可以采用应用于传统已知的蒸馏塔的构造。例如，如有必要，气液分离罐(未示出)可设置在塔顶冷凝器的下游。
通过热交换结构B8，在高压塔的精馏段内出现的流体被冷却并且在低压塔的气提段内出现的流体被加热。换言之，这个热交换结构用作设置在图2中示出的蒸馏塔的精馏段中的塔侧冷却器，而且还用作设置在气提段中的塔侧再沸器。根据上述构造，热可以从被包括在第二塔中的精馏段传递至被包括在第二塔中的气提段。
图2中示出的蒸馏塔的塔顶冷凝器B12和再沸器B9上的热负荷被如上所述的热交换结构减少。另一方面，压缩机的需用功率作为负荷被额外地需要。然而，如果所述需用功率可以保持得足够小，那么蒸馏塔中的能量消耗就可以被减少。
实施方式B的蒸馏塔可以优选地用来代替其中几乎全部塔温变化发生在塔底部附近的区域中的传统蒸馏塔。这是因为，通过仅对传统蒸馏塔中的具有小的塔温变化的区域应用HIDiC，可以实现有效的热利用，同时保持小的压缩机的需求功率。
[实施方式C(VRC)]
图3示意性地示出了本发明的蒸馏塔的另一个实施方式(实施方式C)的构造。这个蒸馏塔包括第一塔C1和第二塔C2。第二塔构成VRC。原料被供给至第二塔的中间位置。因此，图3中示出的蒸馏塔的精馏段的一部分被包括在第一塔中，并且剩余部分被包括在第二塔中。而且，图3中示出的蒸馏塔的气提段的全部被包括在第二塔中。
第二塔配备有再沸器C9。从第二塔的塔顶部排放的蒸汽的一部分经由管线C5作为再沸器的热源被供给至再沸器。即，管线C5连接至再沸器的热源入口。压缩机C6作为加压装置设置在管线C5中。蒸汽通过压缩机被加压且被升温、并且被供给至再沸器。
已经被用于在再沸器中加热从第二塔的塔底部排放的液体的流体经由管线C7返回第二塔的塔顶部。减压阀C8设置在管线C7中，并且降低流经管线C7的流体的压力和温度。将从管线C7返回第二塔的流体被至少部分地冷凝。因此，再沸器C9可以用作第二塔的塔顶冷凝器。
从第二塔的塔顶部排放的蒸汽的剩余部分经由从管线C5分支出的管线C4被传递至第一塔的塔底部。从第二塔的塔顶部排放的蒸汽的全部的量被供给至第一塔，除了经由管线C5和C7返回第二塔的所述排放蒸汽的一部分的量之外。
从第一塔的塔底部排放的液体经由管线C3被传递至第二塔的塔顶部。第一塔的操作压力等于或低于第二塔的操作压力。如有必要，从第二塔的塔顶部排放的蒸汽可通过例如减压阀的减压装置被减压，然后被供给至第一塔的塔底部。对于从第一塔的塔底部排放的液体，在由于管道中的压力损失或高程差或第一塔与第二塔之间的操作压力差而使得液体不能从第一塔被传递至第二塔的情形下，如有必要，可以使用用于传递液体的泵。
再沸器可以不被提供(图3)、或者可提供在第一塔中。在任何情形下，从第一塔的塔底部排放的液体的全部的量被供给至第二塔的塔顶部，除了可选地返回第一塔(在被再沸之后)的所述排放液体的一部分的量之外。
从第二塔的塔底部排放的液体的一部分在再沸器C9中被加热，至少部分地被蒸发，并且返回至第二塔的塔底部。从第二塔的塔底部排放的液体的剩余部分作为液体底部产物从蒸馏塔排放。
从第一塔的塔顶部排放的蒸汽在塔顶冷凝器C10中被冷却，并且至少部分地被冷凝。冷凝液体的一部分回流至第一塔的塔顶部，并且冷凝液体的剩余部分(其可能伴随着未被冷凝的蒸汽)作为馏出液从蒸馏塔被排放。
对于围绕塔顶冷凝器C10的构造，可以采用应用于传统已知的蒸馏塔的构造。例如，如有必要，回流罐(未示出)可设置在塔顶冷凝器的下游。
再沸器C9用作图3中示出的蒸馏塔的再沸器，并且还用作图3中示出的蒸馏塔的侧冷却器。压缩机的需用功率作为负荷被额外地需要。然而，如果所述需用功率可以保持得足够小，那么蒸馏塔中的能量消耗就可以被减少。
实施方式C的蒸馏塔可以优选地用来代替其中几乎全部塔温变化发生在塔顶附近的区域中的传统蒸馏塔。这是因为，通过仅对传统蒸馏塔中的具有小的塔温变化的区域应用VRC，可以实现有效的热利用，同时保持小的压缩机的需求功率。
[实施方式D(VRC)]
图4示意性地示出了本发明的蒸馏塔的另一个实施方式(实施方式D)的构造。所述蒸馏塔包括第一塔D1和第二塔D2。第二塔构成VRC。原料被供给至第二塔的中间位置。因此，图4中示出的蒸馏塔的精馏段的全部被包括在第二塔中。而且，图4中示出的蒸馏塔的气提段的一部分被包括在第二塔中，并且剩余部分被包括在第一塔中。
