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CN115551972A - 通过底部分隔壁塔上的热泵的热集成 - Google Patents

通过底部分隔壁塔上的热泵的热集成 Download PDF

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CN115551972A
CN115551972A CN202180036268.9A CN202180036268A CN115551972A CN 115551972 A CN115551972 A CN 115551972A CN 202180036268 A CN202180036268 A CN 202180036268A CN 115551972 A CN115551972 A CN 115551972A
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M·席尔瓦
D·索拉夫
G·R·马丁
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Sulzer Management AG
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Abstract

一种分隔壁塔系统，其包括：‑分隔壁塔，其包括位于所述分隔壁塔的底部区段中的分隔壁以将所述分隔壁塔的底部区段分成第一侧和第二侧；‑第一再沸器，其位于所述分隔壁塔的外部并且与所述分隔壁塔的底部区段的第一侧流体连通；‑第二再沸器，其位于所述分隔壁塔的外部并且与所述分隔壁塔的底部区段的第二侧部流体连通；以及‑热泵，其与所述分隔壁塔和所述第二再沸器流体连通并且配置成压缩来自所述分隔壁塔的塔顶产物的第一部分。

Description

通过底部分隔壁塔上的热泵的热集成
技术领域
本发明涉及特别用于脱异戊烷塔(DIP)或脱异丁烷塔(DIB)应用中的分隔壁塔系统。本发明还涉及由烃进料生产异-C4烃组合物的方法。
背景技术
DIP和DIB通常是天然气液(NGL)分馏装置的一部分。NGL分馏配置通常由一系列塔组成，其在每个连续塔中蒸馏较轻质组分。例如，如果从C1-C5+分馏烃分子，可以使用以下塔：脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔和脱丁烷塔。可以加入另外的塔，如DIP或DIB以进一步将特定组分分馏成其链烷烃和异链烷烃组分。更具体地说，在典型的NGL分馏队列中，脱丁烷塔产生具有正丁烷和异丁烷的混合物的馏出物，然后将该馏出物进料到脱异丁烷塔，在其中分离异-C4和正-C4烃馏分。在配置中具有如此多的塔和再沸器的情况下，存在包括热集成以帮助工厂的总体公用工程使用的战略位点。
本发明的目的是提供特别用于脱异戊烷塔或脱异丁烷塔应用的分隔壁塔系统，以及提供由烃进料生产异-C4烃组合物的方法，其中该方法和系统是能量有效的，即该系统需要相当低的投资成本，并且该方法具有相当低的操作成本，但是在这两种情况下，该系统和方法仍具有非常高的分离效率。
发明内容
根据本发明，通过提供特别适合用作脱异戊烷塔或脱异丁烷塔的分隔壁塔系统来满足该目的，所述分隔壁塔系统包括：i)分隔壁塔，其包括位于分隔壁塔的底部区段中的分隔壁以将分隔壁塔的底部区段分成第一侧和第二侧，ii)位于分隔壁塔外部且与分隔壁塔的底部区段的第一侧流体连通的第一再沸器，iii)位于分隔壁塔外部且与分隔壁塔的底部区段的第二侧流体连通的第二再沸器，和iv)与分隔壁塔和第二再沸器流体连通的热泵，其中配置热泵以压缩来自分隔壁塔的塔顶产物的第一部分。
