本發(fā)明涉及化工石油精餾分離領(lǐng)域，具體為一種可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔。

背景技術(shù)：
在煉油、煤化工、石化、精細(xì)化工等行業(yè)的分離過程中，精餾能耗占整個(gè)過程能耗的50-70％，存在著熱力學(xué)效率低、能耗高、投資費(fèi)用高等關(guān)鍵問題，因此使用先進(jìn)的過程強(qiáng)化技術(shù)來降低能耗、降低碳排放極其重要。隔壁精餾塔是對(duì)傳統(tǒng)的多塔工藝進(jìn)行升級(jí)改造，能夠大幅度(30％-55％)降低能耗和設(shè)備投資，實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)的綠色制造和碳減排。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于使用隔板塔分離三組分混合物的研究已經(jīng)相對(duì)成熟，越來越多的眼光投入到利用隔板塔分離四組分混合物，進(jìn)一步提高隔板塔的節(jié)能應(yīng)用。分離三組分的隔板塔是在塔內(nèi)部放置一塊豎直隔板，分為預(yù)分餾段、公共精餾段、主塔段、公共提餾段。公共精餾段的下降液相在隔板頂部的兩側(cè)按照一定的比例進(jìn)行分配(分配的比值稱為液相分配比)，分別進(jìn)入預(yù)分餾塔和主塔；公共提餾段的上升汽相在隔板底部的兩側(cè)按照一定的比例進(jìn)行分配(分配的比值稱為汽相分配比)，分別進(jìn)入預(yù)分餾塔和主塔；預(yù)分餾塔和主塔內(nèi)的氣液相進(jìn)行逆向接觸，實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)分離過程。隔板塔的汽相分配比和液相分配比的取值對(duì)精餾過程的產(chǎn)品純度和能耗有著顯著的影響。目前工業(yè)上通過液相的流量控制能夠很好地實(shí)現(xiàn)隔板塔的液相分配控制，但汽相分配控制比較復(fù)雜，多是通過隔板塔內(nèi)部構(gòu)件和汽相的流通截面積決定。傳統(tǒng)分離四組分混合物是將三塔串聯(lián)，輕組分、中間組分一、中間組分二依次分別從三塔的塔頂分離出，重組分從第三個(gè)塔的塔底分離出。此流程不僅存在著嚴(yán)重的返混問題，而且塔設(shè)備數(shù)多需要三套再沸器冷凝器，因此分離能耗高、設(shè)備投資高、占地面積大。從Kaibel隔板塔(KaibelDIG.Distillationcolumnswithverticalpartitions[J].ChemicalEngineering&Technology,1987,10(1):92–98.)的塔結(jié)構(gòu)可以看出，Kaibel隔板塔分離中間組分B、C的主塔段是豎直對(duì)接的，因此主塔段需要較高的高度；另外Kaibel隔板塔無法實(shí)現(xiàn)靈活獨(dú)立的汽相分配比的控制，需要對(duì)塔內(nèi)件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過調(diào)節(jié)隔板兩側(cè)的壓降實(shí)現(xiàn)工藝要求的汽相分配比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物能耗高、設(shè)備費(fèi)高、占地面積大，以及Kaibel隔板塔汽相分配比控制難度大、主塔段高等問題，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔。該隔板塔不僅解決了傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物時(shí)能耗高、設(shè)備費(fèi)用高、占地面積大的問題，還顯著降低了Kaibel塔結(jié)構(gòu)的總高度,克服了塔頂回流液體與塔底上升氣體不能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制的缺點(diǎn)。