蒸餾塔的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請基于并要求于2014年1月17日申請的日本專利申請No. 2014-006885的 優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該優(yōu)先權(quán)的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于實施在許多工業(yè)過程中廣泛采用的蒸餾操作的蒸餾塔，并且 更具體地，涉及一種為包括機械熱泵系統(tǒng)的蒸餾塔的機械熱泵式蒸餾塔。
【背景技術(shù)】
[0003] 用于實施連續(xù)蒸餾的位于蒸餾塔的進料位置上方的部分被稱為精餾段，并且位于 進料位置下方的部分被稱為氣提段。蒸餾塔設(shè)置有用于冷卻和冷凝塔頂蒸汽的塔頂冷凝器 以及用于加熱和煮沸塔底液體的再沸器。
[0004] 機械熱泵式蒸餾塔由于節(jié)省能源而作為改進的蒸餾塔被已知。作為機械熱泵式 蒸餾塔，蒸汽再壓縮系統(tǒng)（VRC)如蘇爾壽化工技術(shù)有限公司（Sulzer Chemtech Ltd.)的 小冊子"Sulzer Chemtech Distillation and Heat-Pump Technology, Production of I-Butene from Tail Gas of a MTBE Plant)(蘇爾壽化工技術(shù)的蒸餾和熱泵技術(shù)，來 自MTBE設(shè)備的尾氣的1-丁烯的產(chǎn)品）"以及US 4718986A中所描述的那樣被已知。而 且，熱整合蒸餾塔（HIDiC)如 JP H08-66601 A、JP 2004-16928A、WO 2011/043199 和 JP 2013-208561 A中描述的那樣被已知。
[0005] 在VRC中，從塔頂回收的塔頂蒸汽被壓縮機壓縮，從而其溫度被增加，并且溫度增 加的流體被用作VRC的再沸器的熱源?？梢哉f，在VRC中，通過使用機械熱泵系統(tǒng)，一個塔 的塔頂?shù)臒峥梢员还┙o到相同的塔的塔底。因此，可以減少再沸器處供給的熱量，并且可以 減少蒸餾塔中的能量消耗。VRC也被稱為機械蒸汽再壓縮（MVR)。
[0006] HIDiC具有基本構(gòu)造，在該基本構(gòu)造中，一個蒸餾塔的精餾段和氣提段彼此分隔 開。精餾段的操作壓力被設(shè)置得比氣提段的操作壓力更高，以便精餾段的操作溫度變得比 氣提段的操作溫度更高。為此，使用包括精餾段的高壓塔和包括氣提段的低壓塔。從低壓 塔的塔頂回收的蒸汽被壓縮機壓縮，以使得其溫度被增加，然后被傳遞到高壓塔的塔底。而 且，從高壓塔的塔底回收的液體被傳遞到低壓塔的塔頂。進一步，構(gòu)造該HIDiC，以使得熱量 可以在精餾段和氣提段之間交換。因此，熱量被從精餾段傳遞到氣提段（內(nèi)部熱交換），因 此，可能減少在再沸器處供給的熱量并且減少在塔頂冷凝器處移除的熱量。換言之，通過借 助熱交換將熱量從精餾段傳遞到氣提段，再沸器處供給的熱和冷凝器處移除的熱可以至少 部分地由被傳遞的熱代替，因此，可以得到具有非常高的能源效率的蒸餾裝置。
[0007] 在機械熱泵式蒸餾塔中，從蒸餾塔的任何位置回收的蒸汽被壓縮機壓縮以使得其 溫度升高。這使得可能執(zhí)行用于將塔頂蒸汽的熱供給至再沸器的熱交換，或者可能執(zhí)行用 于將熱量從精餾段（高壓塔）傳遞至氣提段（低壓塔）的熱交換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在機械熱泵式蒸餾塔中，執(zhí)行使用壓縮機的加壓操作，以增加蒸汽的溫度。因此， 當蒸餾塔具有大的塔溫度差時，需要使溫度的增加更大，即，需要增加壓縮機的壓縮比。因 此，塔溫度差越大，壓縮機消耗的功率越大，并且因此，節(jié)省的能源就越少。
[0009] 因此，對于具有大的塔溫度差的蒸餾塔，通過應(yīng)用機械熱泵式蒸餾塔，難以節(jié)省能 源，或節(jié)省的能源少。
