CN109745724B - Mvr精馏提馏复合装置及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MVR精馏提馏复合装置及其工艺方法，属于精馏工艺技术领域。所述的MVR精馏提馏复合装置，包括一级MVR精馏单元和多级MVR提馏单元，多级MVR提馏单元的配置级数根据原料组成和分离的纯度要求确定，根据MVR提馏单元所处的位置不同，分为最后级MVR提馏单元和中间级MVR提馏单元。本发明所述的复合装置，通过精馏工艺和提馏工艺的高效耦合，能显著降低液体混合物分离的工艺能源消耗。同时，本发明还提供采用装置的工艺方法，简单易行，对原料液浓度配比变化的适应性强，操作弹性大，在节约能耗的情况下，可以使混合液的分离更加彻底，显著提高分离后液体的纯度，达到工艺生产要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种MVR精馏提馏复合装置及其工艺方法，属于精馏工艺技术领域。
背景技术
精馏作为液体混合物的分离工艺在工业各领域被广泛应用，是最常用的化工操作单元，它是分离均相液体混合物的最有效方法之一。但精馏是利用组份沸点不同重复进行蒸发和冷凝使组份分离的过程，传统的精馏工艺耗能高，余热量大，热力学效率很低。MVR技术现在已经在蒸发领域被广泛应用，在精馏工艺中也有应用，即热泵精馏，但应用范围非常有限，主要是因为在很多工况条件下精馏工艺的塔顶和塔底温差比较大，造成热泵精馏工艺中压缩机的工作压差比较大，严重降低了压缩机的运行效率，使MVR技术无法在精馏工艺中广泛应用。在一些文献资料中，根据精馏工艺温差大的工况需求，提出了一种分割式热泵精馏技术，但其应用范围也比较有限，不能被普遍应用。
根据现在相关行业对精馏工艺的需求，对分离后的组份纯度要求越来越高，随着塔顶液中轻组分浓度的提高和塔底液中轻组份浓度的下降，精馏塔所需要的塔顶温度和塔底温度的温度差越来越高。例如在甲醇水的分离工艺中，在常压下，甲醇的沸点为64.2℃，水的沸点为100℃，分离后凝液中甲醇浓度达到99.9％，塔底残液中甲醇浓度小于0.005％，以达到废水排放要求。在该工艺中，采用传统的多效精馏，能耗大，满足上述分离要求比较困难；在采用现有MVR热泵精馏技术，压缩机运行效率很低，能耗大，分离纯度很难达到工艺要求；分割式热泵精馏技术是依据确定的原料组成、分离后塔顶液浓度和塔底液浓度设计的，有一定的节能效果，但是在原料组成与设计条件不一致时，分割式热泵精馏系统的节能效果就会严重下降，甚至无法稳定运行，分离工艺无法满足生产工艺要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种MVR精馏提馏复合装置，通过对原料液进行分段精馏和提馏处理，能显著降低精馏和提馏工艺的能源消耗。
同时，本发明还提供采用其的工艺方法，科学合理，简单易行，在节约能耗的情况下，可以使混合液的分离更加彻底，显著提高分离后液体的纯度，达到工艺生产要求。
本发明所述的MVR精馏提馏复合装置，包括一级MVR精馏单元和多级MVR提馏单元，MVR精馏单元和多级MVR提馏单元顺着原料的流动方向串联连接，原料先流经MVR精馏单元，再流经多级MVR提馏单元，对于多级MVR提馏单元串联系统，原料先流经的MVR提馏单元为上一级MVR提馏单元，原料后流经的MVR提馏单元为下一级MVR提馏单元，MVR提馏单元的配置级数根据原料组成和分离纯度的要求确定，根据MVR提馏单元所处的位置不同，分为最后级MVR提馏单元和中间级MVR提馏单元。
所述的一级MVR精馏单元的精馏塔进料口通过管路与原料供给口和多级MVR提馏单元的凝液排出口相连通，塔底液出口通过管路连通于多级MVR提馏单元的提馏塔进料口，塔顶凝液排出口通过管路连通于精馏塔回流口和分离后轻组分排出管路；
中间级MVR提馏单元的进料口通过管路分别与下一级MVR提馏单元的塔顶凝液排出口及MVR精馏单元或上一级MVR提馏单元的塔底液出口相连通，塔顶液通过管路与MVR精馏单元或上一级MVR提馏单元的进料口相连通，塔底液出口通过管路与下一级MVR提馏单元的提馏塔进料口相连通；
