CN117899509A - Nmp回收精馏节能系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种NMP回收精馏节能系统及工艺，所述系统包括依次连通的第一脱水塔、第二脱水塔及精馏塔，第一脱水塔、第二脱水塔和精馏塔分别连接有塔釜再沸器，精馏塔塔顶连接有NMP冷凝器，NMP冷凝器的壳程和第一脱水塔的塔釜再沸器的壳程之间通过充有80～90℃蒸馏水的管道连接，该管道中设置有至少一个以并联或串联形式连接的水蒸气蒸汽压缩机，且在第一脱水塔的塔釜再沸器的蒸馏水出口与NMP冷凝器的蒸馏水入口之间的管道上设置有膨胀阀。本申请的NMP回收精馏节能系统和工艺以蒸馏水作间接式传热介质、以水蒸气蒸汽压缩机为热泵提高热能品质，从而将精馏塔塔顶的热量用作第一脱水塔塔釜的热源，实现能耗、成本的大幅下降。

Description

NMP回收精馏节能系统及工艺

技术领域

本申请涉及NMP蒸馏技术领域，特别是涉及一种NMP回收精馏节能系统及工艺。

背景技术

在锂电池生产制造中，正负极基材被涂布上带活性物质的浆料，涂布后烘烤去除浆料中的溶剂而制成电极，N-甲基吡咯烷酮（NMP）被广泛用作极性溶剂，为了降低成本和减小对环境的影响，回收和再利用NMP变得非常重要。

精馏作为NMP回收的最后一个化工单元操作，需要消耗大量的能耗和公用工程。精馏是在化工行业中能耗极高的单元操作，而且传统的精馏方式热力学效率很低和能量浪费很大。

发明内容

基于此，有必要提供一种利用热泵技术进行节能的NMP回收精馏节能系统及工艺，能够以蒸馏水作介质进行间接式传热、以水蒸气蒸汽压缩机为热泵提高热能品质，将精馏塔塔顶NMP气相的热量用作第一脱水塔塔釜再沸器的热源，实现能耗、成本的大幅下降。

为达到上述技术效果，本申请采用的技术方案如下：

一种NMP回收精馏节能系统，包括依次连通的第一脱水塔、第二脱水塔及精馏塔；所述第一脱水塔用于将NMP原液分离出水蒸气和浓度99wt%以上的高浓度NMP液体；所述第二脱水塔用于将浓度99wt%以上的高浓度NMP液体分离出轻组分蒸汽和浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体；所述精馏塔用于将浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体分离出浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽和重组分液体；

所述第一脱水塔、所述第二脱水塔和所述精馏塔分别连接有用于提供热量的塔釜再沸器，所述精馏塔连接有用于冷凝所述浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽的NMP冷凝器，所述NMP冷凝器连接有NMP成品储罐或处理装置，所述NMP冷凝器的壳程和所述第一脱水塔的塔釜再沸器的壳程之间通过充有80～90℃蒸馏水的管道连接，所述管道中设置有至少一个水蒸气蒸汽压缩机，所述至少一个水蒸气蒸汽压缩机并联或串联连接，所述第一脱水塔的塔釜再沸器的蒸馏水出口与所述NMP冷凝器的蒸馏水入口之间的管道上设置有膨胀阀。

进一步的，所述第一脱水塔在外部连接有第一加热循环流路和第二加热循环流路，所述第一脱水塔的塔釜再沸器设置在所述第一加热循环流路中，所述第二加热循环流路上设置有辅助塔釜再沸器，所述第一加热循环流路和所述第二加热循环流路上分别设置有流量调节阀。

进一步的，所述第一脱水塔的所述辅助塔釜再沸器、所述第二脱水塔的塔釜再沸器、所述精馏塔的塔釜再沸器的热源介质均采用导热油、电、蒸汽中的一种或组合形式。

进一步的，所述第一脱水塔连接有用于冷凝所述水蒸气的水蒸气冷凝器，所述水蒸气冷凝器具有水蒸气入口、连通所述水蒸气入口的液相出口和气相出口，所述水蒸气入口连接所述第一脱水塔的塔顶部，所述水蒸气冷凝器的液相出口连接有第一回流罐，所述第一回流罐的出口连接有第一回流泵，所述第一回流泵的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回第一脱水塔塔顶部的第一回流流路，另一路连接将冷凝所得的液相输送到蒸馏废水储罐或处理装置的第一外接流路，所述水蒸气冷凝器的气相出口连接有第一真空冷凝器，所述第一真空冷凝器具有液相出口和气相出口，所述第一真空冷凝器的液相出口连通所述第一回流罐，所述第一真空冷凝器的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第二外接流路；

所述第二脱水塔连接有用于冷凝所述轻组分蒸汽的轻组分冷凝器，所述轻组分冷凝器具有轻组分入口、连通所述轻组分入口的液相出口和气相出口，所述轻组分入口连接所述第二脱水塔的塔顶部，所述轻组分冷凝器的液相出口连接有第二回流罐，所述第二回流罐的出口连接有第二回流泵，所述第二回流泵的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回第二脱水塔塔顶部的第二回流流路，另一路连接将冷凝所得的液相输送到NMP回收液储罐或处理装置的第三外接流路，所述水蒸气冷凝器的气相出口连接有第二真空冷凝器，所述第二真空冷凝器具有液相出口和气相出口，所述第二真空冷凝器的液相出口连通所述第二回流罐，所述第二真空冷凝器的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第四外接流路；

