CN114432727B - 一种适用于多组分分离的热耦合精馏塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多组分分离的热耦合精馏塔。将精馏塔内空间分割为七部分：塔顶公共精馏段、第一预分离段、第一主分离段、进料段、第二预分离段、第二主分离段、公共提馏段；所述热耦合精馏塔包括四套液体分配控制装置和两套气相分配控制装置；所述液体分配控制装置包括集液器、中间缓冲罐、回流泵；所述液体分配控制装置设置于第一隔板上侧、第一隔板下侧、第二隔板上侧和第二隔板下侧；气相分配控制装置分别设置于第一隔板下侧、第二隔板下侧。本发明的精馏塔在保证分离精度的同时可以实现常规三塔流程耦合为单塔流程，极大地减少设备投资，简化精馏塔的控制。

Description

一种适用于多组分分离的热耦合精馏塔

技术领域

本发明涉及一种新型的热量耦合式精馏塔。

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，热耦合精馏塔相比较于传统精馏塔可以极大地降低能耗，是典型的新型节能精馏设备。

传统精馏塔是以塔进料位置为分割点，将塔体分为两个部分，进料位置下方的精馏段和进料位置上方的提馏段。精馏段的作用在于利用塔顶气相冷却后所携带的冷量将塔底上升气相中的重组分物质冷凝为液相，液相返回塔底，实现轻组分的提纯。提馏段的作用在于利用塔底再沸器加热后的返塔气相对进料物料进行多级加热，将原料中的轻组分物质汽化并进入塔顶。从而实现被分离物料轻重组分的彻底分离过程。在分离过程中，由于需要将原料由常温加热至汽化温度，因此，精馏分离过程所需要的能量消耗巨大。常规精馏塔在运行过程中精馏段温度低于提馏段温度；塔顶压力高于塔底压力。

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，在减少投资的同时必不可少的增加了塔器控制的难度，关键在于隔板两侧的液相和气相分配问题，气液分配比例调节是分壁塔实现高效节能的关键。

常规三组分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。

对于多组分物流，分壁塔可以在一个塔器内实现四组分物流的清晰切割及分离。塔内需要设置两块隔板，将塔内空间分割为7个部分：第一隔板上侧（塔顶公共精馏段）、第一隔板左侧（第一预分离段）、第一隔板右侧（第一主分离段）、第一隔板与第二隔板之间（进料段）、第二隔板左侧（第二预分离段）、第二隔板右侧（第二分离段）、第二隔板下侧（公共提馏段）。与常规多塔串联分离流程相比，可以减少2个塔器、两套冷凝、两套再沸，设备投资减少50%，能耗降低40%以上。US2011139604A1公开了一种分壁塔，该塔塔内隔板采用了非对称形式，以进料和塔中出料为非对称点对隔板进行调整，使得进料侧进料口下端空间增加，同时使出料端下侧空间减小，达到平衡塔内气液相负荷的目的。该分壁塔仅仅解决了分隔板两侧不同区间内气液相不均匀的问题，并未涉及到液气的分配控制问题。

US4230533公开了一种分壁塔气液分流控制方法，该塔中使用的液体回流是以液位差为动力，通过流量计调节；塔底上升气体通过走旁路的方式来实现分配调节，并且液体回流分配与气体分配之间没有相互关联。该方法中液体的流动只是以液位差推动力，由于是旁路方式必然会导致气阻的发生，因此在实际运行过程中很容易产生液体流通不畅的情况，不利于装置的平稳运行。

US5755933 公开了一种分壁塔，该分壁塔是将分隔板延伸到分壁塔的顶部或底部，然后通过冷凝器或再沸器分别回流，来实现对回流液体和上升气体的分配。

从以上专利文献中可以看出：目前热耦合精馏塔（分壁精馏塔）的开发设计主要针对两塔式热量耦合过程，对塔内双隔板的研究报道较少。

发明内容

针对现有热耦合精馏塔结构设计不够优化和控制方案复杂等问题，本发明提供了一种新型的热耦合精馏塔，在保证分离精度的同时可以实现常规三塔流程耦合为单塔流程，极大地减少设备投资，简化精馏塔的控制。

