热解产物分级分离方法及多内塔精馏装置制造方法及图纸

一种热解产物分级分离方法及多内塔精馏装置，多内精馏塔精馏装置由外精馏塔及设置于外精馏塔内部的至少2个内精馏塔组成，内精馏塔为分隔壁精馏塔或者由多根管组成的管束构成，能够解决已有多组分混合物分离技术能耗高、热敏性混合物分离纯度低的问题，用于生物质等热解产物的分级分离。

【技术实现步骤摘要】
热解产物分级分离方法及多内塔精馏装置
本方案涉及化学工业领域，具体涉及一种热解产物分级分离方法及多内塔精馏装置，用于化工、炼油、石化、环保等领域的传质分离过程。
技术介绍
随着全球能源消耗的增加和环境污染的加剧，可再生能源越来越受到人们的重视。生物质能具有对环境友好、原料来源广泛、可再生等特点，已成为国际能源转型的重要力量。热解技术能够将能量密度较低的生物质(秸秆、果壳、木屑等)转化为能量密度较高的生物油，基于液体燃料在整个能源结构中的重要性，生物油的制取及应用备受关注。生物油组成十分复杂，含氧量很高，已被确定的组分达数百种，几乎包括所有的含氧有机物，如醚、酯、醛、酮、酚、酸和醇等，并且具有粘度高、水含量高、稳定性差和腐蚀性大的特点，严重阻碍了其应用推广。如果能够实现生物油的规模化精细分离将能够获得大量多种用途的产品，有望带来一场原料与能源产业的革命。常规的生物油精制分离手段包括蒸馏、溶剂分离、离心分离、色谱分离、膜分离、超临界萃取和分子蒸馏等，都是先获得液体生物油产物再进行精制分离，这无疑会增加技术和工艺的复杂程度，例如在传统蒸馏过程中，热敏性生物油的分离效果不理想且存在结焦老化的问题，虽然采用减压蒸馏能够降低生物油的沸点，但热敏性生物油在整个精馏塔内仍然会发生多种反应而生成高沸点物质，导致产品收率依然不理想，所得馏分组成仍然很复杂；采用多侧线分馏工艺得到的每一个馏分中都会出现热敏性生物油生成的高沸点物质；采用分子蒸馏可以在更低的温度下操作，但分子蒸馏生产能力小，设备投资高，所得馏分组成也很复杂。如果在生物质热解气冷凝过程中直接分离成几类用途不同、性质相对稳定的产物，再根据其性质进行精制分离，将大大降低生物油的分离成本和利用难度。分级冷凝技术就是根据各组分沸点的不同逐级将生物质热解气冷凝下来的方法，能够实现从源头将生物油进行初步分级分离，所得生物油的品质得到明显提升，但由于只是采用了简单的分级冷凝，所得到的生物油组成仍然十分复杂，利用难度仍较大，迫切需要开发一种更加精细的生物油精制分离技术。精馏是一种应用广泛的化工分离单元操作，但精馏过程能耗很大，提高精馏过程的能量利用率始终是研究的热点，已有的精馏过程节能方法，包括塔间的能量集成、精馏换热网络合成以及单塔内部的能量集成等，其中热偶精馏由于既节能又节省设备投资引起了人们的广泛关注。精馏塔内部热耦合技术是一种理想节能方法，新型装置不断被开发，其中内部能量集成精馏塔通过在精馏段和提馏段之间安装压缩机和节流阀，可以让精馏段操作在比提馏段更高的压力下，从而产生足够大的换热温差，使热量从精馏塔段传递给对应位置的提馏塔段。日本先后开发了同心圆柱式和多同心圆柱捆绑式热耦合精馏塔；但是，同心圆柱式热耦合精馏塔结构较为简单，但仍未解决原有的内部热耦合传热面积小的问题，多同心圆柱捆绑式内部热耦合蒸馏塔虽然具有更大的传热面积，但结构复杂，成本很高，难以在实际中推广应用。