CN107398090B - 一种拼接式中间隔板和分壁式精馏塔及改造传统精馏塔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拼接式中间隔板及改造传统精馏塔的方法，具有如下性质：该中间隔板由若干段隔板上下拼接而成，上下拼接的两段隔板的拼接面为有一定倾角的凹面或凸面。改造方法包括如下内容：取消原传统精馏塔内塔板或者填料结构，在传统精馏塔中间位置安装上述的拼接式中间隔板，将塔分隔为四个部分：塔顶公共精馏段、塔中进料段、塔中出料段和塔底公共提馏段。本发明该方法有效防止隔板两侧气液相物流的相互渗漏，隔板安装和拆卸方便，提高了旧设备的利用率，降低了成本。

Description

一种拼接式中间隔板和分壁式精馏塔及改造传统精馏塔的 方法

技术领域

本发明涉及一种分段设计的中间隔板和一种传统精馏塔改造为分壁式精馏塔的方法。

背景技术

炼厂是能源生产单位同时也是能量消耗大户，而精馏过程在炼厂能耗中占据着相当大的比重。

目前，炼厂和化工厂精馏过程主要采用的是传统塔器进行物料的分离，理论上要获得N个产品则需要建设N-1个精馏塔，相应的投资和能耗较大。因此为了减少投资和过程能耗，开发新型的精馏设备是最佳选择。其中，分壁塔相比计较于传统精馏塔可以极大地降低能耗、减少投资，是典型的新型节能精馏设备。

分壁塔是在传统精馏塔中间设置一径向垂直隔板，将塔内空间分割为4部分：隔板左侧（进料区）、隔板右侧（中间产品区）、隔板上侧（公共精馏段）和隔板下侧（公共提馏段）。分壁精馏塔（DWC）对于多组分精馏有着巨大的优势。由于DWC中无返混现象，可比常规精馈塔节能20%~50%，同时由于减少1个塔和1个再沸器，可节约投资30%左右。

分壁精馏塔是完全热耦合精馏塔的一种特殊形式，将两个塔合并为一个塔，在一个塔内实现三组分或多组分的分离。在现有的文献和专利中主要研究对象为新建分壁精馏塔，或者是针对分壁塔的控制问题或者是针对分壁塔的应用物料体系，而对于老塔改造为分壁精馏塔的研究较少。US5914012A公开了一种可拆卸式的分壁塔，该塔针对旧装置常规塔改造为分壁塔开发相应的隔板设计、安装和制造方法，提出一种新的改造方案，旨在解决老塔利旧改造为分壁塔的工程化问题。该技术中，隔板采用分段装配，每段隔板底端向一侧弯曲一定角度外加一块和隔板弯曲角度相反方向倾斜夹板的特殊设计形式，利用了液体在重力作用下向下流动而不能向上回流的特点实现隔板两侧液体的隔绝和密封。但这一设计也存在不足之处：（1）倾斜夹板设计在装置改造使用初期具有较好的密封效果，但难以保证长期性；这是由于随着装置使用时间延长，材料应力发生变化，同时在工况条件下，倾斜夹板易发生应力疲劳，使得夹板的倾斜角度逐渐增加，导致各块隔板之间间隙发生变化，密封性能降低，隔板使用寿命减少，进而导致中间产品质量不达标。（2）倾斜夹板设计可以有效防止液体从隔板一侧渗透至另一侧，但并未考虑隔板两侧气相物质的渗透性，由于倾斜夹板的原因以及气相物质的可压缩性，导致在倾斜夹板和隔板之间形成一个死区，气相物质在这一区域内富集、压缩、压力升高，并从隔板一侧渗透至另一侧。因此，采用倾斜夹板的方式并不能完全实现隔板两侧气液两相物质的隔绝密封问题，易造成塔操作波动，中间产品质量不达标的问题。

发明内容

针对现有分壁精馏塔可拆卸式隔板工程化安装设计中存在的安装困难和隔板两侧气液相渗漏问题，本发明提供一种拼接式中间隔板以及利用传统精馏塔塔改造为分壁精馏塔的方法，该方法有效防止隔板两侧气液相物流的相互渗漏，隔板安装和拆卸方便，提高了旧设备的利用率，降低了成本。

