用于高纯度底部产物的改良蒸汽泵的制作方法

专利名称：用于高纯度底部产物的改良蒸汽泵的制作方法
用于高纯度底部产物的改良蒸汽泵发明领域本发明涉及烃的分离。具体而言，本发明涉及改善通过蒸馏分离具有近似沸点的烃组分的能量使用。
背景技术：
烃的分离是石油工业中的基本方法。石油为许多烃化合物的混合物，将化合物分离并用于不同目的，例如燃料、润滑剂、聚合物装置的进料等。石油工业中的一种分离方法为蒸馏。蒸馏是基于混合物中各组分相对挥发性的不同和因此液体混合物与由液体混合物形成的蒸气之间组成的不同的一种分离方法。在包括多阶段的标准连续蒸馏方法中，组成的不同使得每个阶段局部分离。使液相和气相通过不同阶段并进一步产生各自具有不同组成的新液相和气相。蒸馏系统存在的问题是它们是大的能耗者且就能量使用和消耗而言效率低。设计的改善可显著降低能耗。随着能量成本提高和压力提高以降低与能耗相关的CO2排放，迫切需要更有效的蒸馏设计。发明概述本发明提供混合物蒸馏中更有效的能量使用。蒸馏改善提供底部产物纯度提高的同时降低加入以使底部料流再沸腾的外部能量的量以产生用于从底部料流中汽提较轻组分的蒸气。本发明设备包括蒸馏塔、顶部回流冷凝器和底部再沸器。蒸馏塔具有用于抽取中间蒸气料流的入口的精馏段。设备还包括用于压缩中间蒸气料流的蒸汽泵压缩机和第二再沸器换热器。第二再沸器换热器将一部分底部料流气化，同时冷却压缩的中间蒸气料流。冷却的压缩中间料流传回塔的精馏段，气化的底部料流传回蒸馏塔提馏段的底部。本领域技术人员将由以下详述和附图了解本发明的其他目的、优点和应用。附图简述

图1显示本发明实施方案的图；图2显示具有用于压缩顶部蒸气料流的另一蒸汽泵压缩机的实施方案的图；图3显示具有底部液体闪蒸的可选择实施方案的图；和图4显示具有底部液体闪蒸的实施方案的可选择图。发明详述流体分离是本领域中熟知的，通过蒸馏分离是分离两种或更多种液体的常用方法。蒸馏方法基于以下原理操作混合物中不同液体组分具有不同挥发性，因此将产生平衡，其中对于更具挥发性的组分，气相具有相对那些组分在液相中的浓度更高的浓度。在连续蒸馏方法中，基本装置包括具有多个塔板的蒸馏塔、顶部冷凝器和底部再沸器。通常，蒸馏塔为垂直定向的圆柱形容器，并包括导入待分离流体的入口、在入口上方的精馏段和在流体下方的提馏段。塔板通常为筛板或泡罩塔板，或使液体流过和蒸气向上渗出塔板的其他塔板。在蒸馏过程中，存在向塔上部移动的气相和向塔下部移动的液相。液体流过塔板并向下至随后的塔板，同时蒸气通过塔板以接触液体。当向塔上部或下部移动时，这提供了平衡和因此相中组成的变化。在塔的底部，液体部分再沸腾以产生连续向上移动通过塔的蒸气料流，同时将其余部分作为塔底部产物料流取出。在塔的顶部，蒸气冷凝且一部分直接回到塔中以提供向下通过塔的连续液体料流，同时将其余部分作为冷凝物或蒸馏物取出。然而，蒸馏可能是高耗能的，且取决于待分离混合物中各组分的性能，可能需要许多阶段或塔板。由于增加阶段数以进行所需分离，这对于具有近似沸点的液体的混合物而言是重要的。当底部产物具有高纯度需要时，能量可通过将来自精馏段的中间蒸气料流压缩而储存以使底部料流再沸腾。本发明提供底部料流的有效再沸腾。本发明蒸馏分离的设备显示于图1中。设备包括具有进料入口 12的蒸馏塔10、置于进料入口 12上方且具有顶部蒸气料流出口 22的精馏段20和置于进料入口 12下方且具有底部液体料流出口 32的提馏段 30。设备还包括用于使底部液体料流再沸腾的底部再沸器40和用于冷凝顶部蒸气料流的顶部冷凝段50。