专利200910087709.9设计了一种内部热耦合蒸馏塔，通过三个外部换热器实现精馏段与提馏段之间的热耦合，一个外部换热器进行精馏段顶部与提馏段顶部之间的热量交换，从而实现了内部热耦合蒸馏塔的无外部回热操作；但是，该内部热耦合蒸馏塔包括有四个外部换热器和两个塔体，设备体积大、成本高。专利201010195101.0公开了一种液体并流复合塔，包括塔体，塔体分为内精馏塔和外精馏塔，内精馏塔套装在外精馏塔内，内精馏塔和外精馏塔中分别设置有与其横截面相应的塔板，塔板上设置有能够使每层塔板上的液体呈同方向流动的降液系统，该专利消除了传统塔板上的液体滞留区，增加了有效传质面积，增大了处理能力，提高了塔板的传质效率，但该液体并流复合塔的热量均由塔底的再沸器提供，能耗高，热量利用率低，而且为了达到较好的精馏效果，塔高通常较高，安装施工难度大，不易维护检修，之后201420863590.6和201420871708.X，公开了一种热耦合喷射并流塔，包括塔体和多层连续传质塔板，塔体包括内精馏塔和外精馏塔，每层连续传质塔板包括设置有升气孔的塔板、帽罩和降液系统，所述内精馏塔和外精馏塔之间通过内精馏塔的外壁隔离形成精馏段和提馏段，有效利用了提馏段和精馏段的温差在内精馏塔塔壁处进行换热、回收热量，增大了换热面积，有效减少了散热量，强化了提馏段对精馏段的热量传递，从而达到节能目的。但这些技术都是针对简单混合物开发的精馏节能方法，难以对组分复杂的生物油进行精细分级分离。另外，分隔壁精馏塔是热偶精馏塔的一种，例如专利201210172039.2、201110074332.0和201510647969.2都采用了设有一块分隔壁的分隔壁精馏塔，缩短了工艺流程，减少了设备投资，提高了分离效率，降低了分离能耗。目前这种采用一块分隔壁的分隔壁精馏塔技术已近成熟，但只能用于简单3组分的分离。分离四组分及以上物系则需要更多的分隔壁，文献(DDwivedi,IJHalvorsen,SSkogestad.Controlstructureselectionforfour-productPetlyukcolumn[J].ChemicalEngineeringandProcessing&ProcessIntensification,2013,67(5):49-59.)采用设有3块分隔壁的分隔壁精馏塔用于分离甲醇、乙醇、丙二醇、丁醇四组分物系；专利201310279930.0采用了具有较多隔板的隔板塔，用于分离制备甲基萘和工业苊，洗油馏分进入隔板塔进行精馏，从隔板塔引出多股产品物流：萘油、甲基萘、中质洗油、苊馏分、重质洗油，产品纯度和收率提高。但是采用两块及以上分隔壁的分隔壁精馏塔的结构和控制趋于复杂，调整某一块分隔壁将对其它操作参数影响很大，使得分隔壁精馏塔的操作弹性、动态特性和可控性较差，因此采用的分隔壁数量受到限制，一般控制在1～6块，仅限于分离3～5组分物系，难以对组分达数百种的生物油进行高纯度分离。不只是生物油，其它诸如石油、废塑料、废橡胶、垃圾、煤等原料的热解产物也是复杂的多组分混合物，需要进行分离以提高热解产物的附加值；在石油、化工、环保等领域也存在着大量多组分混合物，也需要高效低耗的分离技术。
技术实现思路
