蒸馏装置和用于控制该蒸馏装置的方法
【专利摘要】在热联合蒸馏塔(HIDiC)中，可以针对各种干扰稳定地保持产品纯度。本发明提供了一种用于控制蒸馏装置的方法，所述蒸馏装置包括：高压部，其包括整个或一部分的精馏段并且在相对高的压力进行气-液接触；低压部，其包括整个或一部分的汽提段并且在相对低的压力进行气-液接触；用于将低压部的塔顶蒸气引导到高压部的塔底的管线；用于将高压部的塔底液体引导到低压部的塔顶的管线；以及热交换结构体，其被配置成将来自精馏段的热传递到汽提段，其中所述方法包括控制从高压部引导到低压部的塔底液体的流量。还提供一种蒸馏装置，所述蒸馏装置包括在用于将高压部的塔底液体引导到低压部的管线中的流量控制装置。
【专利说明】蒸馏装置和用于控制该蒸馏装置的方法
[0001]本申请基于2012年11月15日提交的日本专利申请2012-251321，并且要求该日本专利申请的优先权权益，该日本专利申请的公开内容通过引用将其全部结合在此。
【技术领域】
[0002]本发明涉及用于进行大量工业过程中广泛使用的蒸馏操作的蒸馏装置，更具体地，它涉及其中在精馏段和汽提段之间实施热交换的蒸馏装置。
【背景技术】
[0003]蒸馏分离一般被广泛地应用于工业过程，但它是消耗极大能量的单元操作。因此，工业上已经在研究可以降低能量消耗的蒸馏装置。在这些研究中，作为具有优异能量节省的蒸馏装置，已经研发了热联合蒸馏塔(下文中有时候称作HIDiC)。
[0004]传统上，在用于实施连续蒸馏的蒸馏塔的原料进料级上方的部分被称作精馏段，而在原料进料级下方的部分被称作汽提段。蒸馏塔设置有用于冷却并且冷凝塔顶蒸气的冷凝器以及用于加热并通过加热使塔底液体沸腾的再沸器。
[0005]HIDiC具有在其中的一个蒸馏塔的精馏段和汽提段彼此分离的基本构造。精馏段的操作压力被设置得比汽提段的操作压力高，因而精馏段的操作温度变得比汽提段的操作温度高。而且，HIDiC被配置使得可以在精馏段和汽提段之间进行热交换。因此，热从精馏段传递到汽提段，因此能够降低在再沸器供应的热的量以及降低在冷凝器移除的热的量。换言之，通过热交换而使热从精馏段传递到汽提段，在再沸器供应的热和在冷凝器移除的热可以至少部分被代替，并且作为结果，可以获得具有极高能量效率的蒸馏装置。
[0006]为了将这样的HIDiC投入实际使用，JP H08-66601A已经提出了一种蒸馏装置，该蒸馏装置使用壳管式热交换结构体作为基本构造，分别使用了管的内部和外部作为精馏段和汽提段，并且可以通过使用管壁作为传热表面而将热从精馏段传递到汽提段。而且，作为用于这种蒸馏装置的改进建议，JP2004-16928A已经提出了一种蒸馏装置，该蒸馏装置使用双管作为所述管，并且分别使用该双管的最内部分和周围部分作为精馏段和汽提段。
[0007]而且，国际公布W02011/043199已经提出了一种蒸馏装置，在该蒸馏装置中的精馏塔(精馏段)和汽提塔(汽提段)通过管道系统彼此连接，并且通过在精馏塔中设置热交换器并将从汽提塔中取出的液体引入到这个热交换器中，或者通过在汽提塔中设置热交换器并将从精馏塔中取出的蒸气引入到这个热交换器中，在精馏塔和汽提塔之间实施热交换。
【发明内容】
[0008]对于蒸馏装置而言，必需针对其操作过程中发生的各种干扰稳定地保持产品纯度。然而，HIDiC仍然在发展中，并且仍然没有建立控制它的方法。
[0009]本发明的一个目的是提供一种其中可以针对各种干扰稳定地保持产品纯度的HIDiC以及控制HIDiC的方法。[0010]本发明的一个方面提供一种用于控制蒸馏装置的方法，所述蒸馏装置包括:
[0011]高压部，其包括整个或一部分的精馏段，并且被配置成在相对高的压力进行气-液接触；
[0012]低压部，其包括整个或一部分的汽提段，并且被配置成在相对低的压力进行气-液接触；
[0013]用于将所述低压部的塔顶蒸气引导到所述高压部的塔底的管线；
[0014]用于将所述高压部的塔底液体引导到所述低压部的塔顶的管线；以及
[0015]热交换结构体，其被配置成将来自所述精馏段的热传递到所述汽提段，
[0016]其中所述方法包括控制从所述高压部引导到所述低压部的所述塔底液体的流量。
[0017]本发明的另一个方面提供一种蒸馏装置，所述蒸馏装置包括:
[0018]高压部，其包括整个或一部分的精馏段，并且被配置成在相对高的压力进行气-液接触；
[0019]低压部，其包括整个或一部分的汽提段，并且被配置成在相对低的压力进行气-液接触；
[0020]用于将所述低压部的塔顶蒸气引导到所述高压部的塔底的管线；
[0021]用于将所述高压部的塔底液体引导到所述低压部的塔顶的管线；以及
[0022]热交换结构体，其被配置成将来自所述精馏段的热传递到所述汽提段，
[0023]其中所述的用于将所述高压部的塔底液体引导到所述低压部的管线包括流量控制装置。
[0024]本发明提供一种其中可以针对各种干扰稳定地保持产品纯度的HIDiC以及控制HIDiC的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1示意性地显示了可应用于本发明的HIDiC的构造的一个实例；
[0026]图2示意性地显示了用于比较的HIDiC的构造的一个实例；
[0027]图3显示了可应用于本发明的HIDiC的构造的一个实例；
[0028]图4显示了在塔中蒸气和液体的载量(load)的实例；
[0029]图5显示了在馏出液和液体塔底产物(在方案Ia中)中杂质浓度的随时间变化；
