CN1457914A - 微分蒸馏塔 - Google Patents

Abstract

微分蒸馏塔涉及一种液体混合物分离塔，它由两层以上的组合塔板组成，每层组合塔板由精馏区14、提馏汽汇合区8和提馏区11组成。微分蒸馏塔实现精馏与提馏并行地结合在塔内，提馏液从塔顶进料，流过各层塔板到塔釜，按温度从低到高受精馏汽加热依次蒸发；精馏汽从塔釜流过各层塔板到塔顶，按温度从高到低受提馏液冷却依次冷凝，二者互相利用的低能耗蒸馏塔。由于这种塔采用常温从塔顶进料，具有自冷特性。它适用于炼油厂原油分馏与裂化产生过来的高温油汽偶合，也适用于海上原油预分离。

Description

微分蒸馏塔

技术领域

本发明涉及一种液体混合物分离塔，尤其是一种将精馏与提馏过程紧密结合的液体混合物分离塔。

背景技术

液体混合物分离设备是一种能耗密集型设备。目前的分离塔能耗大，且功能单一，分离流程长，设备多。  但在化工工业中，常常用到分离塔，以现行炼油工业为例，原油先进行常压分馏，重油再去减压分馏，减压蜡油去催化裂化装置或加氢裂化装置，渣油去延迟焦化装置。每个装置都有分离塔，流程长。单就原油常压分馏，就有预分塔、分馏塔，加热炉和近四十个换热器。它是在传统工艺流程上加进的，先将原油经过预分塔后，经过一连串的冷热油交换器加热后，进入加热炉加热到340～370℃从塔釜进入分馏塔，除塔顶拔头油，其余的馏分从不同的塔板上抽出，进入各自的汽提塔，经蒸汽汽提后，进入冷热油交换器，冷却后送到产品油罐。这种分馏方式，占地面积大，能耗较大，其燃料油量占加工原油的0.68％，且分离效果较差。

近二三十年来，许多学者提出了多效蒸馏原理和热偶合流程。如1985年由化学工业部出版的邹仁均等编著的《石油化工分离原理与技术》一书P227页提到SRV精馏原理，这是一种将精馏段与提馏段结合在一起的理想方案，但由于未能对蒸馏塔作根本的变革，导致流程复杂、收效低，至今未见在炼油上付著实施。

2001年《化学工程研究》期刊P617～634页上，美国俄克拉马州大学Miguelbagajewicz等人从传统的工艺出发，详细分析了原油蒸馏特点、分离效率、分离能耗后，提出了一个多效热交换网模型。这个模型虽较传统工艺有所改进，仍不能改变流程复杂、设备多、收效不理想的缺点。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前液体混合物分离设备存在的问题，提供一种新型多功能、分离流程短的微分分离塔，并使它能与裂化的高温油汽偶合。本发明的目的是这样实现的：

一种微分蒸馏塔，由塔壳和组合塔板组成，其特征在于：

a.塔体中至少有两层基本的组合塔板单元组成；

b.每层组合塔板单元均被两块垂直隔板分割成三个区，其中，中间为提馏区，提馏区的一边为精馏区，另一边为提馏汽汇合区；

c.所述的提馏区设有冷却管、冷凝管、导流管和布满小孔的喷淋盘，喷淋盘上设有溢流管；

d.所述的精馏区底部设有精馏板及进口堰、溢流堰和落液管组成的塔板，其上部设有隔板，隔离板上方侧面的垂直隔板上开有提馏汽出汽口，隔离板上方空间为提馏汽的汽液分离区；

e.所述的提馏汽汇合区设有由提馏汽接收板及进口堰、溢流堰和落液管组成的塔板；

f.所述的冷凝管沟通精馏区和提馏汽汇合区的气相空间并固定焊接在两块垂直隔板上；

g.所述的冷却管布置在冷凝管上方，与其成十字型排列，并支撑在两块垂直隔板上；

h.所述的导流管沟通提馏汽汇合区和精馏区的精馏液，并固定在两块垂直隔板上；

i.所述的微分蒸馏塔上部第一层塔板基本单元上方塔顶封头内设有喷淋槽及溢流管，该单元精馏区上面的隔离板上方对应的壳体上管口为出气口，提馏汽混合区对应壳体的管口为未被冷凝的气体出口；

k.所述的壳体上部中央管口为进料口，下部中央管口为提馏区出料口，下部对应精馏区下方的管口为底部进汽口。塔侧壁各管口分别为馏份出口、馏份冷却进口和提馏液进出口。本发明的优点在于：

