CN108635895B - 一种精馏塔、精馏系统及精馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种精馏塔、精馏系统及精馏方法，涉及化工生产技术领域，结构简单，降低了精馏脱水的能耗，且投资和运行成本低。一种精馏塔，包括塔体外壳，所述塔体外壳上方连通有冷凝器，下方连通有再沸器，内部设有精馏脱水单元，所述精馏脱水单元包括沿竖直方向依次设置的精馏段和脱水段，对应所述脱水段设有降液管，所述降液管用于将所述脱水段上方的液相含水混合物直接引流至所述脱水段下方，所述塔体外壳对应所述精馏段设有入料口。本发明的实施例用于含水混合物的精馏脱水。

Description

一种精馏塔、精馏系统及精馏方法

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，尤其涉及一种精馏塔、精馏系统及精馏方法。

背景技术

精馏塔，是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质，使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，从而实现分离的目的。精馏塔也是石油化工生产中应用极为广泛的一种传质传热装置。

煤气制低碳醇是当前社会经济效益较好的工艺路线，煤气催化合成低碳醇后的产物是烃、低碳醇与水的混合物，低碳醇需要经过分离提纯后才具有高价值，因此，烃、低碳醇与水的混合物常需要经过精馏工艺来去除其他烃、醇和水等，以得到较纯的低碳醇。但是，除甲醇外低碳醇其它组分均与水形成共沸物，传统的普通精馏工艺无法完全分离低碳醇、水和烃类的混合物。一般的，为了提高低碳醇的纯度，常需要在精馏工艺后，再进行共沸精馏和萃取精馏等工艺，但是这两种技术由于需要加入大量的共沸剂或萃取剂，造成热量消耗较大、用于实现分离工艺的设备的规格尺寸也增大很多。

发明内容

本发明的实施例提供一种精馏塔、精馏系统及精馏方法，结构简单，降低了精馏脱水的能耗，且投资和运行成本低。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种精馏塔，包括塔体外壳，所述塔体外壳上方连通有冷凝器，下方连通有再沸器，内部设有精馏脱水单元，所述精馏脱水单元包括沿竖直方向依次设置的精馏段和脱水段，对应所述脱水段设有降液管，所述降液管用于将所述脱水段上方的液相含水混合物直接引流至所述脱水段下方，所述塔体外壳对应所述精馏段设有入料口。

进一步地，所述精馏段和所述脱水段在所述塔体外壳内沿竖直方向自上而下依次设置，所述精馏段和所述脱水段之间设有用于收集液相含水混合物的第一断塔板，所述降液管设置在所述第一断塔板的下方，且延伸至所述脱水段下方，用于将所述第一断塔板上的液相含水混合物引流至所述脱水段下方。

进一步地，所述第一断塔板上开设有降液口和升气口，所述降液口与所述降液管的上端连通，所述第一断塔板上方还设有升气管，所述升气管的下端与所述升气口连通，所述升气管的上端高于所述第一断塔板上的液相含水混合物液面。

进一步地，所述降液管下端设有液相暂存部，所述液相暂存部的侧壁上边缘高于所述降液管的下端。

进一步地，所述升气管的上方设有液相遮挡部，所述液相遮挡部用于阻挡所述升气管上方的液相含水混合物落入升气管内，所述升气管与所述液相遮挡部之间具有用于排气的出气间隙。

进一步地，所述塔体外壳对应所述脱水段连通有干燥脱水剂进口，所述脱水段下方设有用于承载干燥脱水剂的第二断塔板，所述降液管穿过所述第二断塔板延伸至所述第二断塔板下方，所述第二断塔板上设有所述升气口和所述升气管。

进一步地，所述塔体外壳对应所述第二断塔板设有干燥脱水剂出口。

进一步地，所述塔体外壳内沿竖直方向依次设有多个所述精馏脱水单元，多个所述精馏脱水单元中的每相邻的两个所述精馏段之间均具有一个所述脱水段。

第二方面，提供一种精馏系统，包括上述的精馏塔，还包括再生塔，所述再生塔的入料口与所述精馏塔的干燥脱水剂出口连通，所述再生塔的出料口与所述精馏塔的干燥脱水剂进口连通，所述再生塔用于脱除干燥脱水剂中的水分。

