節能蒸餾塔組件的製作方法
2023-06-14 18:02:11
專利名稱：節能蒸餾塔組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種組合兩種用於蒸餾エ藝的蒸餾塔的蒸餾塔組件。
背景技術：
例如原油等多種原材料通常由許多化合物的混合物組成。這些原材料本身很少在 エ業上使用，而通常在分離成各個化合物後使用。用於分離混合物的代表性化工方法是蒸餾方法。蒸餾方法一般包括將混合物分離成兩種組分高沸點組分和低沸點組分，因此使用比待分離混合物中的組分的數目(η)少ー個的數目(η-1)的蒸餾塔。即，為了分離在ー 般蒸餾エ業領域中的三組分混合物，必須使用至少兩個蒸餾塔。大多數實際エ藝也使用兩個蒸餾塔的串聯結構。分離三組分混合物的通用蒸餾エ藝如圖1所示。該エ藝是在第一塔11中分離最低沸點組分D以及在第二塔21中分離中沸點組分 S和高沸點組分B的雙塔法。在這樣的方法中，通常發生中沸點組分S在第一塔的下端區域再次混合的現象。於2003年11月19日公開的韓國專利申請公開No. 10-2003-0088211 (KR10-200 3-0088211)中通過實施例的方式公開了使用兩個串聯塔分離三組分混合物的方法。該專利文獻公開了運行兩個蒸餾塔來提純正丁醇的方法。相關的技術可以參考該方法，且KR 10-2003-0088211的公開內容通過引用的方式全部納入本說明書。在上述方法中，儘管產物的組成可以容易地進行控制，但在第一蒸餾塔中發生中沸點物質的再混合過程。這作為降低蒸餾塔中熱力學效率的主要因素，因此導致了額外不必要的能量消耗。為了改善這種蒸餾塔的缺限，已經提出ー種分隔壁塔(DWC)。該DWC具備通過在主塔中安裝分隔壁而使初分離器和主分離器一起被整合到主塔中的結構。具備這種結構的 DWC有將兩個蒸餾塔整合到一個蒸餾塔中的巨大優勢，使得投資費用可以得到顯著節省。 即，由於使用分隔壁使兩個蒸餾塔整合到一個蒸餾塔中，DWC根本上消除了由使用兩個通用蒸餾塔時發生的中沸點組分的再混合而導致的能量效率降低的問題。一般而言，已經知道相比於通用的蒸餾塔，DWC具有約30% (最大60%)的節能效果和20% 30%的投資費用節省效果。由於DWC需要小空間和具備改善產率/純度的巨大效果，所以DWC經常應用於新蒸餾塔同時也用於改進現有的蒸餾塔。如果分離壓カ差和實用溫差(utility temperature difference)不是很大，則DWC可以應用於任何三組分或更多組分體系的分離。由於這些， DffC具有很廣泛的技術應用。
特別地，DWC在以下條件下顯示出性能的出色改善(1)當有相對多的中沸點組分吋，(2)當需要對中沸點組分進行高純分離吋，(3)當產物標準和相対的揮發度分布均勻吋。用於使主蒸餾部分和初蒸餾部分分隔開的分隔壁段的內部結構設計、分隔壁段中傳熱特性和理論板當量高度(HETP)的預測、用於預測分離特徵的計算機模擬技術以及運行和控制性能的保證等是重要的技術問題。蒸餾エ藝需要韓國エ業能源總消耗量的19%和全國能源總消耗量的11%。這是 ー個巨大的量，相當於16，700, 000Τ0Ε所用能量的量和14，600, 000TC (基於重油)(X)2排放量。石化エ業需要韓國國家能源總消耗量(基於2003為16. 4X IO7TOE)的對％。石化工業的能源總消耗量的50%是由分離エ藝引起的，而分離エ藝的能源總消耗量的85%是由蒸餾エ藝引起的。蒸餾エ藝是這種有代表性的能源密集型エ藝，以致於在美國需要國家能源總消耗量的5.4%，在英國需要國家能源總消耗量的13%。