所述精馏塔的NMP冷凝器具有NMP入口、连通所述NMP入口的液相出口和气相出口，所述NMP入口连接所述精馏塔的塔顶部，所述NMP冷凝器的液相出口连接有第三回流罐，所述第三回流罐的出口连接有第三回流泵，所述第三回流泵的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回精馏塔的塔顶部的第三回流流路，另一路连接将冷凝所得的液相输送到NMP成品储罐或处理装置的第五外接流路，所述NMP冷凝器的气相出口连接有第三真空冷凝器，所述第三真空冷凝器具有液相出口和气相出口，所述第三真空冷凝器的液相出口连通所述第三回流罐，所述第三真空冷凝器的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第六外接流路。

进一步的，所述第二外接流路、所述第四外接流路及所述第六外接流路上均设置有用于缓冲的真空缓冲罐和用于抽真空的真空泵。

进一步的，所述第一脱水塔连接有将NMP原液输送到所述第一脱水塔的进料流路，所述进料流路上串联设置有用于对NMP原液进行预热的一级预热器和二级预热器，所述第一外接流路连通所述一级预热器，所述第五外接流路连通所述二级预热器。

进一步的，在所述第五外接流路上位于所述二级预热器的下游设置有NMP成品冷却器。

进一步的，所述精馏塔连接有用于将所述重组分液体输送到重组分储罐或处理装置的第七外接流路。

一种NMP回收精馏节能工艺，应用于所述NMP回收精馏节能系统，包括以下步骤：

S1、将NMP原料输送至所述第一脱水塔，所述第一脱水塔将NMP原液分离出水蒸气和浓度99wt%以上的高浓度NMP液体；从所述第一脱水塔的塔顶部出来的水蒸汽被冷凝后一部分被输送回所述第一脱水塔的塔顶部，另一部分被输送至蒸馏废水储罐或处理装置，所述第一脱水塔的塔釜部的液体被所述第一脱水塔连接的塔釜再沸器加热后输送回所述第一脱水塔的塔釜部；

S2、将所述第一脱水塔的塔釜部的浓度99wt%以上的高浓度NMP液体输送至所述第二脱水塔，所述第二脱水塔将浓度99wt%以上的高浓度NMP液体分离出轻组分蒸汽和浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体；从所述第二脱水塔的塔顶部出去的蒸汽被冷凝后一部分被输送回所述第二脱水塔的塔顶部，另一部分被输送至NMP回收液储罐或处理装置，所述第二脱水塔的塔釜部的液体被所述第二脱水塔连接的塔釜再沸器加热后输送回所述第二脱水塔的塔釜部；

S3、将所述第二脱水塔的塔釜部的浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体输送至所述精馏塔，所述精馏塔将浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体分离出浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽和重组分液体；从所述精馏塔的塔顶部出去的蒸汽被NMP冷凝器冷凝后一部分被输送回所述精馏塔的塔顶部，另一部分被输送至NMP成品储罐或处理装置，所述精馏塔的塔釜部的液体被所述精馏塔连接的塔釜再沸器加热后输送回所述精馏塔的塔釜部；在精馏完成后将所述精馏塔的塔釜部的重组分液体输送到重组分储罐或处理装置；

期间，所述NMP冷凝器与所述第一脱水塔的塔釜再沸器通过80～90℃蒸馏水间接换热、蒸馏水管道上并联或串联连接有至少一个水蒸气蒸汽压缩机，从而将所述精馏塔的塔顶部产生的NMP蒸汽的热量回收并转化为高品质热能后作为所述第一脱水塔的塔釜部的NMP液体的热源。

进一步的，所述第一脱水塔的塔顶部的温度为50～60℃，所述第一脱水塔的塔釜部的温度为140～150℃；所述第二脱水塔的塔顶部的温度为90～100℃，所述第二脱水塔的塔釜部的温度为130～140℃；所述精馏塔的塔顶部的温度为110℃以上，所述精馏塔的塔釜部的温度为140℃以上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例的第一脱水塔的组成及外部连接结构示意图。

图2为本申请实施例的第二脱水塔的组成及外部连接结构示意图。

图3为本申请实施例的精馏塔的组成及外部连接结构示意图。

图4为本申请实施例的热泵系统的结构示意图。

图5为本申请实施例的第一脱水塔的进料流路的连接结构示意图。

附图标记说明：

第一脱水塔：11、塔主体；12、塔顶部；13、塔釜部；

第二脱水塔：21、塔主体；22、塔顶部；23、塔釜部；

精馏塔：31、塔主体；32、塔顶部；33、塔釜部；

41、水蒸气冷凝器；42、第一真空冷凝器；43、轻组分冷凝器；44、第二真空冷凝器；45、NMP冷凝器；46、第三真空冷凝器；47、一级预热器；48、二级预热器；49、NMP成品冷却器；

51、塔釜再沸器；52、辅助塔釜再沸器；53、塔釜再沸器；54、塔釜再沸器；

601、进料流路；602、第一回流流路；603、第一外接流路；604、第二外接流路；605、第一加热循环流路；606、第二加热循环流路；607、塔间流路；608、第二回流流路；609、第三外接流路；610、第四外接流路；611、第三加热循环流路；612、塔间流路；613、第三回流流路；614、第五外接流路；615、第六外接流路；616、第四加热循环流路；617、第七外接流路；