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：提供一種可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔，包括公共精餾段和公共提餾段，其中公共精餾段位于塔頂，塔頂接第一冷凝器，公共提餾段位于塔底，塔底接第一再沸器；其特征在于在公共精餾段和公共提餾段之間被第一隔板、第二隔板及第三隔板沿塔徑方向分割為三個(gè)區(qū)域，包括預(yù)分餾段、主塔段一和主塔段二，所述預(yù)分餾段由第一隔板、第三隔板和隔板塔外壁包圍而成，設(shè)有進(jìn)料口；主塔段一由第二隔板、第三隔板和隔板塔外壁包圍而成，主塔段一塔底密封，接第二再沸器；主塔段二由第一隔板、第二隔板和隔板塔外壁包圍而成，主塔段二塔頂密封，接第二冷凝器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明隔板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于分離多種四組分混合物物系，可以針對(duì)混合物中不同組分的量調(diào)整分隔板的角度以實(shí)現(xiàn)混合物中不同組分的分離，且分離效果顯著，在相同的分離任務(wù)下，本發(fā)明的隔板塔與傳統(tǒng)分離四組分的三塔流程相比較，能耗節(jié)省可達(dá)20％左右。隔板塔能耗的高低對(duì)汽相分配比的取值比較敏感，常規(guī)隔板塔需要專門配置一臺(tái)汽相分配器，但目前隔板塔汽相分配器的研究應(yīng)用相對(duì)不成熟，而本發(fā)明的隔板塔直接利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過主塔段二頂部冷凝器冷卻介質(zhì)的用量有效地控制隔板兩側(cè)的汽相分配比，通過設(shè)置不同的隔板結(jié)構(gòu)，克服了以往隔板塔(DWC)汽相分配比難以控制的問題。Kaibel隔板塔的主塔段對(duì)中間組分B、C的分離，是將分離B、C的主塔段豎直對(duì)接，而本發(fā)明則是將分離B、C的主塔段平行放置(即主塔段一與主塔段二在豎直方向平行)，使得主塔段一和主塔段二在徑向共用隔板的主塔段，如此便會(huì)有效降低主塔段的塔高，因此與Kaibel隔板塔相比較，當(dāng)使本發(fā)明主塔段高度與Kaibel隔板塔主塔段高度相等時(shí)，能夠顯著提高各組分的產(chǎn)品質(zhì)量。附圖說明圖1是本發(fā)明可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔一種實(shí)施例隔板塔內(nèi)三塊隔板的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔一種實(shí)施例預(yù)分餾段Ⅰ、主塔段一Ⅲ和主塔段二Ⅳ的上橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔一種實(shí)施例預(yù)分餾段Ⅰ、主塔段一Ⅲ和主塔段二Ⅳ的下橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，Ⅰ-預(yù)分餾段，Ⅱ-公共精餾段，Ⅲ-主塔段一，Ⅳ-主塔段二，Ⅴ-公共提餾段，C-101第一冷凝器，C-102第二冷凝器，R-101第一再沸器，R-102第二再沸器，1-第一隔板，2-第二隔板，3-第三隔板，α為第一隔板1與第三隔板3的夾角，β為第一隔板1與第二隔板2的夾角，γ為第二隔板2與第三隔板3的夾角。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步介紹本發(fā)明，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。本發(fā)明可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔(簡(jiǎn)稱隔板塔，參見圖1-4)包括公共精餾段Ⅱ和公共提餾段Ⅴ，其中公共精餾段Ⅱ位于塔頂，塔頂接第一冷凝器C-101，公共提餾段Ⅴ位于塔底，塔底接第一再沸器R-101；其特征在于在公共精餾段II和公共提餾段V之間被三塊隔板沿塔徑方向分割為三個(gè)區(qū)域，包括預(yù)分餾段Ⅰ、主塔段一Ⅲ和主塔段二Ⅳ，所述預(yù)分餾段Ⅰ由第一隔板1、第三隔板3和隔板塔外壁包圍而成，設(shè)有進(jìn)料口；主塔段一Ⅲ由第二隔板2、第三隔板3和隔板塔外壁包圍而成，主塔段一Ⅲ塔底密封，接第二再沸器R-102；主塔段二Ⅳ由第一隔板1、第二隔板2和隔板塔外壁包圍而成，主塔段二Ⅳ塔頂密封，接第二冷凝器C-102。