本发明的发明人已经发现，通过使用包括位于分隔壁塔的底部区段中的分隔壁以将分隔壁塔的底部区段分成第一侧和第二侧的分隔壁塔，即通过使用底部分隔壁塔，其与热泵流体连通，其中热泵还与第二再沸器流体连通，使得将分隔壁塔的塔顶产物(或分别为轻质产物)的第一部分在热泵中压缩，然后进料到第二再沸器以加热从底部分隔壁塔的底部区段的第二侧取出的塔底产物的至少一部分，可以显著降低分隔壁塔系统的能量消耗，特别是当用作脱异戊烷塔或脱异丁烷塔时，但是仍然获得极高的分离效率。在第一再沸器中产生的蒸气用于汽提由分隔壁限定的底部区段的第一侧上的C4烃材料的进料，这在分隔壁塔的底部区段的该侧上产生C5+烃产物。相反，在第二再沸器中产生的蒸气用于汽提异-C4烃到分隔壁塔的顶部。总而言之，根据本发明，由分隔壁塔产生的分别为塔顶产物或蒸气分别用于加热第二侧再沸器或C4再沸器。仅使用一部分塔顶蒸气物流，并且优选底部分隔壁塔还包括一个塔顶冷凝器和蓄积器用于回流一部分塔顶产物。因此，在与用于加热再沸器的冷凝蒸气一起被收集在布置在第二再沸器下游的优选塔顶蓄积器中之前，塔顶蒸气的余量将继续到常规塔顶冷凝器。该分隔壁塔通常在小于1 MPag的压力下操作。因此，来自该塔的塔顶蒸气接近典型的冷却水供应温度范围。因此，通过在再沸器中冷凝该蒸气物流，将减少冷却水需求和加热介质需求。因此，本发明是一种热集成方案，其使用热泵来压缩在分隔壁塔中获得的塔顶蒸气，以便提高其温度来加热分隔壁塔的第二再沸器。
热泵在本发明中是指能够压缩底部分隔壁塔的轻质产物，即塔顶产物的任何装置。因此，热泵可包括一个或多个压缩机，并且可由一个或多个压缩机组成。例如，热泵可包括一个或多个涡轮风扇发动机或由其组成。
第二再沸器可以分别是任何种类的再沸器或热交换器。因此，实例是板壳式再沸器、compabloc热交换器、壳管式再沸器等。例如，第二再沸器是管壳式再沸器，并且将分隔壁塔的第二侧的塔底产物输送通过第二再沸器的壳侧，而将分隔壁塔的已经在热泵中压缩的塔顶产物的那部分输送通过第二再沸器的管。
根据本发明，分隔壁塔是底部分隔壁塔，即包括位于分隔壁塔的底部区段中以将分隔壁塔的底部区段分成第一侧和第二侧的分隔壁的分隔壁塔。分隔壁优选从分隔壁塔的底部至少基本垂直向上延伸超过分隔壁塔的高度的一部分。基本垂直向上可以表示分隔壁与分隔壁塔的长度轴之间的角度为至多40°，优选至多20°，更优选至多10°和最优选0°，其中分隔壁塔的高度是分隔壁塔的顶部和底部之间的直线距离。这种底部分隔壁塔包括在分隔壁的任一侧(即底部区段的第一侧和第二侧)上的两个独立汽提段和在分隔壁上方的顶部区段中的共用精馏段。
优选的是，从分隔壁塔的底部向顶部看，分隔壁塔的分隔壁从分隔壁塔的底部延伸超过分隔壁塔高度的10-80%，更优选超过10-70%，还更优选超过20-70%，甚至更优选超过30-70%，最优选超过40-60%。底部区段是分隔壁位于其中并限定第一侧和第二侧的分隔壁塔的那部分，而顶部区段是在分隔壁上方的分隔壁塔的那部分。
分隔壁塔可以包括至少一种选自塔盘、规整填料、无规填料和两种或更多种前述元件的任意组合的内部元件，以提高其传质和传热效率。此外，如果需要，分配器和收集器可以包括在一个或多个内部元件的上方和下方。
在本专利申请的构思的进一步发展中，提出了分隔壁塔系统还包括与第二再沸器流体连通的第一冷凝器，即分隔壁塔系统还包括分别在第二再沸器和第一冷凝器之间的管线或管道。
根据本发明的另一个实施方案，第二再沸器流体连接到分隔壁塔以向分隔壁塔的第二侧进料-回流。这意味着优选第二再沸器包括连接分隔壁塔的底部区段的第二侧与第二再沸器的管线，以在操作期间将塔底产物从分隔壁塔的底部区段的第二侧进料到第二再沸器中，和连接第二再沸器与分隔壁塔的底部区段的第二侧的另一管线，以在操作期间将塔底产物从第二再沸器进料回到分隔壁底部区段的第二侧中。