[0030]图6显示了在馏出液和液体塔底产物(在方案Ib中)中杂质浓度的随时间变化；
[0031]图7显示了在馏出液和液体塔底产物(在方案2a中)中杂质浓度的随时间变化；
[0032]图8显示了在馏出液和液体塔底产物(在方案2b中)中杂质浓度的随时间变化；
[0033]图9显示了 HIDiC的一个实例的整体构造；
[0034]图10显示了图9中所示的液体取出单元的构造；
[0035]图11显示了位于图9所示的高压塔中的管束式热交换器的外围构造；
[0036]图12显示了 HIDiC的另一个实例的整体构造；以及
[0037]图13显示了位于图12所示的低压塔中的管束式热交换器的外围构造。
【具体实施方式】
[0038]现在将参考附图描述本发明，但是本发明并不限于此。在下面的描述中，"CS"表示碳数为8，" C9"表示碳数为9，而"C8A"表示一种或多种CS芳族化合物，S卩，一种或多种具有8个碳原子的芳族化合物，而"C9A"是指一种或多种C9芳族化合物，即，一种或多种具有9个碳原子的芳族化合物。
[0039][HIDiC的基本结构]
[0040]下面将提到HIDiC中包括的组件。
[0041]-高压部，其包括精馏段的全部或一部分，并且在相对高的压力进行气-液接触，
[0042]-低压部，其包括汽提段的全部或一部分，并且在相对低的压力进行气-液接触，
[0043]关于蒸馏操作的术语"精馏段"和"汽提段"已经长时期用于蒸馏装置，尤其是连续的蒸馏装置。精馏段对应于被配置为单一塔的常规蒸馏塔中在原料进料位置上方的区段。汽提段对应于在常规蒸馏塔中位于原料进料位置下方的区段。换言之，精馏段是蒸馏装置(典型地是蒸馏塔)中比原料轻的馏分流经的区段。汽提段是蒸馏装置(典型地是蒸馏塔)中比原料重的馏分流经的区段。
[0044]高压部的操作压力被设置得比低压部的操作压力高，因而精馏段的温度比汽提段的温度高，因而可以通过间接热交换将热从精馏段转移到汽提段。在此“相对高或低的压力”是基于低压部和高压部的压力之间彼此比较而言的。
[0045]高压部基本上对应于精馏段，而低压部基本上对应于汽提段。因此，在HIDiC的最基本构造中，高压部包括精馏段但不包括汽提段，而低压部包括汽提段但不包括精馏段。换言之，高压部包括整个精馏段，而低压部包括整个汽提段。然而，HIDiC的构造不限于这样的构造。低压部可以包括整个汽提段并且也包括精馏段的一部分，而精馏段的其余部分可以被包括在高压部中。备选地，高压部可以包括整个精馏段并且还包括汽提段的一部分，而汽提段的其余部分可以包括在低压部中。
[0046]换言之，HIDiC的基本结构是通过采用原料进料位置作为分界线将常规蒸馏塔分成两个区域(包括整个精馏段的高压部和包括整个汽提段的低压部)而获得的结构。然而，HIDiC的结构不限于这种结构。还能够采用通过将常规蒸馏塔在原料进料位置上方的位置分成两个区域的结构，即，其中单一塔被分隔(在中途沿着精馏段布置的位置用作分界线)成两个区域(包括整个汽提段和一部分精馏段的低压部，以及不包括汽提段但是包括余下的精馏段的高压部)的这种结构。备选地，能够采用其中常规蒸馏塔被分隔(中途沿着汽提段布置的位置被用作分界线)成两个区域(包括整个精馏段和一部分汽提段的高压部，以及不包括精馏段但是包括余下的汽提段的低压部)的这种结构。
[0047]自然地，如果高压部和低压部中的一个既包括精馏段又包括汽提段这两者，则另一个决不包括精馏段和汽提段两者。
[0048]高压部和低压部各自典型地通过使用单一塔(容器)而形成。形成高压部的高压塔和形成低压部的低压塔可以被设置为彼此隔开。备选地，高压塔和低压塔可以彼此联合而形成单一结构。例如，能够通过分隔壁(流体不能通过的部件)将单一容器的内部分开以形成两个区域，并且使用所述区域中的一个作为高压塔，而另一个作为低压塔。
[0049]-用于将低压部的塔顶蒸气引导到高压部的塔底的管线
[0050]在常规蒸馏塔中，蒸气从塔的下面部分(汽提段)上升到上面部分(精馏段)。在HIDiC中，由于汽提段和精馏段基本上是分开的(隔开的)，因此这种管线被设置用于使得这样的蒸气流成为可能。[0051]这种管线设置有增压装置，比如压缩机，以用于将蒸气从低压部(具有相对低的压力)转移到高压部(具有相对高的压力)。
[0052]-用于将高压部的塔底液体引导到低压部的塔顶的管线。
[0053]在常规蒸馏塔中，液体从塔的上面部分(精馏段)下降到下面部分(汽提段)。在HIDiC中，由于汽提段和精馏段基本上被分离(隔开)，因此这种管线被设置用于使得这样的液体流成为可能。这种流有时候称作"中间回流"，而这种管线有时候称作"中间回流
管线"。
[0054]-将热从精馏段转移到汽提段的热交换结构体
[0055]如在JP H08-66601A或JP2004-16928A中所述，如果管的内部和外部被用作精馏段(高压部)和汽提段(低压部)，则管壁起着热传递表面的作用。即，可以采用壳管式热交换结构体。
[0056]在W02011/043199中描述的蒸馏装置中，热交换结构体可以包括下面的a和b中的一个或两个:
[0057]a)设置在精馏段(典型地，包括在高压部中的精馏段)中的热交换器，以及用于将液体从汽提段(典型地，包括在低压部中的汽提段)取出并且将该液体通过这种热交换器以及将所得液体返回到这个汽提段的管线；以及
[0058]b)设置在汽提段(典型地，包括在低压部中的汽提段)中的热交换器，以及用于将蒸气从精馏段(典型地，包括在高压部中的精馏段)取出并且将蒸气通过这个热交换器并且将所得的液体返回到这个精馏段的管线。
