CN219110867U - 差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统 - Google Patents

Abstract

差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，属于精馏节能领域。该系统中的温度调节单元包括高压塔温度调节单元和低压塔温度调节单元，其中的高压塔温度调节单元包括高压塔塔釜温度计、高压塔塔釜温度控制器、蒸汽流量计、蒸汽流量控制器和蒸汽流量调节阀；另一部分为低压塔温度调节单元，包括低压塔塔釜温度计、低压塔塔釜温度控制器、液位计、液位控制器、液位调节阀。该系统增强了差压式热耦合精馏装置的操作弹性和稳定性，可以提高产品产量和质量，还可以降低工艺操作人员劳动强度，具有控制稳定、操作弹性大、实用性强等特点。

Description

差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统

技术领域

本实用新型属于精馏节能领域，具体涉及一种差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统。

背景技术

差压式热耦合精馏是热偶精馏技术的一种，其将普通精馏塔拆分为高压精馏塔和低压精馏塔，配置低压塔热耦合再沸器，利用高压塔塔顶高温热源与低压塔塔釜低温物料进行换热,大幅减少低压塔一次蒸汽用量和高压塔循环冷却水用量。然而，差压式热耦合精馏虽然节能，但高压精馏塔和低压精馏塔之间的物料交互作用、互相影响，精馏塔温度抗干扰能力弱、稳定性差，特别是在精馏装置进料负荷低于设计负荷或者低压塔热耦合再沸器换热面积设计偏大时，造成高压精馏塔压力和温度低于正常值，进而造成低压塔温度低于正常值，导致精馏操作无法正常进行。

实用新型内容

本实用新型提出差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，目的是增强精馏塔的抗干扰能力，提高稳定性。

差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，包括高压精馏单元、低压精馏单元和温度调节单元，高压精馏单元包括高压塔换热器、高压精馏塔、高压塔再沸器、高压塔回流槽和高压塔回流泵，低压精馏单元包括低压精馏塔、低压塔再沸器、低压塔冷凝器、低压塔回流槽和低压塔回流泵；

其特征在于所述温度调节单元包括高压塔温度调节单元和低压塔温度调节单元；

所述高压塔温度调节单元包括高压塔塔釜温度计、高压塔塔釜温度控制器、蒸汽流量计、蒸汽流量控制器和蒸汽流量调节阀；高压塔塔釜温度计、高压塔塔釜温度控制器与蒸汽流量控制器依次电连接；蒸汽流量计、蒸汽流量控制器与蒸汽流量调节阀依次电连接；

所述低压塔温度调节单元包括低压塔塔釜温度计、低压塔塔釜温度控制器、液位计、液位控制器和液位调节阀；低压塔塔釜温度计、低压塔塔釜温度控制器与液位控制器依次电连接；液位计、液位控制器与液位调节阀依次电连接。

所述蒸汽流量调节阀设置前后切断阀、旁路及旁路阀，用于出现故障时切除检修。

所述液位调节阀设置前后切断阀、旁路及旁路阀，用于出现故障时切除检修。

所述高压塔温度调节单元还包括高压塔塔顶温度计和高压塔塔顶压力计，用于监控高压精馏塔的运行状况。

所述低压塔温度调节单元还包括低压塔塔顶温度计和低压塔塔顶压力计，用于监控低压精馏塔的运行状况。

本实用新型的有益效果在于：利用高压塔再沸器的蒸汽加入量与高压精馏塔塔釜温度成正比关系的原理，通过蒸汽流量控制器调节高压塔再沸器的蒸汽加入量实现对高压精馏塔温度的控制。利用低压塔再沸器壳程的气-液相变换热面积与低压精馏塔塔釜温度成正比关系、低压塔再沸器壳程的气-液相变换热面积与液位成反比关系的原理，通过液位控制器调节低压塔再沸器壳程的液位，改变低压塔再沸器壳程气-液相变换热面积，实现对低压精馏塔温度的控制；同时利用低压塔再沸器壳程的气-液相变换热面积与高压精馏塔压力成反比关系、高压精馏塔温度与压力成正比关系的原理，通过液位控制器调节低压塔再沸器壳程液位，改变低压塔再沸器壳程气-液相变换热面积，实现对高压精馏塔温度的辅助控制，从而解决由于低压塔再沸器换热面积过大引起的差压式热耦合精馏塔操作弹性小、温度控制难度大的问题。

