一種具有換熱塔板的熱耦合噴射并流塔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣液傳質(zhì)設(shè)備，尤其是一種具有換熱塔板的熱耦合噴射并流塔， 用于化工、煉油、石化、環(huán)保等領(lǐng)域的傳質(zhì)過程。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油化工過程中，精餾過程是應(yīng)用最為廣泛的單元操作之一，也是石油化工領(lǐng) 域中能耗最大的操作單元。在傳統(tǒng)的精餾塔中，引入精餾塔再沸器的熱量通過精餾塔之后 由冷凝器處排出，大部分的能量損失在塔的壓降和通過換熱器的溫差上，而只有部分能量 被用來減少精餾塔產(chǎn)品的熵，其熱力學(xué)效率一般只有5?10%，能量損失十分巨大。因此， 開發(fā)并使用新型節(jié)能設(shè)備會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[0003] 精餾塔內(nèi)部熱耦合技術(shù)是一種理想節(jié)能方法。從20世紀(jì)末起，內(nèi)部熱耦合精餾塔 的研宄逐漸開展和深入。2005年，英國開發(fā)出一種塔板內(nèi)部傳熱式內(nèi)部熱耦合精餾塔，歐盟 開發(fā)出一種熱交換屏（Heat transfer panel，簡稱HTP)式內(nèi)部熱親合精餾塔，但是，由于塔 內(nèi)部熱耦合傳熱面積較小，因而未獲得應(yīng)用性進(jìn)展。從1995年至2007年，日本先后開發(fā)了 同心圓柱式和多同心圓柱捆綁式熱耦合精餾塔；但是，同心圓柱式熱耦合精餾塔結(jié)構(gòu)較為 簡單，但仍未解決原有的內(nèi)部熱耦合傳熱面積小的問題，多同心圓柱捆綁式內(nèi)部熱耦合蒸 餾塔雖然具有更大的傳熱面積，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高，難以在實(shí)際中推廣應(yīng)用。
[0004] 2009年，中國專利CN200910087709. 9設(shè)計了一種內(nèi)部熱耦合蒸餾塔，通過三個外 部換熱器實(shí)現(xiàn)精餾段與提餾段之間的熱耦合，一個外部換熱器進(jìn)行精餾段頂部與提餾段頂 部之間的熱量交換，從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的無外部回?zé)岵僮?；但是，該?nèi)部熱耦合 蒸餾塔包括有四個外部換熱器和兩個塔體，設(shè)備體積大、成本高。
[0005] 中國專利CN201010195101. 0公開了一種液體并流復(fù)合塔，實(shí)現(xiàn)了塔板上液體呈 同方向流動，增加了有效傳質(zhì)面積。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，液體并流復(fù)合塔包括圓柱形塔體1 和設(shè)置在塔體1內(nèi)的多層連續(xù)傳質(zhì)塔板。塔體1分為圓柱形內(nèi)塔8和環(huán)形外塔9,內(nèi)塔8套 裝在外塔9內(nèi)，內(nèi)塔結(jié)構(gòu)如圖2所示；內(nèi)塔中的塔板I與內(nèi)塔橫截面相應(yīng)，且平行設(shè)置，外塔 中也平行設(shè)置有與外塔橫截面相應(yīng)的環(huán)形塔板II。在外塔9的塔板和內(nèi)塔8的塔板上均設(shè) 置有升氣孔，升氣孔上方設(shè)置帽罩。所述內(nèi)塔和外塔中分別設(shè)置有使每層塔板上的液體呈 同方向流動的降液系統(tǒng)。
[0006] 該專利產(chǎn)品消除了傳統(tǒng)塔板上的液體滯留區(qū)，增加了有效傳質(zhì)面積，增大了處理 能力，提高了塔板的傳質(zhì)效率。但是，該液體并流復(fù)合塔的熱量均由塔底的再沸器提供，能 耗高，熱量利用率低，而且為了達(dá)到較好的精餾效果，塔高通常較高，安裝施工難度大，不易 維護(hù)檢修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種傳質(zhì)面積大、塔板效率高、熱量利用率高、 能耗小的熱耦合噴射并流塔。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0009] -種具有換熱塔板的熱耦合噴射并流塔，包括塔體和多層連續(xù)傳質(zhì)塔板，塔體包 括內(nèi)塔和外塔，每層連續(xù)傳質(zhì)塔板包括設(shè)置有升氣孔的塔板、帽罩和降液系統(tǒng)；所述內(nèi)塔和 外塔之間通過內(nèi)塔的外壁隔離形成精餾段和提餾段；當(dāng)內(nèi)塔是精餾段時，外塔為提餾段； 當(dāng)內(nèi)塔為提餾段時，外塔為精餾段；所述精餾段的塔板是與提餾段通過換熱入口和換熱出 口相連通的換熱塔板，換熱塔板的換熱入口和換熱出口位于提餾段降液系統(tǒng)之外的傳質(zhì) 區(qū)。
[0010] 本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述換熱塔板是中空的雙層塔板或者塔板表 面設(shè)置有傳熱管的單層塔板；所述換熱管為直管、彎管、盤管或螺旋盤管。
[0011] 本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述換熱塔板的換熱入口和換熱出口位于不 同的傳質(zhì)區(qū)。
[0012] 本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述換熱塔板的換熱出口低于換熱入口。