微分蒸馏塔适用于塔顶和塔釜温度相差大而分离要求不是十分严格的物系分离，也就是说：要分开的相邻组份的沸点必须有足够的温差，以便于传热。对于象原油这样组份连续变化而塔两端温差达250℃的物系，其蒸馏节能效果相当好。在微分蒸馏塔中，虽然在各层提馏区安装了冷凝管和热量回收管，但塔的体积并不一定要比传统的蒸馏塔大的多。这是由于传统的积分蒸馏在塔内累积了大量的能量和物料，虽然，中间冷却器和中间换热器的采用，在一定程度上减小这种累积，但它无法从根本上改变这种累积造成的塔内大量的气液上下往返循环流动，这种流动在塔内占据了大量空间，在实际生产中，我们能够感到塔内大量气液上下运动能量的存在，有时它会造成塔板冲翻事故。而微分蒸馏塔没有这些缺点，并且将各馏份的冷却器设置到塔内，所以无论从节约用地，设备投资，运行能耗上说，微分蒸馏都是十分具有竞争力的。由于微分蒸馏塔将产品冷却也集合到塔内，其设备台数少，流程短，工艺管道长度大幅度减少，因而微分蒸馏塔将设备、管道泄漏对环境造成的污染和对装置安全构成的危险降到最低程度，能耗的大幅度降低，也使二氧化碳排放量大幅度降低。然而本设备的最大优点是将精馏和提馏紧密结合一起，精馏为提馏提供能量，提馏为精馏提供冷量，使分离能耗从根本上得到降低，并且由于塔顶进料，塔本身具有自冷功能，使得它能与裂化的高温油汽偶合。这些优点都是当前多效塔技术和热偶合技术无法达到的。

传统的原油蒸馏塔，轻重组份一起从塔釜进料，这个热能从塔釜到塔顶的传质传热过程中，位能不断降低，最后，只能用循环水把低位能带走。尽管老设计者在塔中间设置了两三个中间换热器，减小热量和物料的累积，以降低能耗，但它无法与微分蒸馏塔的全面地、最大限度地降低能耗相比。若原油的比热为0.6KCAL/KG.℃，进出塔温差为35℃，燃油的热值为10000KCAL/KG，若不计液体的混合热，则其蒸馏100KG原油能耗折合为燃料油为：100×35×0.6/10000＝0.21KG

当前蒸馏塔占加工原油0.68％的耗油量，在海上用微分蒸馏塔，将比传统的积分蒸馏塔节约能量达69.12％。世界上每天加工原油量约为80百万桶，如果全部采用微分蒸馏塔，并利用它的自冷特性与高温裂的油汽偶合，每天可节约40万桶燃料油。

附图说明

图1是本发明组合塔板基本单元结构示意图

图2是本发明组合塔板基本单元组合结构图

图3是微分蒸馏塔外型及局部结构示意图

图4是图3中局部结构N放大示意图

图5是图3中局部结构V放大示意图图中1-密封衬板      2-堆放扣槽     3-喷淋盘          4-溢流管5-冷凝管        6-导流管       7-提馏汽接收板    8-提馏汽混合区9-吊钩          10-垂直隔板    11-提馏区         12-冷却管13垂直隔板      14-精馏区      15-可拆式隔离板   16-精馏板17-汽液分离空间 18-金属软管    19-塔顶喷淋槽     20-外壳21-隔离板       22-支柱        23-隔离式缩底槽   24-喇叭口25-塔壁         26-石棉绳      27-填料压板       28-金属软管A1-循环加热出料口      A2-油汽热料进          B1-塔釜馏份出料口B2-塔釜馏份冷却进      B3-塔釜馏份冷却出口    C1-侧线馏份一出料口C2-侧线馏份一冷却进口  C3-侧线馏份一冷却出口  D1-侧线馏份二出料口D2-侧线馏份二冷却进口  D3-侧线馏份二冷却出口  E1-塔顶馏份出料口E2-塔顶馏份冷却进口    E3-塔顶馏份冷却出口    G1-排气口F-分馏料进口           G2-不凝气出口          H-回流口J热油出口              K-脱盐油进口           ST-开工置换预热蒸汽口