第二塔配备有再沸器D9。从第二塔的塔顶部排放的蒸汽的一部分经由管线D5作为再沸器的热源被供给至再沸器D9。即，管线D5连接至再沸器的热源入口。压缩机D6作为加压装置设置在管线D5中。蒸汽通过压缩机被加压且被升温、并且被供给至再沸器。
已经被用于在再沸器D9中加热从第二塔的塔底部排放的液体的流体经由管线D7返回第二塔的塔顶部。减压阀D8设置在管线D7中，并且降低流经管线D7的流体的压力和温度。将从管线D7返回第二塔的流体被至少部分地冷凝。因此，再沸器D9可以用作第二塔的塔顶冷凝器。
从第二塔的塔顶部排放的蒸汽的剩余部分在塔顶冷凝器D10中被冷却，并且至少部分地被冷凝。冷凝液体的一部分回流至第二塔的塔顶部，并且冷凝液体的剩余部分(其可能伴随着未被冷凝的蒸汽)作为馏出液从蒸馏塔被排放。
从第二塔的塔底部排放的液体的一部分在再沸器D9中被加热，至少部分地被蒸发，并且返回至第二塔的塔底部。从第二塔的塔底部排放的液体的剩余部分经由管线D3被传递至第一塔的塔顶部。从第二塔的塔底部排放的液体的全部的量被供给至第一塔的塔顶部，除了在再沸器D9中被再沸之后返回第二塔的所述排放液体的一部分的量。
从第一塔的塔顶部排放的蒸汽经由管线D4被传递至第二塔的塔底部。
第一塔的操作压力被设置得稍稍高于第二塔的操作压力。该压力差使得从第一塔的塔顶部排放的蒸汽对抗管道等中的压力损失而被供给至第二塔的塔底部。关于从第二塔的塔底部排放的液体，在由于管道中的压力损失或高程差或第一塔与第二塔之间的操作压力差而使得液体不能从第二塔被传递至第一塔的情形下，如有必要，可以使用用于传递液体的泵。
冷凝器和回流管线可以不被提供(图4)、或者可提供在第一塔的塔顶部处。在任何情形下，从第一塔的塔顶部排放的蒸汽的全部的量被供给至第二塔的塔底部，除了可选地返回第一塔(作为回流)的所述排放蒸汽的一部分的量之外。
从第一塔的塔底部排放的液体的一部分在再沸器D11中被加热，至少部分地被蒸发，并且返回第一塔。从第一塔的塔底部排放的液体的剩余部分作为液体底部产物从蒸馏塔被排放。
对于围绕塔顶冷凝器D10的构造和围绕再沸器D11的构造的每一个，可以采用应用于现有技术已知的蒸馏塔的构造。例如，如必要，回流罐(未示出)可设置在塔顶冷凝器的下游。
再沸器D9用作图4中示出的蒸馏塔的侧再沸器，并且还用作图4中示出的蒸馏塔的塔顶冷凝器。压缩机的需用功率作为负荷被额外地需要。然而，如果所述需用功率可以保持得足够小，那么蒸馏塔中的能量消耗就可以被减少。
实施方式D的蒸馏塔可以优选地用来代替其中几乎全部塔温变化发生在塔底附近的区域中的传统蒸馏塔。这是因为，通过仅对传统蒸馏塔中的具有小的塔温变化的区域应用VRC，可以实现有效的热利用，同时保持小的压缩机的需求功率。
[蒸馏塔的温度曲线]
图5示出了蒸馏塔的温度曲线的示例。这个图表示出了用于稍后详细描述的比较示例1中的蒸馏塔的温度曲线(然而，其条件与比较示例1的条件稍有不同)。这个蒸馏塔为由单一塔组成的传统蒸馏塔。水平轴线表示蒸馏塔的级数(从塔顶部计数)，并且垂直轴线表示塔温。
蒸馏塔的总级数为51，塔顶温度为大约120℃，并且塔底温度为大约155℃。对于这个蒸馏塔，图示曲线的梯度大，即，在塔顶部附近的区域中，塔温变化大。在第十级处，存在曲线梯度的最大变化。
传统塔根据本发明被划分为第一塔和第二塔处的位置优选为图示塔温曲线的曲线梯度变化最大的位置或与该位置邻近的位置。即，对于具有如图5所示的温度曲线的传统蒸馏塔，所示塔优选在例如第十级处被划分。换言之，当前述的实施方式A或C的蒸馏塔的温度曲线由图5中示出的曲线图示时，第一塔和第二塔优选被构造，例如，使第一塔相当于从传统蒸馏塔的塔顶部至第十级的部分，并且使第二塔相当于传统蒸馏塔的剩余部分。
在一些情形下，可能不是在靠近塔顶部的区域中、而是在靠近塔底部的区域中存在大的塔温变化。在这样的情形下，优选采用前述的实施方式B或D。