在石化工業中的能量費用在銷售額中總計約為7%，顯著地超過了相應エ業的平均利潤率即2% 4%的範圍，因此成為經營管理的相當大的負擔。另外，世界範圍內多國已經籤訂了氣候變化框架公約(Framework Convention on Climate Change)，各個國家的碳排放權利已成為ー項議題。因此，能量費用節省的問題已經和CO2排放減少的問題直接聯繫起來。在這種情況下，在蒸餾エ藝中發展節能技術的必要性非常高。儘管急切地需要節省能源，但相對於其他領域，由於高昂的設備投資費用，引入新的エ藝非常困難。也就是說， 由於蒸餾エ藝是ー種設備費用非常高的加工エ業，所以即使當開發出ー種新的節能設備時也難以得到引入蒸餾エ藝的經濟可行性。在這一方面，最好的措施僅僅是對相關領域中之前已安裝的設備的運行方法進行最優化。由於這個原因，急需開發出一種能夠輕鬆且經濟地取代現有設備的節能蒸餾設
- -O如上所描述，相對於現有通用的蒸餾塔，DWC在節能效果和節省設備投資效果方面具有相對優勢。因此，通過用DWC取代現有的通用蒸餾塔來獲得所需的節能效果是可能的。然而，即使當用於各種化學品的分離エ藝以DWC進行簡單取代後，能量實際上沒有節省。特別地，當分離壓カ差和實用溫差很大吋，DWC的節能效果可能非常微小，或者實際上可能出現負面效果。總之，能夠取代現有蒸餾設備的節能蒸餾設備必須滿足以下要求(1)高的節能效果，( 經濟地取代現有エ藝而無需較大改變的可能性，(3)即使當分離壓カ差和實用溫差很大時的適用性也很大，等等。
發明內容
因此，本申請人通過將DWC和通用蒸餾塔的排列順序和物流等適當地組合而旨在提出ー種新型的蒸餾塔組件。該蒸餾塔組件改進了基於兩個蒸餾塔的現有エ藝設備，因此具有如下優勢可以容易地安裝，具有高節能效果，以及可以應用於分離壓カ差和實用溫差很大的情形中。本發明的ー個方面提供了蒸餾塔組件，其特徵在於具有ー個流入ロ、三個流出口和內分隔壁的分隔壁塔(DWC)與具有兩個流入口和兩個流出ロ的通用蒸餾塔(typical distillation column)彼此順序連接；所述DWC的兩個流出ロ的物流被引入到所述通用蒸餾塔的兩個流入ロ。在所述蒸餾塔組件中，從DWC引入到通用蒸餾塔中的兩個物流可以分別是中沸點物流和高沸點物流。在所述蒸餾塔組件中，從DWC引入到通用蒸餾塔中的兩個物流可以分別是中沸點物流和低沸點物流。本發明的另ー個方面提供了一種將三種或多於三種組分的混合物供給所述蒸餾塔組件，並使上述混合物進行分配(assort)和蒸餾成三種餾分的方法。有益效果根據本發明，所述蒸餾塔組件改進了基於兩個蒸餾塔的現有エ藝設備，使得該蒸餾塔組件可以被容易地安裝，具有高節能效果，並且可以應用於分離壓カ差和實用溫差很大的情形中。
通過參考附圖詳細描述其示例性實施方案，本發明的上述和其它目的、特徵和優點對於本領域普通技術人員將變得更顯而易見，其中圖1顯示了分離三種或多於三種組分的混合物的常規蒸餾エ藝；圖2顯示了分隔壁塔(DWC)的結構，該分隔壁塔是本發明的ー個組件。圖3顯示了本發明的實施例1和對比例1的設計；圖4顯示了本發明的實施例2和對比例2的設計；圖5顯示了本發明的實施例1和對比例1的結果；圖6顯示了本發明的實施例2和對比例2的結果。