本发明的热耦合精馏塔的技术方案如下：

在精馏塔塔体内的不同高度设置两块中间隔板，将塔内空间分割为七部分：塔顶公共精馏段、第一预分离段、第一主分离段、进料段、第二预分离段、第二主分离段、公共提馏段；

所述热耦合精馏塔包括四套液体分配控制装置和两套气相分配控制装置；两套气相分配控制装置分别设置于第一中间隔板下方和第二中间隔板下方；

所述进料段位于第一中间隔板与第二中间隔板之间，具体位置由两块垂直中间隔板决定，进料塔盘位置由所处理物料性质决定。

本发明热耦合精馏塔中，所述的精馏塔可以是板式塔、填料塔、浮阀塔，优选为浮阀塔；塔盘层数由具体待分离物系进行确定。

本发明中，四套液体分配控制装置设置于第一隔板上方、第一隔板下方、第二隔板上方和第二隔板下方。所述四套液体分配控制装置中，其中，第一套、第三套液体分配控制装置采用中段回流方式，分别由1个中段回流罐、1台中段回流泵和2个液体流量控制器组成。第一套和第三套液体分配控制装置可以由回流泵和液体流量控制器控制进入隔板两侧的液体流量。第二套、第四套液体分配控制装置采用常规自流式液体控制器。

本发明中，所述第一中间隔板位于第一预分离段和第一主分离段之间。第二中间隔板位于第二预分离段和第二主分离段之间。

本发明热耦合精馏塔中，所述的四套液体分配控制装置，第一套液体分配控制装置位于公共精馏段下部（方）第一隔板上部（方）。所述第一套、第三套液体分配控制装置包括集液器、中间缓冲（回流）罐、中间回流泵。集液器为一层单独密封的塔盘，塔盘上设置升气道，升气道可以是圆形、长方形、正方形、菱形等，优选为圆形；升气道数量为1-5个，优选为1-3个；升气道顶部设置一帽罩，防止液体进入升气孔。升气道高度为50mm-250mm，优选为100mm-200mm；升气道集液器侧面塔壁位置设置一出液孔，出液孔与第一中间缓冲（回流）罐顶部相连，第一中间回流罐底部与第一中间回流泵相连，由第一中间回流泵控制进入第一中间隔板顶部的液相流量。集液器与第一中间隔板顶部水平面的垂直距离一般为10~100mm，优选为10~50mm，圆形直径为D（D为热耦合精馏塔内径）。升气孔直径为d，大小为0.1D~0.8D，优选为0.2D~0.7D。升气孔高度一般为20~500mm，优选为50~400mm。

本发明热耦合精馏塔中，所述第二套液体分配控制装置位于第一中间隔板底部，在第一中间隔板左右两侧同一水平位置分别设置集液器，集液器为半圆形，直径为D。第一隔板左右两侧集液器上各设置一矩形升气孔道，矩形升气孔道截面积为0.1S~0.5S，优选为0.1S~0.4S（S为热耦合精馏塔横截面积），升气孔高度为20~400mm，优选为50~300mm。第一中间隔板左右两侧集液器上方塔壁位置各设置一出液孔并与进料段顶部相连。升气孔顶部设置帽罩，帽罩形式可采用平板、人字板形式，优选为人字板形式。

本发明热耦合精馏塔中，所述第三套液体分配控制装置位于进料段下部（方）、第二隔板上部。基本结构与第一套液体分配控制装置相同。集液器为圆形且与第二中间隔板顶部水平的面的垂直距离为10~100mm，优选为10~50mm，圆形直径为D（D为热耦合精馏塔内径），在圆形中间设置一圆柱形升气孔，升气孔直径为d，大小为0.1D~0.8D，优选为0.2D~0.7D。升气孔顶部设置一帽罩，防止液体进入升气孔，升气孔高度为20~500mm，优选为50~400mm。集液器上方塔壁位置设置一出液孔，出液孔与第二中间回流（还从）罐顶部相连，第二中间回流罐底部与第二中间回流泵相连，由第二中间回流泵控制进入第二中间隔板顶部的液相流量。

本发明热耦合精馏塔中，所述的第四套液体分配控制装置位于第二中间隔板底部，在第二中间隔板左右两侧同一水平位置分别设置集液器，集液器为半圆形，直径为D，第二隔板左右两侧集液器上各设置一矩形升气孔道，矩形升气孔道截面积为0.1S~0.5S，优选为0.1S~0.4S（S为热耦合精馏塔横截面积），升气孔高度为20~400mm，优选为50~300mm，第一、第二二中间隔板左右两侧集液器上方塔壁位置各设置一出液孔并与公共提馏段顶部相连。升气孔顶部设置帽罩，帽罩形式可采用平板、人字板形式，优选为人字板形式。