第三方面，提供一种应用上述的精馏系统的精馏方法，用于对含水混合物脱水，包括：

将液相含水混合物加入所述精馏塔内，液相含水混合物受重力影响经过所述精馏段向所述精馏塔下方流动；

将液相含水混合物加热至沸腾，产生气相含水混合物，气相含水混合物经过所述脱水段和所述精馏段向所述精馏塔上方流动；

将上升至所述精馏塔顶部的气相含水混合物冷凝，产生液相含水混合物，其中一部分为副产物从该处排出，另一部分在重力的影响下经过所述精馏段向所述精馏塔下方回流；

返回执行所述将液相含水混合物加热至沸腾的步骤，以此根据精馏原理完成精馏过程，以使得所述精馏塔下方生成目标产物并采出。

进一步地，该方法包括：

向所述精馏塔内的所述脱水段加入干燥脱水剂；

从所述精馏塔内的所述脱水段收集含水的干燥脱水剂；

将含水的干燥脱水剂加入所述再生塔内脱水；

将经过所述再生塔脱水后的干燥脱水剂再次加入所述精馏塔内的所述脱水段中。

进一步地，该方法包括：

从所述精馏塔内的所述脱水段上方加入干燥脱水剂；

从所述精馏塔内的所述脱水段下方收集含水的干燥脱水剂。

本发明实施例提供的精馏塔、精馏系统及精馏方法，塔体外壳上方连通有冷凝器，下方连通有再沸器，内部设有精馏脱水单元，由于精馏脱水单元包括沿竖直方向依次设置的精馏段和脱水段，且对应脱水段设有降液管，降液管用于将脱水段上方的液相含水混合物直接引流至脱水段下方，塔体外壳对应精馏段设有入料口。这样，在精馏时，液相含水混合物加入精馏塔内，液相含水混合物受重力影响会经过精馏段和降液管向精馏塔下方流动，避免液相含水混合物对脱水段的脱水效果产生影响；液相含水混合物落至精馏塔下方后，被加热至沸腾，产生气相含水混合物，气相含水混合物向精馏塔上方流动并经过脱水段和精馏段，其中，脱水段可以吸收气相含水混合物中的水分，以提高脱水效果；接着，上升至精馏塔顶部的气相含水混合物会被冷凝器冷凝，产生液相含水混合物，其中一部分为副产物从该处排出，另一部分在重力的影响下经过精馏段和降液管向精馏塔下方回流，进而在精馏塔底部被再沸器再次加热至沸腾，再次产生气相含水混合物，如此循环，最终使得精馏塔下方可生成目标产物，例如，纯度较高的不含水低碳醇。由于设置了脱水段，可除去气相含水混合物中大部分水分，提高产物纯度，进而不用再进行共沸精馏和萃取精馏等工艺，即，不用再加入大量的共沸剂或萃取剂，因此，结构简单，降低了精馏脱水的能耗，且投资和运行成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的精馏塔的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的精馏塔的精馏脱水单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的精馏塔设置多个精馏脱水单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的精馏系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的精馏方法的步骤流程图。

附图标记：

1-塔体外壳；11-精馏塔入料口；12-干燥脱水剂进口；13-干燥脱水剂出口；2-冷凝器；3-再沸器；4-精馏脱水单元；41-精馏段；42-脱水段；5-降液管；51-液相暂存部；6-第一断塔板；61-降液口；62-升气口；7-升气管；71-液相遮挡部；72-出气间隙；8-第二断塔板；100-精馏塔；200-再生塔；201-再生塔入料口；202-再生塔出料口；300-入料泵；400-出料泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一方面，本发明的实施例提供一种精馏塔100，如图1所示，包括塔体外壳1，塔体外壳1上方连通有冷凝器2，下方连通有再沸器3，内部设有精馏脱水单元4，精馏脱水单元4包括沿竖直方向依次设置的精馏段41和脱水段42，对应脱水段42设有降液管5，降液管5用于将脱水段42上方的液相含水混合物直接引流至脱水段42下方，塔体外壳1对应精馏段41设有精馏塔入料口11。

