CN104841152A - 热泵型热自循环精馏工艺 - Google Patents
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Abstract
一种热泵型热自循环精馏工艺，其流程见图1所示，它采用一台精馏塔2和一台塔顶气相压缩机1及塔底高效重沸器4替代传统精馏塔系统的塔顶冷凝器和塔底重沸器，塔顶气相压缩机在运行过程将塔顶低温气相压缩做功变成高温位、可利用的气相热源，其与塔底物料换热冷凝时，压缩机做功转换的部分热能和其全部冷凝潜热传递给塔底物料；该精馏工艺基本减少了传统精馏主要是塔底蒸发、塔顶冷凝的相变能源消耗，开工、补充加热器和塔顶气相压缩机主要是补充提供物料精馏过程所需的液相温升。
Description
技术领域
本发明涉及一种精馏工艺，特别涉及热能循环利用的精馏工艺及其专用设备。
技术背景：
传统的精馏过程一般采用塔底经过外来热源将塔底物料加热蒸发后经精馏塔进行连续精馏，轻组分以气相形式从塔顶经塔顶冷凝器进入回流罐后，一部分返回塔顶作为回流，另一部分作为产品出厂或进入下一步精馏工序；此精馏过程塔底需消耗大量的外来热能，因塔顶气相温位较低，一般难以有效利用，塔顶同样需外部大量冷量进行冷凝，此精馏过程需要消耗外界提供的大量能源，尤其是高回流比的精馏过程，能量消耗已成为产品成本的主要组成部分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能、经济、可靠，可长周期工业运行的精馏工艺。
本发明基于热泵原理，利用气体精馏压缩机将塔顶气相轻组分压缩后变成高温位、高压的气体作为塔底重沸器的热源来实现连续精馏的工艺技术。
本发明的技术方案如下：
一种热泵型热自循环精馏工艺，其流程见图1所示，它采用一台精馏塔2和一台塔顶气相压缩机1及塔底高效重沸器4替代传统精馏塔系统的塔顶冷凝器和塔底重沸器，它包括以下步骤：
步骤1.精馏塔2经置换合格后，精馏物料送入精馏塔2，塔底达到一定液位后，开工、补充加热器6开始加热升温，等塔釜物料受热蒸发、塔顶温度上升后，开启塔顶气相压缩机1，压缩机出口高温位气体部分作为塔顶气相压缩机1入口凝液蒸发器5的热源，经换热后，其余主要部分经塔底高效重沸器4换热冷凝后返回塔顶回流罐3，通过塔底高效重沸器出口凝液调节阀a的调整来控制塔顶气相压缩机出口压力到工艺设定值，并通过塔顶、回流罐压力平衡调节阀b保持回流罐和塔顶压力的稳定平衡，塔顶气相压缩机1出口气体温度会逐步稳定到压缩比设定温度，如塔顶系统压力超过生产设定压力，可稍开回流罐压力调节阀c将系统内不凝气排除来控制塔顶、回流罐的压力；
2、当回流罐3到达一定液位后，将回流罐3内液体一部分返回塔顶作为回流，控制回流罐、塔底液位稳定，多余部分经冷却后外送分别进入下一步精馏或冷却后进入相应的储罐，随着塔顶气相压缩机1的运行，塔顶经压缩后的高温气相不断加热塔底液相，在精馏塔回流、塔顶温度等参数达到控制指标时，通过逐步降低直至关闭开工、补充加热器控制塔顶温度、压力的稳定。
上述的热泵型热自循环精馏工艺，为开工是的需要和补充精馏过程所需的热量及操作的便利、平稳，塔底设置开工、补充加热器。
上述的热泵型热自循环精馏工艺，步骤1所述的塔顶气体压缩机可以是隔膜式、螺杆式、柱塞式、罗茨式、离心式压缩机。
一种上述的热泵型热自循环精馏工艺的专用热泵型热自循环精馏塔系统，它如图1所示，它包括塔顶气相压缩机1、精馏塔2、回流罐3、塔底高效重沸器4、压缩机入口凝液排凝、蒸发器5和开工、补充加热器6，以及塔底高效重沸器出口凝液调节阀a、塔顶、回流罐压力平衡调节阀b和回流罐压力调节阀c；它是如下运作的：