[0013] 本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：當(dāng)換熱塔板為雙層塔板時，升氣孔貫穿換熱 塔板但不與換熱塔板的內(nèi)部連通；當(dāng)換熱塔板為設(shè)有傳熱管的單層塔板時，傳熱管避開升 氣孔。
[0014] 本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：提餾段頂部為原料入口，提餾段底部的液相 出口與再沸器相連通，再沸器的液體出口連通重組分采出管道，再沸器的氣體出口連通提 餾段底部的氣體入口；提餾段頂部氣體出口通過管道與精餾段底部的氣體入口相連，精餾 段頂部的氣體出口與冷凝器相連通，冷凝器的出口一方面與輕組分采出管道直接相連，另 一方面通過回流泵與精餾段頂部的液體入口相連通；精餾段底部的液體出口通過管道連通 提餾段頂部的原料入口。
[0015] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：
[0016] 本發(fā)明提供了一種具有換熱塔板的熱耦合噴射并流塔，該塔將精餾段和提餾段設(shè) 置為內(nèi)塔外塔套裝的形式，有效利用提餾段和精餾段的溫差在內(nèi)塔塔壁處進(jìn)行換熱、回收 熱量，并通過換熱塔板增大了換熱面積，有效減少了散熱量，強(qiáng)化了提餾段對精餾段的熱量 傳遞，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。與常規(guī)的精餾裝置能耗相比可節(jié)能20%以上，可以極大地 節(jié)省操作費(fèi)用，因此具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。同時，由于精餾段和提餾段為同心圓 柱型，可大大減小塔高，易于安裝維護(hù)和生產(chǎn)操作。
[0017] 本發(fā)明塔體采用內(nèi)外套塔的結(jié)構(gòu)，通過外部管道的設(shè)置，將原料液由提餾段頂部 進(jìn)料，經(jīng)傳質(zhì)換熱后，到達(dá)提餾段底部的液相經(jīng)再沸器進(jìn)一步加熱后采出，再沸器中分離出 的氣體作為提餾段的氣相使用；到達(dá)提餾段頂部的氣相被送入精餾段底部，經(jīng)多層塔板傳 質(zhì)傳熱后，到達(dá)精餾段頂部的氣相中輕組分的純度很高、經(jīng)冷凝器冷凝后獲得高純度的輕 組分；其中一部分高純度的輕組分在回流泵的作用下作為液相重新從進(jìn)入精餾塔塔頂，經(jīng) 過傳熱傳質(zhì)后從精餾塔底排出、并經(jīng)管道重新回到提餾段頂部作為提餾段的回流液相。這 樣就實(shí)現(xiàn)了原料液的精餾，重組分和輕組分經(jīng)過足夠數(shù)量的塔板傳質(zhì)分離，塔頂采出輕組 分和塔底采出重組分的純度都很高，分離效果好。
[0018] 本發(fā)明的精餾段塔板為換熱塔板，提餾段的高溫氣相進(jìn)入換熱塔板、對在精餾段 塔板上流動的液相料液進(jìn)行加熱，顯著增大了換熱面積，提高了熱量的利用率。所述換熱塔 板的換熱入口和換熱出口均位于提餾段降液系統(tǒng)之外的傳質(zhì)區(qū)，但換熱入口和換熱出口不 在同一個傳質(zhì)區(qū)，有效避免由于冷熱氣體返混而導(dǎo)致?lián)Q熱塔板內(nèi)的氣體溫度降低；所述換 熱出口低于換熱入口，便于換熱塔板內(nèi)部的冷凝液及時流出，換熱塔板內(nèi)部的氣體保持高 溫，有效保證了換熱塔板的換熱效果。換熱塔板是中空的雙層塔板或表面設(shè)置有傳熱管的 單層塔板，且傳熱管可選擇直管、彎管、盤管或螺旋盤管等多種形式，適用范圍非常廣。
【附圖說明】
[0019] 圖1是中國專利CN201010195101. 0公開的液體并流復(fù)合塔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是中國專利CN201010195101. 0液體并流復(fù)合塔中的內(nèi)塔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3是內(nèi)塔為精餾段、外塔為提餾段時的物料流向示意圖；
[0022] 圖4是內(nèi)塔為提餾段、外塔為精餾段時的物料流向示意圖；
[0023] 其中，1、塔體，2、塔板I，31、降液板I，32、降液板II，33、降液擋板，34、中心降液 管，35、液體流出通道，36、中間受液盤，38、環(huán)形受液盤，39、導(dǎo)流管，4、溢流堰，5、帽罩，6、降 液通道，7、進(jìn)口堰，8、內(nèi)塔，9、外塔，14、再沸器，15、冷凝器，16、儲液罐，17、回流泵，18、原料 液進(jìn)液管道，19、重組分采出管道，20、輕組分采出管道。
[0024] 圖3、圖4中的實(shí)心箭頭表示液體流向，空心箭頭表示氣體流向。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0026] 一種熱耦合噴射并流塔，包括圓柱形塔體1 ;塔體1包括圓柱形的內(nèi)塔8和環(huán)形的 外塔9,內(nèi)塔8套裝在外塔9內(nèi)；內(nèi)塔8與外塔9之間通過內(nèi)塔8的外壁隔離成精餾段和提 餾段。當(dāng)以內(nèi)塔8為精餾段時，外塔9即為提餾段；當(dāng)以內(nèi)塔8為提餾段時，外塔9即為精 餾段。在塔底設(shè)置有為塔體提供熱量的再沸器14,再沸器14與提餾段底部相連通；在精餾 段的塔頂設(shè)置有冷凝器15和回流泵17。
[0027] 所述外塔9的結(jié)構(gòu)與中國專利CN201010195101.0中的外塔結(jié)構(gòu)相同。外塔9內(nèi) 平行設(shè)置有多組環(huán)形塔板，在環(huán)形塔板上設(shè)置有多個升氣孔，帽罩5位于升氣孔上方。外塔 降液系統(tǒng)包括環(huán)繞于內(nèi)塔外壁的四套降液管，這四套降