温度曲线根据蒸馏塔的具体构造或操作条件而可变化。然而，用于划分传统塔的前述位置可以被大致地确定，以使得：在靠近塔顶部的区域中存在大的温度变化的情形中或在靠近塔底部的区域中存在大的温度变化的情形中，第一塔的级数都为传统蒸馏塔的总级数的大致40％或更少。因此，第一塔的级数可以被设置为本发明的蒸馏塔的总级数的40％或更少(第一塔的级数和第二塔的级数之和)。
[用于HIDiC的详细的热交换结构]
在下文中，详细描述用于HIDiC的热交换结构的示例。
·第一详细示例
如上文a)中所述的热交换结构，即，被配置为从被包括在第二塔中的气提段回收液体、使液体流过热交换器并且使产生的流体返回相同的气提段的热交换结构可包括，例如，下面的元件：
-热交换器，该热交换器位于被包括在第二塔中的精馏段的特定级(被称为“精馏段X”)处；
-液体回收单元，该液体回收单元位于被包括在第二塔中的气提段的特定级(被称为“精馏段Y”)处、并且被配置为使一部分液体从这一级退出到塔的外部；
-管道(第一管道)，该管道用于将液体从液体回收单元引导至所述热交换器；以及
-管道(第二管道)，该管道用于将经过所述第一管道被引导至所述热交换器并且然后从所述热交换器排放的流体引导至直接在气提段Y的液体回收单元下方的级中。
将参照图9和10描述这些元件。如图9所示，设置在气提段Y中的液体回收单元容纳液体10，该液体回收单元已经从气提段Y的上部下降到用于储槽1的烟囱塔板上、并且使一部分液体10退回至塔的外部。用于将一部分液体10导向至设置在精馏段X中的热交换器的管道21(第一管道)被连接至液体回收单元。源自所述热交换器的管道22(第二管道)通过气提段Y的壳壁插进直接位于液体回收单元下方的位置中。如下所述的为蒸汽11和液体12的混合物的流体从插进直接位于液体回收单元下方的位置中的管道22被供给，并且蒸汽11上升同时液体12下降。液体回收单元包括用于储槽1的烟囱塔板和设置在气提段Y的壳壁上的连接端口，该连接端口将与第一管道连接。
如图10所示，管束型热交换器2插入精馏段X的特定位置中。管束型热交换器2的U形管中的平行管部分沿储槽3的烟囱塔板放置，以用于暂时容纳冷凝的液体并且用于再分配从下方上升的蒸汽。平行管部分的下部管部分2a与连接至气提段Y的液体回收单元的管道21(第一管道)连接。上部管部分2b与插入直接位于液体回收单元下方的位置中的管道22(第二管道)连接。
现在将描述管束型热交换器2的操作。在精馏段X内上升的蒸汽13(参见图10)开始接触管束型热交换器2的U形管。在气提段Y的特定位置处的液体通过管道21被引导至热交换器2的下部管部分2a。因此，管部分2a内的液体被蒸汽13的热量加热，并且与管部分2a接触的一部分蒸汽13变成液体14，而且这个液体下降。热交换器2的上部管部分2b也被蒸汽13的热量加热。因此，被引导通过管道21进入热交换器2的液体变成为液相和气相的混合物的液体，同时该液体移动通过下部管部分2a并且然后通过上部管部分2b。所述液体然后穿过位于塔外部的管道22而被引导至直接位于气提段Y的液体回收单元下方的位置(储槽1的烟囱塔板)(参见图9)。
当气提段Y的液体回收单元位于垂直方向上比精馏段X的热交换器更高的位置时，因为本文描述的构造采用了热虹吸系统，所以不需要任何例如泵的压力供给装置来循环这样的流体。
·第二详细示例
如上文b)中所述的热交换结构，即，被配置为从被包括在第二塔中的精馏段回收蒸汽、使蒸汽流过热交换器并且使产生的流体返回相同的精馏段的热交换结构可包括，例如，下面的元件：
-储液槽单元，该储油槽单元位于被包括在第二塔中的气提段(被称为“气提段Y”)的特定位置处、并且被配置为容纳向下流动的液体；
-位于储液槽单元中的热交换器；
-分隔板，该分隔板设置在被包括在第二塔中的精馏段(被称为“精馏段X”)中并且被配置为用于上级和下级的完全分隔；
-管道(第三管道)，该管道用于将位于分隔板下方的蒸汽引导至所述热交换器；以及
-管道(第四管道)，该管道用于将通过第三管道被引导至所述热交换器然后从所述热交换器被排放的流体引导至分隔板的上侧。