设备还包括来自精馏段20的蒸气侧取口 60。蒸气侧取口 60通向蒸汽泵压缩机62，其中压缩来自蒸气侧取口 60的蒸气。压缩蒸气通向第二再沸器换热器64的蒸气侧。一部分底部液体通向第二再沸器换热器64的液体侧。使底部液体再沸腾以产生蒸气并供入蒸馏塔10的提馏段30底部。将优选压缩的蒸气冷凝，且来自再沸器换热器64的冷凝蒸气通向蒸馏塔10的精馏段20的入口。就效率而言，当该设备用于制备具有高纯度要求的底部产物时，可以通过由蒸气侧取口 60抽取蒸气而减小精馏段20的尺寸，蒸气侧取口 60可位于精馏段20中的最低塔板上方。使进料由进料分离成液体和蒸气，并抽取一部分流过精馏段20的蒸气，降低蒸气侧取口上方的精馏段20的蒸气和液体的体积流量。通过抽取用于压缩的中间料流，降低压缩比并以较低严格性储存通过压缩机操作的能量。通过使用压缩中间蒸气料流以使底部沉积物再沸腾，对于蒸馏塔所需要的外部能量将显著降低。压缩中间蒸气料流将降低压缩比并由降低的效用提供节能。对于来自塔顶部的蒸气料流，组成将不同并且将存在较大的压缩比。本发明对于分离具有近似沸点的类似组分尤其有用。例如，在丙烷/丙烯混合物的分离中，蒸馏在升高的压力下进行，由于类似的性能，高度分离将需要蒸馏塔中的大量阶段或塔板数。压缩从精馏段抽取的中间料流的使用可以提供用于使底部料流再沸腾的大量能量。如果仅需要提纯丙烷料流，则精馏段可以更小，且从精馏段抽取的压缩料流将具有足以使一部分底部再沸腾的热。在另一实施方案中，如图2所示，该设备还包括用于压缩顶部蒸气料流的第二蒸汽泵压缩机52。顶部蒸气料流通入蒸气-液体分离器M中，其中蒸气被送往压缩机52。一部分来自蒸气-液体分离器的液体被送往产物中，同时第二部分被送往塔10中的液体回流中。在该实施方案中，底部再沸器40为再沸器换热器，压缩的顶部蒸气料流通过换热器的蒸气侧，一部分底部液体通过换热器再沸器40的液体侧。压缩的蒸气为至少部分冷凝的， 并再次被送往塔10的顶部。冷凝的液体在压力下并通过压力降低阀，其中一进入塔10的精馏段20中，液体就被部分闪蒸。冷凝的液体可进入精馏段顶部的分隔口，或可进入回流入口。蒸气从精馏段20的出口 22排出，液体用作精馏段20的回流。来自蒸气-液体分离器M的过量冷凝液体经由泵58泵入以储存，或石油化学装置中的其他操作装置。该设备还包括第三再沸器42，也称作平衡再沸器(trim reboiler)。当来自第一再沸器换热器40和第二再沸器换热器64的热不足时，第三再沸器42提供其他热。一部分压缩顶部蒸气料流可以通过平衡冷凝器(trim condenser) 56。该部分冷凝并在通过压力降低阀至蒸气-液体分离器的较低压力以后被送往蒸气-液体分离器。该冷凝的液体将部分闪蒸且其余液体将加入塔10的回流中。平衡冷凝器56的使用取决于不需要被送入再沸器40的压缩顶部蒸气的量。这通过再沸器40的热荷载要求和要冷凝的压缩顶部蒸气的量确定。本发明还提供一种当底部产物具有高纯度要求时，分离混合物中较低挥发性组分的方法。通过使用蒸汽泵压缩机，可使用中间蒸气料流以提供使蒸馏塔底部料流再沸腾的热。该方法包括将混合物送往蒸馏塔的进料段，所述蒸馏塔具有在进料段上方的精馏段和在进料段下方的提馏段。该方法产生顶部蒸气料流和底部料流。一部分顶部蒸气料流冷凝， 由此产生冷凝的顶部料流。一部分冷凝的顶部料流作为蒸馏方法的回流被送往精馏段的顶部。一部分底部料流被送往第一再沸器，其中料流至少部分气化，且气化的底部料流被送往提馏段的底部。