一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统及其方法技术方案

本发明专利技术属于精馏节能领域，涉及一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统及其方法，精馏系统中储水罐中的水与精馏塔塔顶馏出的气相馏分在冷凝汽化换热器中进行换热，水经冷凝汽化换热器汽化为水蒸气，该水蒸气再经蒸气压缩机将温度提升，获得较高温度的高品位水蒸气，高品位水蒸气可作为再沸器或原料预热器的加热热源，从而使塔顶气相馏分的潜热得到了利用。本发明专利技术在减少精馏塔操作过程外供水蒸气消耗的同时，还免去了塔顶气相馏分冷凝用的冷却水，达到节能降耗的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统及其方法
本专利技术精馏节能
,涉及一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统及其方法。
技术介绍
精馏操作凭借其优异的分离能力，被广泛应用于生活生产的各个领域，是分离过程中重要的单元操作，但精馏过程中需要消耗大量的能量，且能量利用率不高，据统计传统的精馏操作所消耗的总能量约占工业生产总能耗的一半左右，是制约整个生产工艺的关键步骤；如HPPO法制备环氧丙烷技术虽然生产工艺流程简单，产品收率高，符合绿色清洁生产要求，但该生产过程需要使用大量甲醇作溶剂，在分离出产品后要对甲醇溶剂进行精馏操作，而常规的精馏系统操作，塔顶冷却冷凝器一般采用冷却水将塔顶气相馏分进行冷却和冷凝，并将部分冷凝液返回塔顶第一块塔板上；塔底再沸器则一般采用外供水蒸气将塔底部分液相馏分加热蒸发后返回塔底第一块塔板上，以维持精馏操作，一方面塔顶冷却冷凝器需要消耗大量的冷却水，另一方面，塔底再沸器消耗大量的外供水蒸气，使得整个精馏操作能耗较高，因此如何提高精馏过程中的能量利用率，进而减小整个精馏过程中消耗的能量，成为了众多学者的研究重点。中国专利CN205287681U，公开了一种生产MBET的精馏节能装置，该装置通过对精馏塔的加热器和冷凝器进行设计，实现了对塔内温度的精确测量，在保证产品纯度的条件下，尽可能降低塔内温度，进而实现节能的目的，但该方法并未对精馏塔塔顶和塔釜产品带出的热量进行有效利用，节能效果并不十分显著。中国专利CN204815741U公开了一种精馏节能装置，该装置将塔釜产生的物料一部分采出，另一部分通过节流膨胀变为蒸气，与塔釜料液进行换热，再通过压缩进入精馏塔，作为回流，该装置将塔釜产生的能量有效利用，在一定程度上降低了精馏过程的能耗，但对于塔顶的大量潜热并未合理利用，距离真正意义的节能降耗还存在很大的差距。中国专利CN205549650U公开了一种热泵精馏体系，该体系针对乙醇精馏体系，将塔顶获得的乙醇蒸气进行压缩提温，再作为再沸器的热源进行重复利用，该体系虽然有效利用了塔顶物流所带出的热量，但该乙醇蒸气不宜直接压缩，在操作过程中存在安全隐患，在一定程度上限制了该体系的应用领域。
技术实现思路