将参照附图11描述这些元件。设置在气提段Y的特定位置处的储液槽单元可以存储特定量的向下流至储槽4的烟囱塔板上的液体10、并且可以使从储槽4的烟囱塔板溢出的液体下落。管束型热交换器2被插入储液槽单元，以使得管束型热交换器2的U形管可以浸没在存储在储液槽单元的液体中。位于管束型热交换器2的U形管中的平行管部分2a和2b沿储槽4的烟囱塔板放置。
用于将流体从精馏段X传递至气提段Y的管道23连接至平行管部分的上部管部分2b。用于将流体从气提段Y传递至精馏段X的管道24连接至平行管部分的下部管部分2a。
现在将描述储液槽单元中的热交换器2的操作。液体通过塔板或填充层从气提段Y的上部流下来。液体10停留在位于任意级处的储槽4的烟囱塔板上的储液槽单元处。管束型热交换器2的U形管被放置在储液槽单元中，并且因此该U形管浸没在液体10中。在这个状态下，当出现在精馏段X内的高温蒸汽通过管道23被引导进热交换器2的上部管部分2b中时，与高温蒸汽移动通过的管部分2b和2a的外壁接触的一部分液体10被加热而变成蒸汽15并且上升。而且，当蒸汽移动通过上部管部分2b并且然后通过下部管部分2a时，已经从管道23被引导进入热交换器2的高温蒸汽变成为液相和气相混合物的流体或液体。然后该流体穿过位于塔外部的管道以被引导至位于稍后描述的精馏段X的分隔板上方的级。精馏段X中的分隔板上方的区域被设置为比分隔板下方的区域具有较低的操作压力，并且流体通过该压力差而被循环。当气提段Y的热交换器在垂直方向上位于被精馏段X的分隔板更高的位置时，不需要例如泵的任何压力供给装置来循环这些流体。
换言之，因为精馏段X的特定级通过管道23连接至位于气提段Y中的热交换器2的上部管部分2b，并且因为位于气提段Y的热交换器2的下部管部分2a通过管道24连接至精馏段X的上述级，所以由于精馏段X的分隔板下方区域与上方区域之间的压力差而导致出现在精馏段X中的高压蒸汽通过管道23朝着气提段Y中的热交换器2上升。结果，由热交换器2内的蒸汽冷凝的液体然后被推出气提段Y至位于塔外部的管道24中，并且然后由于重力该液体下降至精馏段X中。因此，不需要例如泵的任何压力供给装置。
精馏段X被在位于中途的位置处的分隔板完全地分隔成上级和下级。直接位于分隔板下方的级与管道23连通。在该级中上升的蒸汽通过管道23被传递至放置在气提段Y的储液槽单元中的热交换器2的上部管部分2b。来自气提段Y的管道24通过精馏段X的壳壁被插进分隔板的上级。成蒸汽和液体混合物的流体通过管道24被引导进分隔板的上级中，并且蒸汽上升同时液体下降以停留在精馏段X内的分隔板上。而且，将分隔板夹在两者之间的彼此垂直相邻的两个级可以通过具有控制阀的管道彼此连通。在合适的时候，通过打开控制阀的操作，将保持在分隔板上的液体供给至分隔板下方的级中。
根据本发明，即使当蒸馏塔具有大的塔温差异时，该蒸馏塔仍可以实现显著的能源节省。特别是当在蒸馏塔的温度曲线中，塔顶部与塔底部之间的温差的主要部分，例如，塔顶部与塔底部之间的温差大约一半，发生在靠近塔顶部或靠近塔底部的位置处时，该蒸馏塔可以实现显著的能源节省。而且，当塔顶部与塔底部之间的温差小时，可以实现进一步的能源节省。
[示例]
在下文中，将基于示例更详细地描述本发明，但本发明不限于此。图6至8示出了一些压力(kPaA)、温度(℃)、交换热(MW)和电力消耗(MW)。压力以圆形表示，温度以矩形表示，交换热以长圆形表示，并且电力消耗以长六边形表示。压力单位“kPaA”中的字母“A”意味着该压力为绝对压力。在附图中，CW和STM分别表示冷却水和蒸汽。
[比较示例1]
计算热量和物料平衡以用于对二甲苯提纯塔，该对二甲苯提纯塔用于通过蒸馏以从甲苯混合进对二甲苯的原料中分离出甲苯而提纯对二甲苯。在本示例中，使用传统蒸馏塔。物料平衡(原料、馏出液和液体底部产物的流率和组分)在表1中示出。
对于用于由传统蒸馏塔执行所述分离的过程，流程图在图6中示出。
如图6所示，原料被供给至蒸馏塔601。蒸馏塔的总级数为51，包括冷凝器级和再沸器级。原料被供给至最优化级以使得再沸器的负荷变得最小。
具有138kPaA的压力和123℃的温度的蒸汽从塔顶部被排放、被塔顶冷凝器602中的冷却水冷却并且完全冷凝、并且经由罐603被供给至泵604。泵604的出口液体的一部分回流至蒸馏塔的塔顶部，并且剩余部分作为馏出液从蒸馏塔排放。