本發(fā)明隔板塔的進(jìn)一步特征在于第一隔板1與第二隔板2的夾角β和第二隔板2與第三隔板3的夾角γ均為50-150°。本發(fā)明隔板塔的進(jìn)一步特征在于第一隔板1與第三隔板3的夾角α為120-220°。在圖3和圖4中，第一隔板1與第三隔板3的夾角為α，第一隔板1與第二隔板2的夾角為β，第二隔板2與第三隔板3的夾角為γ，且α+β+γ＝360°，第一隔板1、第二隔板2和隔板塔外壁包圍而成的是主塔段二Ⅳ，第二隔板2、第三隔板3和隔板塔外壁包圍而成的是主塔段一Ⅲ，第一隔板1、第三隔板3和隔板塔外壁包圍而成的是預(yù)分餾段Ⅰ。在圖3中主塔段二Ⅳ頂部密封，在圖4中主塔段一Ⅲ底部密封。本發(fā)明隔板塔的分離四組分混合物的分離過程是：定義四組分的相對(duì)揮發(fā)度大小為αA<αB<αC<αD；含有A、B、C、D四組分的混合物從預(yù)分餾段的進(jìn)料口進(jìn)入隔板塔內(nèi)，在預(yù)分餾段Ⅰ實(shí)現(xiàn)AB與CD組分的清晰分離；AB組分經(jīng)公共精餾段Ⅱ和主塔段一Ⅲ實(shí)現(xiàn)A組分與B組分的清晰分離；CD組分經(jīng)公共提餾段Ⅴ和主塔段二Ⅳ實(shí)現(xiàn)C組分與D組分的清晰分離，最終在公共精餾段Ⅱ頂部得到輕組分A、主塔段一Ⅲ的塔釜得到中間組分B、主塔段二Ⅳ的塔頂?shù)玫街虚g組分C、公共提餾段Ⅴ底部得到重組分D。本發(fā)明隔板塔根據(jù)中間組分含量的多少來調(diào)整預(yù)分餾段Ⅰ、主塔段一Ⅲ和主塔段二Ⅳ的橫截面，而橫截面積通過改變?nèi)龎K隔板之間的夾角α、β、γ進(jìn)行調(diào)整，隔板塔理論板數(shù)與具體的處理物系有關(guān)。本發(fā)明通過控制主塔段二Ⅳ塔頂冷凝器的冷凝量控制主塔段二Ⅳ的操作壓力，使主塔段二Ⅳ塔頂?shù)牟僮鲏毫β晕⒋笥诠簿s段Ⅱ塔頂?shù)牟僮鲏毫?，即通過憋壓調(diào)節(jié)汽相在主塔段二Ⅳ和預(yù)分餾段Ⅰ之間的分配，實(shí)現(xiàn)汽相分配比的控制。液相分配比的控制與常規(guī)隔板塔的液相控制相同。本發(fā)明隔板塔屬于多隔板多區(qū)域隔板塔，不僅能夠得到高純度產(chǎn)品，顯著降低分離能耗、設(shè)備投資、占地面積，同時(shí)也能夠在一定程度上靈活控制汽相分配比。實(shí)施例1本實(shí)施例可控汽相分配比的分離四組分混合物的隔板塔包括公共精餾段Ⅱ和公共提餾段Ⅴ，其中公共精餾段Ⅱ位于塔頂，塔頂接第一冷凝器C-101，公共提餾段Ⅴ位于塔底，塔底接第一再沸器R-101；其特征在于在公共精餾段II和公共提餾段V之間被三塊隔板沿塔徑方向分割為三個(gè)區(qū)域，包括預(yù)分餾段Ⅰ、主塔段一Ⅲ和主塔段二Ⅳ，所述預(yù)分餾段Ⅰ由第一隔板1、第三隔板3和隔板塔外壁包圍而成，設(shè)有進(jìn)料口；主塔段一Ⅲ由第二隔板2、第三隔板3和隔板塔外壁包圍而成，主塔段一Ⅲ塔底密封，接第二再沸器R-102；主塔段二Ⅳ由第一隔板1、第二隔板2和隔板塔外壁包圍而成，主塔段二Ⅳ塔頂密封，接第二冷凝器C-102。本實(shí)施例具體隔板塔結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下所述：隔板塔預(yù)分餾段Ⅰ有30塊理論板，主塔段一Ⅲ和主塔段段二Ⅳ各有20塊理論板，公共精餾段Ⅱ有8塊理論板，公共提餾段Ⅴ有15塊理論板；操作壓力為101.325kP。第一隔板1與第三隔板3的夾角α為200°，第一隔板1與第二隔板2的夾角β為70°，第二隔板2與第三隔板3的夾角γ為90°。本實(shí)施例以分離戊烷、己烷、庚烷、辛烷的四組分混合物為例進(jìn)行介紹。具體實(shí)施工藝路線如下所述：戊烷、己烷、庚烷、辛烷的四組分混合物從預(yù)分餾段Ⅰ的第9塊理論板進(jìn)入塔內(nèi)，在預(yù)分餾段Ⅰ內(nèi)進(jìn)行戊烷、己烷和庚烷、辛烷的清晰分離。戊烷、己烷進(jìn)入公共精餾段Ⅱ和主塔段一Ⅲ繼續(xù)進(jìn)行分離，在公共精餾段塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99.5％的戊烷；部分戊烷通過塔頂冷凝器C-101再次回流到隔板塔內(nèi)，在公共精餾段Ⅱ底部按照一定的比例分配到預(yù)分餾段Ⅰ和主塔段一Ⅲ，其中主塔段一Ⅲ的上升汽相由主塔段一Ⅲ的塔釜再沸器R-102提供，最后在主塔段一Ⅲ的塔釜得到產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99.5％的己烷。