CN112638487A - 具有以45度取向的降液管的分馏塔盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降液管布置结构，该降液管布置结构以与支撑件成45度角取向，该支撑件是分隔壁塔内的壁或允许蒸馏塔内的塔盘之间具有0.3m至0.76m间距的减小间距的支撑梁。优点包括使用单个支撑梁来支撑两个塔盘以及更有效的操作，并且允许塔具有0.9米至15.2米的直径。

Description

具有以45度取向的降液管的分馏塔盘

背景技术

本发明涉及在经由分馏来分离挥发性化合物的蒸馏塔中使用的分馏塔盘的布置结构。更具体地讲，本发明涉及分馏塔盘，该分馏塔盘具有以与跨越蒸馏塔直径的支撑梁成45度角取向的降液管，或在塔为分隔壁塔的情况下与分隔壁成45度角取向的降液管。

分馏塔盘广泛用于石化和石油精炼行业，以促进分馏塔中进行的多级蒸气-液体接触。分馏塔的正常构型包括10个至120个单独的塔盘。通常，塔中每个塔盘的结构是相同的。塔盘水平安装，以被称为塔的塔盘间距的均匀竖直距离安装。该距离可在塔的不同部分内变化，但通常被认为是恒定的。塔盘通常由焊接或螺栓连接到塔的内表面的环支撑。

本发明之前的分馏塔盘由于塔盘之间90度的旋转而采用单元格设计，这对于在分隔壁塔内使用是理想的。然而，如果壁平行或垂直于降液管取向，则壁使得对于奇数个塔盘和偶数个塔盘不可能具有相同的液压式塔盘设计。这是人们期望的典型取向。如果分隔壁略微偏离中心，则奇数个塔盘和偶数个塔盘之间的差异变得甚至更大。因此，奇数个塔盘和偶数个塔盘的性能可以不同，并且可能是液压瓶颈的原因所在。

除了在分隔壁塔中具有降液管的分馏塔盘的常规设计中发现的困难之外，在不包括分隔壁的常规塔中也存在困难。塔盘需要机械支撑，这通常通过使用降液管作为主支撑结构来实现。问题在于随着塔直径变得更大，降液管高度必须增加以便满足塔盘偏转的条件。这继而导致设计塔盘间距增大以适应更深的降液管。因此，塔盘间距由机械约束而非工艺/液压约束来确定或限制。与竞争对手技术相比，该塔盘的显著优点是可实现12英寸(30.48cm)的相对低塔盘间距。在大直径下，该优点随着塔盘间距需要增加以便满足机械设计标准而削弱。低塔盘间距允许大量MD/ECMD塔盘容纳在单个壳体中或可能减小塔高度以满足客户限制，从而在市场中提供技术优势。虽然I形梁可用于大于9.7m(＞32英尺)的非常大直径的塔，但仍然需要相对高的塔盘间距。问题在于，在现有技术构型中，I形梁垂直于其支撑的降液管并且平行于下方塔盘的降液管。因此，梁位于下方活动塔盘平台的正上方，并且具有干扰经过其下方的该特定平台区段的蒸气流的可能性。另一个问题是，如果梁的宽度大于15cm(6英寸)，则难以在I形梁下方获得液体以进料到下方活动塔盘平台。这两个问题可能导致分配不均和较差的塔性能。为了合理地防止这些问题，限制I形梁高度，使得I形梁仅可略微延伸到降液管底部下方，从而限制其强度。

发明内容

本发明提供了一种用于蒸馏塔的塔盘组件，该塔盘组件包括支撑梁或壁、接触该支撑梁或壁并以45度角从该支撑梁或壁延伸的多个降液管。该塔盘组件还包括在降液管上方具有多个开口的板。

塔盘支撑梁可具有沿支撑梁的整个长度延伸的上凸缘和下凸缘，该支撑梁可被构造为I形梁。塔盘组件的支撑梁为上层降液管和下层降液管两者提供支撑，这允许这些层比现有技术安装装置间隔得更靠近在一起。在本发明的一个优选实施方案中，上层降液管垂直于下层降液管。本发明允许塔盘组件具有0.9m至15.2m(3英尺至50英尺)并且通常9.1m(30英尺)的最大直径。塔盘组件允许层具有0.3m至0.76m(11英寸至30英寸)并且通常12英寸(0.3m)的最小间隔。塔盘组件可包括以下中的至少一者：用于感测至少一个参数并能够从感测生成信号的传感器；能够生成和传输信号的部件；或能够生成和传输关于塔盘组件操作的数据的部件。