最后一级MVR提馏单元的提馏塔进料口通过管路分别与一级MVR精馏单元或上一级MVR提馏单元的塔底液出口相连通，塔底液出口连通于分离后所得重组分排出管路，塔顶凝液排出口通过管路连通于上一级MVR提馏单元或一级MVR精馏单元的进料口。
所述的一级MVR精馏单元和各级MVR提馏单元都设置有压缩机和再沸器。
所述的再沸器为降膜蒸发器、升膜蒸发器或板式蒸发器中的一种。
所述的压缩机为罗茨式压缩机、螺杆式压缩机或离心式压缩机中的一种。
所述的各级压缩机的进气口分别连通于本级精馏塔或提馏塔的塔顶汽相出口，压缩机的排气口连通于本级再沸器的加热侧入口，再沸器的加热侧出口为本级MVR精馏单元或多级MVR提馏单元的塔顶凝液排出口。
本发明所述的MVR精馏提馏复合装置的工艺方法，包括以下步骤：
原料经管路进入精馏塔进料口，经精馏分离后，塔顶汽从塔顶汽相出口排出经管路进入压缩机，经压缩后进入再沸器的加热侧入口，作为再沸器的热源，给精馏塔塔底液加热后冷凝为塔顶凝液，自再沸器加热侧出口排出，排出的塔顶凝液一部分经管路进入精馏塔的回流口，另一部分作为分离后的轻组分排出；精馏塔塔底液经管路进入下一级提馏塔的进料口；
精馏塔或上一级提馏塔的塔底液和下一级MVR提馏单元的塔顶凝液经管路进入中间级MVR提馏单元的提馏塔的进料口，中间级MVR提馏单元塔顶汽从塔顶汽相出口排出经管路进入本级压缩机，经压缩后进入本级再沸器加热侧入口，作为本级再沸器的热源，给本级提馏塔塔底液加热后冷凝为塔顶凝液，塔顶凝液经管路进入精馏塔或上一级提馏塔的进料口；本级提馏塔的塔底液经管路进入下一级MVR提馏单元的进料口；
精馏塔或上一级提馏塔的塔底液经管路进入最后一级MVR提馏单元的进料口，塔顶汽从塔顶汽相出口排出经管路进入本级压缩机，经压缩后进入本级再沸器加热侧入口，作为本级再沸器的热源，给本级提馏塔塔底液加热后冷凝为塔顶凝液，塔顶凝液排出口通过管路连通于上一级提馏塔或精馏塔的进料口，本级提馏塔塔底液作为分离后的重组分经重组分排出管路排出。
所述的一级精馏塔和各级提馏塔所需热源均由自身塔顶汽压缩后提供。
所述的各级压缩机的工作压差小于25kPa。
所述的一级精馏塔和各级提馏塔的塔顶、塔底压力均为负压状态。
所述的MVR精馏提馏复合装置，根据物料处理要求，一级MVR精馏单元和多级MVR提留单元可做为独立单元单独使用或组合使用。
原料液经过MVR精馏单元分离，塔顶提取液达到要求浓度后收集排出，轻组份浓度降低后的塔底液输入下一级MVR提馏单元继续分离，所得轻组份浓度提高的塔顶提取液作为精馏塔或上一级提馏塔的原料处理，轻组份浓度进一步降低的塔底液作为下一级MVR提馏单元的原料处理，直至塔底液满足排放要求后输入排出管路排出。
在塔顶采出液轻组份浓度一定的情况下，塔底液浓度越低，塔顶与塔底的温差越大，要求压缩机的工作压差越大，当压缩机的工作压差超过30kPa以上时，压缩机就无法稳定运行，通过控制塔底液中轻组份的浓度，并进行分段精馏和提馏处理，将精馏塔或提留塔的压缩机工作压差控制在25kPa以下，以满足了压缩机稳定运行要求，同时提高压缩机的运行效率。
对于精馏塔来说，在塔顶液中轻组份浓度一定的情况下，塔底液轻组份浓度可以控制在一定范围内，减小回流比，提高提取液采出效率，塔底液中轻组份浓度过低，精馏塔回流比会增加，大的回流比会消耗更多的能源，减低提取液采出效率；除采用一级精馏塔外，其余各级采用提馏塔，而不用精馏塔，避免了提取液回流操作造成的能源消耗和提取液采出效率的降低；可以大幅减小压缩机的工作负荷，显著增强节能降耗的效果。
精馏需要一部分塔顶凝液的回流，以提高塔顶凝液中轻组分的浓度，相对而言，提馏的塔顶凝液中轻组分的浓度较低，但是提馏单元中不需要塔顶凝液回流，在塔顶凝液轻组分浓度要求不高的情况下，可以大幅度提高压缩机和提馏单元的运行效率，而轻组分浓度比较低的塔顶凝液输入上一级提馏单元或精馏单元继续进行浓缩提纯，就可以在相对较低能耗消耗的条件下达到生产的工艺要求。
精馏塔和提馏塔的再沸器热源全部通过自身塔顶采出的蒸汽经再压缩后提供，充分利用了塔顶采出蒸汽的潜热，减少了外来蒸汽和冷却水的消耗。