优选地，第一再沸器也流体连接到分隔壁塔以向分隔壁塔的第一侧进料-回流，即第一再沸器包括连接分隔壁塔的底部区段的第一侧与第一再沸器的管线，以在操作期间将塔底产物从分隔壁塔的底部区段的第一侧进料到第一再沸器中，和连接第一再沸器与分隔壁塔的底部区段的第一侧的另一管线，以在操作期间将塔底产物从第一再沸器进料回到分隔壁底部区段的第一侧中。
此外，优选的是，分隔壁塔系统还包括与分隔壁塔流体连通并且配置为接收来自分隔壁塔的塔顶产物的第二部分的第二冷凝器。换句话说，优选的是，分隔壁塔系统还包括第二冷凝器，其分别通过管线或管道与分隔壁塔的塔顶连接。塔顶产物的第二部分不被引导到热泵。
在本专利申请的构思的进一步发展中，建议分隔壁塔系统还包括与第一冷凝器和第二冷凝器流体连通的蓄积器。因此，优选地，第一管线或管道分别将蓄积器与第一冷凝器连接，第二管线或管道分别将蓄积器与第二冷凝器连接。
优选地，在本发明的上述实施方案中，蓄积器与分隔壁塔流体连通以向分隔壁塔进料-回流，即再循环管线将蓄积器与分隔壁塔连接。优选地，再循环管线与分隔壁塔的顶部区段或塔顶连接。
根据本发明的另一实施方案，在第一冷凝器的下游，第三冷凝器被布置成与第一冷凝器流体连通。
根据另一方面，本发明涉及生产异-C4烃产物的方法，其在上述分隔壁塔系统中进行。
更具体地，该方法包括以下步骤：
i)将含烃进料引入上述分隔壁塔系统的分隔壁塔中；
ii)将包含C5+烃的塔底产物从分隔壁塔的第一侧进料到第一再沸器中；
iii)将包含正-C4烃的塔底产物从分隔壁塔的第二侧进料到第二再沸器中；
iv)将来自分隔壁塔的塔顶产物的第一部分进料到热泵并在其中压缩塔顶产物的第一部分；以及
v)将经压缩的塔顶产物从热泵进料到第二再沸器以在经压缩的塔顶产物和包含正-C4烃的塔底产物之间交换热量。
优选地，将包含正-C4烃的塔底产物的一部分作为回流物流从第二再沸器进料到分隔壁塔的底部区段的第二侧，而将包含正-C4烃的塔底产物的另一部分从分隔壁塔系统取出。
同样，优选将包含C5+烃的塔底产物的一部分作为回流物流从第一再沸器进料到分隔壁塔的底部区段的第一侧，而将包含C5+烃的塔底产物的另一部分从分隔壁塔系统取出。
在本专利申请的构思的进一步发展中，提出所述方法还包括以下步骤：将来自第二再沸器的经压缩的塔顶产物在其已经在第二再沸器中与包含正-C4烃的塔底产物热交换之后，进料到布置在第二再沸器下游的第一冷凝器，并在第一冷凝器中冷却或冷凝包含正-C4烃的塔底产物。
在上述实施方案中优选的是，分隔壁塔系统还包括蓄积器，并且将塔顶产物从第一冷凝器进料到蓄积器。或者，在第一冷凝器和蓄积器之间可布置另一冷凝器，以进一步冷却或冷凝其中包含正-C4烃的塔底产物。
根据本发明的另一实施方案，该方法还包括将回流物流从蓄积器引导至分隔壁塔和特别是引导至分隔壁塔的顶部区段或塔顶的步骤。
进一步优选的是，分隔壁塔系统还包括第二冷凝器，并且除了将塔顶产物的第一部分进料到热泵之外，将塔顶产物的第二部分从分隔壁塔进料到第二冷凝器，以至少部分地冷凝其中的塔顶产物。
在本专利申请的构思的进一步发展中，建议在上述实施方案中，将优选已经在第二冷凝器中至少部分冷凝的塔顶产物的第二部分进料到蓄积器。
该方法可进一步包括在蓄积器中产生异-C4烃进料的步骤。
附图说明
随后，参考说明性的而非限制性的附图来描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施方案的具有热泵的底部分隔壁塔系统。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述各个方面。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的方面。
