CN112774238A - 一种管壳式主动型压差调控隔壁塔系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油、化工精馏分离工艺以及装备技术领域，提供了一种管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，包括公共精馏段、管壳式隔壁段、公共提馏段。隔壁段由主塔、预分塔以及主动型气相分配器组成；隔壁段由N个管壳式塔节同轴密封连接；塔节内部气密分割形成主塔和预分塔的空间。管壳式主动型压差调控的隔壁塔通过主动型气相分配器内外塔盘上的开孔率和气相分配管的液位的双重作用来协同调节主预分塔的气相负荷和压差，气体分配比的调节范围增大为0.05～1。新型管壳式主动型隔壁塔换热面积大且灵活，可实现主预分塔节气液两相的逐级调节，安全有效，节省能量，易于操控，适用于常压和加压等多种精馏过程。

Description

一种管壳式主动型压差调控隔壁塔系统

技术领域

本发明专利涉及一种管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，属于石油、化工精馏分离工艺以及装备技术领域。

背景技术

精馏技术广泛应用于化工、医药、精细化工等行业，精馏占到分离过程的 90％以上，而热力学效率仅在5～20％的范围内，投资和能耗较高。为了提高精馏效率，实现能源的可持续利用，深入探索和研究精馏技术对我国化工发展具有重要的意义。近年来隔壁精馏等精馏节能技术的研究与工业应用越来越受到关注。

隔壁塔作为一种新型的内部热耦合的精馏塔，对于三组分或者以上组分物系的分离具有低耗能低成本的潜力，传统的隔壁塔分为三个部分，底部是公共的提馏段，上部是公共的精馏段，中间部分为主塔和预分馏塔。传统的隔壁塔主塔和预分馏塔之间用隔板分为两个部分，隔板作为传热壁面，提高了精馏塔内部热量的利用率，提高了精馏的效率。隔壁塔分离过程中，A、B、C三组分混合物进料，A为轻组分，B为中间组分，C为重组分，在预分馏塔内初步分离为两组，A、B组分进入主塔上部精馏段，B、C组分进入主塔下部提馏段。在主塔顶部收集到A产品，主塔侧线采出B产品，塔底采出C产品。相对于三组分物系传统的两塔精馏分离过程，隔壁塔节省了再沸器和冷凝器，投资和能耗降低30％左右。

隔壁塔的应用前景广阔，但在设计时也存在局限性，传统隔壁塔中间设置隔板，主塔和预分馏塔之间的传热面积受到限制，而且无法灵活分配换热面积。此外，隔壁塔的汽液相分配尤其是气相分配器的设计和控制是难点。隔壁塔气液相分配器的优化设计使得塔内汽液分配更加合理有效，有利于精馏过程节省能耗。目前，在工业应用和研究设计中，隔壁塔主塔和预分馏塔之间用隔板分为两个部分，全塔压力串通，该结构限制了其性能，汽液的分配过程依靠隔壁塔内部结构和全塔的压力调节自适应调节，气相的分配比较困难，分配比的范围窄而且不灵活，不利于压敏性物系的分离。传统隔壁塔调节变量和控制变量之间交互作用复杂，气液耦合作用较强，使得适应进料波动的调整周期较长，减弱了隔壁塔工业应用中的节能和经济性。

专利CN102657949A公开了一种提高隔壁塔热力学的方法，通过优化隔壁塔中间的传热面积提高了热力学效率。该方法虽然优化了传热面积，但是隔壁塔隔板式传热面积受限，无法灵活调配，并且在增大传热面积的同时塔体内部空间变化，气体流动阻力变化，整个隔壁塔的分离受到影响。

专利CN108126366A公开了一种隔壁塔气体调节的装置及控制方法。该装置利用了科恩达原理及文丘里效应，对隔壁塔侧采段的上升气体及回流液体流量的进行调配。该发明利用气流引起的压力变化来调节主预分塔的压差，压力调节范围小而且受到限制，另外引入了动设备，增加了总设备投资。

专利CN111434367A公开了一种隔壁精馏塔，隔壁两侧配置了移动气相通道调节板，通过调节两个分离区的流量，实现从下向上通过两个分离区的气相的流量和比例调节。该隔壁精馏过程气体调节范围有限，灵活性差，控制过程复杂，难以工业化应用。

本发明提出了一种管壳式主动型压差调控隔壁塔的配套装置及方法，通过公共精馏段内部和外部液相分配管调节回流液相，通过新型差压气相分配器内外塔盘上的开孔率和主预分塔分配器分配管的液位的协同作用来调节主预分馏塔的气相，增大了隔壁式气相分配的均匀程度和气相分配比的调节范围，解决了现有工程中隔壁塔气相与回流液相分配的技术难题。此外，本发明主预分馏塔的塔节采用热集成的管壳式结构，有效的解决了换热面积无法灵活分配的问题，强化了传热过程，节省了能耗。