[0059]备选地，能够采用这样的结构:在高压部的外部和在低压部的外部(典型地，在高压塔的外部和在低压塔的外部)设置热交换器，从汽提段(典型地，包括在低压部中的汽提段)取出液体并且经由这种热交换器返回到这个汽提段，而蒸气从精馏段(典型地，包括在高压部中的精馏段)取出并且经由这个热交换器返回到这个精馏段，由此在这些流体之间进行热交换。
[0060]热交换结构体可以是任何结构，只要热最终可以从精馏段转移到汽提段，并且可以在不直接使用精馏段中存在的流体和汽提段中存在的流体中的任一种流体的情况下可以实现所述热交换结构体。例如，从精馏段排出并且具有相对高的压力(高温)的流体可以用于代替在精馏段中存在的流体。除此之外，被进料到汽提段并且具有相对低的压力(低温)的流体可以用于代替汽提段中存在的流体。例如，通过被进料到汽提段(典型地，包括在低压部中的汽提段)的原料和从精馏段(典型地，包括在高压部中的精馏段)的塔顶取出的塔顶蒸气之间交换热，可以将热从精馏段传递到汽提段。
[0061 ] 可以使用单一热交换结构体，或可以使用多种热交换结构体。
[0062]此处，将对其中低压部包括整个汽提段和一部分精馏段并且高压部包括一部分精馏段的构造进行论述。这种构造包括例如这样的一个实施方案:其中低压塔包括在汽提段上方的精馏段的一部分以及高压塔包括精馏段的余下部分。在这样的一个实施方案中，低压塔的塔顶流体(即，从包括在低压塔中的精馏段的一部分排出的流体)可以经由压缩机转移到高压塔的塔底，并且在这种情况下，压缩机出口流体的热可以通过热交换提供给低压塔的汽提段中存在的流体。例如，可以在低压塔的汽提段(例如，在低压塔的塔底正上方的级)内设置热交换结构体，并且可以将低压塔的塔顶流体经由压缩机和这种热交换结构体供应到高压塔的塔底。通过这样的热交换，可以将热从包括在低压塔中的精馏段转移到包括在低压塔中的汽提段。这种结构的一个实例在日本专利申请2012-080525中提出。
[0063]由与本申请相同的 申请人:提交的日本专利申请2012-080525和国际申请PCT/JP2010/066498(W02011/043199)的全部内容均通过引用结合在此。
[0064][HIDiC 的控制]
[0065]在由单一容器(塔)构成的常规蒸馏塔中，通常控制塔顶外回流的流量以稳定地保持产品纯度。换言之，从塔顶取出的塔顶蒸气通过冷凝器冷却并且冷凝，以使得所得的冷凝的液体回流到蒸馏塔，并且控制该回流的流量。
[0066]类似地，也可以在HIDiC中控制塔顶外回流的流量。然而，根据发明人的研究，中间回流的流量可能根据在HIDiC中的精馏段和汽提段之间的热交换的量而波动。因此，被认为，即使当塔顶外回流的流量被控制时，如果任何干扰使得热交换的量波动，则中间回流的流量可能极大地波动，并且这种波动可以扰乱蒸馏塔内的流体的温度和组成，作为结果，所得产品的纯度可能受到损害。发明人发现了，不是通过控制塔顶外回流的流量而是通过控制中间回流的流量，可以使得蒸馏塔的内部更稳定地对抗干扰，并且结果是，容易保持产品纯度。本发明基于这样的发现而得以完成。
[0067]图1示意性地显示了可应用于控制中间回流的流量的方案的HIDiC的构造的一个实例。图1所示的HIDiC包括高压部(即，在本文中的高压塔I，其是在相对高的压力操作的塔)和低压部(即，在本文中的低压塔2，其是在相对低的压力操作的塔)。低压塔包括整个汽提段和一部分的精馏段。在低压塔2中，位于原料进料位置下方的部分对应于汽提段，而位于原料进料位置上方的部分对应于所述一部分的精馏段。高压塔I包括其余部分的精馏段。
[0068]原料被供应给低压塔2。提供用于将低压塔2的塔顶蒸气引导到高压塔I的塔底的管线23，并且在管线23中设置压缩机4。提供用于将高压塔的塔底液体引导到低压塔(尤其是，低压塔的塔顶)的管线(中间回流管线)40。这种中间回流管线设置有流量控制阀101，由此将中间回流的流量控制在预定值(控制的目标值)。
[0069]中间回流的流量可以通过阀门(流量控制阀)控制，或可以通过另外的流量控制装置比如控制泵旋转次数来控制。调节中间回流的控制的目标值，以使得在产品(比如下面描述的塔底产品或馏出产品)中的杂质浓度变为预定值以下。尽管在图1中未显示，但是中间回流管线可以设置有加压-进料装置比如泵。
[0070]低压塔2的塔底液体的一部分通过再沸器3加热，然后返回到低压塔，并且塔底液体的余下部分作为液体塔底产物(塔底产品)取出。高压塔的塔顶蒸气通过冷凝器7冷却并且冷凝，由此冷凝后的液体的一部分返回到高压塔(作为塔顶外回流)，并且余下部分作为馏出液(馏出产品)取出。设置液位控制阀102以调节保持在高压塔的塔底中的液体的量(液面高度)。图1中未显示用于将热从精馏段传递到汽提段的热交换结构体。
[0071]为了比较，图2示出了在控制塔顶外回流的流量的方案中使用的HIDiC的一个实例。在用于比较的图2所示的HIDiC中，在塔顶外回流管线中设置了流量控制阀101，以将塔顶外回流的流量控制在预定值(目标值)。设置在中间回流管线40中的液位控制阀102被用于调节保持在高压塔中的液体的量。除这些之外，所述构造与图1所示的构造实例相同。[0072]对于其中采用具有图1所示构造的HIDiC作为二甲苯塔的方案，在该塔中的蒸气和液体的载量(即，在塔中的蒸气和液体的流量)的实例通过模拟获得。