[0010] 本發(fā)明的目的是：即使當蒸餾塔具有大的塔溫度差時，蒸餾塔仍可以實現(xiàn)顯著的 能源節(jié)省。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一些方面，提供了下面的蒸餾塔。
[0012] 1) 一種蒸餾塔，包括第一塔和第二塔，其中：
[0013] 第一塔包括精餾段的一部分或氣提段的一部分，
[0014]當?shù)谝凰ňs段的一部分時，第二塔包括精餾段的剩余部分和氣提段的全 部，或者當?shù)谝凰馓岫蔚囊徊糠謺r，第二塔包括氣提段的剩余部分和精餾段的全部， 并且
[0015] 第二塔構(gòu)成機械熱泵式蒸餾塔。
[0016] 2)根據(jù)1)的蒸餾塔，其中第一塔的級數(shù)為蒸餾塔的總級數(shù)的40%或更少。
[0017] 3)根據(jù)1)或2)的蒸餾塔，其中第二塔構(gòu)成熱整合蒸餾塔或蒸汽再壓縮系統(tǒng)。
[0018] 4)根據(jù)3)的蒸餾塔，其中第二塔包括：
[0019] 較高壓部分，該較高壓部分包括被包括在第二塔中的精餾段的全部或一部分，并 且被配置為以相對高的壓力執(zhí)行氣液接觸；
[0020] 較低壓部分，該較低壓部分包括被包括在第二塔中的氣提段的全部或一部分，并 且被配置為以相對低的壓力執(zhí)行氣液接觸；
[0021] 蒸汽管線，該蒸汽管線包括加壓裝置，該蒸汽管線用于將從所述較低壓部分的塔 頂部排放的蒸汽引導(dǎo)至所述較高壓部分的塔底部；
[0022] 液體管線，該液體管線用于將從所述較高壓部分的塔底部排放的液體引導(dǎo)至所述 較低壓部分的塔頂部；以及
[0023] 熱交換結(jié)構(gòu)，該熱交換結(jié)構(gòu)被配置為通過熱交換將熱量從被包括在第二塔中的精 餾段傳遞至被包括在第二塔中的氣提段。
[0024] 5)根據(jù)3)的蒸餾塔，其中第二塔包括：
[0025] 再沸器；以及
[0026] 管線，該管線包括加壓裝置，該管線用于將從第二塔的塔頂部排放的蒸汽作為熱 源供給至再沸器。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，即使當蒸餾塔具有大的塔溫度差時，蒸餾塔仍可以實現(xiàn)顯著的能源 節(jié)省。
【附圖說明】
[0028] 圖1是圖示本發(fā)明的蒸餾塔的實施例的示意圖；
[0029] 圖2是圖示本發(fā)明的蒸餾塔的另一實施例的示意圖；
[0030]圖3是圖示本發(fā)明的蒸餾塔的又一實施例的示意圖；
[0031]圖4是圖示本發(fā)明的蒸餾塔的又一實施例的示意圖；
[0032] 圖5是圖示蒸餾塔的溫度曲線的示例的視圖；
[0033] 圖6是圖示比較示例1的蒸餾塔的工藝流程圖；
[0034] 圖7是圖示比較示例2的蒸餾塔的工藝流程圖；
[0035] 圖8是圖示示例1的蒸餾塔的工藝流程圖；
[0036] 圖9是用于說明熱交換結(jié)構(gòu)的詳細示例的視圖；
[0037] 圖10是用于說明熱交換結(jié)構(gòu)的詳細示例的視圖；以及
[0038] 圖11是用于說明熱交換結(jié)構(gòu)的另一詳細示例的視圖。
【具體實施方式】
[0039] 在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明不限于此。
[0040] 本發(fā)明的蒸餾塔包括第一塔和第二塔。第一塔可以包括蒸餾塔的精餾段的一部 分，并且在這種情況下，第二塔包括蒸餾塔的精餾段的剩余部分和蒸餾塔的氣提段的全部。 或者，第一塔可以包括蒸餾塔的氣提段的一部分，并且在這種情況下，第二塔包括蒸餾塔的 氣提段的剩余部分和蒸餾塔的精餾段的全部。第一塔包括蒸餾塔的精餾段的一部分或蒸餾 塔的氣提段的一部分，并且因此，第一塔不包括蒸餾塔的精餾段和氣提段這兩者。而且，第 一塔不包括蒸餾塔的精餾段的全部，并且不包括蒸餾塔的氣提段的全部。