本发明热耦合精馏塔中，第一套、第二套气相分配控制装置具有基本相同的结构。所述的第一套气相分配控制装置位于第一中间隔板底端下部（下方），所述的第二套气相分配控制装置位于第二中间隔板底端下部（下方）。所述的气相分配控之装置包括：填料层，其用于脱除来自公共提馏段的返塔气相中的液体；分配层，其位于填料层上方，该分配层中设有气相通道，该气相通道的两个独立入口根据预设的气相分配比、通过气相分配机构设置为开口尺寸可调节；该气相通道的两个相应的独立出口与通往隔板两侧的升气通道连通。

进一步，上述技术方案中，所述气相分配机构可包括：中空圆环，其外径与隔板精馏塔的塔身内径相适配并固定在所述填料层上方。该中空圆环包含弧长相等的四段，分别为L1、L2、L3以及L4段。L1和L3段底部设有入口镂空部，L2和L4段上部设有出口镂空部；铁球，其数量为两个，该两个铁球与中空圆环内壁间隙配合并可在中空圆环内自由滑动，铁球的位置变化使得气相通道入口的开口尺寸可调节。

进一步，上述技术方案中，所述气相分配机构以可包括：中空圆环，其外径与隔板精馏塔的塔身内径相适配并固定在所述填料层上方。该中空圆环包含弧长相等的四段，分别为L1、L2、L3以及L4段。L1和L2段底部设有入口镂空部，L3和L4段上部设有出口镂空部；铁球，其数量为一个，该铁球与中空圆环内壁间隙配合并可在中空圆环内自由滑动，铁球的位置变化使得气相通道入口的开口尺寸可调节。

进一步，上述技术方案中，气相分配机构还可包括电磁分配控制部件，该电磁分配控制部件具体包含：弧形轨道，其沿隔板精馏塔塔身外部周向设置并与中空圆环处在同一水平面上；电磁控制器，其根据预设的气相分配比数据接收指令驱动电磁铁沿弧形轨道移动，移动的电磁铁在吸引力的作用下带动铁球移动至需要的位置。

进一步，上述技术方案中，铁球可以为空心设置。

进一步，上述技术方案中，分配层与填料层之间可通过钢板分隔开，该钢板位于中空圆环的中间位置，且采用密封焊接方式与中空圆环连接。

进一步，上述技术方案中，填料层底部设填料格栅，填料格栅的开孔率可以为5%~15%。

进一步，上述技术方案中，升气通道的横截面积可以为隔板精馏塔横截面积的0.1至0.4倍，升气通道横截面的形状可以为矩形、正方形或圆形。

本发明热耦合精馏塔中，多组分混合物分离过程的气体分配控制方式为，根据工艺要求在电脑控制系统中设定所需气体分配比，由电脑控制系统控制电磁铁在塔壁外侧轨道上的位置，从而控制塔内气相分配机构中的电磁铁圆球所在位置，从而控制气体在隔板两侧的流量。

本发明热耦合精馏塔中，公共精馏段、第一预分离段、第一主分离段、进料段、第二预分离段、第二主分离段、公共提馏段高度及安装设计尺寸可以根据实际物料特性适当调整。

本发明新型热耦合精馏塔与现有隔板精馏塔技术相比具有如下优点：

1、采用将塔内中间隔板由一个增加至两个，在第一中间隔板处生成第一侧线产品，在第二中间隔板处生产第二侧线产品，可以实现将三塔串联分离流程耦合至一个个精馏塔中，取消了常规分离流程中两套冷凝、两套再沸及两个塔器，极大地节省了设备投资、占地。

2、在现有常规隔板精馏塔中，塔底上升气相进入隔板两侧时未进行气相分配，本发明中设计一新型气体分配控制系统，并安装至塔内空间，实现气相的精准分配及控制，并实现塔内空间的高效利用。

3、本发明热耦合精馏塔可以实现多组分混合物在一个塔器内高效分离为4个产品，对原料的适应能力强，工艺操作灵活多变。

4、气相分配控制采用电磁式分配调节方式，通过电脑控制系统将信号传递给气相分配控制装置，可以实现热耦合精馏塔塔内气体的单独灵活分配和控制问题，提高热耦合精馏塔隔板两侧气液两相负荷控制精度，提高产品的分离效果，简化隔板精馏塔的控制问题。