[0073]现在将参考图3更详细地描述用于这种研究的HIDiC。HIDiC通常在约400kPaA的高压塔I的塔顶压力和约250kPaA的低压塔2的塔顶压力下操作。由混合的二甲苯(对_、间-和邻-二甲苯)和C9芳族化合物构成的原料供应给HIDiC作为原材料。通过HIDiC进行的蒸馏，混合的二甲苯作为馏出液从塔顶(高压塔的塔顶)获得，而C9芳族化合物作为液体塔底产物从塔底(低压塔的塔底)获得。馏出液被C9芳族化合物污染，而液体塔底产物被混合的二甲苯污染。为了保持产品纯度，必需将这些混合在所述产品中的杂质的浓度抑制到所要求的规定值以下。这种二甲苯塔的所要求的规定值是:C9芳族化合物在馏出液中的浓度为0.7mol %，而混合的二甲苯在液体塔底产物中的浓度为1.8mol %。
[0074]如图3所示，HIDiC包括在其中的区域A至G。区域A至C对应于精馏段，而区域D至G对应于汽提段。区域A和B对应于包括在高压塔中的精馏段的一部分。区域C对应于包括在低压塔中的精馏段的一部分，并且位于汽提段(区域D至G)的上方。区域A至G中的每一个均包括在其中的塔板部分或填料床部分，并且在这些区域中的每一个均进行气-液接触。
[0075]高压塔I的内部被分成区域A和B，并且在这些区域中设置热交换器E1。从低压塔2的区域E和F之间取出的流体(液体)通过热交换器El加热并且被改变为气-液两相流，然后返回到区域E和F之间。为了简化的缘故，图3并没有精确地显示用于热交换的流体的取出和返回，而是通过使用白色箭头显示了由热交换引起的热传递(不仅对于热交换器El，而且对于下面描述的热交换器E2至E4)。
[0076]低压塔2的内部被分成区域C至G。原料被供应到区域C和D之间。在区域D和E之间设置热交换器E2。塔顶蒸气(高压塔的塔顶蒸气)的一部分在冷凝器7的上游被分流而被引入到热交换器E2，并且蒸气在热交换器E2中通过汽提段中存在的流体而被冷却和液化，并且所得的流汇合到了冷凝器7的出口流中。换言之，热交换器E2与冷凝器7并联(不是串联)设置，并且部分地代替了冷凝器7的作用。液体在区域E和F之间被取出，并且如上所述气-液两相流被返回到区域E和F之间。在区域F和G之间设置热交换器E3，并且在这种热交换器E3中，存在于低压塔2的汽提段中的流体被压缩机4的出口气体加热。而且，在原料进料管线中设置有热交换器E4。塔顶蒸气(高压部的塔顶蒸气)的另外一部分在冷凝器7上游被分流而被引入到热交换器E4中，并且蒸气在该热交换器E4中通过原料冷却并液化，并且将所得的流汇合到冷凝器7的出口流。换言之，热交换器E4也与冷凝器7并联设置，并且部分地代替了冷凝器7的作用。
[0077]图4显示了通过模拟获得的蒸气和液体在塔中的载量(蒸气和液体在塔中流量)的实例。
[0078]图4(a)显示了蒸气载量，而图4(b)显示了液体载量。粗实线对应于60%载量的方案(在采用内部热交换的总回流操作的状态，即，HIDiC在没有原料进料并且没有产品取出的情况下操作的状态)、虚线对应于80%载量的方案(在起始原料进料并且产品取出之后)，而细实线对应于100%载量的方案(在起始原料进料并且产品取出之后)。纵坐标表示在塔(高压塔和低压塔)内的位置(级)，而横坐标表示在对应位置的载量(流量)。在横坐标的单位中，"A"意图表示实际流量。[0079]从图4理解到，载量在中间级比在塔顶(高压塔的塔顶)和塔底(低压塔的塔底)高。图4(b)显示了中间回流的流量(即，在区域C中的液体载量)约为塔顶外回流流量(即，在区域A中的液体载量)的5倍高。这种特性在壳管式HIDiC中被类似地观察到。
[0080]因此，由于中间回流的流量比塔顶外回流的流量高，所以中间回流对塔内部影响更大。因此，即使当塔顶外回流的流量可以被控制在恒定值，如果中间回流波动，塔内的状态也被扰乱，从而产生产品纯度被损害的可能性。另一方面，如果中间回流的流量被控制在恒定值，也能够使得塔内的状态更稳定，并且结果是，能够稳定产品纯度。
[0081][对干扰的鲁棒性]
[0082]关于下面描述的工艺I和II中的每一个，均通过使用动态模拟器来评价HIDiC对于干扰的鲁棒性。
[0083]工艺1:使用图3所示的根据本发明的HIDiC。中间回流的流量被固定到预定值。对于工艺I，参考图3和4对与在关于上述的HIDiC的控制的研究中使用的蒸馏装置相同(原料也相同)的蒸馏装置进行研究。因此，这个装置包括区域A至G，热交换器(El至E4)和用于取出/返回通过这些热交换器的流体的管线。
[0084]工艺I1:使用用于比较的HIDiC。塔顶外回流的流量，即，从冷凝器7 (以及热交换器E2和E4)返回到高压塔的回流的流量被固定到预定值。在此研究的HIDiC与工艺I相同，除了流量控制阀101和液位控制阀102的位置改变为图2所示之外。
[0085]对于每一种控制，均采用PID控制，并且使用相同的值作为工艺I和II中的控制用PID参数。
[0086]在每一种工艺中，都对HIDiC应用下面的两种干扰。应当注意的是，对于每一种干扰，都应用了正干扰和负干扰。例如，将第一种干扰中应用正干扰的方案称作方案la，而第一种干扰中应用了负干扰的方案被称作方案lb。
[0087]Ia:改变原料的组成(具体地，将C9芳族化合物的浓度改变了 +30% );
[0088]Ib:改变原料的组成(具体地，将C9芳族化合物的浓度改变了 -30% );
[0089]2a:改变被引导到热交换器E2的高压塔的塔顶蒸气的流量的设定值(改变了约+10%);以及
[0090]2b:改变被引导到热交换器E2的高压塔的塔顶蒸气的流量的设定值(改变了约-10% )。