发明内容

本发明的目的是解决现有公开的隔壁塔存在的一系列问题：气体分配与控制困难，自动型的分配器的缺点调控周期长，分配比的范围窄而且不灵活，适应波动的调整能力较弱，很难调控到隔壁塔的最佳操作工况，传统隔壁塔中隔板换热面积小，换热面积可调节灵敏性差，限制了塔内能量的利用。传统隔壁塔塔压串通，隔板两侧压力不以调控，不适用于压敏性物系的分离，减弱了隔壁塔工业应用中的节能和经济性。本发明提出了一种管壳式主动型压差调控隔壁塔的配套装置及方法，该新型热集成隔壁塔包含了管壳式复合结构的主塔和预分馏塔结构、新型的气体液体分配器以及主动型控制系统，解决了传统隔壁塔存在的问题。

本发明的技术方案：

一种管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，该管壳式主动型压差调控隔壁塔系统包括公共精馏段、管壳式隔壁段、公共提馏段三部分；

公共精馏段主要由板式塔、精馏段气相分配器、内外液相分配管、回流罐、塔顶回流泵组成；精馏段气相分配器采用泡罩式结构，固定于公共精馏段和管壳式隔壁段之间的塔盘上；内部液相分配管垂直焊接在精馏段气相分配器所在塔盘上；外部液相分配管垂直焊接在公共精馏段和精馏段气相分配器之间的塔壁上；

管壳式隔壁段主要由主塔、预分塔以及主动型气相分配器组成，主塔、预分塔和主动型气相分配器采用管壳式复合结构；主塔是壳程所在的内部空间；预分塔是管程所在的内部空间；主动型气相分配器采用管壳式同轴密封结构，通过外部法兰同轴安装在隔壁塔隔壁段和提馏段之间，壳程与主塔内部空间连通，管程与预分塔内部空间连通；

管壳式隔壁段通过塔节分为N段，N≥1，塔节采用管壳式同轴密封结构，相邻塔节之间通过法兰同轴密封连接，每个塔节作为管壳式隔壁塔的单级理论级，热集成塔节主塔和预分塔之间不串压；塔节包括主塔内塔盘、预分塔外塔盘、主塔气液外部接口、固定管板、换热管、受液盘、进料挡板、主塔内降液管、预分塔外降液管和溢流堰；主塔内塔盘与塔节内壁面焊接于壳程空间中部；预分塔外塔盘和塔节内壁密封焊接于壳程顶部；固定管板和塔节内壁密封焊接于壳程底部；塔节通过嵌套在内的主塔内塔盘、换热管、预分塔外塔盘和固定管板将其固定；

管壳式主动型气相分配器的管程和壳程具有板式塔结构，包括预分塔外塔盘、主塔内塔盘、固定管板、主塔气相分配管、预分塔气相分配管、外降液管、内降液管、预分塔液相分配管、管程气液相进出口、溢流堰、受液盘和液封槽；分配器预分塔外塔盘固定于壳程顶部，与分配器的圆形内壁和预分塔气相分配管间密封焊接；分配器主塔内塔盘焊接在分配器的圆形内壁面，位于分配器壳程空间中部；分配器固定管板固定于壳程底部，与分配器的圆形内壁和预分塔气相分配管底端密封焊接；主塔气相分配管穿过内塔盘，固定于分配器内塔盘与底部固定挡板之间；预分塔气相分配管焊接在分配器外塔盘与底部固定挡板之间；外降液管与外塔盘、固定管板和分配器的圆形内壁焊接，与管程空间连通；内降液管与内塔盘、固定管板和分配器的圆形内壁焊接，与壳程空间连通；预分塔液相分配管与圆柱形外壁垂直焊接并与外降液管连通；液封槽位于外降液管底部并与圆柱形外壁垂直焊接；主动型气相分配器通过嵌套在内的主塔内塔盘、预分塔外塔盘和固定管板将其固定；

管壳式主动型气相分配器的管程和壳程具有板式塔结构，包括预分塔外塔盘、主塔内塔盘、固定管板、主塔气相分配管、预分塔气相分配管、外降液管、内降液管、预分塔液相分配管、管程气液相进出口、溢流堰、受液盘和液封槽；分配器预分塔外塔盘固定于壳程顶部，与分配器的圆形内壁和预分塔气相分配管间密封焊接；分配器主塔内塔盘焊接在分配器的圆形内壁面，位于分配器壳程空间中部；分配器固定管板固定于壳程底部，与分配器的圆形内壁和预分塔气相分配管底端密封焊接；主塔气相分配管穿过内塔盘，固定于分配器内塔盘与底部固定挡板之间；预分塔气相分配管焊接在分配器外塔盘与底部固定挡板之间；主动型气相分配器通过嵌套在内的主塔内塔盘、预分塔外塔盘和固定管板将其固定；外降液管与外塔盘、固定管板和分配器的圆形内壁焊接，与管程空间连通；内降液管与内塔盘、固定管板和分配器的圆形内壁焊接，与壳程空间连通；预分塔气相分配管与圆柱形外壁垂直焊接并与外降液管连通；液封槽位于外降液管底部并与圆柱形外壁垂直焊接；

主塔的气液相经过外部管道与塔节连接，气相从下往上逐级流动到达公共精馏段；液相通过公共精馏段外部分配管分配从上往下逐级流动经主动型气相分配器到达公共提馏段；

预分塔的气液相通过管程内部管道与塔节连接，气相从下往上流动经公共提馏段气相分配管进入预分塔塔节，经过精馏段气相分配器到达公共精馏段；液相经过公共精馏段内部分配管分配，从上往下逐级流动经主动型气相分配器到达到达公共提馏段；