5、热耦合精馏塔中间隔板采用绝热式设计，防止隔板左右两侧进行热量传递。在实际运行过程中，针对不同物料，物性不同，隔板左右两侧的操作参数不同，实现预分离段和侧线产品段的相对独立操作，有效控制热量返混现象，有效提高中间产品纯度。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明新型热耦合精馏塔结构示意图。

图2 是常规三塔串联流程示意图。

图3是隔板处的横截面示意图（示出隔板的分层结构）。

图4是气相分配控制装置的结构示意图。

图5是气相分配控制装置气相通道入口示意图（中空圆环仰视）。

图6是气相分配控制装置气相通道出口示意图（中空圆环俯视）。

图7是电磁分配控制部件的结构示意图。

图8是液相分配控制器集液器结构示意图。

其中图1：1-待分离物料，2-塔顶气相，3-塔顶进分液罐液相，4-塔顶回流液相，5-塔顶产品，6-公共精馏段中段采出液相，7-公共精馏段中段液相回流，8-第一主分离段侧线产品，9-第一隔板段进料段液相，10-进料段中段采出液相，11-进料段中段液相回流，12-第二主分离段侧线产品，13-第二隔板段进公共提馏段液相，14-塔底液相，15-塔底再沸后气相，16-塔底产品；

T-热耦合精馏塔，T1-公共精馏段，T2-第一预分离段，T3-第一主分离段，T4-进料段，T5-第二预分离段，T6-第二主分离段，T7-公共提馏段，C1-塔顶冷却器，G1-塔顶分液罐，G2-第一中段回流罐，G3-第二中段回流罐，P1-第一中段回流泵，P2-第二中段回流泵，H1-塔底再沸器；

图3：20-塔壁，21-第一绝热层，22-第二绝热层，23-中空层；

图4：30-气相分配控制装置，31-升气通道，32-分配层内中间隔板，33-铁球（33A和33B），34-填料格栅，35-填料层，36-中空圆环，37-钢板；

图5-6：S1-第一入口区，S2-第二入口区，S3-第三入口区，S4-第四入口区；E1-第一出口区，E2-第二出口区；

图7：40-电磁分配控制部件，41-轨道，42-电磁控制器，43-电脑；

图8：51-集液器塔板，52-集液器升气孔，53-帽罩，54-升气道。

实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1所示，本发明的热耦合精馏塔T，在塔中设置两块沿塔身轴线延伸的竖直隔板（如图1中塔身中央中上部和中下部的两条竖线）。该两块竖直隔板（第一中间隔板和第二中间隔板）将塔内空间分隔为七个部分：即第一中间隔板上方的公共精馏段T1、第一中间隔板左侧第一预分离段T2、第一中间隔板第一主分离段T3、进料段T4、第二中间隔板左侧第二预分离段T5、第二中间隔板右侧第二主分离段T6、第二中间隔板下部公共提馏段T7。

待分离物料1通过热耦合精馏塔T进料口进入塔内进料段T4，在进料段进行初分后，气相由下往上运行，液相由上往下运行；气相经过第一气相分配控制装置，在电脑控制系统作用下对上升气相进行气相流量分配。气相上升，一部分气相进入第一预分离段T2中，一部分进入第一主分离段T3中。公共精馏段的液相向下，在第一中间隔板两侧分别进行气液传质后，气相在公共精馏段下部汇合并进入公共精馏段T1中，经过公共精馏段传质后获得气相产品2，气相产品2经过塔顶冷却器C1和塔顶分液罐G1后得到塔顶回流液4以及塔顶产品5。塔顶回流液相经过公共精馏段的气液传质后成为公共精馏段中段采出液相6进入第一中段回流罐G2，再经过第一中段回流泵P1后第一中间隔板左右两侧，并在第一主分离段采出第一主分离段侧线产品8。第一预分离段和第一主分离段气液传质后的第一隔板段进料段液相9向下，经过进料段T4下部的第三液相分配控制装置70，进料段中段抽出的进料段中段采出液相10，进入第二中段缓冲罐G3，进料段中段液相回流11返回第二中间隔板上方塔板，与第二气相分配装置上升的气相在第二预分离段T5和第二主分离段T6接触传质，第二主分离段T6采出侧线液相作为第二主分离段侧线产品12，第二隔板段进公共提馏段液相13向下流动。