当精馏塔2经置换合格后，精馏物料送入精馏塔2，塔底达到一定液位后，开启开工、补充加热器6开始加热升温，等塔釜物料受热蒸发、塔顶温度上升后，开启塔顶气相压缩机1，压缩机出口高温位气体部分作为塔顶气相压缩机1入口凝液蒸发器5的热源，经换热后，其余主要部分经塔底高效重沸器4换热冷凝后返回塔顶回流罐3，通过塔底高效重沸器出口凝液调节阀a的调整来控制塔顶气相压缩机出口压力到工艺设定值，并通过塔顶、回流罐压力平衡调节阀b保持回流罐和塔顶压力的稳定平衡，塔顶气相压缩机1出口气体温度会逐步稳定到压缩比设定温度，如塔顶系统压力超过生产设定压力，可稍开回流罐压力调节阀c将系统内不凝气排除来控制塔顶、回流罐的压力；当回流罐3到达一定液位后，将回流罐3内液体一部分返回塔顶作为回流，控制回流罐、塔底液位稳定，多余部分经冷却后外送分别进入下一步精馏或冷却后进入相应的储罐，随着塔顶气相压缩机1的运行，塔顶经压缩后的高温气相不断加热塔底液相，在精馏塔回流、塔顶温度等参数达到控制指标时，通过逐步降低直至关闭开工、补充加热器控制塔顶温度、压力的稳定。
本发明的优点在于该热泵型热自循环精馏工艺采用一台塔顶气相压缩机1和塔底高效重沸器4替代了传统精馏塔系统的塔顶冷凝器和塔底重沸器，塔顶气相压缩机在运行过程将塔顶低温气相压缩做功变成高温位、可利用的气相热源，其与塔底物料换热冷凝时，压缩机做功转换的部分热能和其全部冷凝潜热传递给塔底物料；该精馏工艺基本减少了传统精馏主要是塔底蒸发、塔顶冷凝的相变能源消耗，开工、补充加热器和塔顶气相压缩机主要是补充提供物料精馏过程所需的液相温升。
附图说明
图1为本工艺的流程示意图，其中：1塔顶气相压缩机；2为精馏塔；3为回流罐；4为塔底高效重沸器；5为压缩机入口凝液排凝、蒸发器；6为开工、补充加热器；a为塔底高效重沸器出口凝液调节阀；b为塔顶、回流罐压力平衡调节阀；c为回流罐压力调节阀。
具体实施方式
实施例1：某环保碳氢制冷剂生产企业，原料液态烃经过饱和除杂精制后，主要成分为C3、C4和少量C2的饱和液态烃、其中异丁烷含量40～60％(wt％)，生产过程中的一个步骤需要从精制的饱和液态烃中精馏分离出纯度大于99.80％(wt％)以上的异丁烷制冷剂调和组分。该精馏分离过程采用脱轻塔热泵型热自循环精馏塔系统和异丁烷塔热泵型热自循环精馏塔系统，两塔均采用金属丝网低压降高效填料，脱轻塔采用80层理论塔盘、异丁烷塔采用120层理论塔盘进行设计，两塔顶底压降分别小于15KPa和20KPa，塔顶气相压缩机1可以采用往复柱塞式单级压缩机、压缩机压缩比3.0、出口温度100～130℃，根据装置设计生产能力和回流比确定压缩机的处理能力、并采用压缩机变频调节控制。
精制的饱和液态烃先送入经置换合格的热泵型热自循环脱轻塔精馏系统，当塔底液面到达60％时，启动脱轻精馏塔2塔底开工补充加热器6进行加热，当塔顶压力达到1.0MPa时，启动塔顶气相压缩机1，压缩机出口气相部分作为塔顶气相压缩机1入口凝液蒸发器5的热源、其余经塔底高效重沸器4与塔底物料换热后返回回流罐3、通过调整塔顶、回流罐压力平衡调节阀b保持塔顶、回流罐压差0.04～0.08MPa，启用压缩机出口凝液调节阀控制压缩机进出口压差0.22～0.28MPa，回流罐液位达到40％时启动回流泵部分进行回流和少量排出至产品罐储存，通过调整进料量保持塔底、回流罐液位稳定，调整回流罐顶压力调节阀c，保持回流罐顶压力控制在1.20～1.25MPa，塔顶组分分析结果异丁烷含量超过5.0％或回流罐液位持续上升时，适当降低开工、补充加热器6的负荷。