附图说明

图1示出了分馏塔盘的相对于支撑梁以45度取向的一组降液管。

图2示出了连接到支撑梁的一组降液管的侧视图。

图3示出了连接到支撑梁的一组降液管的俯视图。

图4示出了具有圆形开口和狭槽的平台层的一部分。

图5示出了具有分隔壁和多个塔盘的塔。

具体实施方式

在石油精炼、石化和化学行业中，分馏塔用于多种化合物的分离。它们用于例如各种石蜡烃的分离，诸如丁烷和戊烷的分离，用于从烃料流中去除包括水在内的污染物，以及用于各种烷基芳香烃的分离，诸如从二甲苯中分离甲苯。分馏塔盘还用于从烃中分离含氧化合物诸如醚或醇，用于分离无机物诸如卤化化合物、碳氟化合物和元素气体，以及多种其它分离。分馏塔和塔盘因此在许多行业中具有很大实用性。

在分馏过程期间，在塔的底部产生的蒸气上升穿过铺展在塔盘平台区域上的大量小穿孔，塔盘平台区域支撑一定量的液体。蒸气穿过液体产生被称为泡沫的气泡层。泡沫的大表面积有助于在塔盘上的气相和液相之间快速建立组成平衡。蒸气损失较少的挥发性材料至液体，并且因此随着其向上穿过每个塔盘而变得略微更易挥发。随着液体向下从塔盘到塔盘移动，较低挥发性化合物在液体中的浓度增大。液体与泡沫分离并向下行进到下一个较低塔盘。这种泡沫形成和分离在每个塔盘上进行。因此，塔盘进行以下两个功能：使上升的蒸气与液体接触，并且然后使两个相分离并沿不同方向流动。当这些步骤进行适当的次数时，该过程可致使化合物基于其相对挥发性而高度有效地分离。

本发明容易应用于多降液管塔盘。多降液管塔盘具有若干明显的物理特性。例如，多降液管塔盘没有“接收盘”。这是位于出口降液管开口下方的通常无孔的节段。这是塔盘的无孔区域，下降穿过降液管的液体在水平地传递到塔盘的平台之前冲击在该区域上。接收盘通常位于从下一个上方常规分馏塔盘引出的降液管的正下方。多降液管分馏塔盘的优选实施方案的水平平台表面区域被分成用作降液管的凹陷区域和通常被称为平台的平坦蒸气-液体接触区域。没有无孔区域被分配用于接收来自位于正上方的塔盘的下降液体。

典型的多降液管型分馏塔盘的另一个明显特征是提供在塔盘上均匀间隔开的相对大量的平行降液管。每个塔盘可采用一个至十五个或更多个降液管。与错流分馏塔盘的降液管相比，这些降液管间隔得相对靠近在一起，因为它们铺展在塔盘的表面上而不是仅在塔盘的周边处。多降液管塔盘的相邻降液管之间的距离(在其侧壁之间测量)将介于0.2米和2.0米之间，并且优选地小于0.5米。

塔盘上的任何降液管之间的平台部分优选地为基本上平面的，即平坦的，并且在水平面中取向。这些平台部分优选地具有均匀分布的开口，这些开口具有足够的总横截面开口面积以允许预期的总蒸气流以合适的速度向上穿过塔盘。标准筛盘的均匀圆形开口是优选的，但可由蒸气流导向狭槽进行补充。由平台穿孔提供的开口面积可从塔盘平台面积的5％变化至高达30％至45％。圆形穿孔的直径通常为0.3cm至0.6cm，但可为最大1.87cm。

如本文所用，术语“塔”(或“交换塔”)是指蒸馏或分馏塔或区，即，其中液相和气相逆流接触以实现流体混合物的分离的塔或区，诸如通过气相和液相在填料元件上或在安装于塔内的一系列垂直间隔的塔盘或板上的接触。

分隔壁塔原理上是热耦合蒸馏塔系统的简化。在分隔壁塔中，分隔壁位于塔的内部空间中。分隔壁通常是竖直的。在分隔壁的任一侧上可发生两种不同的质量传递分离。

交换塔通常包含一些形式的蒸气-液体接触装置，该蒸气-液体接触装置可为填料形式(诸如散堆或规整填料形式)或分馏塔盘形式。分馏塔盘通常包括被称为塔盘的平台或接触平台的大平坦区域，以及用于将液体从上方的下一个塔盘递送到塔盘并移除液体以用于传递到下方的下一个塔盘的装置。

从塔盘移除的液体流过塔盘的一部分被称为降液管。降液管是用于使布置在接触平台的面板中的开口中的液体向下穿过的导管。在一些降液管中，降液管的壁的一部分可在面板上方延伸并被称为出口堰，并且降液管的在面板下方延伸的部分被称为降液管挡板。然而，出口堰通常是单独的机械件，并且不一定是降液管壁的延伸部。事实上，塔盘可被设计成没有出口堰。