第二中间隔板下部设置设置第二气相分配控制装置，在电脑控制系统作用下对上升气相进行气相流量分配。气相上升，第二隔板段进公共提馏段液相13向下，流经第四液相分配控制装置80，进入塔底公共提馏段T7。塔底上升的气相进入第二气相分配控制装置，在电脑控制系统作用下对上升气相进行气相流量分配。传质后的液体向下进入塔釜，塔底采出塔底液相14，一部分作为塔底产品16采出，一部分经塔底再沸器H1加热后，作为塔底再沸器气相15返回热耦合精馏塔T的下部。

如图1、4所示，本发明的气相分配控制装置30设置于隔板精馏塔T的隔板下方，包括下部的填料层35和上部的分配层。填料层内部填料可以采用常规的具有气液分离作用的填料形式，如丝网填料、散堆填料或规整波纹板填料等的一种或多种，优选而非限制性地，采用丝网填料，填料层高度可以根据隔板精馏塔T以及实际应用情况进行设置，一般可以为10~50mm，优选为10~40mm。填料层35用于脱除来自公共提馏段的返塔气相中的液体。填料层35下部设有填料格栅34，填料格栅34的开孔率为5%~20%，优选为5%~15%，用于支撑填料和气相通道。分配层位于填料层35上方，分配层中设有气相通道，该气相通道的两个独立入口根据预设的气相分配比、通过气相分配机构设置为开口尺寸可调节。该气相通道的两个相应的独立出口与通往隔板两侧的升气通道31连通。

进一步如图4-6所示，该气相分配机构进一步包括设于分配层中的中空圆环36和铁球33。中空圆环36的外径与精馏塔T的塔身内径相适配并固定在填料层35的上方。如图5所示，中空圆环36包含弧长相等的四段，分别为L1、L2、L3以及L4段，L1和L3段底部设有入口镂空部（图5中无填充部分）。如图5所示，L2和L4段上部设有出口镂空部（图6中无填充部分）。镂空部可以采用在中空圆环上做切除的方式，具体地，可以采用如下两个切除方案，方案1：如图5所示，将中空圆环的L1、L3段的底端切除（作为气相进入的分配入口），切除长度优选采用L1、L3段底端的整段切除，如果圆环弧形周长为L，那么L1、L3段的切除长度均为L/4；如图6所示，中空圆环L2、L4段顶端切除（作为气相分配出口），切除长度可以为L/8至L/4，优选地，可以在靠近圆心侧切除，切除长度为L/5。如图5所示，铁球33设置在L1、L3圆环段内中心处，铁球33直径略小于中空圆环内径（共两个铁球，分别标记为33A和33B），即铁球与中空圆环为间隙配合，铁球33A可以在L1圆环段内自由滚动，铁球33A将圆环段L1开口面积分割为两部分（分别标记为S1和S2），铁球33B在L3圆环段内滚动，铁球33B将圆环段L3开口面积分割为两部分（分别标记为S3和S4），进入S1+S3和S2+S4的气相量的比值为进入隔板两侧气相分配比。本发明的气相分配控制装置安装时，分配层内的中间隔板32位于L1、L3弧长中点的连线上（即铁球33A和33B初始位置的两球心连线），且与隔板精馏塔T内的前述隔板位于同一平面内。铁球的位置变化使得所述气相通道入口的开口尺寸可调节，随着两个铁球的分别移动，可精确控制进入S1+S3和S2+S4的气相量的比值。方案2（图中未示出）：将中空圆环的L1、L2段底端切除（作为气相进入的分配入口），切除长度为L/2；将中空圆环的L3、L4段的顶端切除（作为气相分配出口），优选靠近圆心侧切除，切除长度为2L/5，在L1与L2段连接处设置一个铁球，该一个铁球将中空圆环L1+L2段的开口面积切分割为两部分，该一个铁球的位置变化同样可以使得气相通道入口的开口尺寸可调节，进入该两部分开口的气相量的比值为进入隔板两侧气相分配比。以上两个开口切除方案均为示例性的方案，以该设计思路为前提的变更方案均在本发明的保护范围以内。铁球33可以为实心或者空心设计，优选采用空心设计。

如图7所示，为了实现根据需要将前述铁球33的位置进行精确的控制，本发明的气相分配机构还包括电磁分配控制部件，该电磁分配控制部件具体包含：弧形轨道41和电磁控制器42，弧形轨道41沿隔板精馏塔T的塔身外部周向设置并与中空圆环36处在同一水平面上。电磁控制器42根据预设的气相分配比数据接收指令驱动电磁铁沿弧形轨道41移动，移动的电磁铁在吸引力的作用下带动铁球33移动至需要的位置。