具有206kPaA的压力和167℃的温度的液体从塔底部被排放。该液体的一部分被再沸器605中的蒸汽加热、部分地被蒸发并且返回蒸馏塔的塔底部。从塔底部排放的液体的剩余部分在泵606中被加压，并且作为液体底部产物从蒸馏塔排放。
表2示出了所述蒸馏塔的塔顶部的操作压力、设备冷却负荷(utilitycooling duty)、设备加热负荷(utility cooling duty)和电力消耗，并且还示出了总的设备冷却负荷、总的设备加热负荷和总的电力消耗。此处，设备冷却负荷指的是多个设备的冷却负荷(cooling duty by utilities)，更具体的，是指由塔顶冷凝器602中的冷却水从蒸馏塔中移除的热量。设备加热负荷指的是多个设备的加热负荷(heating duty by utilities)，更具体的，是指由再沸器605中的蒸汽给蒸馏塔施加的热量。
用于泵送液体的每一个泵仅需要增加相当于管道中的压力损失和/或用于将液体从较低位置传递到较高位置的上升高度的压力。因此，泵的电力消耗比用于压缩气体的压缩机的电力消耗小得多。因此，泵的电力消耗在所述示例和所述比较示例中忽略不计。由于本示例中不使用压缩机，所以电力消耗为零。
[比较示例2]
用于对二甲苯提纯塔的热量和物料平衡以与比较示例1相同的方式被计算。然而，本示例中使用HIDiC代替传统蒸馏塔。物料平衡与比较示例1相同，并且该物料平衡在表1中示出。
该蒸馏塔包括高压塔701和低压塔702。高压塔701被垂直地安装在低压塔702下方。
原料被供给至低压塔702的中间级(接近低压塔的塔顶部的位置)。在低压塔702中，位于原料供给位置下方的部分是气提段，并且位于原料供给位置上方的部分是本示例的蒸馏塔的精馏段的一部分。本示例的蒸馏塔的精馏段的剩余部分被包括在高压塔701中。
蒸汽(123kPaA、142℃)从低压塔702的塔顶部被回收，并且在热交换器703中被加热至155℃，从而不会在压缩机的压缩过程中被冷凝。加热的蒸汽被压缩机704加压并且同时被升温(357kPaA、190℃)、被热交换器705冷却至186℃、并且被供给至高压塔701的塔底部(342kPaA、184℃)。从低压塔702的塔底部(136kPaA、150℃)回收的液体的一部分通过泵706作为液体底部产物从蒸馏塔被排放，并且剩余部分被划分成两路蒸汽。所述被划分的蒸汽的一路在再沸器707中被蒸汽加热、并且返回低压塔702的塔底部。所述被划分的蒸汽的另一路在热交换器705中被加热、并且返回低压塔702的塔底部。压缩机704中的压缩使得高压塔的操作温度比低压塔的操作温度高。热交换器705用作再沸器，并且还用作本示例的蒸馏塔的侧冷却器。在所述热交换器中，HIDiC的内部热交换被影响。即，再沸器707上的加热负荷被热交换器705中的热交换减少，因此实现了能源节省。
从高压塔701的塔底部回收的液体在泵708中被加压、在热交换器703中被冷却、并且被供给至低压塔702的塔顶部。泵708被提供以根据需要用于将液体从较低位置传递至较高位置。
从高压塔的塔顶部(340kPaA、161℃)回收的蒸汽的一部分被传递至回流罐709。从高压塔的塔顶部回收的蒸汽的剩余部分被划分成三路蒸汽，所述三路蒸汽分别在设置在低压塔702中的三个热交换器710中被冷却、并且被传递至罐709。
热交换器(塔顶冷凝器)711连接至回流罐709。在热交换器711中，冷却水用作冷却介质。来自罐709的蒸汽流进热交换器711、被冷却和冷凝、并且返回罐709。来自罐709的液体在泵712中被加压。泵712的出口液体的一部分作为回流返回高压塔701的塔顶部。泵712的出口液体的剩余部分作为馏出液从蒸馏塔排放。
储液槽单元713以及如热交换结构的第二详细示例中详细描述的管束型热交换器710设置在低压塔702(特别是其气提段)的三个级处。每一个管束型热交换器710被设置以使得其被浸没在存储在储液槽单元中的液体中。应该注意的是，此处未采用分隔板以及第二详细示例中描述的第三和第四管道。