具體實施例方式在下文中，將詳細描述本發明的示例性實施方案。然而，本發明不限於下面公開的實施方案，而可以以多種方式實施。對下面的實施方案進行描述以使本領域普通技術人員能夠具體化和實施本發明。儘管用語第一和第二等可以用來描述不同的部件，但這些部件不受這些用語限制。這些用語僅用於使ー個部件與另ー個部件區分開。例如，在不偏離示例性實施方案的範圍的情況下，第一部件可以稱為第二部件，並且類似地，第二部件可以稱為第一部件。用語「和/或」包括相關所列項目中一種或多種的任何和所有組合。應理解的是，當一個部件被稱為與另ー個部件「連接」或「結合」吋，它可以直接與另ー個部件連接或結合或者可以存在中間部件。相比之下，當一個部件被稱為與另ー個部件「直接連接」或「直接結合」，不存在中間部件。此處所用的用辭是僅用於描述具體實施方案的目的，而不是用來限制示例性實施方案。除非上下文另外清楚地指明，否則單數形式「ー個」、「ー種」和「所述」意在同樣包括複數形式。應進一歩理解的是，用語「包含」、「由…組成」、「包括」和/或「含有」當在此處被使用時詳列其說明的特徵、整體、步驟、操作、部件、組件和/或群組的存在，但並不排除其ー種或多種其它特徵、整體、步驟、操作、部件、組件和/或群組的存在或加入。參照附圖，以下將詳細描述本發明的示例性實施方案。為了幫助理解本發明，對附圖的整個描述中相同的附圖標記指相同的部件，並且對相同部件的描述將不再重複。本發明涉及蒸餾塔組件，其特徵在於具有ー個流入ロ、三個流出口和內分隔壁的分隔壁塔(DWC)與具有兩個流入口和兩個流出ロ的通用蒸餾塔彼此順序連接；和，所述DWC的兩個流出ロ的物流被引入到所述通用蒸餾塔的兩個流入ロ。在本發明中，所述DWC具有ー個流入口和三個流出ロ。作為本發明的一個組件的DWC的結構如圖2所示。所述DWC —般可以如下分成六個區域。塔頂區域100指的是主塔沒有分隔壁的上部區域。上進料區域200指的是其一面被分隔壁隔開且位於流入物質(原料)流的上方的子區域。上流出區域300指的是其一面被分隔壁隔開且位於流出物質流的上方的子區域。下進料區域400指的是其一面被分隔壁隔開且位於流入物質流的下方的子區域。下流出區域500指的是其一面被分隔壁隔開且位於流出物質流的下方的子區域。塔底區域600指的是主塔沒有分隔壁的下部區域。三種或多於三種組分的混合物燃料F流入到中間段NRl中，在該中間段NRl處上進料區域與下進料區域接觸。在上述組分中，低沸點組分D從塔頂區域流出，高沸點組分B 從塔底區域流出，中沸點組分S從中間段NR2流出，在該中間段NR2處上流出區域與下流出區域接觸。如上所述，提供ー個混合物燃料流入ロ物流和包括低沸點組分物流、中沸點組分物流以及高沸點組分物流的三個流出ロ物流。可以使用常規的DWC作為所述的DWC而沒有限制。沒有對常規的DWC進行描述， 這是因為對於本領域普通技術人員(下文中縮寫為「PH0SITA」)來說是清楚的。如果需要， 常規DWC可以是指由本申請人於2008年12月18日向韓國知識產權局(KIPO)提交的韓國專利申請公開No. 10-2008-0129049 (KR 10-2008-0129049)所公開的DWC，且該專利申請的公開內容通過弓I用的方式全部納入本說明書。在本發明中，所述通用蒸餾塔具有兩個流入口和兩個流出ロ。如圖1所示，已經廣泛使用的常規的通用蒸餾塔具有ー個流入口和兩個流出ロ。然而，本發明的通用蒸餾塔和常規的通用蒸餾塔的區別在於它是改進的，從而具有兩個流入口和兩個流出ロ。在這一方面，應該理解的是，術語「通用蒸餾塔」用來指ー種與常規的通用蒸餾塔不等同但不同於DWC 的蒸餾塔。在本發明中，所述DWC和所述通用蒸餾塔順序連接，且任意選自DWC的三個流出ロ 物流中的兩個流出ロ物流被引入到通用蒸餾塔的兩個流入ロ。由於所述兩個流出ロ物流任意選自三個流出ロ物流，所以存在包括以下的三種情形低沸點物流和中沸點物流被引入到通用蒸餾塔的情形(第一種情形)，低沸點物流和高沸點物流被引入到通用蒸餾塔的情形(第二種情形)，以及中沸點物流和高沸點物流被引入到通用蒸餾塔的情形(第三種情形)。