在脱轻精馏塔2塔底组分分析异丁烷的组分含量小于0.02％时，塔底液进热泵型热自循环异丁烷塔精馏系统；异丁烷精馏塔系统运行方式与脱轻塔精馏塔系统相似、回流罐顶压力到达0.35MPa时启动塔顶气相压缩机，回流罐顶压力控制在0.50～0.55MPa，回流罐液位持续上升时，适当降低异丁烷精馏塔的开工补充加热器6的负荷，当塔顶组分分析异丁烷含量大于99.80％(wt％)时，塔顶产品经冷却后进产品罐。
实施例2：某戊烷发泡剂生产企业，原料为重整脱除C4组分的精制拔头油，其中异戊烷的含量约30％、正戊烷含量约40％，其余为沸点大于正戊烷的组分。生产目标是需要从精制拔头油中精馏出戊烷含量大于98.5％、正戊烷含量37.0～43.0％的F4发泡剂产品。该精馏分离过程采用热泵型热自循环精馏塔系统脱轻塔，脱轻塔采用金属丝网低压降高效填料，脱轻塔采用80层理论塔盘进行设计，塔顶底压降小于15KPa，塔顶气相压缩机1采用高温罗茨式戊烷压缩机，压缩机压缩比3.0、出口温度130～160℃，根据装置设计生产能力和回流比确定压缩机的处理能力、并采用压缩机变频调节控制。
精制拔头油送入经置换合格的热泵型热自循环精馏塔系统脱轻塔，当塔底液面到达60％时，启动脱轻塔2塔底开工、补充加热器6进行加热、利用加热后的塔顶气相加热系统管路，当塔顶压力达到0.10MPa时切除气相压缩机1入口液相，启动塔顶气相压缩机1，压缩机出口气相部分作为塔顶气相压缩机1入口凝液蒸发器5的热源，其余经塔底高效重沸器4与塔底物料换热后返回回流罐3、通过调整塔顶、回流罐压力平衡调节阀b保持塔顶、回流罐压差0.02～0.04MPa，启用压缩机出口凝液调节阀控制压缩机进出口压差0.22～0.26MPa，回流罐液位达到40％时启动回流泵进行回流、塔底保持液位稳定，部分排出，通过调整进料量保持回流罐液位稳定，调整回流罐顶压力调节阀c，保持回流罐顶压力控制在0.15～0.20MPa，塔顶组分分析结果沸点大于异戊烷的组分含量超过45.0％或回流罐液位持续上升时，适当降低开工、补充加热器6的负荷，当回流罐内液体组分分析合格，回流罐内液体部分抽出经冷却后进产品罐。
实施例3：某芳烃生产企业，原料为重整抽提后脱除苯的混合芳烃，其中甲苯含量约22％，其余为沸点大于甲苯的组分。生产目标是需要从混合芳烃中精馏出含量大于98.5％甲苯产品。该精馏分离过程采用热泵型热自循环精馏塔系统脱轻塔，脱轻塔采用金属丝网低压降高效填料，脱轻塔采用80层理论塔盘进行设计，塔顶底压降小于15KPa，塔顶气相压缩机1采用高温离心式压缩机(压缩机设置伴热系统)、压缩机压缩比3.0、出口温度150～180℃，根据装置设计生产能力和回流比确定压缩机的处理能力、并采用压缩机变频调节控制。
塔顶气相压缩机开工前先开伴热流程进行预热，脱除苯的混合芳烃送入经置换合格的热泵型热自循环精馏塔系统脱轻塔，当塔底液面到达60％时，启动脱轻塔2塔底开工、补充加热器6进行加热、利用加热后的塔顶气相加热系统管路，当塔顶温度达到110℃时切除气相压缩机1入口液相，当塔顶气相压缩机到达预热开启温度后，启动塔顶气相压缩机1，压缩机出口气相部分作为塔顶气相压缩机1入口凝液蒸发器5的热源，其余经塔底高效重沸器4与塔底物料换热后返回回流罐3，通过调整塔顶、回流罐压力平衡调节阀b保持塔顶、回流罐压差0.01～0.02MPa，启用压缩机出口凝液调节阀控制压缩机进出口压差0.22～0.28MPa，回流罐内液位达到40％时启动回流泵进行回流、塔底少量排出保持液位稳定，通过调整进料量保持回流罐液位稳定，调整回流罐顶压力调节阀c，保持回流罐顶压力控制在0.00～0.02MPa，塔顶组分分析结果沸点大于甲苯的组分含量超过1.50％且或回流罐液位持续上升时，适当降低开工补充加热器6的负荷，当回流罐组分分析合格，回流罐内液体抽出经冷却后进产品罐。