管壳式隔壁段单个塔节内部，主塔的液相在相邻两个塔节的内塔盘之间折流流动，依次经过主塔内降液管和外部管道流到下级塔节液相入口，气相和液相在每个塔节内塔盘上垂直交叉错流流动进行传质分离；预分塔的液相在相邻两个塔节外塔盘之间折流流动，经过预分塔外降液管流到下级塔节的受液盘，气相和液相在每个塔节外塔盘上垂直交叉错流流动进行传质分离；

公共提馏段包括板式塔、降液管、塔釜底部溢流板、再沸器和塔底泵；公共提馏段上升的气相分成两部分，一股进入主动型气相分配器壳程，另一股主动型气相分配器管程；

公共精馏段顶部的气体经过塔顶冷凝器冷凝，进入回流罐，经回流泵收集产品A；管壳式隔壁段主塔中间塔节液相采出收集B产品；公共提馏段塔底的液相经塔底采出泵收集产品C。

所述的管壳式隔壁段主塔塔节总数量N1，N1≥1；预分塔塔节总数量N2， N2≥1；管壳式隔壁段主塔外部管道逐级连接形成主预分塔理论级相等的对称结构，即N1＝N2；主塔外部管道跨接形成主预分塔理论级不相等的非对称结构，即N1≠N2。

该管壳式主动型隔壁塔通过隔壁段塔节内外塔盘上的开孔率和主动型气相分配器的两重作用来协同调节主预分塔的气相和压差。

壳程主塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位通过壳程内塔盘上部气相与公共提馏段的压力差来串级调控；当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位降低时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较大，此时主塔气相分配侧的压差逐渐减小；当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位升高时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较少，此时主塔气相分配侧的压差增加。

管程预分塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位通过管程外塔盘汽液层上部气相与公共提馏段的压力差来串级调控；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位降低时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，管束顶部封闭，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较大，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐减小；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位升高时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较少，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐增加。

所述的管壳式隔壁塔主动型气体分配器分配比的调节范围为0.05～1；所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔的压力范围为0.05～2.5MPa；所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔的外径范围为100～5000mm。

所述的隔壁段塔节采用管壳式塔节结构，其总传热面积为内部多个管束的壁面和管式结构降液管传热面积之和，总传热面积增大。

本发明的有益效果：与传统的隔板式隔壁塔装置相比，该管壳式主动型压差调控隔壁塔通过管壳式隔壁精馏段内外塔盘上的开孔率和主预分馏塔分配器分配管的液位的协同作用来调节主预分馏塔的气相，增大了隔壁式气相分配器的均匀程度和气相分配比调节范围，提高了隔壁塔内部的热效率。新型热集成隔壁塔主预分塔两侧压差调控更加灵活，气体分配比的调节范围为0.05～1，相对于传统两塔精馏塔投资和能耗均可降低30％以上，相对于传统隔壁精馏塔投资和能耗均可降低10～30％。

附图说明

图1为本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔的结构与系统调节示意图；

图2是本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔主动型压差调控气相分配器系统控制示意图；

图3是本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔隔壁段塔节结构示意图；

图4(a)是本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔隔壁段预分塔外塔盘结构示意图；

图4(b)是本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔隔壁段主分塔内塔盘结构示意图；

图5是本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔的公共精馏段气相分配管结构示意图；

图6(a)是本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔主动型气相分配器管程气相分配管平面展开示意图；

图6(b)是本发明一种管壳式主动型压差调控隔壁塔主动型气相分配器壳程气相分配管平面展开示意图；

图1中，Ⅰ-公共精馏段；Ⅱ-管壳式隔壁段；Ⅲ-公共提馏段；A-公共精馏段塔顶A产品；B-隔壁侧采段B产品；C-公共提馏段；D-公共精馏段气相分配管；E1-塔底再沸器；E2-塔顶冷凝器；G1-预分馏塔气相进口；G2-主塔气相进口；G3、G4、G5-主塔塔节外部气相连接管道；H-预分塔降液管底部液封槽； K-塔釜底部溢流板；L1-公共精馏段至主塔液相管线；L2、L3-主塔外部液相连接管道；L4-主塔至公共提馏段液相管线；L5-分配器预分侧至降液管液相调节管线；M-公共精馏段至预分塔液相管线；P1-塔底产品采出泵；P2-塔顶产品采出泵；Q-液封槽；V1-塔顶回流罐；

图1的调节系统：FI101-公共精馏段至主塔流量指示表；FIC101-公共精馏段至主塔流量控制表；PI101-分配器预分馏塔压差指示表；PIC101-分配器预分馏塔压差控制表；PI102-分配器主塔压差指示表；PIC102-分配器主塔压差控制表；LI101-分配器预分馏塔液位指示表；LIC101-分配器预分馏塔液位控制表； LI102-分配器主塔液位指示表；LIC102-分配器主塔液位控制表；LI103-塔釜液位指示表；LIC103-塔釜液位控制表；LI104-塔顶回流罐液位指示表；LIC104- 塔顶回流罐液位控制表。