[0091]在每一种方案中，在工艺1(根据本发明)和工艺11(用于比较)各自中均在O时刻施加了干扰，并且对塔顶产品和塔底产品(即从塔顶(高压塔的塔顶)获得的馏出液以及从塔底(低压塔的塔底)获得的液体塔底产物)的组成研究其随时间的变化。
[0092]图5显示了对于方案Ia(其中原料的组成被改变了 +30% )的研究结果。在图5的曲线中，用虚线显示所需要的规定值。
[0093]图5a显示了 C9芳族化合物在馏出液的浓度(mol % )的随时间变化。在根据本发明的工艺I中，C9芳族化合物在馏出液中的浓度(m0l% )从初始值(0.53mol% )增加而在I至2小时内稳定在约0.68mol%。另一方面，在用于比较的工艺II中，C9芳族化合物在馏出液中的浓度一度从相同初始值增加至约0.76mol%的最大值，然后下降，并且稳定在约0.72mol%。所需要的规定值为0.70mol%。因此，在产品纯度方面的波动在工艺I中明显更小，并且发现工艺I在对抗干扰方面更有鲁棒性。[0094]图5b显示了 C8芳族化合物在液体塔底产物中的浓度(mol % )的随时间变化。在工艺I中，C8芳族化合物在液体塔底产物中的浓度一度从初始值(0.70mol% )增加，在约I小时内达到约0.8511101%的最大值,然后降低，并且稳定在约0.75111015"^另一方面,在工艺II中，C8芳族化合物在液体塔底产物中的浓度一度从相同初始值增加至约0.77mol%,然后下降，然后在约65小时之后再次增加达到约0.82mol %。所需的规定值为1.80mol %。因此，至于液体塔底产物的产品纯度，工艺I和工艺II之间没有明显的差别。
[0095]图6显示了关于方案Ib (其中原料的组成改变了-30%)的研究结果。图6a显示了 C9芳族化合物在馏出液中的浓度(mol % )的随时间变化，而图6b显示了 C8芳族化合物在液体塔底产物中的浓度(m0l% )的随时间变化。
[0096]此外，在方案Ib中，对于液体塔底产物的产品纯度，在工艺I和工艺II之间没有明显的差别。然而，对于馏出液的产品纯度，产品纯度的波动在工艺I中明显更小，并且发现工艺I对抗干扰的鲁棒性更好。
[0097]图7显示了对于方案2a(其中被引导到热交换器E2的高压塔的塔顶蒸气的流量的设定值被改变了 +10% )的研究结果。图7a显示了 C9芳族化合物在馏出液中的浓度(mol% )的随时间变化，而图7b显示了 C8芳族化合物在液体塔底产物中的浓度(m0l% )的随时间变化。
[0098]在方案2a中，对于馏出液的产品纯度和液体塔底产物的产品纯度，在工艺I中的波动更小，并且发现工艺I对抗干扰的鲁棒性更好。
[0099]图8显示了对方案2b (其中被引入到热交换器E2的高压塔的塔顶蒸气的流量的设定值被改变了 -10% )的研究结果。图8a显示了 C9芳族化合物在馏出液中的浓度(mol% )的随时间变化 ，而图8b显示了 C8芳族化合物在液体塔底产物中的浓度(m0l% )的随时间变化。
[0100]在方案2b中，对于馏出液的产品纯度和液体塔底产物的产品纯度，在工艺I中的波动更小，并且发现工艺I对抗干扰的鲁棒性更好。
[0101]从图5至8中理解到，在工艺I和工艺II之间没有显著差别，或者工艺I关于塔底产品(液体塔底产物)的产品纯度的波动的鲁棒性更好。关于塔顶产品(馏出液)，应理解在工艺I中产品纯度的波动明显更小并且工艺I的鲁棒性更好。因此，本发明的控制方法对抗干扰是有效的，尤其是对于抑制塔顶产品(馏出液)的产品纯度是有效的。
[0102][HIDiC的优选结构的实例]
[0103]在使用壳管式结构的HIDiC中，例如难于获得侧-馏分产物和使原料进料级(进料级)最佳化。从这个观点看，优选使用W02011/043199中描述的蒸馏装置。因此，本发明可以适当地应用于具有任何以下构造的HIDiC。
[0104]I) HIDiC，其包括:
[0105]高压塔，其包括用作精馏段的塔板部分或填料床；
[0106]低压塔，其布置为比高压塔高并且包括用作汽提段的塔板部分或填料床；
[0107]第一管，其将低压塔的塔顶与高压塔的塔底连接；
[0108]压缩机，其安装在沿着第一管的中途，并且被配置成将来自低压塔的塔顶的蒸气压缩并且将压缩后的蒸气传递到高压塔的塔底；
[0109]热交换器，其位于高压塔的预定级(尤其是，包括在高压塔中的精馏段)；[0110]液体取出单元，其位于低压塔的预定级(尤其是，包括在低压塔中的汽提段)并且被配置成将一部分的液体从预定级取出到低压塔的外部；
[0111]第二管，其用于将液体从液体取出单元引入到热交换器；和
[0112]第三管，其用于将经由第二管引入到热交换器中并且随后从该热交换器排出的流体引入到在液体取出单元正下方的级。
[0113]2) HIDiC，其包括
[0114]高压塔，其包括用作精馏段的塔板部分或填料床部分；
[0115]低压塔，其布置为比高压塔高并且包括用作汽提段的塔板部分或填料床部分；
[0116]第一管，其将低压塔的塔顶与高压塔的塔底连接；
[0117]压缩机，其安装在沿着第一管的中途，并且被配置成将来自低压塔的塔顶的蒸气压缩并且将压缩后的蒸气进料到高压塔的塔底；
[0118]液体池单元，其布置在低压塔的预定级(尤其是，包括在低压塔中的汽提段)并且被配置成容纳向下流动的液体；
[0119]热交换器，其位于低压塔的液体池单元中；
[0120]隔板，其设置在高压塔中的预定位置(尤其是，包括在高压塔中的精馏段)并且被配置用于完全分隔上下级；