塔的下部部分中产生的蒸气向上穿过平台中的穿孔，而液体从塔盘向下流动到塔盘，与蒸气逆流。对于“错流塔盘”，液体首先从上方塔盘的降液管进入到塔盘上。液体随后在塔盘的平台上传递并最终穿过塔盘的出口降液管离开。美国专利号6,645,350(Steacy)公开了一种类型的“错流塔盘”。

在正常操作期间，收集在塔盘上的液体在平台的穿孔面板上方流动，在平台处液体与穿过穿孔的向上流动的蒸气接触。然后，液体在出口堰上方流入降液管中并流到下方塔盘的穿孔面板的接收区域上，等等。两个相邻塔盘的降液管不放置在彼此的正上方，而是在横向方向上间隔开(或交错)，以便防止液体直接落入下部塔盘的降液管中。

本发明改变了支撑梁的构型，并且在本发明的一些实施方案中，I形梁被放置成与塔盘降液管成45度角。这允许使用较厚的I形梁，并且I形梁的高度增加至全塔盘间距(加上凸缘厚度)，从而显著增加其强度并且还允许单个I形梁支撑两个塔盘。塔盘可为本领域的技术人员已知的MD塔盘或ECMD塔盘。底部凸缘支撑一个塔盘，并且顶部凸缘支撑另一个塔盘。在该构型中，I形梁不侵入到活动塔盘平台上，因为梁全部处于相同取向，在彼此的正上方。现有技术利用在连续塔盘上旋转90度的梁以对应于MD/ECMD塔盘取向。在I形梁处于45度并且全部具有相同取向的情况下，其下方没有活动塔盘平台，因此不需要像先前构型那样在其下方输送液体。这显著降低了液体/蒸气分配不均的可能性。研究已发现，即使在接近30英尺或更大的非常大的直径下，也可以保持12英寸(30.48cm)的低塔盘间距，这应当允许即使在大直径下也保持塔盘的紧密间隔。先前，直径限值更接近19英尺(5.8米)，其中紧密间隔的塔盘能够维持低设计塔盘间距。在本发明中，塔盘的层可间隔0.3m至0.76m(11英寸至30英寸)。

在本发明的另一个实施方案中，降液管以与分隔壁塔中的分隔壁成45度角取向。如前所述，分馏塔在许多工业过程中具有很大实用性。常规分馏塔用于将进入的进料流分离成两个馏分。这些被称为塔顶馏分和塔底馏分，其中塔顶馏分是进料流的较轻或易挥发组分。进料流可仅包含在分馏塔内分离成高纯度料流的两种组分。在这种情况下，塔顶料流和塔底料流将各自富含进料流的两种组分中的一种组分。然而，在许多情况下，进料流包含三种或更多种化合物，并且在石油精炼工艺的情况下，进料流可包含100种或200种或更多种单独的挥发性化学化合物。这些混合物通常通过沸点范围分成可各自包含许多不同挥发性化合物的馏分。

为了用常规塔将包含三种化合物的进料流分离成单一产物流，每种产物流富含这些化合物中的一种化合物，有必要采用两个此类分馏塔。第一分馏塔将形成具有高含量的进料流的最轻或最重期望组分的产物流和包含剩余组分的第二产物。第二产物随后被传递到第二分馏塔中以将该第二产物分成两个其它的产物流。大约50年前就已经认识到，这两个塔在某些情况下可整合成单个塔，并且公用设施成本和资本成本有利地降低。这通过能量耦合和随后塔的机械整合而演进，以产生如今被称为“分隔壁”(dividing wall或divided wall)塔的那些。现已认识到分隔壁塔的较低资本成本和运行成本，并且它们越来越频繁地用于石化和石油精炼行业。

如前所述，分馏塔盘的降液管的主要功能是分离混合相材料。(“泡沫”)，其进入降液管成为“澄清液体”和蒸气，其中蒸气穿过降液管顶部的入口释放，并且澄清液体被运送至下一个下部塔盘。存在于塔盘上方的蒸气已接触到塔盘上的液体并且应当与其平衡。无需使蒸气与液体再接触。将蒸气夹带到被传送至下一个下部塔盘的液体中降低了塔盘的性能，并且因此降低了塔的性能。因此，将蒸气夹带到液体中是不可取的。

本发明允许基于液压约束针对非常大直径的塔采用低塔盘间距，并且不被机械约束改变。通过参考附图可更好地理解本发明。图1示出了降液管相对于组件10中作为降液管的支撑件的I形梁的取向的示例。I形梁25(在本文中也称为支撑梁)被示为具有上凸缘30和下凸缘35。顶层降液管15，每个降液管具有搁置在I形梁25的凸缘30上的延伸部40。顶层降液管15被示出为以45度角邻接I形梁25。下层降液管20也被示出为具有搁置在I形梁25的下凸缘35上的延伸部40。当降液管被描述为与支撑梁成45度角时，该45度在0.5度内，因为任何更大的偏差将不起作用。顶层降液管和底层降液管于是彼此成90度或垂直。