该系统增强了差压式热耦合精馏装置的操作弹性和稳定性，可以提高产品产量和质量，还可以降低工艺操作人员劳动强度，具有控制稳定、操作弹性大、实用性强等特点。

附图说明

图1为差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统连接关系图。

其中，1-高压塔换热器，2-高压精馏塔，3-高压塔再沸器，4-低压精馏塔，5-低压塔再沸器，6-高压塔回流槽，7-产品冷却器，8-高压塔回流泵，9-低压塔冷凝器，10-低压塔回流槽，11-低压塔回流泵，12-废液泵，13-蒸汽流量计，14-蒸汽流量调节阀，15-疏水器，16-蒸汽流量控制器，17-高压塔塔釜温度计，18-高压塔塔釜温度控制器，19-高压塔塔顶温度计，20-高压塔塔顶压力计，21-液位计，22-液位调节阀，23-液位控制器，24-低压塔塔釜温度计，25-低压塔塔釜温度控制器，26-低压塔塔顶温度计，27-低压塔塔顶压力计。

具体实施方式

实施例1：如图1所示的差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，包括高压精馏单元、低压精馏单元和温度调节单元。

高压精馏单元包括高压塔换热器1、高压精馏塔2、高压塔再沸器3、高压塔回流槽6和高压塔回流泵8。高压塔换热器1管程上的入料口与原料入料管连接，出料口与高压精馏塔2入料口连接，高压塔换热器1壳程入液口与高压精馏塔2上其中一个出液口连接，出液口连接至低压精馏单元。高压精馏塔2出气口连接至低压精馏单元，进气口与高压塔再沸器3管程的出气口连接，另一出液口与高压塔再沸器3管程的入液口连接，回流口通过高压塔回流泵8连通高压塔回流槽6的出液口；高压塔再沸器5壳程的入气口连接蒸汽管道，管道上设置蒸汽流量计13和蒸汽流量调节阀14，壳程出液口连接冷凝液管道，管道上安装疏水器15，并分别设置蒸汽流量调节阀13和疏水器15的前后切断阀、旁路及旁路阀，用于调节阀或疏水器故障时切除检修，蒸汽流量调节阀14由蒸汽流量控制器16控制。高压塔回流槽6出液口连接两条液体输送管路，其中一条连接高压塔回流泵8，另一条通过产品冷却器连接至产品输出管口。

低压精馏单元包括低压精馏塔4、低压塔再沸器5、低压塔冷凝器9、低压塔回流槽10和低压塔回流泵11。高压塔换热器9壳程的出液口连接至低压精馏塔4的入料口，低压精馏塔4出气口通过低压塔冷凝器9连接至低压塔回流槽10的入液口，低压塔回流槽10出液口连接至低压塔回流泵11，低压塔回流泵11出液口连接两条液体输送管路，其中一条连接至低压精馏塔4回流口，另一条连接处产品输出管口；低压塔精馏塔4其中一个出液口连接低压塔再沸器5管程入液口，另一出液口通过废液泵12连接至废液排口；低压塔再沸器5管程出气口连接低压精馏塔4进气口，低压塔再沸器5壳程进气口连接高压精馏塔2出气口，出液口连接至高压塔回流槽6的入液口。低压塔再沸器5壳程设置液位计21，低压塔再沸器5壳程底部与高压塔回流槽6之间的管道上设置液位调节阀22。液位调节阀22设置前后切断阀、旁路及旁路阀，用于调节阀故障时切除检修。液位调节阀22由液位控制器23控制。

温度调节单元包括高压塔温度调节单元和低压塔温度调节单元：

高压塔温度调节单元包括高压塔塔釜温度计17、高压塔塔釜温度控制器18、蒸汽流量计13、蒸汽流量控制器16和蒸汽流量调节阀14。其中，高压塔塔釜温度计17、高压塔塔釜温度控制器18与蒸汽流量控制器16依次电连接，高压塔塔釜温度计17的测量值作为高压塔塔釜温度控制器18的PV值，高压塔塔釜温度控制器18的OP值作为蒸汽流量控制器16的SP值。蒸汽流量计13、蒸汽流量控制器16与蒸汽流量调节阀14依次电连接，蒸汽流量计13的测量值作为蒸汽流量控制器16的PV值，蒸汽流量控制器16的OP值控制蒸汽流量调节阀14的阀位开度。