71、进料泵；72、第一回流泵；73、第一真空泵；74、输料泵；75、第二回流泵；76、第二真空泵；77、输料泵；78、第三回流泵；79、第三真空泵；

81、第一回流罐；82、第一真空缓冲罐；83、第二回流罐；84、第二真空缓冲罐；85、第三回流罐；86、第三真空缓冲罐；

91、水蒸气蒸汽压缩机；92、膨胀阀。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

NMP精馏是回收锂电池生产制造时所使用NMP的最后一个化工操作单元，原三塔精馏系统需要耗费大量的冷却水、天然气或电的公共工程，冷却水主要用于塔顶的冷凝器制冷，天然气主要用于加热导热油或蒸汽等或直接用电加热以作为塔釜再沸器的热源。为响应国家节能环保相关政策，NMP精馏节能系统成为未来的发展方向。本申请从回收塔顶冷凝器的制冷量作为塔釜再沸器的制热量以实现节能的方向考虑，提案了利用热泵技术升级热能的NMP回收精馏节能系统。

如果将第一脱水塔、第二脱水塔或精馏塔的塔顶的蒸汽直接经过压缩机进行加压升温等操作，不仅会严重破坏相应塔的塔内负压环境，不利于水或NMP的蒸发，也会大幅影响原有工艺条件，从而在工艺操作上增添许多困难和挑战。考虑到此本申请以蒸馏水作介质进行间接式传热、以水蒸气蒸汽压缩机为热泵提高热能品质。

参考图1至图4，本申请提供一种NMP回收精馏节能系统，包括第一脱水塔、第二脱水塔及精馏塔，所述第一脱水塔用于将NMP原液分离出水蒸气和浓度99wt%以上的高浓度NMP液体，所述第二脱水塔用于将浓度99wt%以上的高浓度NMP液体分离出轻组分蒸汽和浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体，所述精馏塔用于将浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体分离出浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽和重组分液体。

所述第一脱水塔、所述第二脱水塔和所述精馏塔分别连接有用于提供热量的塔釜再沸器，所述精馏塔连接有用于冷凝所述浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽的NMP冷凝器45，所述NMP冷凝器45连接有NMP成品储罐或处理装置，所述NMP冷凝器45的壳程和所述第一脱水塔的塔釜再沸器51的壳程之间通过充有80～90℃蒸馏水的管道连接，所述管道中设置有至少一个水蒸气蒸汽压缩机91，所述至少一个水蒸气蒸汽压缩机并联或串联连接，所述第一脱水塔的塔釜再沸器51的蒸馏水出口与所述NMP冷凝器45的蒸馏水入口通过设置有膨胀阀92的管道连接。

可以理解，上述中所述NMP冷凝器45、所述第一脱水塔的塔釜再沸器51和所述水蒸气蒸汽压缩机91通过管道连接形成一热泵系统，蒸馏水作为该热泵系统的传热介质，所述NMP冷凝器45作为该热泵系统的蒸发器，所述第一脱水塔的塔釜再沸器51作为该热泵系统的冷凝器，所述水蒸气蒸汽压缩机91将电能转化为水蒸气热能。用蒸馏水作为传热介质能避免在管道中形成水垢而堵塞管道。

所述热泵系统工作时，首先在所述NMP冷凝器45中80～90℃蒸馏水吸收高纯度NMP蒸汽的热量而气化为水蒸气，然后水蒸气经过所述至少一个水蒸气蒸汽压缩机91的升温升压作用而转化成高温高压水蒸气（≥160℃，≥617kPa），高温高压水蒸气在所述第一脱水塔的塔釜再沸器51中与浓度99wt%以上的高浓度NMP液体换热后冷凝而转变成高温高压的冷凝水，高温高压的冷凝水经过所述膨胀阀92后转变成低温低压气液共存两相水（～100℃，～101kPa），从而完成所述热泵系统的一个内循环。

所述热泵系统工作期间，在所述水蒸气蒸汽压缩机91的吸气作用下，所述NMP冷凝器45壳程中形成负压，使得位于壳程内的蒸馏水在100℃以下开始蒸发，为了使所述NMP冷凝器45的壳程与管程之间有更大的传热温差，可以采取两种方式：一是适当调控所述水蒸气蒸汽压缩机91，在所述NMP冷凝器45的壳程中形成70kPa以下的负压，以让蒸馏水从90℃以下开始蒸发；二是稍微提高所述精馏塔的塔内压力，以使高纯度NMP具有更高的蒸发温度，此时虽会增加塔内热负荷，但原有操作工艺不会改变太大。

所述水蒸气蒸汽压缩机91所消耗的电功会最终转化成蒸馏水的热能，此时需要热泵系统中的冷凝器的热负荷大于蒸发器的热负荷，才能最大限度地在它们之间进行热负荷转换，以及减少换热器的使用。在本申请的NMP回收精馏节能系统中，所述第一脱水塔和所述精馏塔的热负荷比较高，所述第一脱水塔的塔釜部所需的制热量高于所述精馏塔的塔顶部所需的制冷量，因此在所述NMP冷凝器和所述第一脱水塔的塔釜再沸器之间设置一套所述热泵系统能有较好的经济性。