图2中，1-分配器预分馏塔降液管；2-预分馏塔分配管液体出口；3-预分馏塔分配管液体入口；4-分配器预分馏塔外塔盘筛孔；5-分配器主塔液体进料口； 6-壳程进料挡板；7-分配器内塔盘筛孔；8-分配器主塔气体进口；9-分配器上部法兰；10-分配器预分馏塔分配管；11-分配器预分馏塔外塔盘；12-分配器主塔气体出口；13-壳程液体溢流堰；14-分配器主塔内塔盘；15-分配器主塔溢流管； 16-分配器主塔分配管；17-分配器主塔液体出料口；18-分配器下部法兰；19-液封槽。

图3中，01-预分馏塔节降液管；02-主塔液体入口；03-塔节外壁；04-主塔节内塔盘筛孔；05-预分塔外塔盘受液区；06-壳程液体进料挡板；07-塔节内壁； 08-主塔塔节气体入口；09-塔节上部法兰；010-预分馏塔节下部固定挡板；011- 预分馏塔节上部外塔盘；012-主塔气体出口；013-壳程液体溢流堰；014-主塔内塔盘；015-主塔降液管；016-预分塔外塔盘筛孔；017-主塔液体出料口；018-塔节下部法兰。

图4(a)中，T1-1-预分馏塔外塔盘降液管；T1-2-预分馏塔外塔盘筛孔；T1-3- 预分馏塔外塔盘受液盘；

图4(b)中，T2-1-外塔盘降液管通道；T2-2-主塔内塔盘筛孔；T2-3-内塔盘降液管；T2-4-内塔盘预分馏塔筛孔。

图5中，G3-1-气体上升管；G3-2-焊接支撑点；G3-3-气体逸出口；G3-4-公共精馏区汽液分配固定塔盘。

图6(a)中，G1-1-分配器预分馏塔分配管圆孔；G1-2-分配器预分馏塔分配管上部开孔区；G1-3-分配器预分馏塔分配管未开孔区；G1-4-分配器预分馏塔分配管顶密封口；

图6(b)中，G2-1-分配器主塔分配管开孔区；G2-2-分配器主塔分配管上部未开孔区；G2-3-分配器主塔分配管圆孔。

具体实施方式

本发明的管壳式主动型压差调控隔壁塔适用于所有三组分物系分离的隔壁精馏过程，下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

一种管壳式主动型压差调控隔壁塔的系统，包括公共精馏段、管壳式隔壁段、公共精馏段、公共提馏段三部分。公共精馏段由板式塔内件、公共段气液分配器、回流罐，塔顶回流泵等组成。管壳式隔壁段由主塔、预分塔以及主动型气相分配器组成，主预分塔和气相分配器采用管壳式复合结构，其中管程和预分馏塔连通，

壳程和主塔连通，管壳式隔壁段N(N≥1)个塔节同轴密封连接而成。公共提馏段包括再沸器、普通筛孔塔盘、塔釜底部溢流板，塔底泵等部分。

该新型隔壁段塔节，包括预分馏塔外塔盘、主塔内塔盘、受液盘、预分馏塔气相分配管、主塔气相分配管、主塔液相分配管、预分馏塔液相分配管、进料挡板、降液管、主塔气液相进出口管道、液封槽等部分。管壳式塔节通过嵌套在内的内塔盘和外塔盘将其固定，每个理论级的塔节通过塔节配置的外部法兰连接，

复合塔节内管束的数量可以由开孔率来调节，提高了换热的灵敏度，管束的壁面和降液管成为传热面，增大了主塔和预分馏塔之间的换热面积，强化了塔内部能量的耦合，节约了成本和能耗。

本发明所述新型隔壁塔主动型分配器调节比范围较宽，适用于常压、热泵等多种精馏过程，新型隔壁塔容易调控，节省能量，安全有效。该新型隔壁塔可以分离三组分物系或者与三组分以上物系分离过程配套使用。

本发明所述热管壳式集成隔壁塔公共精馏段的气相来自于主塔和预分离塔，主塔的气相经G5管道至顶部气相分配塔盘，预分馏塔的气相经T1塔节的管程至气相分配管D分配进入公共精馏段塔盘。主塔的液相经L1管道至T1塔节壳程液相进料口，预分馏塔的液相经液相分配管M至T1塔节上部外塔盘的受液区。公共精馏段顶部的气体经过塔顶冷凝器E2冷凝，进入回流罐V1，经回流泵P2一部分回流，一部分收集产品A。

本申请中所述管壳式隔壁段塔节包含如下结构：塔节塔节外壁03，塔节内壁07，塔节两侧端部设置连接法兰09和018，主预分塔节采用管壳式结构，隔壁段塔节通过嵌套在内的内塔盘014、外塔盘011以及下部固定管板010将其固定。上、下预分段外塔盘均匀分布外塔盘筛孔016，塔盘上设置预分塔外塔盘受液区05，外塔盘筛孔之间密封连通连接换热管，在上、下预分段外塔盘之间连通有外降液管01，预分段外塔盘011、下部固定管板010以及换热管之间形成预分段密封结构。在塔节中部水平同轴安装一隔壁段主塔内塔盘014，主塔内塔盘均匀分布筛孔04，在壳程内塔盘一侧设置主塔溢流管015，壳程主塔塔壁包含主塔气体进口08，主塔气体出012，主塔塔节液体入口02，主塔液体出料口 017。液相进口内部设置进料挡板06，在隔壁段内塔盘设置溢流堰013，溢流堰维持板上液层及使液体均匀溢出。