本专利技术为解决目前技术中存在的问题，提供一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统及其方法。它能利用水与精馏塔塔顶馏出的气相馏分进行间歇换热，水经换热后变为水蒸气，用于加热再沸器或原料预热器，可以有效回收塔顶馏出气相馏分所带出的热量。本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统，该系统包括精馏塔、再沸器、冷凝汽化换热器、循环水泵、蒸气压缩机、储水罐、原料加热器、气液分离器、塔顶馏分回流泵、塔顶馏分缓冲罐以及原料预热器；所述的精馏塔1的塔顶气相出料口与冷凝汽化换热器左端的管程进口相连，冷凝汽化换热器右端的管程出口与塔顶馏分缓冲罐顶部相连；位于塔顶馏分缓冲罐底部的出口同时与塔顶馏分回流泵的进口和F阀门相连，塔顶馏分回流泵的出口经L阀门与精馏塔顶侧部的的精馏塔进口相连，F阀门又与塔顶产品采出管线相连；所述的储水罐底部的出口与循环水泵的进口相连，循环水泵的出口经I阀门与冷凝汽化换热器底部右侧的壳程进口相连；冷凝汽化换热器顶部左侧的壳程出口与气液分离器左侧中部的进口相连，气液分离器顶部的气相出口经J阀门与蒸气压缩机的进口相连，气液分离器底部的液相出口经K阀门与储水罐上部的进口相连。所述的蒸气压缩机的出口同时分别经A阀门、D阀门与再沸器上部左侧的壳程进口、原料加热器顶部左侧的壳程进口相连，再沸器上部左侧的壳程进口还通过C阀门与第二外部水蒸气管道相连，原料加热器顶部左侧的壳程进口还通过E阀门与第一外部水蒸气管道相连；再沸器下部右侧的壳程出口和原料加热器底部右侧的壳程出口连接并同时通过第一管路与原料预热器底部左侧的壳程入口相连，原料预热器顶部右侧的出口经减压的G阀门与第二管路相连。所述的储水罐顶部出口通过H阀门和抽真空管路与抽真空系统相连；所述的原料预热器右端的管程进口经G阀门与原料管路相连；原料预热器左端的管程出口与原料加热器右端的管程入口相连，原料加热器左端的管程出口通过热原料管路与精馏塔中部原料进口相连；所述的精馏塔底部的液相出口与再沸器底部的管程进口相连，同时通过B阀门与塔釜产品采出管线相连；再沸器顶部的管程出口与精馏塔下部侧面的汽相进口相连。优选的，所述的储水罐侧下部分别通过阀门与水蒸气管路和去离子水管路相连，所述的储水罐下部通过M阀门与水管路连接。优选的，所述的再沸器、冷凝汽化换热器、原料加热器及原料预热器分别为热管换热器、板式换热器、螺旋折流板换热器、折流杆式换热器、空心环管壳式换热器、纵流管束换热器、整体翅片式换热器中的一种。一种使用上述利用塔顶气相馏分冷凝热精馏系统精馏的方法，包括以下操作步骤：a、储水罐中的水经循环水泵和I阀门进入冷凝汽化换热器底部右侧的壳程进口，精馏塔塔顶气相出料口馏出的气相馏分进入冷凝汽化换热器左端的管程进口，水与气相馏分在冷凝汽化换热器中进行换热，气相馏分变为液态，进入塔顶馏分缓冲罐，塔顶馏分缓冲罐底部出口采出的液态物料一部分经F阀门去下一工段，一部分经塔顶馏分回流泵，经L阀门，再经精馏塔顶部的精馏塔进口回到精馏塔。b、水经冷凝汽化换热器3变为低品位水蒸气，低品位水蒸气通过冷凝汽化换热器顶部左侧的壳程出口进入气液分离器中部的进料口，气液分离器顶部的气相出料口经J阀门进入蒸气压缩机提升温度，获得相应的高品位水蒸气，高品位水蒸气通过蒸气压缩机的出口，再经A阀门进入再沸器上部左侧的壳程进口，作为加热再沸器的热源，或经D阀门进入原料加热器顶部左侧的壳程进口，作为加热原料加热器的热源，冷凝的液态水经再沸器下部右侧的壳程出口或原料加热器底部右侧的壳程出口均进入第一管路，第一管路中的物流均进入原料预热器底部左侧的壳程进口，与原料进行过冷换热。c、通过调整进料状态和进料量使原料预热器底部右侧壳程出口采出冷凝水的温度等于或低于精馏塔塔顶气相出料口馏出的气相馏分的温度，采出的冷凝水经储水罐右侧上部的进口回到储水罐继续使用。优选的，所述步骤a中，精馏塔塔顶气相出料口馏出的气相馏分温度为50℃-100℃时，开启H阀门，通过抽真空管路使储水罐与抽真空系统相通，利用抽真空系统保证储水罐中的压力在12.4kPa～101.3kPa之间。