为了使从所述第一脱水塔的塔釜再沸器出来的高温高压的冷凝水经过所述膨胀阀过程中能更好的降温减压，可以在管道中位于所述膨胀阀92的上游设置一冷却器，以辅助冷却冷凝水。

所述至少一个水蒸气蒸汽压缩机91并联连接可提升水蒸气的处理量，所述至少一个水蒸气蒸汽压缩机91串联连接可提升水蒸气的压缩比，从而使所述热泵系统具有更强的调节能力。在所述水蒸气蒸汽压缩机91的压缩过程中，应注意防止水蒸气过度过热，以提升水蒸气蒸汽压缩机91对水蒸气的压缩能力。

本申请的NMP回收精馏节能系统，通过设置所述热泵系统来替代原有的部分导热油或蒸汽或电和冷却水的公用工程，在不改变原有工艺流程的情况下，节省了大量能耗。

参考图1，所述第一脱水塔的组成及外部连接结构如下：

所述第一脱水塔为内部设置有增大气液接触面积而加快水分蒸发的填料层或塔板的现有脱水塔体，包括用于对NMP原液进行水分蒸发的塔主体11、位于塔主体11上端的用于排出水蒸气的塔顶部12、位于塔主体下端的用于收集浓度99wt%以上的高浓度NMP液体的塔釜部13。

待蒸馏的NMP原液由进料流路601和进料流路601上设置的进料泵71输送到塔主体11。

所述塔顶部12连接有将水蒸气进行冷凝的水蒸气冷凝器41，所述水蒸气冷凝器41具有水蒸气入口、连通所述水蒸气入口的液相出口和气相出口，所述水蒸气入口连接所述第一脱水塔的塔顶部12，所述水蒸气冷凝器41的液相出口连接有将冷凝所得的液相缓存、减压的第一回流罐81，所述第一回流罐81的出口连通第一回流泵72而将冷凝所得的液相输送回第一脱水塔的塔顶部12和蒸馏废水储罐或处理装置，所述第一回流泵72的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回第一脱水塔的塔顶部12的第一回流流路602，另一路连接将冷凝所得的液相输送到蒸馏废水储罐或处理装置的第一外接流路603，在第一回流流路602和第一外接流路603上分别设有开关阀（图中未示出），通过切换不同开关阀的打开来将冷凝所得的液相一部分输送回第一脱水塔的塔顶部12、一部分输送到蒸馏废水储罐或处理装置。所述水蒸气冷凝器41的气相出口连接有将冷凝残留的气相再次冷凝的第一真空冷凝器42，所述第一真空冷凝器42具有液相出口和气相出口，所述第一真空冷凝器的液相出口连通所述第一回流罐81，所述第一真空冷凝器42的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第二外接流路604，所述第二外接流路604上设置有用于缓冲的第一真空缓冲罐82和用于抽真空的第一真空泵73。

在所述第一脱水塔连接的塔釜再沸器51中，由于水蒸气的加热功率可能只匹配上大部分塔釜部中重组分液体的热负荷，对于剩余一小部分塔底釜液，需要额外设置一个仍使用导热油、电、蒸汽中的一种或组合形式来进行加热的辅助再沸器。由此，所述第一脱水塔的塔釜部连接有第一加热循环流路605和第二加热循环流路606，所述塔釜再沸器51设置在所述第一加热循环流路605中，所述第二加热循环流路606上设置有以导热油为热源的辅助塔釜再沸器52，所述第一加热循环流路605和所述第二加热循环流路606上分别设置有流量调节阀（图中未示出），通过流量调节阀控制第一脱水塔的塔釜液体流向塔釜再沸器51、辅助塔釜再沸器52的流量，以匹配相应的热负荷。

参考图2，所述第二脱水塔的组成及外部连接结构如下：

所述第二脱水塔为内部设置有增大气液接触面积而加快水分蒸发的填料层或塔板的现有脱水塔体，包括用于对从所述第一脱水塔的塔釜部13输送来的浓度99wt%以上的高浓度NMP液体进行水分蒸发的塔主体21、位于塔主体21上端的用于排出轻组分蒸汽的塔顶部22、位于塔主体下端的用于收集浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体的塔釜部23。

第一脱水塔的塔釜部13的浓度99wt%以上的高浓度NMP液体由塔间流路607和塔间流路607上设置的输料泵74输送到塔主体21。

所述塔顶部21连接有将轻组分蒸汽进行冷凝的轻组分冷凝器43，所述轻组分冷凝器43具有轻组分入口、连通所述轻组分入口的液相出口和气相出口，所述轻组分入口连接所述第二脱水塔的塔顶部22，所述轻组分冷凝器43的液相出口连接有将冷凝所得的液相缓存、减压的第二回流罐83，所述第二回流罐83的出口连通第二回流泵75而将冷凝所得的液相输送回第二脱水塔的塔顶部22和输送到NMP回收液储罐或处理装置，所述第二回流泵75的出口分支连接有将冷凝所得的液相输送回第二脱水塔的塔顶部22的第二回流流路608和将冷凝所得的液相输送到NMP回收液储罐或处理装置的第三外接流路609，在第二回流流路608和第三外接流路609上分别设有开关阀（图中未示出），通过切换不同开关阀的打开来将冷凝所得的液相一部分输送回第二脱水塔的塔顶部22、一部分输送到NMP回收液储罐或处理装置。所述轻组分冷凝器43的气相出口连接有将冷凝后残留的气相再次冷凝的第二真空冷凝器44，所述第二真空冷凝器44具有液相出口和气相出口，所述第二真空冷凝器44的液相出口连通所述第二回流罐83，所述第二真空冷凝器44的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第四外接流路610，在所述第四外接流路610上有缓冲用的第二真空缓冲罐84和用于抽真空的第二真空泵76。