本发明的管壳式隔壁塔的N(N≥1)个塔节连接关系为：相邻隔壁塔节之间通过法兰同轴密封连接，主塔的气相经新型气相分配器T3出口连接管线G3 至T2热集成塔节壳程，经T2塔节出口连接管道G4至T1热集成塔节壳程，最后经G5管道至公共精馏段。主塔的液相经外部分配管道L1至T1塔节内塔盘进料口，经T1塔节液相出口连接管道L2至T2塔节进料口，L2的一部分液相采出收集B产品，另一部分经L3管道至新型气相分配器内塔盘进料口。

本发明所述新型主动型气相分配器，下端通过密封法兰I与隔壁塔公共提馏段同轴密封连接，塔底再沸器的气相经G2至分配器主塔气相入口，气相上升经出口管线G2和T2塔节气相入口连接。T2塔节壳程主塔液相经L3进入主动型气相分配器内塔盘进料口，气液接触传质后，经底部液相调节管线L4至液封口 Q至公共提馏段。塔底再沸器的气相经G1至分配器预分馏塔气相入口，气相沿着管程上升至顶部气相分配管，经出口至和T2塔节气相管程。T2塔节壳程预分馏塔液相经降液管至管程顶部液相调节槽，经液相调节管线L5进入降液管，最后至液封口H至公共提馏段。

本发明所述热集成隔壁塔公共提馏段，塔底再沸器的气相经公共提馏段分成两部分，一股经气相入口G1进入分配器预分馏塔节，另外一股经气相入口 G2进入分配器主塔节壳程。公共提馏段塔盘上部液相来分别自于液封口H与液封口Q的溢流，分别进入到两侧的底部塔釜底部溢流板K。塔底的液相一部分经再沸器E1加热为气相进入气相分配器，另外一部分经塔底采出泵P1收集产品C。

本发明一种管壳式隔壁塔的主动型调节，管程预分馏塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位的高低通过外塔盘汽液接触层上部气相与公共提馏段的压力差PIC101与液位控制LIC101串级调控。当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位LI101降低时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部(管束顶部封闭)，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较大，此时预分馏塔气相分配侧的压差PI101逐渐减小；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位LI101升高时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较少，此时预分馏塔气相分配侧的压差PI101逐渐增加。

本发明一种管壳式隔壁塔的主动型调节，壳程主塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位的高低通过壳程中内塔盘上部气相与公共提馏段的压差控制 PIC102与液位控制LIC102串级调控。当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位 LI102降低时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较大，此时主塔气相分配侧的压差PI102逐渐减小；当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位LI102升高时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较少，此时主塔气相分配侧的压差PI102逐渐增加。

本发明新型隔壁塔的主动型液相调节方式，公共精馏段至隔壁热集成塔节的液相一部分通过内部管线分配到管程塔节，另一部分通过FIC101控制分配到主塔塔节。塔顶部的采出量和回流量通过LIC104调节回流罐液位控制，塔顶部的采出量和回流量通过LIC103调节塔釜液位进行控制。

通过如下具体装置实现分离流程：混合进料A/B/C进入管壳式隔壁塔预分馏塔节T2的顶部，所述预分馏塔节气相上升，经公共精馏段气相分配管M到公共精馏段Ⅰ顶部，所述新型隔壁塔顶汽相口通过管道与塔顶冷凝器E2入口密闭连接。所述塔顶回流罐V1的液相经塔顶泵P2采出产品A，一部分回流至公共精馏段顶部。所述新型隔壁塔隔壁精馏段Ⅱ底部为隔壁塔气相分配器T3，中部连接塔节T2，塔节T1与上部公共公共精馏段密封连接，隔壁精馏段塔节包含壳程和管程两部分，其中壳程为主塔，管程为预分馏塔。所述新型隔壁塔气相分配器T3将公共提馏段的气相分为两部分，一部分进入新型隔壁塔主塔，另一部分进入新型隔壁塔预分塔。所述新型隔壁塔公共提馏段Ⅲ的液相一部分经塔底泵P1采出产品C，一部分经底部换热器E1换回气相分配器。所述新型隔壁塔产品B从塔节T2与塔节T1的中间采出，所述公共精馏段的液相通过外管道L1和内部管道M，分配到隔壁段主塔和预分塔。

与传统的两塔分离三组分物系相比，该新型隔壁塔只需要一个塔就能完成分离过程，与传统中间设置隔板的隔壁塔装置相比，该管壳式主动型隔壁塔通过隔壁段内外塔盘上的开孔率和新型气相分配器的液位的协同作用来调节主预分馏塔的气相，增大了隔壁塔气相分配过程的均匀程度和气相分配比调节范围，提高了隔壁塔内部的热效率，新型隔壁塔主预分塔两侧压差调控更加灵活，传热面积可以灵活调节，相对于传统三组分物系分离中两塔精馏系统投资和能耗均可降低30％以上，相对于传统中间设置隔板的隔壁精馏塔投资和能耗均可降低10～30％。