庚烷、辛烷進(jìn)入公共提餾段Ⅱ和主塔段二Ⅳ繼續(xù)進(jìn)行分離，在公共提餾段Ⅴ塔釜得到產(chǎn)品質(zhì)量>99.5％的辛烷；公共提餾段Ⅴ的上升蒸汽在公共提餾段Ⅴ頂部分配到預(yù)分餾段Ⅰ和主塔段二Ⅳ，其中主塔段二Ⅳ內(nèi)的下降液相是由主塔段二Ⅳ塔頂?shù)睦淠鰿-102冷凝產(chǎn)品庚烷回流提供，最后在主塔段二Ⅳ的塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99.5％的庚烷；公共提餾段Ⅴ在隔板兩側(cè)的汽相分配比例通過調(diào)節(jié)主塔段二Ⅳ頂部冷凝器C-102的冷卻介質(zhì)用量來控制。本實(shí)施例中待分離的戊烷、己烷、庚烷、辛烷的四組分混合物的進(jìn)料量為40kmol/h，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩爾比為1:1:1:1。己烷、庚烷、辛烷采出量均為10kmol/h；塔頂回流比7.2，液相分配比為0.51(液相分配比指的是進(jìn)入預(yù)分餾段的液相比例)，汽相分配比為0.68(汽相分配比指的是進(jìn)入預(yù)分餾段的汽相比例)。主塔段二塔頂冷凝器的冷凝水(7bar的28℃冷凝水)用量為40300kg/h，實(shí)現(xiàn)汽相分配比為0.68。在Kaibel隔板塔與實(shí)施例1的隔板塔具有相同的理論板的條件下，實(shí)施例1隔板塔的分離效果明顯優(yōu)于Kaibel隔板塔，兩者具體分離效果對(duì)比見表1。傳統(tǒng)分離四組分混合物是將三塔串聯(lián)，輕組分、中間組分一、中間組分二依次分別從三塔的塔頂分離出，重組分從第三個(gè)塔的塔底分離出。采用傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物，第一塔共有23塊理論板，第9塊板進(jìn)料；第二塔共有26塊理論板，第12塊板進(jìn)料；第三塔共有28塊理論板，第13塊板進(jìn)料；三塔的操作壓力均為101.325kP。在進(jìn)料量和進(jìn)料摩爾組成不變的條件下，以再沸器負(fù)荷最低為目標(biāo)值，與優(yōu)化后的傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物相比，能耗結(jié)果列于表2，結(jié)果顯示實(shí)施例1的隔板塔節(jié)省能耗高達(dá)18％。表1：實(shí)施例1的隔板塔與Kaibel隔板塔的分離效果比較產(chǎn)品純度(質(zhì)量％)戊烷己烷庚烷辛烷Kaibel隔板塔0.9760.9660.9740.982實(shí)施例1隔板塔0.999110.999表2：實(shí)施例1的隔板塔與傳統(tǒng)三塔流程的能耗比較實(shí)施例2本實(shí)施例隔板塔的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，所需分離的四組分混合物仍為戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物。不同之處在于本實(shí)施例中隔板塔的第一隔板1與第三隔板3的夾角α為180°，第一隔板1與第二隔板2的夾角β為50°，第二隔板2與第三隔板3的夾角γ為130°。待分離的戊烷、己烷、庚烷、辛烷四組分混合物的進(jìn)料量為50kmol/h，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩爾比為1:2:1:1。己烷采出量為20kmol/h，庚烷、辛烷采出量均為10kmol/h；塔頂回流比7.2，液相分配比為0.381，汽相分配比為0.8；主塔段二塔頂冷凝器的冷凝水(7bar的28度冷凝水)用量為32500kg/h，實(shí)現(xiàn)汽相分配比為0.8；在Kaibel隔板塔與本發(fā)明隔板塔具有相同的理論板的條件下，實(shí)施例2的隔板塔的分離效果明顯優(yōu)于Kaibel隔板塔，兩者分離效果對(duì)比見表3。采用傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物，進(jìn)料量和進(jìn)料摩爾組成不變，以再沸器負(fù)荷最低為目標(biāo)值，進(jìn)行進(jìn)料位置與理論板的優(yōu)化后，結(jié)果如下：第一塔共有28塊理論板，第10塊板進(jìn)料，回流比為5.2；第二塔共有24塊理論板，第11塊板進(jìn)料，回流比為4；第三塔共有26塊理論板，第13塊板進(jìn)料，回流比為4；三塔的操作壓力均為101.325kP。