本发明实施例提供的精馏塔100，如图1所示，塔体外壳1上方连通有冷凝器2，下方连通有再沸器3，内部设有精馏脱水单元4，由于精馏脱水单元4包括沿竖直方向依次设置的精馏段41和脱水段42，且对应脱水段42设有降液管5，降液管5用于将脱水段42上方的液相含水混合物直接引流至脱水段42下方，塔体外壳1对应精馏段41设有精馏塔入料口11。这样，在精馏时，液相含水混合物加入精馏塔100内，液相含水混合物受重力影响会经过精馏段41和降液管5向精馏塔100下方流动，避免液相含水混合物对脱水段42的脱水效果产生影响；液相含水混合物落至精馏塔100下方后，被加热至沸腾，产生气相含水混合物，气相含水混合物向精馏塔100上方流动并经过脱水段42和精馏段41，其中，脱水段42可以吸收气相含水混合物中的水分，以提高脱水效果；接着，上升至精馏塔100顶部的气相含水混合物会被冷凝器2冷凝，产生液相含水混合物，其中一部分为副产物从该处排出，另一部分在重力的影响下经过精馏段41和降液管5向精馏塔100下方回流，进而在精馏塔100底部被再沸器3再次加热至沸腾，再次产生气相含水混合物，如此循环，最终使得精馏塔100下方可生成目标产物，例如，纯度较高的不含水低碳醇。由于设置了脱水段，可除去气相含水混合物中大部分水分，提高产物纯度，进而不用再进行共沸精馏和萃取精馏等工艺，即，不用再加入大量的共沸剂或萃取剂，因此，结构简单，降低了精馏脱水的能耗，且投资和运行成本低。

降液管5用于将脱水段42上方的液相含水混合物直接引流至脱水段42下方，具体的结构如图1和图2所示，精馏段41和脱水段42在塔体外壳1内沿竖直方向自上而下依次设置，精馏段41和脱水段42之间设有用于收集液相含水混合物的第一断塔板6，降液管5设置在第一断塔板6的下方，且延伸至脱水段42下方，用于将第一断塔板6上的液相含水混合物引流至脱水段42下方。通过在精馏段41和脱水段42之间设置第一断塔板6，液相含水混合物下落经过精馏段41后，会被收集在第一断塔板6上，进而不会落至精馏段41下方的脱水段42内，降液管5设置在第一断塔板6的下方，且延伸至脱水段42下方，可以将第一断塔板6上的液相含水混合物引流至脱水段42下方。

由于在精馏塔100精馏脱水的过程中，精馏塔100下方的液相含水混合物被加热至沸腾，产生气相含水混合物，气相含水混合物会上升，以被冷凝器2冷凝，为避免第一断塔板6阻挡气相含水混合物的上升，如图2所示，第一断塔板6上开设有降液口61和升气口62，降液口61与降液管5的上端连通，第一断塔板6上方还设有升气管7，升气管7的下端与升气口62连通，升气管7的上端高于第一断塔板6上的液相含水混合物液面。这样，第一断塔板6将经过精馏段41下落的液相含水混合物收集后，通过降液口61进入降液管5内，继续向精馏塔100下方流动。精馏塔100下方产生的气相含水混合物在上升至第一断塔板6处时，可以通过升气口62进入升气管7内，继续向精馏塔100上方流动。同时，升气管7的上端高于第一断塔板6上的液相含水混合物液面，可以避免第一断塔板6收集的液相含水混合物从升气口62落下而进入脱水段42内。

气相含水混合物需要经过脱水段42脱水，如果精馏塔100内的气相含水混合物在上升的过程中进入降液管5，一方面，气相含水混合物从降液管5通过而不经过脱水段42，失去脱水效果，另一方面，会影响降液管5的引流液相含水混合物的效率。因此，为了防止气相含水混合物从降液管5通过而不经过脱水段42，如图2所示，降液管5下端设有液相暂存部51，液相暂存部51的侧壁上边缘高于降液管5的下端。这样，降液管5下端的液相暂存部51内的液相含水混合物液面会高于降液管5的下端，对于想要向上流动的气相含水混合物来说，液相暂存部51内的液相含水混合物将降液管5的下端封堵，气相含水混合物不能进入降液管5内，进而不会影响降液管5的引流液相含水混合物的效率，且保证脱水段42的脱水效果。同时，受重力影响，第一断塔板6上收集的液相含水混合物经过降液口61进入降液管5内，液相暂存部51内的液相含水混合物不断增加，直到从液相暂存部51的外边缘溢出，进而继续向下流动。