图1示出了根据本发明的一个实施方案的底部分隔壁塔系统100。系统100包括接收包含烃的进料104的分隔壁塔102。分隔壁塔102包括将分隔壁塔102的底部区段分成两侧108、109的底部分隔壁106。底部分隔壁106从分隔壁塔102的底部向上垂直延伸超过分隔壁塔102的高度的约50%。此外，分隔壁塔系统100包括分别流体连接到分隔壁塔102的底部区段的侧面108、109的第一再沸器110和第二再沸器112。第二再沸器112具体化为管壳式再沸器。第一再沸器110汽提在分隔壁106的第一侧108的C4烃的进料，并在分隔壁106的第一侧108产生C5+产物物流，其通过C5+烃产物管线113从分隔塔系统100中取出。第二再沸器112汽提异-C4烃并产生正-C4烃产物物流。另外，底部分隔壁塔系统100包括压缩机118 (或分别为热泵)、第一冷凝器120、第二冷凝器114、第三冷凝器122和(塔顶)蓄积器116。
分隔壁塔102在分隔壁塔的顶部输出塔顶产物(或分别为轻质产物)。将塔顶产物的第一部分通过管线124进料到压缩机118，其在此被压缩。然后将经压缩的塔顶产物进料到第二再沸器112的管侧，而将从分隔壁塔102的底部区段取出的塔底产物进料到第二再沸器112的壳中，使得在较热的经压缩的塔顶产物和较冷的塔底产物之间进行热交换，这导致在分隔壁塔102的底部区段的第二侧109中获得的正-C4烃塔底产物的至少部分蒸发。当一部分正-C4烃塔底产物从第二再沸器112的壳经由回流管线126回流回到分隔壁塔102的底部区段中时，另一部分正-C4烃塔底产物经由正-C4烃产物管线128从分隔塔系统100中取出。或者，部分或全部正-C4烃产物物流可从塔釜（column sump）129而不是从再沸器112取出。经压缩的塔顶产物从第二再沸器112的管侧进料到第一冷凝器120，从那里进料到第三冷凝器122，并从那里进料到蓄积器116。
塔顶产物的第二部分经由管线130直接(即在绕过压缩机118的情况下)进料到第二冷凝器114，并从那里进料到蓄积器116，在那里其与已经被引导通过压缩机118和通过第二再沸器112的塔顶产物的第一部分合并。来自蓄积器116的一部分异-C4烃塔顶产物经由回流管线132再循环到分隔壁塔102的顶部区段，而另一部分异-C4烃塔顶产物经由异-C4烃产物管线134从分隔塔系统100取出。
分隔壁塔102通常在小于1 MPag的压力下操作。来自分隔壁塔102的轻质产物(即塔顶蒸气)接近典型的冷却水供应温度范围。因此，通过在再沸器112中冷凝轻质产物，冷却水需求和加热介质需求减少。
底部分隔壁塔系统100的益处包括：
● 减少塔顶冷凝负荷，从而需要较少的冷却水供应；
● 减少用于正-C4再沸器的热介质需求(通常是热油/蒸汽)；
● 节省运行成本；
● 由于对热油的较低需求，热油系统的占地面积较小；
● 由于较低的热油需求而导致的较低的加热器排放。
附图标记
100 (底部)分隔壁塔系统
102 (底部)分隔壁塔
104 进料
106底部分隔壁
108(底部)分隔壁塔的底部区段的第一侧
109(底部)分隔壁塔的底部区段的第二侧
110 第一再沸器
112第二再沸器
113 正-C5+烃产物管线
114 (第二)冷凝器
116 (塔顶)蓄积器
118热泵/压缩机
120 (第一)冷凝器
122 (第三)冷凝器
124至压缩机的塔顶管线
126分隔壁塔的底部区段中的回流管线
128 正-C4烃产物管线
129 塔釜
130绕过压缩机的塔顶管线
132至分隔壁塔顶部区段的回流管线
134：异-C4烃产物管线134。

Claims (15)

1.分隔壁塔系统(100)，其包括：
分隔壁塔(102)，其包括位于所述分隔壁塔(102)的底部区段中的分隔壁(106)，以将所述分隔壁塔(102)的底部区段分成第一侧(108)和第二侧(109)；
第一再沸器(110)，其位于所述分隔壁塔(102)外部并且与所述分隔壁塔(102)的底部区段的第一侧(108)流体连通；