该方法还包括从精馏段的中间段抽取侧蒸气料流，并将侧蒸气料流送往蒸汽泵压缩机，其中压缩蒸气料流以形成压缩的侧蒸气料流。将压缩的侧蒸气料流送往第二再沸器换热器的蒸气侧并用于使一部分底部料流再沸腾，将其送往第二换热器的液体侧。底部料流再沸腾产生蒸气料流并送往提馏段的底部。压缩的侧蒸气料流冷却并部分或完全冷凝， 并送往塔的精馏段入口。冷凝的压缩侧蒸气料流通过压力降低阀并当它送入蒸馏塔时部分闪蒸，由此产生部分液体且部分蒸气的侧进料料流。在本方法的可选择实施方案中，顶部蒸气料流送往蒸气-液体分离器，由此产生蒸气料流和液体料流以用作回流。蒸气料流送往顶部蒸汽泵压缩机，产生压缩的顶部蒸气料流。压缩的顶部蒸气料流由于压缩而被加热并用于使一部分底部料流再沸腾。在该实施方案中，第一再沸器为换热器，其中压缩的顶部蒸气料流被送往换热器的蒸气侧。一部分底部料流送往第一再沸器的液体侧且一部分底部料流气化以产生底部蒸气料流。底部蒸气料流然后送往提馏段的底部。压缩的底部蒸气料流冷却且一部分料流冷凝。优选，第一再沸器在使所有压缩顶部蒸气料流冷凝的条件下校准和操作。冷凝的顶部蒸气料流在升高的压力下并在送往塔的精馏段顶部以前通过压力降低阀。当它送往塔时，冷凝的料流将闪蒸，一部分来自闪蒸的液体将提供精馏段的回流料流。由闪蒸的冷凝料流产生的蒸气被送往蒸气-液体分离器。在可选择的实施方案中，改进的底部料流提纯包括降低底部料流的压力并使降低压力的底部料流再沸腾以生产底部蒸气料流。如图3所示，该设备包含蒸馏塔10，所述蒸馏塔包括具有塔顶蒸气料流出口 22的精馏段20、具有底部液体料流出口 32的提馏段30和具有进料入口 12且置于精馏段20与提馏段30之间的进料段。该设备还包括再沸器段，其中再沸器段包括用于降低液体底部料流压力的装置46、具有与降低压力底部料流成流体连通的液体侧和与顶部蒸气料流成流体连通的蒸气侧的第一再沸器40，和与第一再沸器液体侧成流体连通的第一蒸汽泵压缩机70。将在第一再沸器40中冷凝的顶部蒸气料流送往蒸气-液体分离转鼓并与精馏段20顶部成流体连通。该设备还包括用于从精馏段20抽取蒸气料流的侧取口 60。蒸气侧取口与第二再沸器64的蒸气侧成流体连通。第二再沸器64的液体侧与降低压力的液体底部料流成流体连通。降低压力的液体底部料流可以从已通过压力降低装置46的降低压力的液体底部料流中取出，或可以为通过第二压力降低装置(未显示)的另一部分液体底部料流。第二蒸汽泵压缩机72与再沸腾的底部料流成流体连通，并产生压缩底部蒸气料流，将其送往提馏段30的底部。压力降低装置46可以为焦耳-汤姆孙(Joule-Thompson)阀，或用于降低底部液体料流压力的任何其他装置。其他装置包括使液体通过驱动发动机的涡轮和回收一些降低压力过程中消耗的能量。该实施方案的方法包括将混合物送入蒸馏塔10的进料段。操作蒸馏塔10产生向上流过塔10的蒸气料流和向下流过该塔的液体料流，其中顶部蒸气料流离开精馏段20的出口 22，底部液体料流离开提馏段30的出口 32。一部分液体底部料流通过压力降低装置 46并产生降低压力的底部料流。将降低压力的底部料流送往再沸器液体侧的第一再沸器 40。将顶部蒸气料流送往第一再沸器40的蒸气侧。顶部蒸气料流冷凝，由此产生冷凝料流， 降低压力的底部料流气化，由此产生底部蒸气料流。将冷凝的顶部料流作为回流送往精馏段20的顶部。降低压力的底部料流在再沸器40中再沸腾，并产生底部蒸气料流。将任何来自未再沸腾的降低压力底部料流的液体分离、收集并再返回提馏段30的底部。