进一步如图4所示，分配层与填料层之间通过钢板37分隔开，该钢板37位于中空圆环36的中间位置，且采用密封焊接方式与中空圆环36连接。这种设置是为了保证上升的气相仅能从中空圆环下端切口（即前述气相分配入口）进入分配层，也仅能从中空圆环上端切口（即前述气相分配出口）进入隔板两侧的升气通道31。

进一步如图4所示，优选而非限制性地，升气通道31的横截面积为隔板精馏塔T横截面积的0.1至0.4倍，升气通道31的横截面形状可以为矩形、正方形或圆形。

在本发明的气相分配控制装置内，上升气体进入分配层中空圆环36底部开口（气体入口），通过电脑43（参见图7）控制系统控制中空圆环内部铁球33所处位置，即控制气体进入的入口面积（入口面积大小决定所进入气体流量大小）。铁球33的位置由电脑43控制塔外壁所设置的电磁铁沿着塔外壁移动位置决定。经过铁球33分割后的气体经由中空圆环上部开口（气体出口）分别进入分配层内中间隔板32两侧的分配层内腔，再经由升气通道31进入隔板精馏塔T的隔板两侧，完成气体分配控制过程。本发明的气相分配控制装置可以独立灵活调节塔内隔板两侧的气体分配比，达到理想的产品分离效果。

本发明的隔板精馏塔T可以是板式塔、填料塔，优选为板式塔。隔板精馏塔T中，隔板位于塔内部中间位置，径向位置控制范围为0.1~0.8D(D为塔身直径)，优选采用0.4~0.6D。隔板的高度控制范围为0.1~0.8L(L为塔高度)，优选为0.4~0.6L。进一步如图2所示，隔板精馏塔T的塔壁20设置绝热层，内部填充绝热材料，防止热量通过塔壁进行传递。绝热层厚度为1~10mm，优选为3~6mm。塔壁绝热层可采用硅酸铝耐火纤维或者真空隔热板，优选为真空隔热板。隔板为多层中空设计，包括第一绝热层21、第二绝热层22以及中间的中空层23。中空层23内部可以填充绝热材料或惰性气体，防止热量通过隔板进行传递。多层隔板的层数可以为1~5层，优选为2~3层。中间隔板内填充的绝热材料可以为硅酸铝耐火纤维。当隔板内为3层或者5层绝热层时，最中间一层空间可以填充惰性气体，惰性气体可以采用氮气、氩气、甲烷等，优选为氮气。

实施例1：混合原料a/b/c/d进入热耦合精馏塔进料段T4，在加热状态下轻组分汽化上升（a/b/c/d混合物，a/b组分多，c/d组分少），重组分以液相形式下降（a/b/c/d混合物，a/b组分少，c/d组分多）。塔内气相物质在进料T4进行初步分离后，一部分气相进入第一预分离段T2，一部分进入第一主分离段T3，此两部分气相在第一公共精馏段T1混合后从塔顶出精馏塔，经过分离后的气相物质（塔顶气相）经过塔顶冷却器C1后（液相）进入塔顶分液罐G1，一部分作为塔顶产品a出装置，一部分返回塔内作为塔顶回流液相4。返回塔顶的液相在重力作用下在第一公共精馏段T1实现气液传质后，液相经过第一液体分配控制装置50得到公共精馏段中段采出液相6，公共精馏段中段采出液相经过第一中段回流罐G2、第一中段回流泵P1后作为返回热耦合精馏塔液相7，经过第一次液相分配后分别进入第一预分离段T2和第一主分离段T3，液体在第一主分离段获得第一侧线产品b并出装置。第一隔板段底部的第一隔板段进料段液相9经过第二液体分配控制装置后60进入进料段T4。第二液体分配控制装置下方为第一气相分配控制装置，来自进料段的气体在此处进入第一气相分配控制装置；进料段液体在重力作用下进入第三液体分配控制装置70并获得进料段中段采出液相10，经过第二中段回流罐G3、第二中段回流泵P2后进料段中段液相回流11实现第二次液体分配，液体第二次分配后分别进入第二预分离段T5和第二主分离段T6, 液体在第二主分离段获得第二侧线产品c并出装置。第二隔板段底部的第二隔板段进公共提馏段液相13经过第四液体分配控制装置80后进入公共提馏段，第四液体控制系统下方为第二气相分配控制装置，来自公共提馏段的气体在此处进入气体流量分配；液体进入公共提馏段传质后进入塔釜，最终在塔釜获得产品d。