实施例1

精馏分离BTX物系苯、甲苯和对二甲苯，采用本发明管壳式主动型压差调控隔壁塔来分离。新型隔壁塔外径为200mm，复合塔节高度为650mm，分配器材质为不锈钢。分配器预分馏塔分配管6mm，预分馏塔分配管高度为130mm，分配器主塔分配管8mm，主分馏塔分配管高度为200mm，预分馏塔外塔盘孔径 6mm，开孔数为60，主塔内塔盘孔径8mm，开孔数为80，隔壁塔壁厚为1.5mm。新型隔壁塔公共精馏段为8块塔板，主塔和预分塔分别为10块塔盘，公共精馏段包含12块塔板。隔壁塔预分塔第4块塔节进料，苯、甲苯和对二甲苯的摩尔分率分别为0.3、0.3、0.4，饱和液体进料，进料压力为2bar，进料温度为80℃，进料流量为100kmol/hr。再沸器和冷凝器总热负荷为62KW，塔顶公共精馏段与塔底公共提馏段的压力为1.3bar，塔顶回流比为3。调节新型隔壁塔分配器，主塔和预分塔的压力分别为1.13bar与1.23bar，此时分配器预分馏塔液位LI101调整为10mm，新型分配器预分馏塔压力指示表PI101为10KPa，分配器预分馏塔气相分配比为0.9；分配器主塔液位LI102调整为30mm，新型分配器主塔压力表PI102为20KPa，分配器主塔气相分配比为0.85。塔顶采出产品苯，摩尔分数为99.1％；隔壁精馏段主塔第5块塔盘侧线采出甲苯，摩尔分数为99.5％；塔底采出产品为对二甲苯，摩尔分数为99.5％。

苯、甲苯和对二甲苯三组分物系分离中，常规双塔精馏、普通隔壁塔精馏工艺与管壳式隔壁塔进料流量、压力、温度和组成相同，操作参数如下：

1、采用常规双塔精馏工艺

1操作压力：精馏塔T1 1.3bar，精馏塔T2 1.3bar

2回流比：精馏塔T1 2.5，精馏塔T2 2.8

3总热负荷：105KW

2、采用普通隔壁塔

1操作压力：1.3bar

2回流比：主塔2.5，预分塔2.8

3总热负荷：80KW

表1中，A表示常规双塔精馏，B表示普通隔壁塔，C表示主动型管壳式隔壁塔。在苯、甲苯和对二甲苯三组分物系分离中，达到实施例1管壳式隔壁塔所述产品的纯度时，新型主动型管壳式隔壁塔与原传统的双塔精馏和普通隔壁塔流程相比，其能耗和年总投资结果如下：

实施例2

精馏分离BTX物系苯、甲苯和对二甲苯，采用本发明管壳式主动型压差调控隔壁塔来分离，新型隔壁塔与塔节尺寸和实例1一致。隔壁塔预分塔第4块塔节进料，苯、甲苯和对二甲苯的摩尔分率分别为0.3、0.3、0.4，饱和液体进料，进料压力为2bar，进料温度为80℃，进料流量为100kmol/hr。再沸器和冷凝器总热负荷为66KW，塔顶公共精馏段与塔底公共提馏段的压力为1.3bar，塔顶回流比为3.2。调节新型隔壁塔分配器，主塔和预分塔的压力分别为1.23bar 与1.23bar，此时分配器预分馏塔液位LI101调整为20mm，新型分配器预分馏塔压力指示表PI101为20KPa，分配器预分馏塔气相分配比为0.85；分配器主塔液位LI102调整为30mm，新型分配器主塔压力表PI102为20KPa，分配器主塔气相分配比为0.85。塔顶采出产品苯，摩尔分数为99.8％；隔壁精馏段主塔第5 块塔盘侧线采出甲苯，摩尔分数为99.5％；塔底采出产品为对二甲苯，摩尔分数为99.3％。

苯、甲苯和对二甲苯三组分物系分离中，常规双塔精馏、普通隔壁塔精馏工艺与管壳式隔壁塔进料流量、压力、温度和组成相同，操作参数如下：

1、采用常规双塔精馏工艺

1操作压力：精馏塔T1 1.3bar，精馏塔T2 1.3bar

2回流比：精馏塔T1 2.5，精馏塔T2 2.8

3总热负荷：108KW

2、采用普通隔壁塔

1操作压力：1.3bar

2回流比：主塔2.5，预分塔2.8

3总热负荷：85KW

表2中，A表示常规双塔精馏，B表示普通隔壁塔，C表示主动型管壳式隔壁塔。在苯、甲苯和对二甲苯三组分物系分离中，达到实施例2管壳式隔壁塔所述产品的纯度时，新型主动型管壳式隔壁塔与原传统的双塔精馏和普通隔壁塔流程相比，其能耗和年总投资结果如下：