图2示出了本发明的设备的侧视图，其中I形梁25具有顶部凸缘20和底部凸缘35。示出了顶层降液管15和下层降液管20。

图3示出了顶层降液管15和底层降液管20相对于彼此以及相对于I形梁25的相对取向。顶层和底层被取向成彼此垂直。

图4示出了可位于多组降液管之间的典型平台层。在该示例中，平台50通常为适合反应器内存在的压力和温度的金属材料，该反应器具有多个大致圆形的开口55和适于蒸气和液体通过的狭槽60。在本发明的一些实施方案中，平台仅具有圆形开口55。

图5示出了具有支撑件65的分隔壁塔60。具有多层塔盘75的分隔壁70从支撑件65向下延伸，多层塔盘被示出为类似于前述附图的多层塔盘。

上述导管、单元设备、支架、周围环境、区域或类似物均中的任一个可配备一个或多个监测部件，包括传感器、测量设备、数据捕获设备或数据传输设备。信号、工艺或状态测量以及来自监测部件的数据可用于监测工艺设备中、周围和与其有关的条件。由监测部件生成或记录的信号、测量和/或数据可通过一个或多个网络或连接收集、处理和/或传输，所述网络或连接可以是私有或公共的，通用的或专用的，直接的或间接的，有线的或无线的，加密的或未加密的，和/或它们的组合；本说明书并非旨在在这方面进行限制。

由监测部件生成或记录的信号、测量和/或数据可被传输到一个或多个计算设备或系统。计算设备或系统可包括至少一个处理器以及存储计算机可读指令的存储器，该计算机可读指令当由至少一个处理器执行时，使一个或多个计算设备执行可包括一个或多个步骤的工艺。例如，可配置一个或多个计算设备以从一个或多个监测部件接收与至少一件与该工艺相关联的设备相关的数据。一个或多个计算设备或系统可被配置为分析该数据。根据数据分析，一个或多个计算设备或系统可被配置为确定对本文所述的一个或多个工艺的一个或多个参数的一种或多种推荐调整。一个或多个计算设备或系统可被配置为传输加密或未加密的数据，其包括对本文所述的一个或多个工艺的一个或多个参数的一种或多种推荐调整。

具体的实施方案

虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。

本发明的第一实施方案是一种用于蒸馏塔的塔盘组件，该塔盘组件包括支撑梁或壁、接触该支撑梁或壁并以45度角从该支撑梁或壁延伸的多个降液管。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中塔盘组件还包括在降液管上方具有多个开口的板。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中塔盘组件包括支撑梁，该支撑梁具有沿支撑梁的整个长度延伸的上凸缘和下凸缘。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中支撑梁是I形梁。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中塔盘组件包括上层降液管和下层降液管。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中上层降液管垂直于下层降液管。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中塔盘组件具有0.9m至15.2m的直径。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中塔盘组件具有9.1m的直径。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中这些层中的每个层间隔0.3m至0.76m(11英寸至30英寸)。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中塔盘组件还包括以下中的至少一者：用于感测至少一个参数并能够从感测生成信号的传感器；能够生成和传输信号的部件；能够生成和传输关于塔盘组件操作的数据的部件。

Claims (10)

1.一种用于蒸馏塔的塔盘组件，所述塔盘组件包括支撑梁或壁、接触所述支撑梁或所述壁并以45度角从所述支撑梁或所述壁延伸的多个降液管。

2.根据权利要求1所述的塔盘组件，所述塔盘组件还包括在所述降液管上方具有多个开口的板。

3.根据权利要求1所述的塔盘组件，其中所述塔盘组件包括支撑梁，所述支撑梁具有沿所述支撑梁的整个长度延伸的上凸缘和下凸缘。

4.根据权利要求1所述的塔盘组件，其中所述支撑梁是I形梁。

5.根据权利要求1所述的塔盘组件，所述塔盘组件包括上层降液管和下层降液管。

6.根据权利要求5所述的塔盘组件，其中所述上层降液管垂直于所述下层降液管。

7.根据权利要求1所述的塔盘组件，所述塔盘组件具有0.9m至15.2m的直径。

8.根据权利要求1所述的塔盘组件，所述塔盘组件具有9.1m的最大直径。

9.根据权利要求1所述的塔盘组件，其中所述层中的每个层间隔最少0.3m至0.76m。

10.根据权利要求1所述的塔盘组件，其中所述层中的每个层间隔最少0.3m。

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