Claims (4)
1.一种热泵型热自循环精馏工艺，其特征是：它采用一台精馏塔(2)和一台塔顶气相压缩机(1)及塔底高效重沸器(4)替代传统精馏塔系统的塔顶冷凝器和塔底重沸器，它包括以下步骤：
步骤1、精馏塔(2)经置换合格后，精馏物料送入精馏塔(2)，塔底达到一定液位后，开工、补充加热器(6)开始加热升温，等塔釜物料受热蒸发、塔顶温度上升后，开启塔顶气相压缩机(1)，压缩机出口高温位气体部分作为塔顶气相压缩机(1)入口凝液蒸发器(5)的热源，经换热后，其余主要部分经塔底高效重沸器(4)换热冷凝后返回塔顶回流罐(3)，通过塔底高效重沸器出口凝液调节阀(a)的调整来控制塔顶气相压缩机出口压力到工艺设定值，并通过塔顶、回流罐压力平衡调节阀(b)保持回流罐和塔顶压力的稳定平衡，塔顶气相压缩机(1)出口气体温度会逐步稳定到压缩比设定温度，如塔顶系统压力超过生产设定压力，可稍开回流罐压力调节阀(c)将系统内不凝气排除来控制塔顶、回流罐的压力；
步骤2、当回流罐(3)到达一定液位后，将回流罐(3)内液体一部分返回塔顶作为回流，控制回流罐、塔底液位稳定，多余部分经冷却后外送分别进入下一步精馏或冷却后进入相应的储罐，随着塔顶气相压缩机(1)的运行，塔顶经压缩后的高温气相不断加热塔底液相，在精馏塔回流、塔顶温度等参数达到控制指标时，通过逐步降低直至关闭开工、补充加热器控制塔顶温度、压力的稳定。
2.根据权利要求1所述的热泵型热自循环精馏工艺，其特征是：为开工是的需要和补充精馏过程所需的热量及操作的便利、平稳，塔底设置开工、补充加热器(6)。
3.根据权利要求1所述的热泵型热自循环精馏工艺，其特征是：步骤1所述的塔顶气体压缩机(1)是隔膜式、螺杆式、柱塞式、罗茨式或离心式压缩机。
4.一种权利要求1所述的热泵型热自循环精馏工艺的专用热泵型热自循环精馏塔系统，其特征是：它包括塔顶气相压缩机(1)、精馏塔(2)、回流罐(3)、塔底高效重沸器(4)、压缩机入口凝液排凝、蒸发器(5)和开工、补充加热器(6)，以及塔底高效重沸器出口凝液调节阀(a)、塔顶、回流罐压力平衡调节阀(b)和回流罐压力调节阀(c)；它是如下运作的：
当精馏塔(2)经置换合格后，精馏物料送入精馏塔(2)，塔底达到一定液位后，开启开工、补充加热器(6)开始加热升温，等塔釜物料受热蒸发、塔顶温度上升后，开启塔顶气相压缩机(1)，压缩机出口高温位气体部分作为塔顶气相压缩机(1)入口凝液蒸发器(5)的热源，经换热后，其余主要部分经塔底高效重沸器(4)换热冷凝后返回塔顶回流罐(3)，通过塔底高效重沸器出口凝液调节阀(a)的调整来控制塔顶气相压缩机出口压力到工艺设定值，并通过塔顶、回流罐压力平衡调节阀(b)保持回流罐和塔顶压力的稳定平衡，塔顶气相压缩机(1)出口气体温度会逐步稳定到压缩比设定温度，如塔顶系统压力超过生产设定压力，可稍开回流罐压力调节阀(c)将系统内不凝气排除来控制塔顶、回流罐的压力；当回流罐(3)到达一定液位后，将回流罐(3)内液体一部分返回塔顶作为回流，控制回流罐、塔底液位稳定，多余部分经冷却后外送分别进入下一步精馏或冷却后进入相应的储罐，随着塔顶气相压缩机(1)的运行，塔顶经压缩后的高温气相不断加热塔底液相，在精馏塔回流、塔顶温度等参数达到控制指标时，通过逐步降低直至关闭开工、补充加热器控制塔顶温度、压力的稳定。
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