由于液体处于降低的压力下，液体压力通过泵74提高至足以将液体输送至提馏段30的压力。将再沸腾液体进行液体-蒸气分离以防止液体去往蒸汽泵压缩机70、72。将底部蒸气料流用蒸汽泵压缩机70压缩，由此产生压缩的底部蒸气料流。将底部蒸气料流送往提馏段30的底部，以提供热和蒸气以从向下流过蒸馏塔10的流体中提馏出更具挥发性的组分。使第二部分液体底部料流通过降低液体压力的装置。第二部分可具有分开的压力降低装置，例如分离阀，或可在第一部分已通过降低压力装置以后从第一部分底部液体中取出。第二压力降低装置提供热传递所需要的驱动力以控制温度并从而使第二部分液体底部料流再沸腾。第二部分通过第二再沸器64，其中第二部分气化形成第二底部蒸气料流。 将任何未气化的第二部分液体底部料流分离、收集并通过泵74泵回提馏段30的底部。将第二底部蒸气料流通过第二蒸汽泵压缩机72压缩，从而产生第二压缩底部蒸气料流。第二压缩底部蒸气料流然后被送往提馏段30的底部以加入用于蒸馏方法的其他蒸气。液体底部料流的其余部分为具有较高纯度的底部产物。将蒸气侧料流从蒸馏塔10中的侧取口 60取出并通过第二再沸器64的蒸气侧，其中蒸气侧料流冷凝。冷凝的侧料流然后作为侧液体进料送往蒸馏塔10。优选蒸气侧料流在精馏段10的底部附近取出。该实施方案的另一变化方案显示于图4中。该设备包含蒸馏塔10，所述蒸馏塔具有精馏段20和提馏段30。该设备还包含用于降低液体底部料流压力的第一装置46，和具有与降低压力的液体底部料流成流体连通的第一再沸器40。将一部分顶部蒸气料流送往第一再沸器40的蒸气侧，其中顶部蒸气料流冷凝且液体底部料流气化。将任何未气化的液体底部料流分离、收集并泵回提馏段30的底部。泵74增加液体压力至至少用于从第一再沸器40收集的未气化液体的提馏段30底部的压力。将气化底部料流用蒸汽泵压缩机70压缩，从而产生压缩蒸气料流并送往提馏段30的底部。冷凝的顶部蒸气料流作为回流送入精馏段20的顶部。优选，首先将冷凝的顶部蒸气料流送往蒸气-液体分离罐M。罐M收集液体并将一部分作为顶部馏出物送出，同时其余部分返回精馏段20的顶部。该设备还包括用于从塔10中抽取中间液体料流的口 60。优选口 60在塔的提馏段30中。中间液体料流通过第二压力降低装置66并产生降低压力的中间液体料流。降低压力的中间液体料流与第二再沸器64的液体侧成流体连通，其中至少一部分液体气化。将任何未气化的中间液体料流分离、收集并返回提馏段30。未气化的来自第二再沸器64的液体部分通过第二泵76至足以使液体返回塔10的压力。未气化的液体部分可在液体抽取口 60处或下方返回提馏段。在一个实施方案中，它随由第一再沸器回收的液体返回。顶部蒸气料流的第二部分被送往第二再沸器64的蒸气侧，其中第二部分至少部分冷凝。将气化的中间料流用第二蒸汽泵压缩机72压缩，压缩的中间蒸气返回塔10中。优选，蒸气返回塔 10中其中中间液体料流从口 60取出的塔板上方的位置。冷凝的顶部蒸气料流与精馏段的顶部成流体连通，其中冷凝的料流作为回流返回。该方法包括使用顶部蒸气料流使液体底部料流和中间液体料流再沸腾。液体料流通过压力降低装置并在较低的温度下气化。然后将气化的料流压缩，其中蒸气通过压缩加热。加热并压缩的蒸气然后返回至蒸馏塔以提供用于汽提向下流的液体的向上流的蒸气。在该实施方案中，混合物送往蒸馏塔的进料段。蒸馏塔具有在精馏段20顶部的顶部蒸气料流出口和在提馏段30底部的液体底部料流出口。一部分底部料流通过压力降低阀46至第一再沸器40，其中它与一部分顶部蒸气料流交换热。底部料流气化且顶部蒸气料流冷凝。