第二再沸器(112)，其位于所述分隔壁塔(102)外部并且与所述分隔壁塔(102)的底部区段的第二侧(109)流体连通；以及
热泵(118)，其与所述分隔壁塔(102)和所述第二再沸器(112)流体连通，并且配置成压缩来自所述分隔壁塔(102)的塔顶产物的第一部分。
2.如权利要求1所述的分隔壁塔系统(100)，其还包括与所述第二再沸器(112)流体连通的第一冷凝器(120)。
3.如权利要求1或2所述的分隔壁塔系统(100)，其中所述第二再沸器(112)流体连接到分隔壁塔(102)以向分隔壁塔(102)的第二侧(109)进料-回流，并且优选地所述第一再沸器(110)也流体连接到分隔壁塔(102)以向分隔壁塔(102)的第一侧(108)进料-回流。
4.如权利要求1至3中任一项所述的分隔壁塔系统(100)，其还包括与所述分隔壁塔(102)流体连通并且配置为接收来自所述分隔壁塔(102)的塔顶产物的第二部分的第二冷凝器(114)。
5.如权利要求4所述的分隔壁塔系统(100)，其还包括与所述第一冷凝器(120)和所述第二冷凝器(114)流体连通的蓄积器(116)。
6.如权利要求4或5所述的分隔壁塔系统(100)，其中所述蓄积器(116)与所述分隔壁塔(102)流体连通以向所述分隔壁塔(102)进料-回流。
7.生产异-C4烃产物的方法，所述方法包括：
将含烃进料引入如权利要求1至6中任一项所述的分隔壁塔系统(100)的分隔壁塔(102)；
将包含C5+烃的塔底产物从所述分隔壁塔(102)的第一侧(108)进料到第一再沸器(110)；
将包含正-C4烃的塔底产物从所述分隔壁塔(102)的第二侧(109)进料到第二再沸器(112)；
将来自所述分隔壁塔(102)的塔顶产物的第一部分进料到热泵(118)并在其中压缩所述塔顶产物的第一部分；以及
将经压缩的塔顶产物从所述热泵(118)进料到第二再沸器(112)，以在所述经压缩的塔顶产物和包含正-C4烃的塔底产物之间交换热量。
8.如权利要求7所述的方法，其中将回流物流从第二再沸器(112)进料到分隔壁塔(102)的底部区段的第二侧(109)。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中将回流物流从第一再沸器(110)进料到分隔壁塔(102)的底部区段的第一侧(108)。
10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其还包括将经压缩的塔顶产物从所述第二再沸器(112)进料到第一冷凝器(120)，并且在其中将其冷凝。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述分隔壁塔系统(100)还包括蓄积器(116)，并且将所述塔顶产物从所述第一冷凝器(120)进料到所述蓄积器(116)。
12.如权利要求7至11中任一项所述的方法，其中所述分隔壁塔系统(100)还包括第二冷凝器(114)，并且将所述塔顶产物的第二部分从所述分隔壁塔(102)进料到所述第二冷凝器(114)。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括将所述塔顶产物的第二部分进料到所述蓄积器(116)。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括从所述蓄积器(116)产生异-C4烃进料。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括将回流物流从所述蓄积器(116)引导至所述分隔壁塔(102)。
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