特別地，被引入到通用蒸餾塔的兩個流出ロ物流可以由PH0SITA考慮到相對揮發度分布等進行適當地選擇。具體地，當低沸點物質和其它物質的揮發度差別很大吋，中沸點和高沸點物流而不是低沸點物流優選被引入到通用蒸餾塔中。當高沸點物質和其它物質的揮發度差別很大吋，低沸點和中間沸點物流而不是高沸點物流優選被引入到通用蒸餾塔中。從DWC引入到通用蒸餾塔中的兩個物流被分別引入到通用蒸餾塔中而彼此沒有混合。如果兩個流入ロ物流彼此再次混合，則要耗費額外的能源來分離被混合的物流。出於這個原因，這種混合不是優選的。另外，PH0SITA通過與通用蒸餾塔中的混合物濃度比較並確定各物流的混合物濃度，可以將從DWC中引入到通用蒸餾塔中的兩個物流分別引入到適當的段中。換言之，以穩定狀態運行的蒸餾塔根據各段的位置具有恆定的混合物濃度分布。這在確定各物流被引入的段的位置時可以被考慮到。從熱力學觀點來看，被引入物流的濃度優選與該物流被引入的段的位置處的濃度相似。特別地，在蒸餾塔中，根據段位置的混合物濃度分布又受到物質要被蒸餾的段的位置影響。就這一點而言，PH0SITA可以用試錯法來確定這種段位置。另外，本發明涉及一種將三種或多於三種組分的混合物供給所述蒸餾塔組件並使該混合物進行分配和蒸餾成三種餾分的方法。以下通過參照實施例將更詳細地描述本發明。本發明的實施例僅用於詳細描述本發明，而不是用來限制本發明的保護範圍。實施例1和對比例1 直接順序的例子通過以本發明的蒸餾塔組件(實施例1)取代常規エ藝(對比例1)來進行蒸餾塔的性能測試，所述常規エ藝是在第一塔中分離低沸點組分和在第二塔中再分離其它組分， 即中沸點和高沸點組分。允許僅通過在第一塔中安裝分隔壁和在第二塔中増加一個引入管來對常規エ藝進行簡單改迸。本發明實施例1和對比例1的設計(concept)示於圖3中。在該エ藝中，粗2-乙基己醇Q-EH)用作待蒸餾的物質，蒸餾後的2-EH在實施例 1和對比例1中均表現出99wt%的高純度含量。其結果如圖5所示。各質量流率的單位是噸/小時。能量消耗量示於下面表1中。表 權利要求
1.一種蒸餾塔組件，其特徵在於具有一個流入口、三個流出口和內分隔壁的分隔壁塔(DWC)與具有兩個流入口和兩個流出口的通用蒸餾塔彼此順序連接；和所述DWC的兩個流出口的物流被引入到所述通用蒸餾塔的兩個流入口。
2.根據權利要求1所述的蒸餾塔組件，其中，所述從DWC引入到通用蒸餾塔中的兩個物流分別是中沸點物流和高沸點物流。
3.根據權利要求1所述的蒸餾塔組件，其中，所述從DWC引入到通用蒸餾塔中的兩個物流分別是中沸點物流和低沸點物流。
4.一種將三種或多於三種組分的混合物供給權利要求1 3中任何一項所述的蒸餾塔組件並使上述混合物進行分配和蒸餾成三種餾分的方法。
全文摘要
本發明提供了一種組合兩種用於蒸餾工藝的蒸餾塔的蒸餾塔組件。該蒸餾塔組件的特徵在於具有一個流入口、三個流出口和內分隔壁的分隔壁塔(DWC)與具有兩個流入口和兩個流出口的通用蒸餾塔彼此順序連接，且所述DWC的兩個流出口的物流被引入到所述通用蒸餾塔的兩個流入口。所述蒸餾塔組件改善了基於兩個蒸餾塔的現有工藝設備，使得該蒸餾塔組件可以被容易地安裝、具有優異的節能效果，且可以用於分離壓力差和實用溫差很大的情形中。
文檔編號C10G7/00GK102596347SQ201080041695
公開日2012年7月18日 申請日期2010年7月19日 優先權日2009年7月20日
發明者李成圭, 李鍾求, 申俊浩 申請人:Lg化學株式會社