本发明的拼接式中间隔板，具有如下性质：该中间隔板由若干段隔板上下拼接而成；上下拼接的两段隔板的拼接面，即上段隔板的下端面和下段隔板的上端面为有一定倾角的凹面或凸面；其中所述的倾角是指每段隔板的端面与水平线之间夹角，水平线方向为隔板的厚度方向，倾角角度为10°~45°，优选为10°~30°，上下拼接的两段隔板的倾角角度相同；其中凹面或凸面由沿端面矩形长的方向的数个平行的凹槽或凸棱组成，一般为1~20个，优选为2~10个，更优选为3~6个；上段隔板的下端面的凹面的凹槽与下段隔板的上端面的凸面的凸棱一一对应并且相互咬合紧密或上段隔板的下端面的凸面的凸棱与下段隔板的上端面的凹面的凹槽一一对应并且相互咬合紧密；凹槽或凸棱的截面形状没有限制，优选采用三角形、半圆形、半椭圆形、矩形或者正方形中的一种或者几种的组合，更优选为半椭圆形，椭圆形的短半径a为0.1d~0.4d，长半径为2a，d为隔板厚度。

本发明的拼接式中间隔板，每段隔板一般为矩形，每段隔板的尺寸及个数可以根据塔的大小及实际拼接条件进行确定。

本发明还提供了一种分壁式精馏塔，该分壁式精馏塔的中间隔板为上述的拼接式中间隔板。

本发明还提供了一种的传统精馏塔改造为分壁式精馏塔的方法，包括如下内容：取消原传统精馏塔内塔板或者填料结构，在传统精馏塔中间位置安装上述的拼接式中间隔板，将塔分隔为四个部分：塔顶公共精馏段、塔中进料段、塔中出料段和塔底公共提馏段；所述的拼接式中间隔板中的每段隔板通过板条、隔板紧固角钢、垫铁和楔子进行固定和密封；

本发明方法中，每段隔板对应一对板条，板条分别焊接于隔板左右两边的塔内壁的对应位置；板条与隔板左右两边的重合部分作为固定面，通过螺栓进行固定也可以通过卡槽形式进行固定。塔内壁上一侧的板条间采用焊接连接形式，连接处增加支撑加强件，防止隔板组装及装置运行中造成焊缝撕裂。板条宽度为30~200mm，优选为30~100mm；板条长度为1.5~3D，优选为1.5~2D，D为原传统精馏塔内径。

本发明方法中，板条和隔板之间的固定方式优选按如下方式进行：将板条与隔板的固定面进行凹凸面加工处理，板条的固定面沿着竖直方向加工若干个平行排列的凹槽或者凸棱，隔板的固定面沿着竖直方向加工若干个平行排列的凸棱或凹槽，一般为1~10个，优选为3~8个，板条的固定面的凹槽与隔板的固定面的凸棱一一对应且相互咬合紧密或板条的固定面的凸棱与隔板的固定面的凹槽一一对应且相互咬合紧密，凹槽或凸棱的截面形状没有限制，可以为三角形、矩形、正方形、半圆弧形中的一种或几种，优选为半圆弧形。

本发明方法中，隔板垫铁采用密封焊接形式固定于隔板左右两边固定面的背面中间位置；隔板垫铁端面可以为矩形、正方形和梯形当中的一种，优选为矩形，矩形长为10mm~80mm，优选为10mm~50mm，矩形宽为10mm~50mm，优选为10mm~30mm,隔板垫铁厚度为10mm~150mm，优选为50mm~100mm；紧固角钢长度为10mm~150mm，优选为50mm~100mm，角钢和隔板垫铁之间的空隙宽度为10mm~50mm，优选为10mm~30mm。楔子位于紧固角钢和隔板垫铁之间，楔子楔紧程度由密封效果决定，以不破坏密封垫并保证隔板密封为前提条件。

本发明方法中，在中间隔板底部设置凸台，用来支撑拼接后的隔板和板条。

本发明方法中，所述的拼接式中间隔板安装过程如下：（1）隔板按照由下到上的顺序进行安装，在第一块隔板底部的最大直径处焊接隔板和板条的支撑凸台；（2）根据隔板安装方向沿塔壁轴向焊接板条，按照一对板条对应一块隔板进行安装，将板条和隔板进行固定；（3）每安装好一块隔板后，在隔板左右两边固定面的背面中间位置焊接隔板垫铁，根据隔板垫铁位置确定紧固角钢的位置，并焊接于紧邻隔板的塔壁上，用楔子钉入隔板垫铁和紧固角钢之间，确保隔板安装完全且不松动泄漏；（4）重复步骤（2）~（3）过程，直至所有隔板安装完毕。

