專利名稱：微分蒸餾塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體混合物分離塔，尤其是一種將精餾與提餾過程緊密結(jié)合的液體混合物分離塔。
近二三十年來，許多學(xué)者提出了多效蒸餾原理和熱偶合流程。如1985年由化學(xué)工業(yè)部出版的鄒仁均等編著的《石油化工分離原理與技術(shù)》一書P227頁提到SRV精餾原理，這是一種將精餾段與提餾段結(jié)合在一起的理想方案，但由于未能對蒸餾塔作根本的變革，導(dǎo)致流程復(fù)雜、收效低，至今未見在煉油上付著實施。
2001年《化學(xué)工程研究》期刊P617～634頁上，美國俄克拉馬州大學(xué)Miguelbagajewicz等人從傳統(tǒng)的工藝出發(fā)，詳細分析了原油蒸餾特點、分離效率、分離能耗后，提出了一個多效熱交換網(wǎng)模型。這個模型雖較傳統(tǒng)工藝有所改進，仍不能改變流程復(fù)雜、設(shè)備多、收效不理想的缺點。
h.所述的導(dǎo)流管溝通提餾汽匯合區(qū)和精餾區(qū)的精餾液，并固定在兩塊垂直隔板上；i.所述的微分蒸餾塔上部第一層塔板基本單元上方塔頂封頭內(nèi)設(shè)有噴淋槽及溢流管，該單元精餾區(qū)上面的隔離板上方對應(yīng)的殼體上管口為出氣口，提餾汽混合區(qū)對應(yīng)殼體的管口為未被冷凝的氣體出口；k.所述的殼體上部中央管口為進料口，下部中央管口為提餾區(qū)出料口，下部對應(yīng)精餾區(qū)下方的管口為底部進汽口。塔側(cè)壁各管口分別為餾份出口、餾份冷卻進口和提餾液進出口。本發(fā)明的優(yōu)點在于微分蒸餾塔適用于塔頂和塔釜溫度相差大而分離要求不是十分嚴(yán)格的物系分離，也就是說要分開的相鄰組份的沸點必須有足夠的溫差，以便于傳熱。對于象原油這樣組份連續(xù)變化而塔兩端溫差達250℃的物系，其蒸餾節(jié)能效果相當(dāng)好。在微分蒸餾塔中，雖然在各層提餾區(qū)安裝了冷凝管和熱量回收管，但塔的體積并不一定要比傳統(tǒng)的蒸餾塔大的多。這是由于傳統(tǒng)的積分蒸餾在塔內(nèi)累積了大量的能量和物料，雖然，中間冷卻器和中間換熱器的采用，在一定程度上減小這種累積，但它無法從根本上改變這種累積造成的塔內(nèi)大量的氣液上下往返循環(huán)流動，這種流動在塔內(nèi)占據(jù)了大量空間，在實際生產(chǎn)中，我們能夠感到塔內(nèi)大量氣液上下運動能量的存在，有時它會造成塔板沖翻事故。而微分蒸餾塔沒有這些缺點，并且將各餾份的冷卻器設(shè)置到塔內(nèi)，所以無論從節(jié)約用地，設(shè)備投資，運行能耗上說，微分蒸餾都是十分具有競爭力的。由于微分蒸餾塔將產(chǎn)品冷卻也集合到塔內(nèi)，其設(shè)備臺數(shù)少，流程短，工藝管道長度大幅度減少，因而微分蒸餾塔將設(shè)備、管道泄漏對環(huán)境造成的污染和對裝置安全構(gòu)成的危險降到最低程度，能耗的大幅度降低，也使二氧化碳排放量大幅度降低。然而本設(shè)備的最大優(yōu)點是將精餾和提餾緊密結(jié)合一起，精餾為提餾提供能量，提餾為精餾提供冷量，使分離能耗從根本上得到降低，并且由于塔頂進料，塔本身具有自冷功能，使得它能與裂化的高溫油汽偶合。這些優(yōu)點都是當(dāng)前多效塔技術(shù)和熱偶合技術(shù)無法達到的。