实施例3

精馏分离BTX物系苯、甲苯和对二甲苯，采用本发明管壳式主动型压差调控隔壁塔来分离。新型隔壁塔外径为300mm，复合塔节高度为650mm，分配器材质为不锈钢。分配器预分馏塔分配管8mm，预分馏塔分配管高度为130mm，分配器主塔分配管8mm，主分馏塔分配管高度为200mm，预分馏塔外塔盘孔径 6mm，开孔数为85，主塔内塔盘孔径8mm，开孔数为75，隔壁塔壁厚为1.5mm，其它塔节以及隔壁塔尺寸与实例1中的参数一致。新型隔壁塔公共精馏段为8 块塔板，主塔和预分塔分别为10块塔盘，公共精馏段包含12块塔板。隔壁塔预分塔第4块塔节进料，苯、甲苯和对二甲苯的摩尔分率分别为0.3、0.3、0.4，饱和液体进料，进料压力为2bar，进料温度为80℃，进料流量为200kmol/hr。再沸器和冷凝器总热负荷为86KW，塔顶公共精馏段与塔底公共提馏段的压力为 1.6bar，塔顶回流比为2.8。调节新型隔壁塔分配器，主塔和预分塔的压力分别为1.45bar与1.15bar，此时分配器主塔液位LI102调整为20mm，新型分配器主塔压力表PI102为15KPa，分配器主塔气相分配比为0.9；分配器预分馏塔液位 LI101调整为38mm，新型分配器预分馏塔压力指示表PI101为45KPa，分配器预分馏塔气相分配比为0.72。塔顶采出产品苯，摩尔分数为99.6％；隔壁精馏段主塔第5块塔盘侧线采出甲苯，摩尔分数为99.5％；塔底采出产品为对二甲苯，摩尔分数为99.8％。

苯、甲苯和对二甲苯三组分物系分离中，常规双塔精馏、普通隔壁塔精馏工艺与管壳式隔壁塔进料流量、压力、温度和组成相同，操作参数如下：

1、采用常规双塔精馏工艺

1操作压力：精馏塔T1 1.6bar，精馏塔T2 1.6bar

2回流比：精馏塔T1 2.3，精馏塔T2 2.5

3总热负荷：159KW

2、采用普通隔壁塔

1操作压力：1.6bar

2回流比：主塔2.3，预分塔2.5

3总热负荷：118KW

表3中，A表示常规双塔精馏，B表示普通隔壁塔，C表示主动型管壳式隔壁塔。在苯、甲苯和对二甲苯三组分物系分离中，达到实施例3管壳式隔壁塔所述产品的纯度时，新型主动型管壳式隔壁塔与原传统的双塔精馏和普通隔壁塔流程相比，其能耗和年总投资结果如下：

本发明新型管壳式隔壁塔的应用不受限制，容易调控，节省能量，安全有效。不仅仅用于BTX物系苯、甲苯和对二甲苯的分离，还可以分离其他三组分物系或者与三组分以上物系组合分离过程配套使用，新型隔壁塔主动型分配器调节比范围较宽，主动型气体分配比的调节范围为0.05～1，可用于常压和加压等多种工况。

Claims (10)

1.一种管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：该管壳式主动型压差调控隔壁塔系统包括公共精馏段、管壳式隔壁段、公共提馏段三部分；

公共精馏段主要由板式塔、精馏段气相分配器、内外液相分配管、回流罐、塔顶回流泵组成；精馏段气相分配器采用泡罩式结构，固定于公共精馏段和管壳式隔壁段之间的塔盘上；内部液相分配管垂直焊接在精馏段气相分配器所在塔盘上；外部液相分配管垂直焊接在公共精馏段和精馏段气相分配器之间的塔壁上；

管壳式隔壁段主要由主塔、预分塔以及主动型气相分配器组成，主塔、预分塔和主动型气相分配器采用管壳式复合结构；主塔是壳程所在的内部空间；预分塔是管程所在的内部空间；主动型气相分配器采用管壳式同轴密封结构，通过外部法兰同轴安装在隔壁塔隔壁段和提馏段之间，壳程与主塔内部空间连通，管程与预分塔内部空间连通；

管壳式隔壁段通过塔节分为N段，N≥1，塔节采用管壳式同轴密封结构，相邻塔节之间通过法兰同轴密封连接，每个塔节作为管壳式隔壁塔的单级理论级，热集成塔节主塔和预分塔之间不串压；塔节包括主塔内塔盘、预分塔外塔盘、主塔气液外部接口、固定管板、换热管、受液盘、进料挡板、主塔内降液管、预分塔外降液管和溢流堰；主塔内塔盘与塔节内壁焊接于壳程空间中部；预分塔外塔盘和塔节内壁密封焊接于壳程顶部；固定管板和塔节内壁密封焊接于壳程底部；塔节通过嵌套在内的主塔内塔盘、换热管、预分塔外塔盘和固定管板将其固定；