高压精馏塔2设置了高压塔塔顶温度计19和高压塔塔顶压力计20，用于监控高压精馏塔的运行状况。

低压塔温度调节单元包括低压塔塔釜温度计24、低压塔塔釜温度控制器25、液位计21、液位控制器23、液位调节阀22。其中，低压塔塔釜温度计24、低压塔塔釜温度控制器25与液位控制器23依次电连接，低压塔塔釜温度计24作为低压塔塔釜温度控制器25的PV值，低压塔塔釜温度控制器25的OP值作为液位控制器23的SP值。液位计21、液位控制器23、液位调节阀22依次电连接，液位计21的测量值作为液位控制器23的PV值，液位控制器23的OP值控制液位调节阀22的阀位开度。

低压精馏塔4设置了低压塔塔顶温度计26和低压塔塔顶压力计27，用于监控低压精馏塔4的运行状况。

高压塔再沸器3和低压塔再沸器5均为立式管壳式列管换热器。

蒸汽流量控制器16有三种控制模式：手动、自动和串级，高压塔塔釜温度控制器18有两种控制模式：手动、自动；同样地，液位控制器23有三种控制模式：手动、自动、串级，低压塔塔釜温度控制器25有两种控制模式：手动、自动。

本实施例中将使用差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统对粗甲醇溶液进行加工，具体步骤如下：

S1：来自经预精馏塔脱除不凝气的粗甲醇溶液，甲醇含量为87.0 %、水含量为12.9%、乙醇等其它杂质含量为0.1%，温度为80℃，进入高压塔液换热器1，被高压精馏塔2塔釜排出的温度为129℃的甲醇水溶液加热至94℃，进入高压精馏塔2。粗甲醇溶液在高压精馏塔2内经多次汽化多次冷凝后，温度为123.1℃、压力为0.58MPa（G）、甲醇浓度大于99.9%的蒸气从高压精馏塔2塔顶排出，进入低压塔再沸器5，为低压精馏塔4提供热量后冷凝成液体，温度降至104℃，经液位调节阀22调节低压塔再沸器5壳程液位后，进入高压塔回流槽6，一部分作为精甲醇产品经冷却器7冷却降温后送出，另一部分经高压塔回流泵8升压后送至高压精馏塔2顶部作为回流液。

S2：高压精馏塔2内分离了部分甲醇的溶液从塔底流出，温度为128℃，甲醇浓度为75%，进入高压塔换热器1壳程，被管程的低温液体混合物原料冷却降温至97℃后，送至低压精馏塔4；

高压精馏塔2的热量来自高压塔再沸器3，甲醇水溶液从高压精馏塔2釜底流入高压塔再沸器3管程，在高压塔再沸器3壳程中，经蒸汽流量计13计量和蒸汽流量调节阀14控制流量后的蒸汽将甲醇水溶液加热成蒸气进入高压精馏塔2塔釜上部，塔釜温度为130℃。高压塔再沸器3壳程中的蒸汽降温冷凝后从底部排出经疏水器送至蒸汽冷凝液管网。

S3：高压精馏塔2釜底的甲醇水溶液进入低压精馏塔4后，经过多次部分汽化部分冷凝，温度为68.8℃、压力为0.03MPa（G）、甲醇浓度大于99.9%的蒸气从塔顶排出，经低压塔冷凝器9冷凝成温度为38℃的液体，进入低压塔回流槽10，经低压塔回流泵11升压，一部分作为精甲醇产品送出，另一部分送至低压精馏塔4顶部作为回流液；

低压精馏塔4的热量来自低压塔再沸器5，甲醇水溶液从低压精馏塔4釜底流入低压塔再沸器5的管程，在低压塔再沸器5壳程中被来自高压精馏塔2顶部的甲醇蒸气加热变成蒸气进入低压精馏塔塔釜上部，塔釜温度为103℃。

S4：低压精馏塔4内分离了大部分甲醇的废水从低压精馏塔4釜底流出，温度为100℃，甲醇浓度为2%，经废液泵12送至后续系统处理。

值得注意的是，在装置开车初期，由于工艺参数波动大，运行不稳定，不投用差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，蒸汽流量控制器16、高压塔塔釜温度控制器18、液位控制器23及低压塔塔釜温度控制器25投手动控制。