傳統(tǒng)的原油蒸餾塔，輕重組份一起從塔釜進料，這個熱能從塔釜到塔頂?shù)膫髻|(zhì)傳熱過程中，位能不斷降低，最后，只能用循環(huán)水把低位能帶走。盡管老設(shè)計者在塔中間設(shè)置了兩三個中間換熱器，減小熱量和物料的累積，以降低能耗，但它無法與微分蒸餾塔的全面地、最大限度地降低能耗相比。若原油的比熱為0.6KCAL/KG.℃，進出塔溫差為35℃，燃油的熱值為10000KCAL/KG，若不計液體的混合熱，則其蒸餾100KG原油能耗折合為燃料油為100×35×0.6/10000＝0.21KG當(dāng)前蒸餾塔占加工原油0.68％的耗油量，在海上用微分蒸餾塔，將比傳統(tǒng)的積分蒸餾塔節(jié)約能量達69.12％。世界上每天加工原油量約為80百萬桶，如果全部采用微分蒸餾塔，并利用它的自冷特性與高溫裂的油汽偶合，每天可節(jié)約40萬桶燃料油。
由圖2可見塔是由兩層以上塔板基本單元組成的，可拆式隔板15與提餾汽接收板7之間是汽液分離區(qū)17。整體從軸向上看，提餾區(qū)11兩側(cè)各有一個分離區(qū)，在每個分離區(qū)內(nèi)相鄰兩層塔板的精餾區(qū)14和提餾汽匯合區(qū)8是交錯布置的。提餾區(qū)內(nèi)相鄰兩層塔板的溢流管4前后交錯布置，其余為重疊設(shè)置，塔內(nèi)層與層之間的冷卻管是用可拆式的金屬軟管18連接的，連接管與穿噴淋盤套管的間隙是用填料壓片密封的，其結(jié)構(gòu)與V放大圖5相同。塔底最后一層塔板結(jié)構(gòu)略有不同，見圖3。
由圖3可見整個塔的外型與一般的塔沒有明顯的區(qū)別，但進料位置設(shè)在塔頂，各組份都有餾份出料口、餾份冷卻進口和餾份冷卻出口。從塔頂局部剖面圖可以看到塔頂封頭內(nèi)設(shè)有噴淋槽19及其溢流管。從塔底局部結(jié)構(gòu)剖面圖可以看到塔底最后一層塔板的提餾區(qū)下方設(shè)有縮底槽23，槽底部設(shè)有一管道引至喇叭口24，并且在其提餾汽接收板位置設(shè)置為隔板21。從N放大圖4看到，塔側(cè)的進出料管安裝，是在塔盤吊裝后，插入法蘭短管，上好法蘭后，伸入塔內(nèi)的短管與塔盤是用可拆式金屬軟管28連接的。從V放大圖5可以看到吊裝組合塔板與塔壁的密封由密封襯板1、塔壁25、石棉繩26和填料壓板27組成。圖中ST管口是蒸汽入口，其作用是投料前用于的置換塔內(nèi)的空氣，并在投料升溫初期用于將冷油預(yù)熱到脫鹽溫度。
這種組合塔板基本單元組成微分蒸餾塔的特點是精餾汽、精餾液不能進入提餾區(qū)，而提餾區(qū)蒸餾出來的油汽則進入上層與之組份和溫度相近的精餾區(qū)后，參與精餾。這種分離塔在流程上的體現(xiàn)是原料從塔頂進料，餾份提出液返回到設(shè)在提餾區(qū)的熱量回收管，從塔頂出來產(chǎn)品可以直接進入儲罐。