為便于比較，能耗結(jié)果也列于表4。與優(yōu)化后的傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物相比，本實(shí)施例的隔板塔結(jié)構(gòu)節(jié)省能耗高達(dá)18.6％。表3：實(shí)施例2的隔板塔與Kaibel隔板塔的分離效果比較表4：實(shí)施例2的隔板塔與傳統(tǒng)三塔流程的能耗比較實(shí)施例3本實(shí)施例隔板塔的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，所需分離的四組分混合物仍為戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物。不同之處在于本實(shí)施例中隔板塔的第一隔板1與第三隔板3的夾角α為190°，第一隔板1與第二隔板2的夾角β為50°，第二隔板2與第三隔板3的夾角γ為120°。待分離的戊烷、己烷、庚烷、辛烷四組分混合物的進(jìn)料量為60kmol/h，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩爾比為1:2:2:1。己烷、庚烷采出量均為20kmol/h，辛烷采出量為10kmol/h；塔頂回流比7.2，液相分配比為0.43，汽相分配比為0.78；主塔段二塔頂冷凝器的冷凝水(7bar的28度冷凝水)用量為30400kg/h，實(shí)現(xiàn)汽相分配比為0.78；在Kaibel隔板塔與本實(shí)施例隔板塔具有相同的理論板的條件下，本實(shí)施例隔板塔的分離效果明顯優(yōu)于Kaibel隔板塔，兩者分離效果對(duì)比見表5。采用傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物，進(jìn)料量和進(jìn)料摩爾組成不變，以再沸器負(fù)荷最低為目標(biāo)值，進(jìn)行進(jìn)料位置與理論板的優(yōu)化后，結(jié)果如下：第一塔共有23塊理論板，第9塊板進(jìn)料，回流比為5.2；第二塔共有28塊理論板，第12塊板進(jìn)料，回流比為4；第三塔共有26塊理論板，第13塊板進(jìn)料，回流比為4；三塔的操作壓力均為101.325kP。為便于比較，能耗結(jié)果也列于表6。與優(yōu)化后的傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物相比，本實(shí)施例的隔板塔節(jié)省能耗可達(dá)到9.6％。表5：實(shí)施例3的隔板塔與Kaibel隔板塔的分離效果比較產(chǎn)品純度(質(zhì)量％)戊烷己烷庚烷辛烷Kaibel隔板塔0.9760.9830.9760.982實(shí)施例3的隔板塔110.9990.999表6：實(shí)施例3的隔板塔與傳統(tǒng)三塔流程的能耗比較上述三個(gè)實(shí)施例表明：本發(fā)明隔板塔可實(shí)現(xiàn)四組分混合物的高純度分離；可通過主塔段二Ⅳ塔頂冷凝器冷卻介質(zhì)的冷凝量控制汽相分配比；中間組分含量不同，對(duì)應(yīng)不同的隔板夾角；在Kaibel隔板塔與本發(fā)明隔板塔具有相同的理論板的條件下，本發(fā)明隔板塔的分離效果明顯優(yōu)于Kaibel隔板塔；與傳統(tǒng)三塔流程分離四組分混合物相比，本發(fā)明的隔板塔結(jié)構(gòu)節(jié)省能耗顯著，需要注意的是，這里所述能耗對(duì)比是在傳統(tǒng)三塔進(jìn)行優(yōu)化、本發(fā)明隔板塔未優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的數(shù)據(jù)對(duì)比，故實(shí)施例1與實(shí)施例2可節(jié)省18％以上，實(shí)施例3可節(jié)省9.6％，當(dāng)本發(fā)明隔板塔進(jìn)行優(yōu)化選擇時(shí)，能耗節(jié)省可以進(jìn)一步特高，根據(jù)相關(guān)工藝條件，能耗節(jié)省可以提高到20％左右。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。