[0121]第二管，其用于将隔板下面的蒸气引入到热交换器；以及
[0122]第三管，其用于将通过第二管引入到热交换器中并且随后从该热交换器排出的流体引入到隔板的上侧。
[0123]3)根据2)的HIDiC，还包括这样的管，该管包括控制阀，用于将位于隔板上下方并且将隔板夹在中间的空间彼此连接。
[0124]4)根据I)至3)中任一项所述的HIDiC，还包括原料供应管，用于将原料供应到塔板部分和填料床部分中之一的预定级以及低压塔的塔顶中的至少一个。
[0125]5)根据4)的HIDiC，还包括用于将储存在高压塔的塔底中的液体加压进料到原料供应管中的泵和管。
[0126][构造实例I)的细节]
[0127]图9显示了具有上述的构造实例I)的HIDiC的整体构造。这个HIDiC包括高压塔I和布置得比高压塔I高的低压塔2。高压塔I包括塔底la、塔板部分(或填料床部分)Ib和塔顶lc。低压塔2还包括塔底2a、塔板部分(或填料床部分)2b和塔顶2c。
[0128]塔板部分Ib和2b是在其中布置了若干水平塔板的部分。相邻塔板之间的空间被称作级。在每一个级，气-液接触加速以引起质量传递。作为结果，富含挥发性较高的组分的气相上升到上面的级，而富含挥发性较低的组分的液相下降到下面的级。然后，新的液相或气相再次进行气-液接触，从而可以引起质量传递。由此，在塔的更高的级上具有更多挥发性更高的组分，在更低的级上具有更多挥发性更低的组分，并且完成了蒸馏操作。
[0129]可以代替塔板部分的填料床部分是在空心塔中安装了某种填料并且在其表面上进行气-液接触的部分。采用与塔板部分的相同机理，在塔的更高部分中具有更多挥发性更高的组分，在更低的部分上具有更多挥发性更低的组分，并且完成了蒸馏操作。
[0130]在图9中，塔板部分Ib和2b (或填料床部分)显示为空白。然而，实际上，使用了上述结构。[0131]详细描述高压塔I和低压塔2中的每一个。首先，将描述低压塔2。
[0132]被称作再沸器的加热器3设置在低压塔2的塔底2a的外部，并且从塔底2a中的空间的下部经过加热器3到塔底2a的空间的上部均设置有管21。因此，通过低压塔2的塔板部分2b (或填料床部分)下降的液体停留在塔底2a。这种液体的一部分通过加热器3加热而变成蒸气，并且返回到塔底2a。从塔底2a的最低部，通过管22获得富含具有较低挥发性的组分的液体塔底产物。
[0133]低压塔2的塔顶2c是用于供应原料的位置。通过管23 (用于将低压部的塔顶蒸气引导到高压部的塔底的管线)，塔顶2c经由压缩机4连接到高压塔I的塔底la。在此，原料进料位置在低压塔2的塔顶2c。然而，原料进料位置可以在塔板部分2b (或填料床部分)的任意级。在这种情况下，在原料进料位置上方的低压塔的一部分对应于精馏段，在原料进料位置的下方的低压塔的一部分对应于汽提段，并且高压塔的内部对应于精馏段。
[0134]而且，尽管可以仅有一个原料进料位置，但是可以有多种原料(即，在多个不同的位置上可以有多个原料进料位置)，并且在这种情况下，原料进料位置可以是例如处于低压塔2的塔顶2c和在另外的任意级(包括在高压塔I中的级)。关于本发明，如果存在多个原料进料位置，则可以选择所述多个原料进料位置中的任一个作为分界线，并且可以将所选择的原料进料位置上方的一部分视为精馏段，而可以将在该选择的位置下方的一部分视为汽提段(在此，术语“上方”和“下方”意欲表示根据蒸馏操作的上方和下方，并且并不总是符合装置中的实际布置；即使当高压塔位于比低压塔低的位置，高压塔的内部也总是在低压塔的内部的“上方”)。
[0135]低压塔2的塔板部分2b (或填料床部分)包括在预定级(尤其是，在汽提段内的级)的液体取出单元2d。如图10所示，液体取出单元2d将已经从低压塔2的上部下降的液体10保持在池5的烟囱式塔板处，并且将液体10的一部分取出到低压塔2的外部。用于将液体10的一部分引导到高压塔I的管24与液体取出单元2d连接。管25从高压塔I插入通过低压塔2的壳壁，进入到液体取出单元2d正下方的级。如下所述，作为蒸气11和液体12的混合物的流体从插入到液体取出单元2d的正下方的级中的管25进料，并且蒸气11上升，而液体12下降。
[0136]接着，将描述高压塔I。
[0137]将管26的一端与高压塔I的塔底Ia的最低部连接，而管26的另一端与将原料供应到低压塔2的塔顶2c的管27连接。为了将停留在高压塔I的塔底Ia处的液体再循环到位于比高压塔I高的低压塔2的塔顶2c，必需沿着管26中途布置泵6。管26和管27的一部分(从与管26的会合点的下游部分)一起形成管线，该管线用于将高压部的塔底液体引导到低压部，尤其是到低压部的塔顶。
[0138]冷凝器7设置在高压塔I的塔顶Ic的外部，而管28从塔顶Ic中的空间的上部连接到冷凝器7。由此，已经移动到高压塔I的塔顶Ic的蒸气通过冷凝器7冷却而变为液体，并且获得富含具有较高挥发性的蒸馏液体。必要时，将这种液体的一部分回流到塔顶lc。
[0139]此外，管束式热交换器8被插入到高压塔I的塔板部分Ib (或填料床部分)的预定级(尤其是，在精馏段内的级)。在管束式热交换器8的U-型管中的平行管部分沿着池9的烟?式塔板布置，以暂时容纳冷凝的液体并且用于再分配从下面上升的蒸气。平行管部分的下部管部分8a与管24连接，而所述管与低压塔2的液体取出单元2d连接。上部管部分8b与插入到液体取出单元2d正下方的级中的管25连接。