塔在運行過程中精餾所需的冷熱是常溫原料或未經(jīng)特地加熱的原料從塔頂F管口帶入，進入設(shè)在塔頂封頭內(nèi)的噴淋槽19，從噴淋槽19噴入第一層塔板基本單元提餾區(qū)，被設(shè)在提餾區(qū)的冷卻管和冷凝管加熱，溶在進料液中的隋性氣體和最輕組份逸出，經(jīng)精餾區(qū)隔板上方對應(yīng)的管口G1離開蒸餾塔。原油進入下層塔板繼續(xù)加熱，加熱到溫度為120℃時，原油從J管口出塔進入脫鹽槽脫鹽，脫鹽后的熱油從K管口進入塔內(nèi)噴淋盤，繼續(xù)噴淋加熱，提餾液從冷凝管下來匯集在噴淋盤上，再從噴淋盤噴下進入其下層塔板基本單元提餾區(qū)。在其下層塔板的提餾區(qū)，被加熱氣化的物料在汽液分離區(qū)17分離后，氣體經(jīng)其上層塔板基本單元的提餾汽接收板7進入混合區(qū)，汽液分離區(qū)分離下來的液體與提餾液匯合在噴淋盤上，從噴淋盤再向下噴淋，以此向下流動直至微分蒸餾塔最后一層塔板基本單元的提餾區(qū)，從提餾區(qū)出來匯集在縮底槽23，從縮底槽出來經(jīng)喇叭口24與塔釜物料匯合后，從A1管口出塔，去加熱設(shè)備。提餾液穿過各層塔板提餾區(qū)向各層精餾汽提供冷量。
塔在運行中提餾所需要的熱量是從加熱爐出來的汽液物料或其與催化裂化過來混合高溫油氣，在A2管口進入塔釜，在塔釜閃蒸后，其蒸汽進入其塔底最后一層塔板基本單元精餾板16，精餾后蒸汽流過冷凝管5，部分被冷凝下來返回到精餾板上，未被冷凝的蒸汽在隔離板21上方汽液體分離后，蒸汽進入其上層的精餾板，從精餾板出來的精餾汽流經(jīng)冷凝管5，部分蒸汽被冷凝，未被冷凝的蒸汽進入提餾汽混合區(qū)，與下層提餾區(qū)汽化上來的蒸汽混合后，進入其上一層的精餾板，精餾汽以此向塔頂流動，直到塔頂被提餾液冷凝，未被冷凝的氣體從G2出塔。精餾汽流過各層塔板冷凝管向提餾液提出供熱量。
塔在運行中，塔頂精餾及液封所需的小量的冷凝液來自E1出口的小量回流液，從H管口進入塔頂部第一層的提餾汽接收板進口堰，橫掃過接收板后，從另一側(cè)的出口堰流出，經(jīng)導(dǎo)流管6穿過提餾區(qū)進入精餾板入口堰，掃過精餾板，與冷凝管5冷凝下來的冷凝液匯集，從精餾板另一側(cè)的出口堰出來經(jīng)落液管進入其下方的提餾汽接收板入口堰，以此循環(huán)下去直至塔釜最后一層塔板基本單元的提餾汽匯合區(qū)隔板21上，再從隔板經(jīng)導(dǎo)流管穿過提餾區(qū)進入精餾板入口堰，橫掃過精餾板與冷凝管5冷凝下來的冷凝液匯集后，從其落液管進入其提餾區(qū)下方的集液槽。精餾液從塔頂流經(jīng)各層塔板的提餾汽接收板和精餾板起精餾作用。根據(jù)具體的分離物料，在適當(dāng)塔板層的落液管上設(shè)置塔側(cè)線餾份產(chǎn)品出口管口。
塔運行中的產(chǎn)品餾份是這樣冷卻回收熱量的在海上塔釜產(chǎn)品在B1管口出塔，用泵送回到塔底最后一層塔板單元的產(chǎn)品冷卻進口B2管口，從另一端出來進入上一單元的冷卻管，以此向上流動直至塔頂?shù)谝粚铀寤締卧睦鋮s出口B3管口，從B3管口去油船；在煉油廠，塔釜產(chǎn)品在B1管口出塔，直接去減壓蒸餾塔，從減壓塔來的減壓柴油在B2管口進塔，從另一端出來進入上一單元的冷卻管，以此向上流動直至塔頂?shù)谝粚铀寤締卧睦鋮s出口B3管口，從B3管口去產(chǎn)品儲罐；其它餾份也用泵打回到抽出同一層(或上一層)的冷卻管進行冷卻，并流過其上方各層冷卻管直到塔頂部第一層冷卻出口出塔。
權(quán)利要求