所述塔釜部23连接有第三加热循环流路611，所述第三加热循环流路611上设置有对第二脱水塔的塔底釜液进行加热的塔釜再沸器53，所述塔釜再沸器53的热源由导热油、电、蒸汽中的一种或组合形式供给。

参考图3，所述精馏塔的组成及外部连接结构如下：

所述精馏塔为内部设置有增大气液接触面积而加快水分蒸发的填料层或塔板的现有精馏塔体，包括用于对从所述第二脱水塔的塔釜部23输送来的浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体进行NMP蒸发的塔主体31、位于塔主体31上端的用于排出浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽的塔顶部32、位于塔主体下端的用于收集重组分液体的塔釜部33。

第二脱水塔的塔釜部23的浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体由塔间流路612和塔间流路612上设置的输料泵77输送到塔主体31。

所述塔顶部32连接所述NMP冷凝器45，所述NMP冷凝器45用于对浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽进行冷凝，所述NMP冷凝器45具有NMP入口、连通所述NMP入口的液相出口和气相出口，所述NMP入口连接所述精馏塔的塔顶部32，所述NMP冷凝器45的液相出口连接有将冷凝所得的液相缓存、减压的第三回流罐85，所述第三回流罐85的出口连接有第三回流泵78，所述第三回流泵78的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回精馏塔的塔顶部32的第三回流流路613，另一路连接将冷凝所得的液相输送到NMP成品储罐或处理装置的第五外接流路614，在第三回流流路613和第五外接流路614上分别设有开关阀(图中未示出)，通过切换不同开关阀的打开来将冷凝所得的液相一部分输送回精馏塔的塔顶部32、一部分输送到NMP成品储罐或处理装置。所述NMP冷凝器45的气相出口连接有将冷凝残留的气相再次冷凝的第三真空冷凝器46，所述第三真空冷凝器46具有液相出口和气相出口，所述第三真空冷凝器46的液相出口连通所述第三回流罐85，所述第三真空冷凝器46的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第六外接流路615，所述第六外接流路615上设置有用于缓冲的第三真空缓冲罐86和用于抽真空的第三真空泵79。

所述塔釜部33连接有第四加热循环流路616，所述第四加热循环流路616上设置有对精馏塔的塔底釜液进行加热的塔釜再沸器54，所述塔釜再沸器54的热源由导热油、电、蒸汽中的一种或组合形式供给。

所述塔釜部33连接有用于将重组分液体输送到重组分储罐或处理装置的第七外接流路617。

参考图5，所述第一脱水塔连接有将NMP原液输送到所述第一脱水塔的进料流路601，所述进料流路上串联设置有用于对NMP原液进行预热的一级预热器47和二级预热器48，所述第一外接流路603连通所述一级预热器47，所述第五外接流路614连通所述二级预热器48。在所述一级预热器47中NMP原液吸收将进入蒸馏废水储罐或处理装置的水的热量，在所述二级预热器48中NMP原液吸收将进入NMP成品储罐或处理装置的浓度99.9wt%以上的高纯度NMP的热量，由此进一步节省能耗。

继续参考图5，在所述第五外接流路上位于所述二级预热器的下游设置有NMP成品冷却器49，以对NMP成品进一步冷却。

本申请还提供一种应用于所述NMP回收精馏节能系统的NMP回收精馏节能工艺，包括以下步骤：

S1、将NMP原料输送至所述第一脱水塔，所述第一脱水塔将NMP原液分离出水蒸气和浓度99wt%以上的高浓度NMP液体；从所述第一脱水塔的塔顶部12出来的水蒸汽被冷凝后一部分被输送回所述第一脱水塔的塔顶部12，另一部分被输送至蒸馏废水储罐或处理装置，所述第一脱水塔的塔釜部的液体被所述第一脱水塔连接的塔釜再沸器51和辅助塔釜再沸器52加热后输送回所述第一脱水塔的塔釜部13；

S2、将所述第一脱水塔的塔釜部的浓度99wt%以上的高浓度NMP液体输送至所述第二脱水塔，所述第二脱水塔将浓度99wt%以上的高浓度NMP液体分离出轻组分蒸汽和浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体；从所述第二脱水塔的塔顶部22出去的蒸汽被冷凝后一部分被输送回所述第二脱水塔的塔顶部22，另一部分被输送至NMP回收液储罐或处理装置，所述第二脱水塔的塔釜部23的液体被所述第二脱水塔连接的塔釜再沸器53加热后输送回所述第二脱水塔的塔釜部23；

S3、将所述第二脱水塔的塔釜部的浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体输送至所述精馏塔，所述精馏塔将浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体分离出浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽和重组分液体；从所述精馏塔的塔顶部32出去的蒸汽被NMP冷凝器冷凝后一部分被输送回所述精馏塔的塔顶部32，另一部分被输送至NMP成品储罐或处理装置，所述精馏塔的塔釜部的液体被所述精馏塔连接的塔釜再沸器54加热后输送回所述精馏塔的塔釜部33；在精馏完成后将所述精馏塔的塔釜部33的重组分液体输送到重组分储罐或处理装置；