[0140]现在将描述管束式热交换器8的操作。
[0141]在该装置中，流出低压塔2的塔顶2c的蒸气的压力和温度通过压缩机4升高，并且将所得的蒸气供应给高压塔I的塔底la。由此温度得到升高的蒸气13 (参考图11)被引入到塔板部分Ib并且通过该塔板部分上升，并且与管束式热交换器8的U-型管接触。在这种情况下，在低压塔2的任意级(尤其是，在汽提段内的级)的液体通过管24被引入到热交换器8的下部管部分8a。由此，在管部分8a中的液体通过蒸气13的热量加热，并且与管部分8a接触的蒸气13的一部分变为液体14，并且这种液体下降。热交换器8的上部管部分8b也通过蒸气13的热量加热。由此，通过管24引入到热交换器8中的液体变为作为液相和气相的混合物的流体，同时该液体移动通过下部管部分8a，然后通过上部管部分Sb。然后，这种流体通过位于塔外部的管25，从而被引入到位于低压塔2的液体取出单元2d正下方的级(参考图9)。不需要任何加压-进料装置比如泵来使得这种流体循环，因为本文中描述的构造使用了热-虹吸管系统。
[0142]换言之，因为低压塔2的液体取出单元2d与高压塔I的热交换器8的下部管部分8a经由管24连接，并且因为高压塔I的热交换器8的上部管部分Sb与低压塔2的液体取出单元2d正下方的级经由管25连接，所以液体由于重力从低压塔2下降到高压塔1，这引起了上述流体从高压塔I流动到低压塔2，即使没有设置泵。
[0143]如上所述，在这个实例中，热可以通过热交换器8从高压塔I中的蒸气中移除，并且热可以通过管25从高压塔I (尤其是，精馏段)传递到低压塔2 (尤其是，汽提段)。在这个实例中的使用管24和25和热交换器8的传热系统被构造得好像在高压塔I的任意级(尤其是，在精馏段内的级)安装了侧冷凝器，并且同时，好像在低压塔2的任意级处(尤其是，在汽提段内的级)安装了侧再沸器。因此，与不包括这样的传热系统的蒸馏装置相比，可以降低在高压塔I的冷凝器7处移除的热的量，并且可以降低在低压塔2的再沸器3处供给的热的量。作为结果，可以设置具有非常高能量效率的蒸馏装置。
[0144]图9仅显示了一个传热系统。然而，可以安装等价于例如总理论级数的10至30%的多个传热系统。不用说，被安装的一个或多个传热系统的数量和一个或多个热交换器和管的布置可以根据设计规格而任意确定。
[0145]在这样的HIDiC中，可以如图1所示在中间回流管线(尤其是，管26)中设置流量控制阀101，以控制中间回流的流量。中间回流的流量可以通过另外的流量控制装置比如控制泵的旋转次数来控制。
[0146][构造实例2)的细节]
[0147]接着，将描述具有上述构造实例2)的HIDiC。与构造实例I)的组件类似的组件将通过使用类似的附图标记描述。
[0148]图12显示了具有构造实例2)的HIDiC的整体构造。这个蒸馏装置包括高压塔I和位于比高压塔I高的位置的低压塔2。高压塔I包括塔底la、塔板部分(或填料床部分)Ib和塔顶lc。低压塔2类似地包括塔底2a、塔板部分(或填料床部分)2b和塔顶2c。塔板部分或填料床部分具有与构造实例I中所描述的结构相同的结构。
[0149]这个实施例与构造实例I)的不同之处在于:管束式热交换器8被设置在低压塔2中(尤其是，在汽提段中)。[0150]在这个实例的低压塔2中，如图12所示伴随塔底2a和塔顶2c的组件(比如再沸器3以及管21、22、23和27)与构造实例I)中使用的这些相同，但是涉及塔板部分2b (或填料床部分)的组件与在构造实例I)中使用的那些不同。
[0151]塔板部分2b (或填料床部分)包括在预定级(尤其是，在汽提段内的级)的液体池单元2e。液体池单元2e可以储存预定量的已经向下流动到池15的烟園式塔板上的液体10，并且可以将从池15的烟?式塔板溢出的液体滴落。将管束式热交换器8插入到液体池单元2e中(参考图13)，使得管束式热交换器8的U-型管可以被浸入到储存在液体池单元2e中的液体中。在管束式热交换器8的U-型管中平行管部分8a和Sb沿着池15的烟囱式塔板放置。
[0152]用于将流体从高压塔I进料到低压塔2的管29 (参考图12)与平行管部分的上部管部分8b连接。用于将流体从低压塔2进料到高压塔I的管30 (参考图12)与下部管部分8a连接。
[0153]下面将描述在液体池单元2e中的热交换器8的操作。
[0154]在这个蒸馏装置中，原料液体从低压塔2的塔顶2c通过塔板或填料层下降。这种液体10 (参考图13)停留于在位于任意级(尤其是，在汽提段内的级)的池15的烟囱式塔板上的液体池单元2e。管束式热交换器8的U-型管被放置在液体池单元2e中，因此U-型管被浸溃在液体10中。在此状态下，当存在于高压塔I内的高温蒸气通过管29引入到热交换器8的上部管部分8b内时，与高温蒸气移动通过的管部分8b和8a的外壁接触的液体10的一部分被加热而变为蒸气18并上升(参考图13)。而且，已经从管29引入到热交换器8的高温蒸气变为流体，该流体是液相和气相的混合物，同时该蒸气移动通过上部管部分8b，然后通过下部管部分8a。这个流体然后通过位于低压塔外部的管30，从而被引入到下面描述的高压塔I的隔板16上方的级(参考图12)。在隔板16上方的部分被设置具有比隔板16下方的部件具有更低的操作压力，并且流体通过这种压力差而被循环。对于这样的流体循环，如构造实例I)那样，在这个构造中不需要任何加压-进料装置比如泵。