[0041] 本發(fā)明的蒸餾塔具有可以通過在部分地沿精餾段或氣提段的位置處將一個傳統(tǒng) 的蒸餾塔（更確切地說是連續(xù)蒸餾塔）劃分為兩個塔（即第一塔和第二塔）而得到的構(gòu)造。 原料被供給至第二塔的中間位置（不是塔頂和塔底的位置）。傳統(tǒng)的蒸餾塔具有單一的塔 (容器）并且全部精餾段和全部氣提段存在于單一容器內(nèi)的連續(xù)區(qū)域中。傳統(tǒng)的蒸餾塔不 配備壓縮機。換言之，本發(fā)明的蒸餾塔具有一構(gòu)造，該構(gòu)造通過將一個傳統(tǒng)的蒸餾塔的內(nèi)部 區(qū)域分隔成兩個區(qū)域、分別以分隔的塔（容器）容納這兩個區(qū)域并且經(jīng)由用于傳輸兩個塔 之間的流體的管線（用于傳輸蒸汽的管線和用于傳輸液體的管線）連接兩個塔而獲得。從 這兩個塔中的一個排放的每一個流體的全部的量被供給至這兩個塔中的另一個，除了被首 先從前一個塔排放然后返回相同的所述前一個塔的被排放流體的一部分量之外。即，當蒸 汽從這兩個塔的一個傳遞到這兩個塔的另一個時，從前一個塔排放的蒸汽的全部的量被供 給至后一個塔，除了被從前一個塔排放然后返回相同的所述前一個塔的排放蒸汽的一部分 量（例如回流）之外。而且，當液體被從這兩個塔中的一個傳遞到這兩個塔的另一個時，從 前一個塔排放的液體的全部的量被供給至后一個塔，除了被從前一個塔排放然后返回相同 的所述前一個塔的排放液體的一部分量（例如經(jīng)由再沸器）之外。換言之，當流體在第一 塔與第二塔之間交換時，流體不會被傳送到除這兩個塔之外的任何其它裝置中或不會被傳 送到蒸餾塔的外部。
[0042] 對于第一塔，可以采用具有單一塔（容器）而不是具有多個塔（容器）的構(gòu)造。通 常，用于增強氣液接觸的裝置，例如塔板和填充層，被適當?shù)厝菁{在第一塔中。第一塔沒有 配備用于給從所述塔的內(nèi)部排放的蒸汽加壓的例如壓縮機的加壓裝置。即，第一塔可以具 有與傳統(tǒng)的蒸餾塔相同的構(gòu)造（但是如上所述，第一塔不包括全部精餾段，并且也不包括 蒸餾塔的全部氣提段）。
[0043] 第二塔包含例如熱整合蒸餾塔（HIDiC)和蒸汽再壓縮（VRC)的機械熱泵式蒸餾 塔。通常，例如塔板和填充層的用于增強氣液接觸的裝置也被適當?shù)匕诘诙小?br>[0044] 根據(jù)本發(fā)明，通過將一個傳統(tǒng)的蒸餾塔劃分為具有相對大的塔溫度差的區(qū)域和具 有相對小的塔溫度差的區(qū)域、將第一塔應(yīng)用于具有相對大的塔溫度差的區(qū)域并且將第二塔 應(yīng)用于具有相對小的塔溫度差的區(qū)域，而可以采用兩塔式構(gòu)造。機械熱泵蒸餾過程在第二 塔中執(zhí)行，而不在第一塔中執(zhí)行。即，機械熱泵蒸餾過程可以僅應(yīng)用于一個蒸餾塔內(nèi)的具有 相對小的塔溫度差的區(qū)域上。因此，可以降低用于執(zhí)行機械熱泵蒸餾過程的需要的壓縮機 功率的增加。并且因此，即使對于具有大的塔溫度差的蒸餾塔，也可以容易地實現(xiàn)能源節(jié) 省。
[0045] 可以根據(jù)傳統(tǒng)的蒸餾塔的溫度曲線來確定將一個傳統(tǒng)的蒸餾塔劃分為第一塔和 第二塔的劃分位置。例如，該劃分位置可以被確定，以使得第一塔的級數(shù)為傳統(tǒng)的蒸餾塔的 總級數(shù)的大致40%或更少。稍后將參照圖5對這點進行詳細討論。本發(fā)明的蒸餾塔的總級 數(shù)（第一塔的級數(shù)和第二塔的級數(shù)之和）可以等于或多于傳統(tǒng)的蒸餾塔的總級數(shù)。因此， 將第一塔的級數(shù)設(shè)置為傳統(tǒng)的蒸餾塔的總級數(shù)的大致40%或更少可相當于將第一塔的級 數(shù)設(shè)置為本發(fā)明的蒸餾塔的總級數(shù)的大致40%或更少。
[0046] 本發(fā)明的蒸餾塔可應(yīng)用于任何蒸餾塔。使用本發(fā)明的蒸餾塔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸餾塔是 特別有利的，在傳統(tǒng)的蒸餾塔中，塔內(nèi)的溫度變化強烈地發(fā)生在圍繞塔的頂部或底部的一 些級中，該傳統(tǒng)的蒸餾塔例