期间，所述NMP冷凝器与所述第一脱水塔的塔釜再沸器通过80～90℃蒸馏水间接换热、蒸馏水管道上并联或串联连接有至少一个水蒸气蒸汽压缩机，从而将所述精馏塔的塔顶部产生的NMP蒸汽的热量回收并转化为高品质热能后作为所述第一脱水塔的塔釜部的NMP液体的热源。

在所述NMP回收精馏节能工艺中，所述第一脱水塔的塔顶部的温度为50～60℃，所述第一脱水塔的塔釜部的温度为140～150℃；所述第二脱水塔的塔顶部的温度为90～100℃，所述第二脱水塔的塔釜部的温度为130～140℃；所述精馏塔的塔顶部的温度为110℃以上，所述精馏塔的塔釜部的温度为140℃以上。

本申请的NMP回收精馏节能系统及工艺的运行节省成本计算方法如下：

设定第一脱水塔、第二脱水塔和精馏塔依序为第（/>）个塔，第一脱水塔的塔顶冷凝器为水蒸气冷凝器41，第二脱水塔的塔顶冷凝器为轻组分冷凝器43，精馏塔的塔顶冷凝器为NMP冷凝器45。

计算三塔的塔顶冷凝器的热负荷（kW）：设定在第/>（/>）个塔的塔顶冷凝器的质量流量/>（kg/h）、相应的每种冷凝组分/>的质量分率/>、在进出口温度/>和/>（℃）和压力/>和/>（kPa）下的气相和液相焓值/>和/>（kJ/kg），则

计算三塔的塔釜再沸器的热负荷（kW）：设定在第/>（/>）个塔的塔釜再沸器的质量流量/>（kg/h）、相应的每种蒸发组分的质量分率/>、在进出口温度/>和/>（℃）和压力/>和/>（kPa）下的液相和气相焓值/>和/>（kJ/kg）、塔釜再沸器物料的气相分率/>，则

其中，第（/>）个塔的塔顶冷凝器的热负荷/>（kW）和塔釜再沸器的热负荷（kW）应当比较接近，气相分率/>的取值才比较合理，即满足：

计算冷却水的运行成本（元/小时）：设定在第/>（/>）个塔的塔顶冷凝器的制冷量为/>（kW），用冷却水进行冷却，其中冷却水的比热容为/>（kJ/(kg·℃)），进出口温度的温差为/>（℃），公用工程的单位成本为/>（元/吨），则

计算天然气的运行成本（元/小时）：设定在第/>（/>）个塔的塔釜再沸器的制热量为/>（kW），用导热油进行加热，而导热油则由天然气进行加热，其中天然气的热值为/>（千焦/立方米），公用工程的单位成本为/>（元/立方米），则

计算电的运行成本（元/小时）：设定在第/>（/>）个塔的用电量为/>（kW）、公用工程的单位成本为/>（元/度），则

计算三塔精馏工艺的年运行成本（万元/年）：一年按/>个小时计算，则

计算在使用所述热泵系统之后的经济效益（万元/年）：设定在第/>（/>）个塔的塔顶冷凝器的制冷量可节省为/>（kW）、塔釜再沸器的制热量可节省为/>（kW）、水蒸气蒸汽压缩机的用电量需要增加为/>（kW），则

；

；

；

；

。

计算年运行成本节省比例：即为经济效益/>与年运行成本/>的比值，则

基于ASPEN PLUS软件建立本申请的NMP回收精馏节能系统的工艺模型，以“日处理量180吨（浓度79.6wt%）NMP原液精馏项目”为一个具体实施例，由此生成相关的工艺参数、热负荷，再根据上述的运行节省成本计算方法进行经济效益和公用工程的计算，得到的数据结果如表1、表2和表3所示，表1为三塔的工艺参数表格，表2为热负荷和经济效益的数据表格，表3为公用工程的成本数据表格。

其中所作设定有：

热泵系统中采用两台并联连接的水蒸气蒸汽压缩机，根据所需的NMP精馏工艺要求，可对水蒸气蒸汽压缩机进行调控，以调整在热泵系统循环中水蒸气的工作温度和工作压力；

第一脱水塔连接有辅助塔釜再沸器52，所述辅助塔釜再沸器52、第二脱水塔的塔釜再沸器53、精馏塔的塔釜再沸器54均采用导热油作热源；

每台水蒸气蒸汽压缩机的处理量为1.4吨/小时，最大轴功率为266千瓦，设备总成本为376万元。考虑安装成本15%，维护成本5%，则设备总投资成本为451.2万元，按10年的折旧成本为45.12万元；

一年按7000小时计算；塔顶冷凝器用冷却水（进口温度为32℃，出口温度为37℃，比热容为4.174kJ/(kg·℃)）冷却，成本为0.3元/吨；塔釜再沸器用天然气（热值35544千焦/立方米）给导热油加热之后再加热，成本为3.5元/立方米；电费成本为0.7元/度。