[0155]换言之，由于高压塔I的预定级(尤其是，在精馏段内的级)与在低压塔2中的热交换器8的上部管部分Sb经由管29连接，并且由于在低压塔2中的热交换器8的下部管部分8a与高压塔I的预定级经由管30连接，所以归因于在隔板16的下方和上方部件之间的压力差，在高压塔I中存在的高压蒸气经由管29朝低压塔2的热交换器8上升。结果是，在热交换器8内由蒸气冷凝的液体随后从低压塔2被推到位于低压塔的外部的管30，然后由于重力而下降到高压塔I。因此，任何加压-进料装置比如泵不是必需的。
[0156]进一步地，将描述这个实例的高压塔I。
[0157]另外，关于高压塔1，伴随塔底Ia和塔顶Ic (比如冷凝器7和管23、26和28)的组件与在图12所示的构造实例I)中使用的组件相同，但是涉及塔板部分Ib (或填料床部分)的组件与构造实例I)的组件不同。具体地，高压塔I的塔板部分Ib (或填料床部分)通过在位于沿塔板部分Ib的中途的位置(尤其是，在精馏段内的位置)处的隔板16被完全分隔成上下级。在隔板16正下方的级与管29连通。在这个级中上升的蒸气通过在竖直方向上延伸的管29传递到置于低压塔2的液体池单元2e中的热交换器8的上部管部分Sb。
[0158]向隔板16的上面的级中，管30从低压塔2插入通过高压塔I的壳壁。将作为蒸气和液体的混合物的流体通过这个管30引入到隔板16的上面的级，并且蒸气上升，同时液体下降而停留在隔板16上。上升的蒸气到达塔顶lc，然后蒸气通过管28而被冷凝器7冷却。作为结果，获得了富含具有高挥发性的组分的蒸馏物液体。
[0159]而且，彼此垂直相邻并且其中夹着隔板16的两个级可以彼此通过具有控制阀17的管31连通。适当的时候，保持在隔板16上的液体通过打开控制阀17的操作而被进料到隔板16下方的级。
[0160]如上所述，在这个实例中，通过管29将蒸气从高压塔I (尤其是，从精馏段)取出到塔的外部并且将该蒸气引入到在低压塔2(尤其是，在汽提段)中的热交换器8内，热可以从高压塔I (尤其是，从精馏段)中被移除而转移到低压塔2 (尤其是，转移到汽提段)内。如在这个实例的情况下，使用管29和30以及热交换器8的传热系统被配置得好像在高压塔I的任意级(尤其是，在精馏段内的级)处安装了侧冷凝器，同时好像在低压塔2的任意级(尤其是，在汽提段内的级)处安装了侧再沸器。因此，与不包括这种传热系统的蒸馏装置相比，可以减少在高压塔I的冷凝器7处移除的热量，并且可以降低在低压塔2的再沸器3处供给的热量。作为结果，可以提供具有非常高能量效率的蒸馏装置。
[0161]图12仅显示了一个传热系统。然而，还在这个实例中，被安装的传热系统的数量和一个或多个热交换器以及管的布置可以根据如在构造实例I)中的设计规格而任意确定。
[0162]此外，在这样的HIDiC中，可以如图1所示在中间回流管线(尤其是，管26)中设置流量控制阀101，以控制中间回流的流量。中间回流的流量可以通过另外的流量控制装置比如控制泵的旋转次数来控制。
[0163][字母或数字的解释]
[0164]1:高压塔(高压部)
[0165]Ia:塔底
[0166]Ib:塔板部分(或填料床部分)
[0167]Ic:塔顶
[0168]2:低压塔(低压部)
[0169]2a:塔底
[0170]2b:塔板部分(或填料床部分)
[0171]2c:塔顶
[0172]2d:液体取出单元
[0173]2e:液体池单元
[0174]3:加热器(再沸器)
[0175]4:压缩机
[0176]5:塔板
[0177]6:加压-进料装置
[0178]7:冷凝器
[0179]8:管束式热交换器
[0180]5，15:用于池的烟囱式塔板
[0181]9:用于池的烟囱式塔板
[0182]10，12，14:液体[0183]11，13，18:蒸气
[0184]16:隔板
[0185]17:控制阀
[0186]21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31:管或管线
[0187]40:中间回流管线
[0188]101:流量控制阀
[0189]102:液位控制阀
[0190]El至E4:用于将来白精馏段的热转移到汽提段的热交换器
【权利要求】
1.一种用于控制蒸馏装置的方法，所述蒸馏装置包括: 高压部，其包括整个或一部分的精馏段，并且被配置成在相对高的压力进行气-液接触； 低压部，其包括整个或一部分的汽提段，并且被配置成在相对低的压力进行气-液接触； 用于将所述低压部的塔顶蒸气引导到所述高压部的塔底的管线； 用于将所述高压部的塔底液体引导到所述低压部的塔顶的管线；以及 热交换结构体，其被配置成将来自所述精馏段的热传递到所述汽提段， 其中所述方法包括控制从所述高压部引导到所述低压部的所述塔底液体的流量。
2.一种蒸馏装置，所述蒸馏装置包括: 高压部，其包括整个或一部分的精馏段，并且被配置成在相对高的压力进行气-液接触； 低压部，其包括整个或一部分的汽提段，并且被配置成在相对低的压力进行气-液接触； 用于将所述低压部的塔顶蒸气引导到所述高压部的塔底的管线； 用于将所述高压部的塔底液体引导到所述低压部的塔顶的管线；以及 热交换结构体，其被配置成将来自所述精馏段的热传递到所述汽提段， 其中所述的用于将所述高压部的塔底液体引导到所述低压部的管线包括流量控制装置。
【文档编号】B01D3/14GK103816691SQ201310566133
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】立川公一, 中尾公人 申请人:东洋工程株式会社