管壳式主动型气相分配器的管程和壳程具有板式塔结构，包括预分塔外塔盘、主塔内塔盘、固定管板、主塔气相分配管、预分塔气相分配管、外降液管、内降液管、预分塔液相分配管、管程气液相进出口、溢流堰、受液盘和液封槽；分配器预分塔外塔盘固定于壳程顶部，与分配器的圆形内壁和预分塔气相分配管间密封焊接；分配器主塔内塔盘焊接在分配器的圆形内壁面，位于分配器壳程空间中部；分配器固定管板固定于壳程底部，与分配器的圆形内壁和预分塔气相分配管底端密封焊接；主塔气相分配管穿过内塔盘，固定于分配器内塔盘与底部固定挡板之间；预分塔气相分配管焊接在分配器外塔盘与底部固定挡板之间；外降液管与外塔盘、固定管板和分配器的圆形内壁焊接，与管程空间连通；内降液管与内塔盘、固定管板和分配器的圆形内壁焊接，与壳程空间连通；预分塔液相分配管与圆柱形外壁垂直焊接并与外降液管连通；液封槽位于外降液管底部并与圆柱形外壁垂直焊接；主动型气相分配器通过嵌套在内的主塔内塔盘、预分塔外塔盘和固定管板将其固定；

主塔的气液相经过外部管道与塔节连接，气相从下往上逐级流动到达公共精馏段；液相通过公共精馏段外部分配管分配从上往下逐级流动经主动型气相分配器到达公共提馏段；

预分塔的气液相通过管程内部管道与塔节连接，气相从下往上流动经公共提馏段气相分配管进入预分塔塔节，经过精馏段气相分配器到达公共精馏段；液相经过公共精馏段内部分配管分配，从上往下逐级流动经主动型气相分配器到达到达公共提馏段；

管壳式隔壁段单个塔节内部，主塔的液相在相邻两个塔节的内塔盘之间折流流动，依次经过主塔内降液管和外部管道流到下级塔节液相入口，气相和液相在每个塔节内塔盘上垂直交叉错流流动进行传质分离；预分塔的液相在相邻两个塔节外塔盘之间折流流动，经过预分塔外降液管流到下级塔节的受液盘，气相和液相在每个塔节外塔盘上垂直交叉错流流动进行传质分离；

公共提馏段包括板式塔、降液管、塔釜底部溢流板、再沸器和塔底泵；公共提馏段上升的气相分成两部分，一股进入主动型气相分配器壳程，另一股主动型气相分配器管程；

公共精馏段顶部的气体经过塔顶冷凝器冷凝，进入回流罐，经回流泵收集产品A；管壳式隔壁段主塔中间塔节液相采出收集B产品；公共提馏段塔底的液相经塔底采出泵收集产品C。

2.根据权利要求1所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：所述的管壳式隔壁段主塔塔节总数量N1，N1≥1；预分塔塔节总数量N2，N2≥1；管壳式隔壁段主塔外部管道逐级连接形成主预分塔理论级相等的对称结构，即N1＝N2；主塔外部管道跨接形成主预分塔理论级不相等的非对称结构，即N1≠N2。

3.根据权利要求1或2所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：该管壳式主动型隔壁塔通过隔壁段塔节内外塔盘上的开孔率和主动型气相分配器的双重作用来协同调节主预分塔的气相和压差。

4.根据权利要求1或2所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：壳程主塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位通过壳程内塔盘上部气相与公共提馏段的压力差来串级调控；当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位降低时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较大，此时主塔气相分配侧的压差逐渐减小；当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位升高时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较少，此时主塔气相分配侧的压差增加。

5.根据权利要求3所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：壳程主塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位通过壳程内塔盘上部气相与公共提馏段的压力差来串级调控；当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位降低时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较大，此时主塔气相分配侧的压差逐渐减小；当气相负荷不变，壳程内塔盘下部液位升高时，气相通过主塔气相分配管外侧圆形气孔进入到管束内部，经过主塔气相分配管束上升的气量较少，此时主塔气相分配侧的压差增加。

6.根据权利要求1、2或5所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：管程预分塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位通过管程外塔盘汽液层上部气相与公共提馏段的压力差来串级调控；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位降低时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，管束顶部封闭，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较大，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐减小；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位升高时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较少，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐增加。

7.根据权利要求3所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：管程预分塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位通过管程外塔盘汽液层上部气相与公共提馏段的压力差来串级调控；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位降低时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，管束顶部封闭，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较大，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐减小；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位升高时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较少，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐增加。

8.根据权利要求4所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：管程预分塔的气相负荷通过液位调节来实现，液位通过管程外塔盘汽液层上部气相与公共提馏段的压力差来串级调控；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位降低时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，管束顶部封闭，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较大，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐减小；当气相负荷不变，管程顶部外塔盘上部液位升高时，气相通过预分馏塔气相分配管内侧圆形气孔进入到管束外部，经过预分馏塔气相分配管束上升的气量较少，此时预分馏塔气相分配侧的压差逐渐增加。

9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：所述的管壳式隔壁塔主动型气体分配器分配比的调节范围为0.05～1；所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔的压力范围为0.05～2.5MPa；所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔的外径范围为100～5000mm。

10.根据权利要求6所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔系统，其特征在于：所述的管壳式隔壁塔主动型气体分配器分配比的调节范围为0.05～1；所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔的压力范围为0.05～2.5MPa；所述的管壳式主动型压差调控隔壁塔的外径范围为100～5000mm。

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