表1

表2

表3

在此实施例中，如表1所示，所述水蒸气中含99.9997wt%的水，其余为0.0003wt%轻组分；所述浓度99wt%以上的高浓度NMP液体中含99.34wt%的NMP，其余包括0.04wt%的水、0.37wt%的轻组分和0.25wt%的重组分；所述轻组分蒸汽中含37.69wt%的NMP、55.96wt%的轻组分，其余为6.34wt%的水；所述浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体中含99.75wt%的NMP，其余为0.25wt%的重组分；所述浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽中含99.997wt%的NMP，其余为0.003wt%的重组分；所述重组分液体中含74.06wt%的重组分，其余为25.94wt%的NMP。

在此实施例中，需要说明的是，由于第一脱水塔塔顶的水蒸气冷凝器41的进出口温度（<100℃）较低，精馏塔塔顶的NMP冷凝器45的进出口温度（≥100℃）较高，第一脱水塔和精馏塔连接的塔釜再沸器（51，54）的进出口温度（≥140℃）较高，采用水蒸气蒸汽压缩机91作热泵时，电功会转化为热能，这就需要塔釜再沸器的热负荷大于塔顶冷凝器的热负荷才能最大限度地进行热负荷转换，于是只能将精馏塔连接的NMP冷凝器45的冷却热负荷转化为第一脱水塔的塔釜连接的再沸器51的加热热负荷。

在此实施例中，精馏塔连接的NMP冷凝器45和第一脱水塔连接的塔釜再沸器51均为列管式换热器，如表2所示，它们所产生的热负荷分别为1378.24和2058.17kW。在NMP冷凝器45中，高温低压NMP气体（114℃，19kpa）转变为低温低压NMP液体（104.2℃，19kpa），设定其中所产生的最大热负荷为1378.24kW，此时水蒸气的流量为2.2吨/小时左右，而蒸馏水在蒸发气化之后为低温低压水蒸气（95℃，70kpa），低温低压水蒸气在水蒸气蒸汽压缩机91的压缩作用下转变成高温高压水蒸气（160℃，617kpa）。其中，水蒸气蒸汽压缩机91所消耗电功为377kW，并最终转化成热能。在塔釜再沸器51换热过程中，水蒸气（走壳程）转变成高温高压冷凝水（150℃，617kpa），但这个过程最多只能产生1748.24kW的热负荷，此时还需要在辅助塔釜再沸器52中通过导热油（走壳程）来将15%左右的釜液进行加热，以弥补剩余的309.93 kW的热负荷。

在此实施例中，如表3所示，相比原三塔精馏工艺，本申请的NMP回收精馏节能系统及工艺能够节省大量的冷却水和天然气的公共工程，分别为37.12%和47.38%，并同时产生了巨大的经济效益，年运行成本可节省28.80%。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种NMP回收精馏节能系统，其特征在于，包括依次连通的第一脱水塔、第二脱水塔及精馏塔；

所述第一脱水塔用于将NMP原液分离出水蒸气和浓度99wt%以上的高浓度NMP液体；

所述第二脱水塔用于将浓度99wt%以上的高浓度NMP液体分离出轻组分蒸汽和浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体；

所述精馏塔用于将浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体分离出浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽和重组分液体；

所述第一脱水塔、所述第二脱水塔和所述精馏塔分别连接有用于提供热量的塔釜再沸器，所述精馏塔连接有用于冷凝所述浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽的NMP冷凝器，所述NMP冷凝器连接有NMP成品储罐或处理装置，所述NMP冷凝器的壳程和所述第一脱水塔的塔釜再沸器的壳程之间通过充有80～90℃蒸馏水的管道连接，所述管道中设置有至少一个水蒸气蒸汽压缩机，所述至少一个水蒸气蒸汽压缩机并联或串联连接，所述第一脱水塔的塔釜再沸器的蒸馏水出口与所述NMP冷凝器的蒸馏水入口之间的管道上设置有膨胀阀。

2.根据权利要求1所述的NMP回收精馏节能系统，其特征在于，所述第一脱水塔在外部连接有第一加热循环流路和第二加热循环流路，所述第一脱水塔的塔釜再沸器设置在所述第一加热循环流路中，所述第二加热循环流路上设置有辅助塔釜再沸器，所述第一加热循环流路和所述第二加热循环流路上分别设置有流量调节阀。

3.根据权利要求2所述的NMP回收精馏节能系统，其特征在于，所述第一脱水塔的所述辅助塔釜再沸器、所述第二脱水塔的塔釜再沸器、所述精馏塔的塔釜再沸器的热源介质均采用导热油、电、蒸汽中的一种或组合形式。

4.根据权利要求3所述的NMP回收精馏节能系统，其特征在于，

所述第一脱水塔连接有用于冷凝所述水蒸气的水蒸气冷凝器，所述水蒸气冷凝器具有水蒸气入口、连通所述水蒸气入口的液相出口和气相出口，所述水蒸气入口连接所述第一脱水塔的塔顶部，所述水蒸气冷凝器的液相出口连接有第一回流罐，所述第一回流罐的出口连接有第一回流泵，所述第一回流泵的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回第一脱水塔塔顶部的第一回流流路，另一路连接将冷凝所得的液相输送到蒸馏废水储罐或处理装置的第一外接流路，所述水蒸气冷凝器的气相出口连接有第一真空冷凝器，所述第一真空冷凝器具有液相出口和气相出口，所述第一真空冷凝器的液相出口连通所述第一回流罐，所述第一真空冷凝器的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第二外接流路；