具体实施方案

由图1可见：微分蒸馏塔最大的特点是各组合塔板基本单元被垂直隔板10和垂直隔板13分割为三个区，中间是提馏区11，左边是精馏区14，右边是提馏汽汇合区8。塔板基本单元的提馏区由五个部分组成：即冷却管12、冷凝管5、导流管6、喷淋盘3及其溢流管4。冷却管12是将馏出液进行冷却回收热量；冷凝管5是将精馏汽进行部分冷凝，向精馏提供冷量，向提馏提供热量，冷凝管应向进油汽的管口倾斜，使冷凝的油返回去，冷凝管5将精馏区14和提馏汽汇合区8的精馏汽串起来；导流管6将提馏汽汇合区8和精馏区14的精馏液串起来；喷淋盘3的作用是将提馏液喷淋在冷却管12和冷凝管5上；溢流管4的作用是在塔超负荷时起溢流作用。为了保持提馏液成喷淋状态，并增强热传导，冷却管12和冷凝管5外面均应装上翅片。塔板精馏区14由可拆式隔离板15一块、精馏板16一块等其它常见塔板内件组成，隔离板15上方侧面的垂直板13上开有提馏汽出汽口。提馏馏汽汇合区8有提馏汽接收板7一块和落液管、进口堰、溢流堰等常见塔板内件组成。精馏区14和提馏汽汇合区8内的溢流堰、降液管和进口堰等常用塔板内件被简略，有的没有在本图中表示出来。吊装是利用垂直隔板10上的两个吊钩9和垂直隔板13上的出气孔进行的。本发明所提述的各层塔板不是一般传统意义上的塔板，它是集换热、提馏和精馏于一起吊装式的组合型塔板。

由图2可见：塔是由两层以上塔板基本单元组成的，可拆式隔板15与提馏汽接收板7之间是汽液分离区17。整体从轴向上看，提馏区11两侧各有一个分离区，在每个分离区内相邻两层塔板的精馏区14和提馏汽汇合区8是交错布置的。提馏区内相邻两层塔板的溢流管4前后交错布置，其余为重叠设置，塔内层与层之间的冷却管是用可拆式的金属软管18连接的，连接管与穿喷淋盘套管的间隙是用填料压片密封的，其结构与V放大图5相同。塔底最后一层塔板结构略有不同，见图3。

由图3可见：整个塔的外型与一般的塔没有明显的区别，但进料位置设在塔顶，各组份都有馏份出料口、馏份冷却进口和馏份冷却出口。从塔顶局部剖面图可以看到：塔顶封头内设有喷淋槽19及其溢流管。从塔底局部结构剖面图可以看到：塔底最后一层塔板的提馏区下方设有缩底槽23，槽底部设有一管道引至喇叭口24，并且在其提馏汽接收板位置设置为隔板21。从N放大图4看到，塔侧的进出料管安装，是在塔盘吊装后，插入法兰短管，上好法兰后，伸入塔内的短管与塔盘是用可拆式金属软管28连接的。从V放大图5可以看到吊装组合塔板与塔壁的密封由密封衬板1、塔壁25、石棉绳26和填料压板27组成。图中ST管口是蒸汽入口，其作用是投料前用于的置换塔内的空气，并在投料升温初期用于将冷油预热到脱盐温度。

这种组合塔板基本单元组成微分蒸馏塔的特点是：精馏汽、精馏液不能进入提馏区，而提馏区蒸馏出来的油汽则进入上层与之组份和温度相近的精馏区后，参与精馏。这种分离塔在流程上的体现是原料从塔顶进料，馏份提出液返回到设在提馏区的热量回收管，从塔顶出来产品可以直接进入储罐。

塔在运行过程中精馏所需的冷热是常温原料或未经特地加热的原料从塔顶F管口带入，进入设在塔顶封头内的喷淋槽19，从喷淋槽19喷入第一层塔板基本单元提馏区，被设在提馏区的冷却管和冷凝管加热，溶在进料液中的隋性气体和最轻组份逸出，经精馏区隔板上方对应的管口G1离开蒸馏塔。原油进入下层塔板继续加热，加热到温度为120℃时，原油从J管口出塔进入脱盐槽脱盐，脱盐后的热油从K管口进入塔内喷淋盘，继续喷淋加热，提馏液从冷凝管下来汇集在喷淋盘上，再从喷淋盘喷下进入其下层塔板基本单元提馏区。在其下层塔板的提馏区，被加热气化的物料在汽液分离区17分离后，气体经其上层塔板基本单元的提馏汽接收板7进入混合区，汽液分离区分离下来的液体与提馏液汇合在喷淋盘上，从喷淋盘再向下喷淋，以此向下流动直至微分蒸馏塔最后一层塔板基本单元的提馏区，从提馏区出来汇集在缩底槽23，从缩底槽出来经喇叭口24与塔釜物料汇合后，从A1管口出塔，去加热设备。提馏液穿过各层塔板提馏区向各层精馏汽提供冷量。

塔在运行中提馏所需要的热量是从加热炉出来的汽液物料或其与催化裂化过来混合高温油气，在A2管口进入塔釜，在塔釜闪蒸后，其蒸汽进入其塔底最后一层塔板基本单元精馏板16，精馏后蒸汽流过冷凝管5，部分被冷凝下来返回到精馏板上，未被冷凝的蒸汽在隔离板21上方汽液体分离后，蒸汽进入其上层的精馏板，从精馏板出来的精馏汽流经冷凝管5，部分蒸汽被冷凝，未被冷凝的蒸汽进入提馏汽混合区，与下层提馏区汽化上来的蒸汽混合后，进入其上一层的精馏板，精馏汽以此向塔顶流动，直到塔顶被提馏液冷凝，未被冷凝的气体从G2出塔。精馏汽流过各层塔板冷凝管向提馏液提出供热量。