如上所述，从高压塔701的塔顶部回收的蒸汽的一部分被划分成三路蒸汽，该三路蒸汽在分别穿过热交换器710之后被传递至罐709。用于将蒸汽从高压塔701的塔顶部引导至热交换器710的管线、热交换器710、储液槽单元713以及用于使从热交换器710排放的流体经由罐709和泵712返回高压塔701的塔顶部的管线构成HIDiC的热交换结构。本示例的蒸馏塔的精馏段的热由所述热交换结构被传递至本示例的蒸馏塔的气提段。热交换器710用作本示例的蒸馏塔的塔顶冷凝器，并且还用作本示例的蒸馏塔的侧再沸器。因此，HIDiC的内部热交换被影响，并且因此实现了能源节省。
表2示出了本示例的蒸馏塔的塔顶操作压力、设备冷却负荷、设备加热负荷和电力消耗，并且还示出了总的冷却负荷、总的加热负荷和总的电力消耗。此处，设备冷却负荷指的是多个设备的冷却负荷，而且更具体的是指由塔顶冷凝器711中的冷却水从蒸馏塔移除的热量。此处，设备加热负荷指的是多个设备的加热负荷，而且更具体的是由再沸器707中的蒸汽施加给蒸馏塔的热量。虽然三个热交换器710还用作塔顶冷凝器，但是，因为在这些热交换器中的每一个中使用蒸馏塔内出现的流体执行所述冷却，所以不需要将热移除到外部，并且因此，其设备冷却负荷为零。热交换器705还用作再沸器。然而，因为在蒸馏塔内出现的流体被用作这个热交换器中的热源，所以不需要从外部加热再沸器，并且因此，其设备加热负荷为零。电力消耗为压缩机704中消耗的电力。作为电力消耗，包括机械损失的值被示出。因为机械损失被假定为7％，所以电力消耗是通过将压缩需要的电力乘以1.07而得到的值(对其它示例施加相同的方法)。
能源节省指数ESI是指示相对于使用传统蒸馏塔的示例(比较示例1)总的加热负荷和总的电力消耗(通过将消耗的电力转换成主要能源而获得的值，转换成主要能源的值＝电力/0.366)的总值被减少了多少的指数。
[示例1]
用于对二甲苯提纯塔的热量和物料平衡以与比较示例1相同的方式被计算。然而，本示例中使用根据本发明的包括第一塔和第二塔的蒸馏塔代替传统蒸馏塔。第二塔构成HIDiC。本示例的蒸馏塔具有一构造，在该构造中，总级数(第一塔的级数与第二塔的级数之和)等于比较示例1的传统蒸馏塔(51级的总级数)的总级数。设置第一塔的级数，以使得第一塔中的温度变化占传统蒸馏塔中的从塔顶部至塔底部的温差的大约65％，并且第一塔的级数为总级数的1/3或更少。物料平衡与比较示例1的相同，并且该物料平衡在表1中示出。
本示例的蒸馏塔包括第一塔821和第二塔。第二塔包括高压塔801和低压塔802。高压塔801垂直地安装在低压塔802的下方。第一塔821由单一塔组成，并且不具有用于给从塔排放的蒸汽加压和升温的例如压缩机的加压装置。
原料被供给至低压塔802的中间级(接近低压塔的塔顶部的级)。在低压塔802中，位于原料供给位置下方的部分是本示例的蒸馏塔的气提段。本示例的蒸馏塔的精馏段被包括在低压塔802的原料供给位置的上方的部分、高压塔801以及第一塔821中。
蒸汽(123kPaA、146℃)从低压塔802的塔顶部被回收，并且在热交换器803中被加热至154℃，从而不会在压缩机的压缩过程中被冷凝。加热的蒸汽被压缩机804加压并且同时被升温(227kPaA、175℃)、被热交换器805冷却至168℃、并且被供给至高压塔801的塔底部(212kPaA、168℃)。从低压塔802的塔底部(133kPaA、149℃)回收的液体的一部分通过泵806作为液体底部产物从蒸馏塔被排放，并且剩余部分被划分成两路蒸汽。所述被划分的蒸汽的一路在再沸器807中被蒸汽加热、并且返回低压塔802的塔底部。所述被划分的蒸汽的另一路在热交换器805中被加热、并且返回低压塔802的塔底部。压缩机804中的压缩使得高压塔的操作温度比低压塔的操作温度高。热交换器805用作再沸器，并且还用作本示例的蒸馏塔的侧冷却器。在所述热交换器中，HIDiC的内部热交换被影响。即，再沸器807上的加热负荷被热交换器805中的热交换减少，因此实现了能源节省。
从高压塔801的塔底部回收的液体在泵808中被加压、并且被供给至低压塔802的塔顶部。泵808被提供以根据需要用于将液体从较低位置传递至较高位置。