采用精馏提馏复合工艺方法，可以显著提高分离后液体的纯度，有效减小各精馏或提馏单元压缩机的工作压差，以提高压缩机的运行可靠性和运行效率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.所述的精馏提馏复合装置，设计科学，结构合理，能显著降低精馏和提馏工艺的能源消耗；
2.所述的采用精馏提馏复合装置的工艺方法，在节约能耗的情况下，可以使混合液的分离更加彻底，显著提高分离后液体的纯度，减小各单塔压缩机工作压差，提高压缩机运行可靠性和运行效率；达到工艺生产要求；
3.本发明中，精馏工艺与提馏工艺有机组合和高效耦合，在提高压缩机运行效率的同时能有效减少塔顶凝液的回流操作，提高精馏系统的整体工艺效率，且所述的工艺方法操作弹性大，对原料的组合配比没有要求，任意配比的原料都适用。
附图说明
图1为本发明中MVR精馏单元和单级MVR提馏单元复合的装置结构示意图；
图2为本发明中MVR精馏单元和双级MVR提馏单元复合的装置结构示意图；
图3为本发明中MVR提馏单元结构示意图；
图中，1-MVR精馏单元；2-多级MVR提馏单元；2a-最后级MVR提馏单元；2b-中间级MVR提馏单元；11-MVR精馏单元精馏塔；12-MVR精馏单元压缩机；13-MVR精馏单元再沸器；21-MVR提馏单元提馏塔；22-MVR提馏单元压缩机；23-MVR提馏单元再沸器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
所述的MVR精馏提馏复合装置，包括一级MVR精馏单元和多级MVR提馏单元，MVR精馏单元和多级MVR提馏单元顺着原料的流动方向串联连接，原料先流经MVR精馏单元，再流经多级MVR提馏单元，对于多级MVR提馏单元串联系统，原料先流经的MVR提馏单元为上一级MVR提馏单元，原料后流经的MVR提馏单元为下一级MVR提馏单元，MVR提馏单元的配置级数根据原料组成和分离纯度的要求确定，根据MVR提馏单元所处的位置不同，分为最后级MVR提馏单元和中间级MVR提馏单元。
所述的一级MVR精馏单元1的精馏塔11进料口通过管路与原料供给口和多级MVR提馏单元2的凝液排出口相连通，塔底液出口通过管路连通于多级MVR提馏单元2的提馏塔进料口，塔顶凝液排出口通过管路连通于精馏塔回流口和分离后轻组分排出管路；
中间级MVR提馏单元2b的进料口通过管路分别与下一级MVR提馏单元的塔顶凝液排出口及MVR精馏单元1或上一级MVR提馏单元的塔底液出口相连通，塔顶液通过管路与MVR精馏单元1或上一级MVR提馏单元的进料口相连通，塔底液出口通过管路与下一级MVR提馏单元的提馏塔进料口相连通；
最后一级MVR提馏单元2a的提馏塔进料口通过管路分别与一级MVR精馏单元1或上一级MVR提馏单元的塔底液出口相连通，塔底液出口连通于分离后所得重组分排出管路，塔顶凝液排出口通过管路连通于上一级MVR提馏单元或一级MVR精馏单元1的进料口。
所述的一级MVR精馏单元1和各级MVR提馏单元都设置有压缩机和再沸器。
所述的各级压缩机的进气口分别连通于本级精馏塔或提馏塔的塔顶汽相出口，压缩机的排气口连通于本级再沸器的加热侧入口，再沸器的加热侧出口为本级MVR精馏单元或多级MVR提馏单元2的塔顶凝液排出口。
所述的再沸器为降膜蒸发器。
所述的压缩机为离心式压缩机。
甲醇水(其中甲醇含量为65wt.％)中甲醇的提取，提取的甲醇浓度高于99.9％，提取后残液中甲醇含量小于0.005％，达到废水排放要求。工艺装置采用一级MVR精馏单元和两级MVR提馏单元组成。将甲醇水原料输入MVR精馏单元的精馏塔(处理量2000kg/h)，精馏塔操作参数为：塔顶压力75kPa，塔底料液温度42℃，塔顶提取液甲醇浓度99.99％，经轻组分排出管路排出，塔底液中甲醇浓度13％；输入中间级MVR提馏单元继续处理；
中间级MVR提馏单元的提馏塔操作参数：塔顶压力62kPa，塔底料液温度60℃，塔顶提取液甲醇浓度91％，输入MVR精馏单元的精馏塔继续处理，塔底液中甲醇含量0.2％，输入最后级MVR提馏单元的提馏塔继续处理；
最后级MVR提馏单元的提馏塔操作参数：塔顶压力48kPa，塔底料液温度70℃，塔顶提取液甲醇浓度77％，输入中间级MVR提馏单元的提馏塔继续处理，塔底液中甲醇浓度低于0.005％，达到废水排放要求，经重组分排出管路排出。