本发明方法中，所述的每段隔板为矩形，矩形宽为250~500mm，优选为450~490mm；矩形厚度为4~12mm，优选为5~8mm；矩形长度为0.9D~0.999D，优选为0.98D~0.99D，D为原常规塔内径。

本发明方法中，板条宽度、隔板宽度和原传统精馏塔的直径相关，可根据实际需要改造的原精馏塔和处理物系进行适当调整。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）拼接式隔板的端面进行了倾角切面处理，利用液体向下流动气体向上流动的特点，防止气液两相从隔板段与隔板段之间通过；且对每段隔板均进行接触面凹凸咬合处理，将面密封的形式改为面密封和线密封相结合的形式，增加了密封强度，可以有效防止隔板两侧气液两相物质的渗漏现象。

（2）拼接式隔板设计、制造、组装的方式，增加了隔板塔的灵活设计能力，针对塔径较小的设备，可以方便灵活的实现隔板组装。采用楔子紧固的方式，避免了紧固方式对隔板密封造成的损伤，降低密封失效的可能性。

（3）同已经公开的可拆卸式分壁精馏塔相比，取消倾斜夹板的设计形式，避免分壁塔在操作过程中液气两相物质在重力作用下对隔板的应力产生加成效果，减少了隔板的应力损伤，有利于隔板的长期稳定使用。同时，取消倾斜夹板的设计形式，可以避免隔板结构对塔内填料、集液器、收集锥等塔内件的安装所造成的困难，减少了安装劳动强度。

（4）采用本发明方法改造可以实现装置的利旧，不需要重新规划占地，增加设备的利用率，减少了投资。

附图说明

图1是常规分壁精馏塔结构示意图。

图2是本发明分壁精馏塔示意图。

图3是本发明中间隔板安装结构示意图。

图4是本发明中间隔板与固定板条之间凹凸面固定示意图。

图5是本发明相邻上下两段隔板拼接示意图和隔板端面倾角示意图。

图6是本发明隔板底部安装结构示意图。

图7 是本发明隔板紧固结构示意图。

图8 是隔板和板条间的螺栓紧固方式结构示意图。

其中：1-常规隔板，2-塔壁，3-分段隔板，4-板条，5-板条与塔壁之间焊缝，6-板条固定面凹槽，7-隔板固定面凸棱，8-隔板上端面凹面，9-隔板下端面凸面，10-隔板底部支撑凸台，11-隔板紧固角钢，12-隔板垫铁，13-楔子，14-隔板紧固螺栓，15-隔板与板条之间密封板，16-隔板与隔板之间密封板。

具体实施方式

结合附图对本发明进行详细说明，但并不因此限制本发明。

实施例1

通过对原料物性进行计算，确定旧塔改造为隔板塔的公共精馏段高度、隔板段高度和公共提馏段高度。确定原塔人孔数和隔板塔人孔数，多余人孔进行密封处理。如果原塔是填料塔，清楚塔内填料支撑等内件；如果原塔是板式塔，清楚塔内浮法、加强圈、收集锥等塔内件，保证塔内空间足以满足隔板塔改造使用。

根据塔现场条件确定隔板安装方向。将板条与隔板的固定面进行凹凸面加工处理（如图4）。隔板按照由下到上的顺序进行安装，在第一块隔板底部的最大直径处焊接隔板和板条的支撑凸台10（如图6），凸台上表面必须保证水平。根据隔板安装方向沿塔壁轴向焊接板条4，按照一对板条对应一块隔板3进行安装，安装过程中确保板条固定面的凹槽6和隔板固定面的凸棱7相互咬合密闭，隔板上下两个端面的凹槽8和凸棱9相互咬合密闭（如图5），在上下隔板之间以及隔板和板条之间放入高温四氟密封垫，防止出现密封不严现象；每安装好一块隔板后，在隔板左右两边固定面的背面中间位置焊接隔板垫铁12，根据隔板垫铁位置确定紧固角钢11的位置，并焊接于紧邻隔板的塔壁上，用楔子13钉入隔板垫铁12和紧固角钢11之间，确保隔板安装完全且不松动泄漏（如图7）。其余隔板按照上述方法依次进行安装。

实施例2

同实施例1，不同之处在于：板条和隔板之间的固定方式不采用凹凸面相互咬合的形式，采用密封板+螺栓紧固的固定方式（如图8）：隔板3、板条4和密封板15的螺栓开孔一一对应，以保证螺栓的顺利安装。安装完隔板两端密封板15后，安装上下隔板间的密封板16，密封板16的螺栓孔和隔板3水平方向螺栓孔相互对应，以保证螺栓的顺利安装和密封。其余隔板按照上述方法依次进行安装。