1.一種微分蒸餾塔，由塔殼和組合塔板組成，其特征在于a.塔體中至少有兩層基本的組合塔板單元組成；b.每層組合塔板單元均被兩塊垂直隔板分割成三個區(qū)，其中，中間為提餾區(qū)，提餾區(qū)的一邊為精餾區(qū)，另一邊為提餾汽匯合區(qū)；c.所述的提餾區(qū)設(shè)有冷卻管、冷凝管、導(dǎo)流管和布滿小孔的噴淋盤，噴淋盤上設(shè)有溢流管；d.所述的精餾區(qū)底部設(shè)有精餾板及進口堰、溢流堰和落液管組成的塔板，其上部設(shè)有隔板，隔離板上方側(cè)面的垂直隔板上開有提餾汽出汽口，隔離板上方空間為提餾汽的汽液分離區(qū)；e.所述的提餾汽匯合區(qū)設(shè)有由提餾汽接收板及進口堰、溢流堰和落液管組成的塔板；f.所述的冷凝管溝通精餾區(qū)和提餾汽匯合區(qū)的氣相空間并固定焊接在兩塊垂直隔板上；g.所述的冷卻管布置在冷凝管上方，與其成十字型排列，并支撐在兩塊垂直隔板上；h.所述的導(dǎo)流管溝通提餾汽匯合區(qū)和精餾區(qū)的精餾液，并固定在兩塊垂直隔板上；i.所述的微分蒸餾塔上部第一層塔板基本單元上方塔頂封頭內(nèi)設(shè)有噴淋槽及溢流管，該單元精餾區(qū)上面的隔離板上方對應(yīng)的殼體上管口為出氣口，提餾汽混合區(qū)對應(yīng)殼體的管口為未被冷凝的氣體出口；k.所述的殼體上部中央管口為進料口，下部中央管口為提餾區(qū)出料口，下部對應(yīng)精餾區(qū)下方的管口為底部進汽口。塔側(cè)壁各管口分別為餾份出口、餾份冷卻進口和提餾液進出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分蒸餾塔，其特征在于所述每層相鄰塔板基本單元的精餾區(qū)和提餾汽匯合區(qū)交替排列，其提餾區(qū)除溢流管前后交替布置外，其它的重合布置。
3.根據(jù)要求1所述的微分蒸餾塔，其特征在于最低層塔板基本單元的提餾汽匯合區(qū)的提餾汽接收板位置設(shè)置為隔板；最低層塔板基本單元的提餾區(qū)噴淋板位置設(shè)置為隔離式的縮底槽，縮底槽底面設(shè)有物料導(dǎo)出管，管口對著設(shè)在塔釜內(nèi)部的出塔加熱物料喇叭口。
4.根據(jù)要求1所述的微分蒸餾塔，其特征在于每層塔板基本單元為堆棧式結(jié)構(gòu)，塔側(cè)進出管口與組合塔板接口的跨接為可拆插入式法蘭短管與組合塔板接口之間的軟管連接。
5.根據(jù)要求1所述的微分蒸餾塔，其特征在于塔板與塔內(nèi)壁的縫隙密封為壓板填料密封。
6.根據(jù)要求1所述的微分蒸餾塔，其特征在于塔板與塔板之間的冷管內(nèi)部連接為可拆式的金屬軟管連接。
全文摘要
微分蒸餾塔涉及一種液體混合物分離塔，它由兩層以上的組合塔板組成，每層組合塔板由精餾區(qū)14、提餾汽匯合區(qū)8和提餾區(qū)11組成。微分蒸餾塔實現(xiàn)精餾與提餾并行地結(jié)合在塔內(nèi)，提餾液從塔頂進料，流過各層塔板到塔釜，按溫度從低到高受精餾汽加熱依次蒸發(fā)；精餾汽從塔釜流過各層塔板到塔頂，按溫度從高到低受提餾液冷卻依次冷凝，二者互相利用的低能耗蒸餾塔。由于這種塔采用常溫從塔頂進料，具有自冷特性。它適用于煉油廠原油分餾與裂化產(chǎn)生過來的高溫油汽偶合，也適用于海上原油預(yù)分離。
文檔編號B01D3/22GK1457914SQ02113020
公開日2003年11月26日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者李方偉 申請人:李方偉