优选的，所述步骤a中，精馏塔塔顶气相出料口馏出的气相馏分温度为100℃-180℃时，关闭H阀门，利用储水罐中的水气化升压，保证储水罐中的压力在101.3kPa-1000kPa之间。优选的，所述步骤a中，储水罐中的水在进入循环水泵之前，应先开通过水蒸气管路或内置水蒸气加热盘管，或内置电加热管，使储水罐中水的温度比精馏塔塔顶气相出料口馏出的气相馏分的温度低4℃-10℃。优选的，所述步骤b中，当所得高品位水蒸气作为加热再沸器的热源时，所得低品位水蒸气在进蒸气压缩机之前，其温度与再沸器的温度之差在25℃以内；当所得高品位水蒸气作为加热原料加热器的热源时，所得低品位水蒸气在进蒸气压缩机之前，其温度与原料的露点温度之差在25℃以内。优选的，所述步骤b中，当所得高品位水蒸气作为加热再沸器的热源，且高品位水蒸气放出的热量不能满足再沸器的需要时，应开启C阀门，利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统，其特征是该系统包括精馏塔(1)、再沸器(2)、冷凝汽化换热器(3)、循环水泵(4)、蒸气压缩机(5)、储水罐(6)、原料加热器(7)、气液分离器(8)、塔顶馏分回流泵(9)、塔顶馏分缓冲罐(10)以及原料预热器(11)；所述的精馏塔(1)的塔顶气相出料口(12)与冷凝汽化换热器(3)左端的管程进口相连，冷凝汽化换热器(3)右端的管程出口与塔顶馏分缓冲罐(10)顶部相连；位于塔顶馏分缓冲罐(10)底部的出口同时与塔顶馏分回流泵(9)的进口和F阀门(24)相连，塔顶馏分回流泵(9)的出口经L阀门(40)与精馏塔(1)顶侧部的的精馏塔进口(14)相连，F阀门(24)又与塔顶产品采出管线(27)相连；所述的储水罐(6)底部的出口与循环水泵(4)的进口相连，循环水泵(4)的出口经I阀门(36)与冷凝汽化换热器(3)底部右侧的壳程进口相连；冷凝汽化换热器(3)顶部左侧的壳程出口与气液分离器(8)左侧中部的进口相连，气液分离器(8)顶部的气相出口经J阀门(37)与蒸气压缩机(5)的进口相连，气液分离器(8)底部的液相出口经K阀门(38)与储水罐(6)上部的进口相连；所述的蒸气压缩机(5)的出口同时分别经A阀门(17)、D阀门(22)与再沸器(2)上部左侧的壳程进口、原料加热器(7)顶部左侧的壳程进口相连，再沸器(2)上部左侧的壳程进口还通过C阀门(21)与第二外部水蒸气管道(33)相连，原料加热器(7)顶部左侧的壳程进口还通过E阀门(23)与第一外部水蒸气管道(28)相连；再沸器(2)下部右侧的壳程出口和原料加热器(7)底部右侧的壳程出口连接并同时通过第一管路(20)与原料预热器(11)底部左侧的壳程入口相连，原料预热器(11)顶部右侧的出口经减压的G阀门(25)与第二管路(26)相连；所述的储水罐(6)顶部出口通过H阀门(35)和抽真空管路(30)与抽真空系统相连；所述的原料预热器(11)右端的管程进口经G阀门(25)与原料管路(29)相连；原料预热器(11)左端的管程出口与原料加热器(7)右端的管程入口相连，原料加热器(7)左端的管程出口通过热原料管路(19)与精馏塔中部原料进口(15)相连；所述的精馏塔(1)底部的液相出口(13)与再沸器(2)底部的管程进口相连，同时通过B阀门(18)与塔釜产品采出管线(34)相连；再沸器(2)顶部的管程出口与精馏塔(1)下部侧面的汽相进口(16)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统，其特征是该系统包括精馏塔(1)、再沸器(2)、冷凝汽化换热器(3)