塔在运行中，塔顶精馏及液封所需的小量的冷凝液来自E1出口的小量回流液，从H管口进入塔顶部第一层的提馏汽接收板进口堰，横扫过接收板后，从另一侧的出口堰流出，经导流管6穿过提馏区进入精馏板入口堰，扫过精馏板，与冷凝管5冷凝下来的冷凝液汇集，从精馏板另一侧的出口堰出来经落液管进入其下方的提馏汽接收板入口堰，以此循环下去直至塔釜最后一层塔板基本单元的提馏汽汇合区隔板21上，再从隔板经导流管穿过提馏区进入精馏板入口堰，横扫过精馏板与冷凝管5冷凝下来的冷凝液汇集后，从其落液管进入其提馏区下方的集液槽。精馏液从塔顶流经各层塔板的提馏汽接收板和精馏板起精馏作用。根据具体的分离物料，在适当塔板层的落液管上设置塔侧线馏份产品出口管口。

塔运行中的产品馏份是这样冷却回收热量的：在海上：塔釜产品在B1管口出塔，用泵送回到塔底最后一层塔板单元的产品冷却进口B2管口，从另一端出来进入上一单元的冷却管，以此向上流动直至塔顶第一层塔板基本单元的冷却出口B3管口，从B3管口去油船；在炼油厂，塔釜产品在B1管口出塔，直接去减压蒸馏塔，从减压塔来的减压柴油在B2管口进塔，从另一端出来进入上一单元的冷却管，以此向上流动直至塔顶第一层塔板基本单元的冷却出口B3管口，从B3管口去产品储罐；其它馏份也用泵打回到抽出同一层(或上一层)的冷却管进行冷却，并流过其上方各层冷却管直到塔顶部第一层冷却出口出塔。

Claims (6)

1.一种微分蒸馏塔，由塔壳和组合塔板组成，其特征在于：

a.塔体中至少有两层基本的组合塔板单元组成；

b.每层组合塔板单元均被两块垂直隔板分割成三个区，其中，中间为提馏区，提馏区的一边为精馏区，另一边为提馏汽汇合区；

c.所述的提馏区设有冷却管、冷凝管、导流管和布满小孔的喷淋盘，喷淋盘上设有溢流管；

d.所述的精馏区底部设有精馏板及进口堰、溢流堰和落液管组成的塔板，其上部设有隔板，隔离板上方侧面的垂直隔板上开有提馏汽出汽口，隔离板上方空间为提馏汽的汽液分离区；

e.所述的提馏汽汇合区设有由提馏汽接收板及进口堰、溢流堰和落液管组成的塔板；

f.所述的冷凝管沟通精馏区和提馏汽汇合区的气相空间并固定焊接在两块垂直隔板上；

g.所述的冷却管布置在冷凝管上方，与其成十字型排列，并支撑在两块垂直隔板上；

h.所述的导流管沟通提馏汽汇合区和精馏区的精馏液，并固定在两块垂直隔板上；

i.所述的微分蒸馏塔上部第一层塔板基本单元上方塔顶封头内设有喷淋槽及溢流管，该单元精馏区上面的隔离板上方对应的壳体上管口为出气口，提馏汽混合区对应壳体的管口为未被冷凝的气体出口；

k.所述的壳体上部中央管口为进料口，下部中央管口为提馏区出料口，下部对应精馏区下方的管口为底部进汽口。塔侧壁各管口分别为馏份出口、馏份冷却进口和提馏液进出口。

2.根据权利要求1所述的微分蒸馏塔，其特征在于：所述每层相邻塔板基本单元的精馏区和提馏汽汇合区交替排列，其提馏区除溢流管前后交替布置外，其它的重合布置。

3.根据要求1所述的微分蒸馏塔，其特征在于：最低层塔板基本单元的提馏汽汇合区的提馏汽接收板位置设置为隔板；最低层塔板基本单元的提馏区喷淋板位置设置为隔离式的缩底槽，缩底槽底面设有物料导出管，管口对着设在塔釜内部的出塔加热物料喇叭口。

4.根据要求1所述的微分蒸馏塔，其特征在于：每层塔板基本单元为堆栈式结构，塔侧进出管口与组合塔板接口的跨接为可拆插入式法兰短管与组合塔板接口之间的软管连接。

5.根据要求1所述的微分蒸馏塔，其特征在于：塔板与塔内壁的缝隙密封为压板填料密封。

6.根据要求1所述的微分蒸馏塔，其特征在于：塔板与塔板之间的冷管内部连接为可拆式的金属软管连接。

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