另外，升气管7的上端高于第一断塔板6上的液相含水混合物液面，可以防止第一断塔板6上收集的液相含水混合物进入升气管7内。但是，第一断塔板6上方正在下落的液相含水混合物也有可能直接下落至升气管7内，进而影响脱水段41的脱水效果。因此，为了进一步防止液相含水混合物进入升气管7内，如图2所示，升气管7的上方设有液相遮挡部71，液相遮挡部71用于阻挡升气管7上方的液相含水混合物落入升气管7内，升气管7与液相遮挡部71之间具有用于排气的出气间隙72。液相遮挡部71可防止第一断塔板6上方正在下落的液相含水混合物直接落入升气管7内。同时，为了保证液相遮挡部71不会阻挡升气管7内气相含水混合物的上升，升气管7与液相遮挡部71之间具有用于排气的出气间隙72。

脱水段42的脱水作用可以是加入干燥脱水剂，其中干燥脱水剂可以是乙二醇和甘三醇等。因此，为方便加入干燥脱水剂，如图2和图3所示，塔体外壳1对应脱水段42连通有干燥脱水剂进口12，脱水段42下方设有用于承载干燥脱水剂的第二断塔板8，降液管5穿过第二断塔板8延伸至第二断塔板8下方，第二断塔板上设有升气管7。

同时，干燥脱水剂吸收一部分水分后脱水作用会下降，需要排出更换，如图3所示，塔体外壳1对应第二断塔板8设有干燥脱水剂出口13。

为提高精馏脱水的效果，如图3所示，塔体外壳1内沿竖直方向依次设有多个精馏脱水单元4，多个精馏脱水单元4中的每相邻的两个精馏段41之间均具有一个脱水段42。

第二方面，提供一种精馏系统，如图4所示，包括上述的精馏塔100，还包括再生塔200，再生塔入料口201与精馏塔100的干燥脱水剂出口13连通，再生塔出料口202与精馏塔100的干燥脱水剂进口12连通，再生塔200用于脱除干燥脱水剂中的水分。

本发明实施例的精馏系统，由于包括上述的精馏塔100，因此具有同样的有益效果，即，结构简单，降低了精馏脱水的能耗，且投资和运行成本低。同时，由于还包括再生塔200，再生塔200与精馏塔100的干燥脱水剂进口12和干燥脱水剂出口13连通，用于脱除干燥脱水剂中的水分，可持续供给精馏塔100的脱水段42内的干燥脱水剂，且干燥脱水剂为循环利用，进而可提高生产效率，减少资源消耗，符合环保要求。

需要说明的是，干燥脱水剂的加入和取出可以自动化操作，具体的如图4所示，再生塔入料口201与精馏塔100的干燥脱水剂出口13之间连通有入料泵300，再生塔出料口202与精馏塔100的干燥脱水剂进口12之间连通有出料泵400，入料泵300工作，可将精馏塔100内的含水干燥脱水剂输送至再生塔200内，出料泵400工作，可将再生塔200内经过脱水的干燥脱水剂输送至精馏塔100内。

第三方面，提供一种应用上述的精馏系统的精馏方法，用于对含水混合物脱水，参照图5，包括：

S1：将液相含水混合物加入精馏塔100内，液相含水混合物受重力影响经过精馏段41向精馏塔100下方流动；

S2：将液相含水混合物加热至沸腾，产生气相含水混合物，气相含水混合物经过脱水段42和精馏段41向精馏塔100上方流动；

S3：将上升至精馏塔100顶部的气相含水混合物冷凝，产生液相含水混合物，

S4：其中一部分为副产物从该处排出；

S5：另一部分在重力的影响下经过精馏段41向精馏塔100下方回流；

S6：返回执行将液相含水混合物加热至沸腾的步骤，以此根据精馏原理完成精馏过程，以使得精馏塔100下方生成目标产物并采出。

本发明实施例的精馏方法，由于气相含水混合物会经过脱水段42和精馏段41向精馏塔100上方流动，脱水段42可除去气相含水混合物中大部分水分，提高产物纯度，进而不用再进行共沸精馏和萃取精馏等工艺，即，不用再加入大量的共沸剂或萃取剂，因此，结构简单，降低了精馏脱水的能耗，且投资和运行成本低。

为了方便使脱水段42内的干燥脱水剂可持续加入和排出，且可循环利用，该方法包括：

向精馏塔100内的脱水段42加入干燥脱水剂；

从精馏塔100内的脱水段42收集含水的干燥脱水剂；

将含水的干燥脱水剂加入再生塔200内脱水；

将经过再生塔200脱水后的干燥脱水剂再次加入精馏塔100内的脱水段42中。

通过再生塔200可往脱水段42内持续加入干燥脱水剂，或从脱水段42持续排出含水的干燥脱水剂，同时，再生塔200可将含水的干燥脱水剂精馏脱水，实现干燥脱水剂的再利用。