本发明通过对隔板的特殊设计和处理，解决了将常规精馏塔改造为分壁精馏塔的工程化问题，最大限度利用原有装置，提高装置利用率，和新建隔板塔相比，可以实现投资减少40%~60%。由一个隔板塔实现两个常规塔的功能，实现降低能耗的目标。和传统双塔流程相比，能耗降低30%以上。

Claims (12)

1.一种拼接式中间隔板，其特征在于具有如下性质：该中间隔板由若干段隔板上下拼接而成；上下拼接的两段隔板的拼接面，即上段隔板的下端面和下段隔板的上端面为有一定倾角的凹面或凸面；其中所述的倾角是指每段隔板的端面与水平线之间夹角，水平线方向为隔板的厚度方向，倾角角度为10°~45°，上下拼接的两段隔板的倾角角度相同；其中凹面或凸面由沿端面矩形长的方向的数个平行的凹槽或凸棱组成；上段隔板的下端面的凹面的凹槽与下段隔板的上端面的凸面的凸棱一一对应并且相互咬合紧密或上段隔板的下端面的凸面的凸棱与下段隔板的上端面的凹面的凹槽一一对应并且相互咬合紧密。

2.按照权利要求1所述的拼接式中间隔板，其特征在于：凹槽或凸棱的截面形状采用三角形、半圆形、半椭圆形或矩形中的一种或者几种的组合。

3.按照权利要求1所述的拼接式中间隔板，其特征在于：每段隔板为矩形，每段隔板的尺寸及个数根据塔的大小及实际拼接条件进行确定。

4.一种分壁式精馏塔，其特征在于：该分壁式精馏塔的中间隔板为权利要求1~3任一权利要求所述的拼接式中间隔板。

5.一种传统精馏塔改造为分壁式精馏塔的方法，其特征在于包括如下内容：取消原传统精馏塔内塔板或者填料结构，在传统精馏塔中间位置安装权利要求1~3任一权利要求所述的拼接式中间隔板，将塔分隔为四个部分：塔顶公共精馏段、塔中进料段、塔中出料段和塔底公共提馏段；所述的拼接式中间隔板中的每段隔板通过板条、隔板紧固角钢、垫铁和楔子进行固定和密封。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：每段隔板对应一对板条，板条分别焊接于隔板左右两边的塔内壁的对应位置；板条与隔板左右两边的重合部分作为固定面，通过螺栓进行固定或卡槽形式进行固定；塔内壁上一侧的板条间采用焊接连接形式，连接处增加支撑加强件。

7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：板条宽度为30~200mm，板条长度为1.5~3D，D为原传统精馏塔内径。

8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：板条和隔板之间的固定方式按如下方式进行：将板条与隔板的固定面进行凹凸面加工处理，板条的固定面沿着竖直方向加工若干个平行排列的凹槽或者凸棱，隔板的固定面沿着竖直方向加工若干个平行排列的凸棱或凹槽，板条的固定面的凹槽与隔板的固定面的凸棱一一对应且相互咬合紧密或板条的固定面的凸棱与隔板的固定面的凹槽一一对应且相互咬合紧密。

9.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：隔板垫铁采用密封焊接形式固定于隔板左右两边固定面的背面中间位置；隔板垫铁端面为矩形和梯形中的一种；紧固角钢和隔板垫铁之间的空隙宽度为10mm~50mm；楔子位于紧固角钢和隔板垫铁之间。

10.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：在中间隔板底部设置凸台，用来支撑拼接后的隔板和板条。

11.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的拼接式中间隔板安装过程如下：（1）隔板按照由下到上的顺序进行安装，在第一块隔板底部的直径处焊接隔板和板条的支撑凸台；（2）根据隔板安装方向沿塔壁轴向焊接板条，按照一对板条对应一块隔板进行安装，将板条和隔板进行固定；（3）每安装好一块隔板后，在隔板左右两边固定面的背面中间位置焊接隔板垫铁，根据隔板垫铁位置确定紧固角钢的位置，并焊接于紧邻隔板的塔壁上，用楔子钉入隔板垫铁和紧固角钢之间，确保隔板安装完全且不松动泄漏；（4）重复步骤（2）~（3）过程，直至所有隔板安装完毕。

12.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的每段隔板为矩形，矩形宽为250~500mm，矩形厚度为4~12mm，矩形长度为0.9D~0.999D，D为原常规塔内径。