开车时，由于进料负荷低，需将液位调节阀22关小，提高低压塔再沸器5壳程液位，降低低压塔再沸器5壳程的气-液相变换热面积，与高压塔再沸器3蒸汽加入量配合，逐渐提高高压精馏塔2的压力和温度。随着进料负荷及高压塔再沸器2热负荷的增加，根据高压塔塔顶压力的上涨情况，逐渐开大液位调节阀22。

当高压精馏塔2和低压精馏塔4的温度、压力、液位及回流量等工艺参数调整正常后，将流量控制器16投串级控制，将高压塔塔釜温度控制器18投自动控制，SP值设定为130℃。将液位控制器23投串级控制，将低压塔塔釜温度控制器25投自动控制，SP值设定为103℃。

在此过程中，高压塔塔釜温度控制器18接收来自高压塔塔釜温度计17的测量值作为PV值，与SP值进行比较，当PV值大于SP上阈值时，高压塔塔釜温度控制器18的OP值自动降低，使蒸汽流量控制器16的SP值自动降低，蒸汽流量控制16检测到来自蒸汽流量计13的PV值大于SP上阈值，自动降低OP值，关小蒸汽流量调节阀14，减少进入高压塔再沸器3的蒸汽量，从而使高压塔塔釜温度下降。当高压塔塔釜温度控制器18的PV值小于SP值下阈值时，各控制器及调节阀的动作过程与上述描述的相反。各控制器OP值增加或降低的幅度及频次由自控人员设定的控制器PID参数决定。

低压塔塔釜温度控制器25接收来自低压塔塔釜温度计24的测量值作为PV值，与SP值进行比较，当PV值大于SP上阈值时，低压塔塔釜温度控制器25的OP值自动降低，使液位控制器23的SP值自动降低，液位控制器23检测到来自液位计21的PV值大于SP上阈值，自动降低OP值，关小液位调节阀22，提高低压塔再沸器5壳程液位，降低低压塔再沸器5壳程的气-液相变换热面积，从而使低压塔塔釜温度下降。液位调节阀22关小后，高压精馏塔2的塔顶压力和温度将上升，引起高压塔塔釜温度上升，高压精馏塔2的温度调节单元自动减少进入高压塔再沸器3的蒸汽量，使高压精馏塔2的温度下降。当低压塔塔釜温度控制器25的PV值小于SP值下阈值时，各控制器及调节阀的动作过程与上述描述的相反。各控制器OP值增加或降低的幅度及频次由自控人员设定的控制器PID参数决定。

Claims (5)

1.差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，包括高压精馏单元、低压精馏单元和温度调节单元，高压精馏单元包括高压塔换热器、高压精馏塔、高压塔再沸器、高压塔回流槽和高压塔回流泵，低压精馏单元包括低压精馏塔、低压塔再沸器、低压塔冷凝器、低压塔回流槽和低压塔回流泵；

其特征在于所述温度调节单元包括高压塔温度调节单元和低压塔温度调节单元；

所述高压塔温度调节单元包括高压塔塔釜温度计、高压塔塔釜温度控制器、蒸汽流量计、蒸汽流量控制器和蒸汽流量调节阀；高压塔塔釜温度计、高压塔塔釜温度控制器与蒸汽流量控制器依次电连接；蒸汽流量计、蒸汽流量控制器与蒸汽流量调节阀依次电连接；

所述低压塔温度调节单元包括低压塔塔釜温度计、低压塔塔釜温度控制器、液位计、液位控制器和液位调节阀；低压塔塔釜温度计、低压塔塔釜温度控制器与液位控制器依次电连接；液位计、液位控制器与液位调节阀依次电连接。

2.如权利要求1所述的差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，其特征在于所述蒸汽流量调节阀设置前后切断阀、旁路及旁路阀。

3.如权利要求1所述的差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，其特征在于所述液位调节阀设置前后切断阀、旁路及旁路阀。

4.如权利要求1所述的差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，其特征在于所述高压塔温度调节单元还包括高压塔塔顶温度计和高压塔塔顶压力计。

5.如权利要求1所述的差压式热耦合精馏塔温度自动控制系统，其特征在于所述低压塔温度调节单元还包括低压塔塔顶温度计和低压塔塔顶压力计。

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