所述第二脱水塔连接有用于冷凝所述轻组分蒸汽的轻组分冷凝器，所述轻组分冷凝器具有轻组分入口、连通所述轻组分入口的液相出口和气相出口，所述轻组分入口连接所述第二脱水塔的塔顶部，所述轻组分冷凝器的液相出口连接有第二回流罐，所述第二回流罐的出口连接有第二回流泵，所述第二回流泵的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回第二脱水塔塔顶部的第二回流流路，另一路连接将冷凝所得的液相输送到NMP回收液储罐或处理装置的第三外接流路，所述水蒸气冷凝器的气相出口连接有第二真空冷凝器，所述第二真空冷凝器具有液相出口和气相出口，所述第二真空冷凝器的液相出口连通所述第二回流罐，所述第二真空冷凝器的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第四外接流路；

所述精馏塔的NMP冷凝器具有NMP入口、连通所述NMP入口的液相出口和气相出口，所述NMP入口连接所述精馏塔的塔顶部，所述NMP冷凝器的液相出口连接有第三回流罐，所述第三回流罐的出口连接有第三回流泵，所述第三回流泵的出口一路连接将冷凝所得的液相输送回精馏塔的塔顶部的第三回流流路，另一路连接将冷凝所得的液相输送到NMP成品储罐或处理装置的第五外接流路，所述NMP冷凝器的气相出口连接有第三真空冷凝器，所述第三真空冷凝器具有液相出口和气相出口，所述第三真空冷凝器的液相出口连通所述第三回流罐，所述第三真空冷凝器的气相出口连接有将残留气相输送到尾气存储罐或处理装置的第六外接流路。

5.根据权利要求4所述的NMP回收精馏节能系统，其特征在于，所述第二外接流路、所述第四外接流路及所述第六外接流路上均设置有用于缓冲的真空缓冲罐和用于抽真空的真空泵。

6.根据权利要求4所述的NMP回收精馏节能系统，其特征在于，所述第一脱水塔连接有将NMP原液输送到所述第一脱水塔的进料流路，所述进料流路上串联设置有用于对NMP原液进行预热的一级预热器和二级预热器，所述第一外接流路连通所述一级预热器，所述第五外接流路连通所述二级预热器。

7.根据权利要求6所述的NMP回收精馏节能系统，其特征在于，在所述第五外接流路上位于所述二级预热器的下游设置有NMP成品冷却器。

8.根据权利要求1所述的NMP回收精馏节能系统，其特征在于，所述精馏塔连接有用于将所述重组分液体输送到重组分储罐或处理装置的第七外接流路。

9.一种NMP回收精馏节能工艺，应用于权利要求1至8任一项所述NMP回收精馏节能系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将NMP原料输送至所述第一脱水塔，所述第一脱水塔将NMP原液分离出水蒸气和浓度99wt%以上的高浓度NMP液体；从所述第一脱水塔的塔顶部出来的水蒸汽被冷凝后一部分被输送回所述第一脱水塔的塔顶部，另一部分被输送至蒸馏废水储罐或处理装置，所述第一脱水塔的塔釜部的液体被所述第一脱水塔连接的塔釜再沸器加热后输送回所述第一脱水塔的塔釜部；

S2、将所述第一脱水塔的塔釜部的浓度99wt%以上的高浓度NMP液体输送至所述第二脱水塔，所述第二脱水塔将浓度99wt%以上的高浓度NMP液体分离出轻组分蒸汽和浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体；从所述第二脱水塔的塔顶部出去的蒸汽被冷凝后一部分被输送回所述第二脱水塔的塔顶部，另一部分被输送至NMP回收液储罐或处理装置，所述第二脱水塔的塔釜部的液体被所述第二脱水塔连接的塔釜再沸器加热后输送回所述第二脱水塔的塔釜部；

S3、将所述第二脱水塔的塔釜部的浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体输送至所述精馏塔，所述精馏塔将浓度99.5wt%以上的高浓度NMP液体分离出浓度99.9wt%以上的高纯度NMP蒸汽和重组分液体；从所述精馏塔的塔顶部出去的蒸汽被NMP冷凝器冷凝后一部分被输送回所述精馏塔的塔顶部，另一部分被输送至NMP成品储罐或处理装置，所述精馏塔的塔釜部的液体被所述精馏塔连接的塔釜再沸器加热后输送回所述精馏塔的塔釜部；在精馏完成后将所述精馏塔的塔釜部的重组分液体输送到重组分储罐或处理装置；

期间，所述NMP冷凝器与所述第一脱水塔的塔釜再沸器通过80～90℃蒸馏水间接换热、蒸馏水管道上并联或串联连接有至少一个水蒸气蒸汽压缩机，从而将所述精馏塔的塔顶部产生的NMP蒸汽的热量回收并转化为高品质热能后作为所述第一脱水塔的塔釜部的NMP液体的热源。

10.根据权利要求9所述的NMP回收精馏节能工艺，其特征在于，

所述第一脱水塔的塔顶部的温度为50～60℃，所述第一脱水塔的塔釜部的温度为140～150℃；所述第二脱水塔的塔顶部的温度为90～100℃，所述第二脱水塔的塔釜部的温度为130～140℃；所述精馏塔的塔顶部的温度为110℃以上，所述精馏塔的塔釜部的温度为140℃以上。