Claims (14)

1.一种适用于多组分分离的热耦合精馏塔，其特征在于，在精馏塔塔体内的不同高度设置两块中间隔板，将塔内空间分割为七部分：塔顶公共精馏段、第一预分离段、第一主分离段、进料段、第二预分离段、第二主分离段、公共提馏段；

所述进料段位于第一中间隔板与第二中间隔板之间；

所述热耦合精馏塔包括四套液体分配控制装置和两套气相分配控制装置；

两套气相分配控制装置分别设置于第一中间隔板下方和第二中间隔板下方；

其中，所述的气相分配控制装置设置于隔板下方，其包括：

填料层，其用于脱除来自公共提馏段的返塔气相中的液体；

分配层，其位于所述填料层上方，该分配层中设有气相通道，该气相通道的两个独立入口根据预设的气相分配比、通过气相分配机构设置为开口尺寸可调节；该气相通道的两个相应的独立出口与通往所述隔板两侧的升气通道连通；

所述气相分配机构包括：

中空圆环，其外径与所述隔板精馏塔的塔身内径相适配并固定在所述填料层上方；该中空圆环包含弧长相等的四段，分别为L1、L2、L3以及L4段；所述L1和L3段底部设有入口镂空部，L2和L4段上部设有出口镂空部；

铁球，其数量为两个，该两个铁球与所述中空圆环内壁间隙配合并可在中空圆环内自由滑动，铁球的位置变化使得所述气相通道入口的开口尺寸可调节。

2.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，所述气相分配机构还包括电磁分配控制部件，该电磁分配控制部件具体包含：

弧形轨道，其沿隔板精馏塔塔身外部周向设置并与所述中空圆环处在同一水平面上；

电磁控制器，其根据所述预设的气相分配比数据接收指令驱动电磁铁沿所述弧形轨道移动，移动的所述电磁铁在吸引力的作用下带动所述铁球移动至需要的位置。

3.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，所述铁球为空心设置。

4.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，所述分配层与填料层之间通过钢板分隔开，该钢板位于所述中空圆环的中间位置，且采用密封焊接方式与所述中空圆环连接。

5.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，所述填料层底部设填料格栅，所述填料格栅的开孔率为5%~15%。

6.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，所述升气通道的横截面积为所述隔板精馏塔横截面积的0.1至0.4倍，所述升气通道横截面的形状为矩形或圆形。

7.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，第一套液体分配控制装置、第三套液体分配控制装置采用中段回流方式，分别由1个中段回流罐、1台中段回流泵和2个液体流量控制器组成；第二套液体分配控制装置、第四套液体分配控制装置采用自流式液体控制器。

8.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，所述第一中间隔板位于第一预分离段和第一主分离段之间，第二中间隔板位于第二预分离段和第二主分离段之间。

9.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，第一套液体分配控制装置位于公共精馏段下部，第一中间隔板上方；第三套液体分配控制装置位于进料段下部、第二中间隔板上方。

10.按照权利要求1所述的精馏塔，其特征在于，第二套液体分配控制装置位于第一中间隔板底部，第四套液体分配控制装置位于第二中间隔板底部。

11.按照权利要求10所述的精馏塔，其特征在于，第二套和第四套液体分配控制装置在第一中间隔板、第四中间隔板左右两侧同一水平位置分别设置集液器，集液器为半圆形，中间隔板左右两侧集液器上各设置一矩形升气孔道，升气孔顶部设置帽罩。

12.按照权利要求9所述的精馏塔，其特征在于，第一套和第三套液体分配控制装置包括集液器、中间缓冲罐、中间回流泵。

13.按照权利要求11所述的精馏塔，其特征在于，所述集液器为圆形，在圆形中间设置一圆柱形升气孔，升气孔顶部设置一帽罩；集液器上方塔壁位置设置一出液孔，出液孔与中间回流罐顶部相连，中间回流罐底部与中间回流泵相连，由第中间回流泵控制进入中间隔板顶部的液相流量。

14.一种热耦合精馏方法，其中应用权利要求1-13任一所述的热耦合精馏塔。