将气化的底部料流用蒸汽泵压缩机70压缩，产生压缩且加热的底部蒸气料流。底部蒸气料流送往提馏段30的底部以提供热以从向下流过塔10的液体中汽提各组分。冷凝的顶部蒸气料流作为回流送往精馏段20的顶部。本方法还包括从塔10的中间口 60中抽取液体料流并使中间液体料流通过压力降低阀66以生产降低压力的中间液体料流，将其送往第二再沸器64。降低压力的液体料流与第二部分顶部蒸气料流热交换，其中降低压力的液体料流气化且顶部蒸气料流冷凝。将再沸腾的中间蒸气料流用第二蒸汽泵压缩机72压缩并送往塔10中的中间入口。优选，将蒸气送往塔10中其中中间液体从口 60取出的塔板上方。将顶部蒸气料流的第二冷凝部分作为其他回流送往精馏段20的顶部。通过使用来自压缩中间料流的热，能量更有效地用于蒸馏方法中，当在中间出料口下方较低蒸气和液体流过提馏段时，这可以进一步降低中间出料口下方蒸馏塔的大小。当本发明以目前考虑的优选实施方案描述时，应当理解本发明不限于所公开的实施方案，而是意欲涵盖包括在附属权利要求中的各种改进和相当配置。
权利要求
1.一种从混合物中蒸馏分离第一组分的设备，其包含蒸馏塔(10)，其包含具有塔顶蒸气料流出口的精馏段(20)、具有底部液体料流出口的提馏段(30)和具有进料入口(1 且置于精馏段00)与提馏段(30)之间的进料段； 用于使从提馏段(30)进入的底部液体料流再沸腾的底部再沸器段； 用于冷凝来自精馏段00)的顶部蒸气料流的顶部冷凝段(50)； 来自精馏段(20)的蒸气侧取口 (60)；具有与蒸气侧取口(60)成流体连通的入口，和出口的蒸汽泵压缩机(6 ；和具有与来自提馏段(30)的底部料流成流体连通的流体侧，且具有与蒸汽泵压缩机(6 的出口成流体连通的蒸气侧的第二再沸器换热器(64)。
2.根据权利要求1的设备，其还包含第二蒸汽泵压缩机(52)，其具有与顶部蒸气料流成流体连通的入口和从而产生顶部压缩蒸气料流的出口。
3.根据权利要求2的设备，其中底部再沸器段包含具有与来自提馏段的底部料流成流体连通的流体侧且具有与顶部压缩蒸气料流成流体连通的蒸气侧的换热器GO)。
4.根据权利要求2的设备，其还包含具有与第二蒸汽泵(5 出口成流体连通的入口并用于冷凝一部分顶部压缩蒸气料流的冷凝器(56)。
5.根据权利要求4的设备，其中所述冷凝器(56)为平衡冷凝器。
6.根据权利要求2的设备，其还包含具有与精馏段O0)出口成流体连通的入口和与第二蒸汽泵压缩机(52)入口成流体连通的出口的用于分离的蒸气-液体分离罐(54)。
7.根据权利要求1的设备，其还包含用于使来自底部料流的其他液体再沸腾的第三再沸器(42)。
8.根据权利要求1的设备，其中所述蒸气侧取口(60)位于精馏段O0)的最低塔板上方。
9.根据权利要求1的设备，其还包含通向精馏段O0)的侧入口且其中所述蒸汽泵压缩机出口与通向精馏段O0)的侧入口成流体连通。
全文摘要
公开了一种用于降低蒸馏塔(10)的能耗的设备。本设备从蒸馏塔(10)的精馏段(20)抽取中间蒸气料流(60)，其中压缩蒸气料流并用于使一部分底部料流再沸腾。压缩蒸气料流将能量转移至底部料流，从而将一部分蒸气料流冷凝，同时使底部料流气化。
文档编号B01D3/00GK102186546SQ200980141313
公开日2011年9月14日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年10月27日
发明者P·A·瑟克里斯特, D·A·韦格尔 申请人:环球油品公司