本实施例中，轻组分排出管路排出的凝液即为含甲醇99.99％的提取浓缩液。
很明显，本发明不仅仅适用于实施例所述的甲醇水浓缩提取生产工艺，很容易拓展到类似的其他生产工艺中应用。
Claims (6)
1.一种MVR精馏提馏复合装置，包括一级MVR精馏单元(1)和多级MVR提馏单元(2)，其特征在于：多级MVR提馏单元(2)的配置级数根据原料组成和分离纯度要求确定，根据MVR提馏单元(2)所处位置不同，分为最后级MVR提馏单元(2a)、中间级MVR提馏单元(2b)；
一级MVR精馏单元(1)的精馏塔(11)进料口通过管路与原料供给口和多级MVR提馏单元(2)的凝液排出口相连通，塔底液出口通过管路连通于多级MVR提馏单元(2)的提馏塔进料口，塔顶凝液排出口通过管路连通于精馏塔(11)回流口和分离后轻组分排出管路；
中间级MVR提馏单元(2b)的进料口通过管路分别与下一级MVR提馏单元的塔顶凝液排出口及MVR精馏单元(1)或上一级MVR提馏单元的塔底液出口相连通，塔顶液通过管路与MVR精馏单元(1)或上一级MVR提馏单元的进料口相连通，塔底液出口通过管路与下一级MVR提馏单元的提馏塔进料口相连通；
最后一级MVR提馏单元(2a)的提馏塔进料口通过管路分别与一级MVR精馏单元(1)或上一级MVR提馏单元的塔底液出口相连通，塔底液出口连通于分离后所得重组分排出管路，塔顶凝液排出口通过管路连通于上一级MVR提馏单元或一级MVR精馏单元(1)的进料口；
采用所述的MVR精馏提馏复合装置的工艺方法，原料经管路进入精馏塔(11)进料口，经精馏分离后，塔顶汽从塔顶汽相出口排出经管路进入压缩机(12)，经压缩后进入再沸器(13)的加热侧入口，作为再沸器(13)的热源，给精馏塔(11)塔底液加热后冷凝为塔顶凝液，自再沸器(13)加热侧出口排出，排出的塔顶凝液一部分经管路进入精馏塔(11)的回流口，另一部分作为分离后的轻组分排出；精馏塔(11)塔底液经管路进入下一级提馏塔的进料口；
精馏塔(11)或上一级提馏塔的塔底液和下一级MVR提馏单元的塔顶凝液经管路进入中间级MVR提馏单元(2b)的提馏塔(21)的进料口，中间级MVR提馏单元(2b)塔顶汽从塔顶汽相出口排出经管路进入本级压缩机(22)，经压缩后进入本级再沸器(23)加热侧入口，作为本级再沸器(23)的热源，给本级提馏塔塔底液加热后冷凝为塔顶凝液，塔顶凝液经管路进入精馏塔(11)或上一级提馏塔的进料口；本级提馏塔的塔底液经管路进入下一级MVR提馏单元(4)的进料口；
精馏塔(11)或上一级提馏塔的塔底液经管路进入最后一级MVR提馏单元(2a)的进料口，塔顶汽从塔顶汽相出口排出经管路进入本级压缩机(22)，经压缩后进入本级再沸器(23)加热侧入口，作为本级再沸器(23)的热源，给本级提馏塔塔底液加热后冷凝为塔顶凝液，塔顶凝液排出口通过管路连通于上一级提馏塔或精馏塔(11)的进料口，本级提馏塔塔底液作为分离后的重组分经重组分排出管路排出；
各级压缩机的工作压差小于25kPa。
2.根据权利要求1所述的MVR精馏提馏复合装置，其特征在于：一级MVR精馏单元(1)和各级MVR提馏单元都设置有压缩机和再沸器。
3.根据权利要求1所述的MVR精馏提馏复合装置，其特征在于：各级压缩机的进气口分别连通于本级精馏塔或提馏塔的塔顶汽相出口，压缩机的排气口连通于本级再沸器的加热侧入口，再沸器的加热侧出口为本级MVR精馏单元或多级MVR提馏单元(2)的塔顶凝液排出口。
4.根据权利要求1所述的MVR精馏提馏复合装置，其特征在于：一级精馏塔(11)和各级提馏塔所需热源均由自身塔顶汽压缩后提供。
5.根据权利要求1所述的MVR精馏提馏复合装置，其特征在于：一级精馏塔(11)和各级提馏塔的塔顶、塔底压力均为负压状态。
6.根据权利要求1所述的MVR精馏提馏复合装置，其特征在于：根据物料处理要求，一级MVR精馏单元(1)和多级MVR提留单元(2)可做为独立单元单独使用或组合使用。
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