、循环水泵(4)、蒸气压缩机(5)、储水罐(6)、原料加热器(7)、气液分离器(8)、塔顶馏分回流泵(9)、塔顶馏分缓冲罐(10)以及原料预热器(11)；所述的精馏塔(1)的塔顶气相出料口(12)与冷凝汽化换热器(3)左端的管程进口相连，冷凝汽化换热器(3)右端的管程出口与塔顶馏分缓冲罐(10)顶部相连；位于塔顶馏分缓冲罐(10)底部的出口同时与塔顶馏分回流泵(9)的进口和F阀门(24)相连，塔顶馏分回流泵(9)的出口经L阀门(40)与精馏塔(1)顶侧部的的精馏塔进口(14)相连，F阀门(24)又与塔顶产品采出管线(27)相连；所述的储水罐(6)底部的出口与循环水泵(4)的进口相连，循环水泵(4)的出口经I阀门(36)与冷凝汽化换热器(3)底部右侧的壳程进口相连；冷凝汽化换热器(3)顶部左侧的壳程出口与气液分离器(8)左侧中部的进口相连，气液分离器(8)顶部的气相出口经J阀门(37)与蒸气压缩机(5)的进口相连，气液分离器(8)底部的液相出口经K阀门(38)与储水罐(6)上部的进口相连；所述的蒸气压缩机(5)的出口同时分别经A阀门(17)、D阀门(22)与再沸器(2)上部左侧的壳程进口、原料加热器(7)顶部左侧的壳程进口相连，再沸器(2)上部左侧的壳程进口还通过C阀门(21)与第二外部水蒸气管道(33)相连，原料加热器(7)顶部左侧的壳程进口还通过E阀门(23)与第一外部水蒸气管道(28)相连；再沸器(2)下部右侧的壳程出口和原料加热器(7)底部右侧的壳程出口连接并同时通过第一管路(20)与原料预热器(11)底部左侧的壳程入口相连，原料预热器(11)顶部右侧的出口经减压的G阀门(25)与第二管路(26)相连；所述的储水罐(6)顶部出口通过H阀门(35)和抽真空管路(30)与抽真空系统相连；所述的原料预热器(11)右端的管程进口经G阀门(25)与原料管路(29)相连；原料预热器(11)左端的管程出口与原料加热器(7)右端的管程入口相连，原料加热器(7)左端的管程出口通过热原料管路(19)与精馏塔中部原料进口(15)相连；所述的精馏塔(1)底部的液相出口(13)与再沸器(2)底部的管程进口相连，同时通过B阀门(18)与塔釜产品采出管线(34)相连；再沸器(2)顶部的管程出口与精馏塔(1)下部侧面的汽相进口(16)相连。2.如权利要求1所述的利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统，其特征是，所述的储水罐(6)侧下部分别通过阀门与水蒸气管路(31)和去离子水管路(39)相连，所述的储水罐(6)下部通过M阀门(41)与水管路(32)连接。3.如权利要求1所述一种利用塔顶气相馏分冷凝热精馏的系统，其特征是，所述的再沸器(2)、冷凝汽化换热器(3)、原料加热器(7)及原料预热器(11)分别为热管换热器、板式换热器、螺旋折流板换热器、折流杆式换热器、空心环管壳式换热器、纵流管束换热器、整体翅片式换热器中的一种。4.一种使用权利要求1所述利用塔顶气相馏分冷凝热精馏系统精馏的方法，其特征是，包括以下操作步骤：a、储水罐(6)中的水经循环水泵(4)和I阀门(36)进入冷凝汽化换热器(3)底部右侧的壳程进口，精馏塔(1)塔顶气相出料口(12)馏出的气相馏分进入冷凝汽化换热器(3)左...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘常青，宛捍东，赵途，张玉新，胡永琪，
申请(专利权)人：河北美邦工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13