优选地，该方法包括：

从精馏塔100内的脱水段42上方加入干燥脱水剂；

从精馏塔100内的脱水段42下方收集含水的干燥脱水剂。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种精馏塔，包括塔体外壳，所述塔体外壳上方连通有冷凝器，下方连通有再沸器，其特征在于，所述塔体外壳内沿竖直方向依次设有多个精馏脱水单元，所述精馏脱水单元包括沿竖直方向从上至下依次设置的精馏段和脱水段，对应所述脱水段设有降液管，所述降液管用于将所述脱水段上方的液相含水混合物直接引流至所述脱水段下方，所述塔体外壳对应所述精馏段设有入料口；

所述精馏段和所述脱水段在所述塔体外壳内沿竖直方向自上而下依次设置，所述精馏段和所述脱水段之间设有用于收集液相含水混合物的第一断塔板，所述降液管设置在所述第一断塔板的下方，所述降液管延伸至所述脱水段下方，用于将所述第一断塔板上的液相含水混合物引流至所述脱水段下方；

所述降液管下端设有液相暂存部，所述液相暂存部的侧壁上边缘高于所述降液管的下端；

多个所述精馏脱水单元中的每相邻的两个所述精馏段之间均具有一个所述脱水段。

2.根据权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，所述第一断塔板上开设有降液口和升气口，所述降液口与所述降液管的上端连通，所述第一断塔板上方还设有升气管，所述升气管的下端与所述升气口连通，所述升气管的上端高于所述第一断塔板上的液相含水混合物液面。

3.根据权利要求2所述的精馏塔，其特征在于，所述升气管的上方设有液相遮挡部，所述液相遮挡部用于阻挡所述升气管上方的液相含水混合物落入升气管内，所述升气管与所述液相遮挡部之间具有用于排气的出气间隙。

4.根据权利要求2所述的精馏塔，其特征在于，所述塔体外壳对应所述脱水段连通有干燥脱水剂进口，所述脱水段下方设有用于承载干燥脱水剂的第二断塔板，所述降液管穿过所述第二断塔板延伸至所述第二断塔板下方，所述第二断塔板上设有所述升气口和所述升气管。

5.根据权利要求4所述的精馏塔，其特征在于，所述塔体外壳对应所述第二断塔板设有干燥脱水剂出口。

6.一种精馏系统，其特征在于，包括权利要求1~5中任一项所述的精馏塔，还包括再生塔，所述再生塔的入料口与所述精馏塔的干燥脱水剂出口连通，所述再生塔的出料口与所述精馏塔的干燥脱水剂进口连通，所述再生塔用于脱除干燥脱水剂中的水分。

7.一种应用权利要求6所述的精馏系统的精馏方法，用于对含水混合物脱水，其特征在于，包括：

将液相含水混合物加入所述精馏塔内，液相含水混合物受重力影响经过所述精馏段向所述精馏塔下方流动；

将液相含水混合物加热至沸腾，产生气相含水混合物，气相含水混合物经过所述脱水段和所述精馏段向所述精馏塔上方流动；

将上升至所述精馏塔顶部的气相含水混合物冷凝，产生液相含水混合物，其中一部分为副产物从所述冷凝器排出，另一部分在重力的影响下经过所述精馏段向所述精馏塔下方回流；

返回执行所述将液相含水混合物加热至沸腾的步骤，以此根据精馏原理完成精馏过程，以使得所述精馏塔下方生成目标产物并采出。

8.根据权利要求7所述的精馏方法，其特征在于，该方法包括：

向所述精馏塔内的所述脱水段加入干燥脱水剂；

从所述精馏塔内的所述脱水段收集含水的干燥脱水剂；

将含水的干燥脱水剂加入所述再生塔内脱水；

将经过所述再生塔脱水后的干燥脱水剂再次加入所述精馏塔内的所述脱水段中。

9.根据权利要求8所述的精馏方法，其特征在于，该方法包括：

从所述精馏塔内的所述脱水段上方加入干燥脱水剂；

从所述精馏塔内的所述脱水段下方收集含水的干燥脱水剂。

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