从高压塔的塔顶部(210kPaA、166℃)回收的蒸汽的一部分被传递至回流罐809。从高压塔的塔顶部回收的蒸汽的剩余部分为划分成四路蒸汽。所述四路蒸汽中的三路分别在设置在低压塔802中的三个热交换器810中被冷却、并且被传递至罐809。四路蒸汽中的剩下的一路在热交换器803中被冷却、并且被传递至罐809。
热交换器(第二塔的冷凝器)811连接至回流罐809。在热交换器811中，冷却水用作冷却介质。来自罐809的蒸汽流进热交换器811、被冷却和冷凝、并且返回罐809。来自所述罐的液体在泵812中被加压，并且作为回流返回高压塔801的塔顶部。
储液槽单元813以及如热交换结构的第二详细示例中详细描述的管束型热交换器810设置在低压塔802(特别是其气提段)的三个级处。每一个管束型热交换器810被设置以使得其被浸没在存储在储液槽单元中的液体中。应该注意的是，此处未采用分隔板以及第二详细示例中描述的第三和第四管道。
如上所述，从高压塔801的塔顶部回收的蒸汽的一部分被划分成四路蒸汽，该四路蒸汽中的三路在分别穿过热交换器810之后被传递至罐809。用于将蒸汽从高压塔801的塔顶部引导至热交换器810的管线、热交换器810、储液槽单元813以及用于使从热交换器810排放的流体经由罐809和泵812返回高压塔801的塔顶部的管线构成HIDiC的热交换结构。本示例的蒸馏塔的精馏段的热量由所述热交换结构被传递至本示例的蒸馏塔的气提段。热交换器810用作本示例的蒸馏塔的侧冷却器，并且还用作本示例的蒸馏塔的侧再沸器。因此，HIDiC的内部热交换被影响，并且因此实现了能源节省。
HIDiC由上述构造形成。即，上面的描述涉及本示例的蒸馏塔的HIDiC部分。
来自罐809的蒸汽被供给至第一塔821的塔底部(152kPaA、151℃)。
从第一塔的塔顶部(138kPaA、123℃)排放的蒸汽在塔顶冷凝器822中被冷却并且被完全冷凝、穿过罐823、并且在泵824中被加压。加压液体的一部分返回第一塔的塔顶部，剩余部分作为馏出液从本示例的蒸馏塔排放。
从第一塔的塔底部排放的液体的一部分在再沸器825中被蒸汽加热、并且返回第一塔的塔底部。从第一塔的塔底部排放的液体的剩余部分经由泵826被传递至第二塔的高压塔801的塔顶部。
表2示出了第一塔的塔顶部的操作压力、设备冷却负荷、设备加热负荷和电力消耗。此处，设备冷却负荷指的是多个设备的冷却负荷，更具体的是指由塔顶冷凝器822中的冷却水从蒸馏塔中移除的热量。此处，设备加热负荷指的是多个设备的加热负荷，更具体的是指由再沸器825中的蒸汽给蒸馏塔施加的热量。由于第一塔中不设置压缩机，所以电力消耗为零。
而且，表2还示出了第二塔的塔顶部的操作压力、设备冷却负荷、设备加热负荷和电力消耗。此处，设备冷却负荷具体指的是由热交换器811中的冷却水从蒸馏塔移除的热量。此处，设备加热负荷具体指的是由再沸器807中的蒸汽施加给蒸馏塔的热量。虽然三个热交换器810还用作第二塔的冷凝器，但是，因为在这些热交换器中的每一个中使用蒸馏塔内出现的流体执行所述冷却，所以不需要将热移除到外部，并且因此，其设备冷却负荷为零。热交换器805还用作再沸器。然而，因为在蒸馏塔内出现的流体被用作热源，所以不需要从外部加热再沸器，并且因此，其设备加热负荷为零。电力消耗为压缩机804中消耗的电力。
在本示例中，气液分离罐809、热交换器811(第二塔的冷凝器)和泵812被使用。即，本示例的蒸馏塔设置有用于冷凝从第二塔(特别是其高压塔)的塔顶部排放的蒸汽的一部分的冷凝器。该冷凝器被冷却介质而不是例如冷却水的过程流体冷却。进一步，本示例的蒸馏塔设置有用于执行从冷凝器排放的流体(通过冷却从第二塔的塔顶部排放的蒸汽而获得的流体)的气液分离的气液分离罐以及用于使从气液分离罐排放的液体返回第二塔的塔顶部的泵。换言之，第二塔设置有包括塔顶冷凝器的回流管线。因此，改进了操作包括第一塔和第二塔的蒸馏塔的灵活性和稳定性。
从表2可以看出，与比较示例1相比较，示例1中的能源可以显著地减少大约55％。比较示例2中的节省的能源仅为大约28％。示例1的这个优点是由于使用两个被划分区域执行了期望的蒸馏操作，其中一个被划分区域具有相对大的塔温度差，另一个被划分区域具有相对小的温差，并且没有对前一个被划分区域应用机械热泵式蒸馏塔(使用传统蒸馏塔)，而仅对后一个被划分区域应用机械热泵式蒸馏塔。
表1
表2
ESI[％]＝{1-(QRH+WH/0.366)/QRC}×100
QRH：总的设备加热负荷[MW]
WH：总的电力消耗[MW]
QRC：比较示例1中总的设备加热负荷[MW]
[字母或数字的解释]
A1，B1，C1，D1：第一塔
A2，B2，C2，D2：第二塔
A3，B3：高压塔
A4，B4：低压塔
A6，B6，C6，D6：压缩机
A8，B8：热交换结构
A9，B9，C9，D9，D11：再沸器
A12，B12，C10，D10：冷凝器
C8，D8：减压阀
1，4：储槽的烟囱塔板
2：管束型热交换器
2a：下部管部分
2b：上部管部分
3：储槽的烟囱塔板
10，12，14：液体
11，13，15：蒸汽
21，22，23，24：管道
601：传统蒸馏塔
602：冷凝器
603：罐
604，606：泵
605：再沸器
701，801：高压塔
702，802：低压塔
703，705，803，805：热交换器
704，804：压缩机
706，708，712，806，808，812，824，826：泵
707，807，825：再沸器
709，809，823：罐
710，810：热交换器(管束型)
711，811，822：冷凝器
713，813：储液槽单元
821：第一塔

Claims (8)

1.一种蒸馏塔，包括第一塔和第二塔，其中：
第一塔包括精馏段的一部分或气提段的一部分，
当第一塔包括精馏段的一部分时，第二塔包括精馏段的剩余部分和气提段的全部，或者当第一塔包括气提段的一部分时，第二塔包括气提段的剩余部分和精馏段的全部，并且
第二塔构成机械热泵式蒸馏塔。
2.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其中第一塔的级数为蒸馏塔的总级数的40％或更少。
3.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其中第二塔构成热整合蒸馏塔或蒸汽再压缩系统。
4.根据权利要求3所述的蒸馏塔，其中第二塔包括：
较高压部分，该较高压部分包括被包括在第二塔中的精馏段的全部或一部分，并且被配置为以相对高的压力执行气液接触；
较低压部分，该较低压部分包括被包括在第二塔中的气提段的全部或一部分，并且被配置为以相对低的压力执行气液接触；
蒸汽管线，该蒸汽管线包括加压装置，该蒸汽管线用于将从所述较低压部分的塔顶部排放的蒸汽引导至所述较高压部分的塔底部；
液体管线，该液体管线用于将从所述较高压部分的塔底部排放的液体引导至所述较低压部分的塔顶部；以及
热交换结构，该热交换结构被配置为通过热交换将热量从被包括在第二塔中的精馏段传递至被包括在第二塔中的气提段。
5.根据权利要求3所述的蒸馏塔，其中第二塔包括：
再沸器；以及
管线，该管线包括加压装置，该管线用于将从第二塔的塔顶部排放的蒸汽作为热源供给至再沸器。
6.根据权利要求2所述的蒸馏塔，其中第二塔构成热整合蒸馏塔或蒸汽再压缩系统。
7.根据权利要求6所述的蒸馏塔，其中第二塔包括：
较高压部分，该较高压部分包括被包括在第二塔中的精馏段的全部或一部分，并且被配置为以相对高的压力执行气液接触；
较低压部分，该较低压部分包括被包括在第二塔中的气提段的全部或一部分，并且被配置为以相对低的压力执行气液接触；
蒸汽管线，该蒸汽管线包括加压装置，该蒸汽管线用于将从所述较低压部分的塔顶部排放的蒸汽引导至所述较高压部分的塔底部；
液体管线，该液体管线用于将从所述较高压部分的塔底部排放的液体引导至所述较低压部分的塔顶部；以及
热交换结构，该热交换结构被配置为通过热交换将热量从被包括在第二塔中的精馏段传递至被包括在第二塔中的气提段。
8.根据权利要求6所述的蒸馏塔，其中第二塔包括：
再沸器；以及
管线，该管线包括加压装置，该管线用于将从第二塔的塔顶部排放的蒸汽作为热源供给至再沸器。
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