本方案的目的在于提供一种热解产物分级分离方法及多内塔精馏装置。本方案是通过以下技术方案来实现的：一种多内塔精馏装置，它是由外精馏塔及设置于外精馏塔内部的至少2个内精馏塔组成，内精馏塔排列于外精馏塔内部不同高度位置；外精馏塔的侧壁设有进料口，外精馏塔的顶部设有塔顶气出口，外精馏塔的底部设有塔底出料口，外精馏塔的上部设有回流液进口，下部设有再沸器返塔口；外精馏塔塔顶设有冷凝器及冷凝器之后的回流罐，回流罐设有不凝气口和产品排出管路，产品排出管路分为两路，一路设有塔顶产品阀，另一路设有塔顶回流泵并与回流液进口相连；外精馏塔塔底设有再沸器，外精馏塔塔底出料口之后的管路分为两路，一路设有塔底出料泵，另一路经再沸器后与再沸器返塔口相连；内精馏塔顶部封闭并且设有内精馏塔出气口，内精馏塔出气口为倒U形管结构，起液封作用，防止本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多内塔精馏装置，其特征是它是由外精馏塔及设置于外精馏塔内部的至少2个内精馏塔组成，内精馏塔排列于外精馏塔内部不同高度位置；外精馏塔的侧壁设有进料口，外精馏塔的顶部设有塔顶气出口，外精馏塔的底部设有塔底出料口，外精馏塔的上部设有回流液进口，下部设有再沸器返塔口；外精馏塔塔顶设有冷凝器及冷凝器之后的回流罐，回流罐设有不凝气口和产品排出管路，产品排出管路分为两路，一路设有塔顶产品阀，另一路设有塔顶回流泵并与回流液进口相连；外精馏塔塔底设有再沸器，外精馏塔塔底出料口之后的管路分为两路，一路设有塔底出料泵，另一路经再沸器后与再沸器返塔口相连；内精馏塔顶部封闭并且设有内精馏塔出气口，内精馏塔出气口为倒U形管结构，起液封作用，防止液相进入内精馏塔；内精馏塔底部封闭并且设有内精馏塔排液口，内精馏塔排液口为U形管结构，防止气相进入内精馏塔；内精馏塔侧壁设有内精馏塔进液口，外精馏塔内部在每个内精馏塔进液口的上方都设有液体分配器；内精馏塔进液口与通过管路与上部的液体分配器的出液管相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种多内塔精馏装置，其特征是它是由外精馏塔及设置于外精馏塔内部的至少2个内精馏塔组成，内精馏塔排列于外精馏塔内部不同高度位置；外精馏塔的侧壁设有进料口，外精馏塔的顶部设有塔顶气出口，外精馏塔的底部设有塔底出料口，外精馏塔的上部设有回流液进口，下部设有再沸器返塔口；外精馏塔塔顶设有冷凝器及冷凝器之后的回流罐，回流罐设有不凝气口和产品排出管路，产品排出管路分为两路，一路设有塔顶产品阀，另一路设有塔顶回流泵并与回流液进口相连；外精馏塔塔底设有再沸器，外精馏塔塔底出料口之后的管路分为两路，一路设有塔底出料泵，另一路经再沸器后与再沸器返塔口相连；内精馏塔顶部封闭并且设有内精馏塔出气口，内精馏塔出气口为倒U形管结构，起液封作用，防止液相进入内精馏塔；内精馏塔底部封闭并且设有内精馏塔排液口，内精馏塔排液口为U形管结构，防止气相进入内精馏塔；内精馏塔侧壁设有内精馏塔进液口，外精馏塔内部在每个内精馏塔进液口的上方都设有液体分配器；内精馏塔进液口与通过管路与上部的液体分配器的出液管相连。


2.根据权利要求1所述的多内塔精馏装置，其特征是液体分配器采用盘式孔流分布器，包括带有底板的筒体，底板上布置有升气管、喷淋孔和导流孔，其中导流孔与液体分配器的出液管相连。


3.根据权利要求1所述的多内塔精馏装置，其特征是所述内精馏塔的个数为至少2个。


4.根据权利要求3所述的多内塔精馏装置，其特征是所述内精馏塔的个数为3～9个。


5.根据权利要求1所述的多内塔精馏装置，其特征是内精馏塔为分隔壁精馏塔，即在内精馏塔内部设置一分隔壁，内精馏塔被分隔壁分成6个部分，公共精馏区Ⅰ，公共提馏区Ⅵ，及由分隔壁分开的进料段和侧线采出段，其中进料段和侧线采出段又可分为进料精馏段Ⅱ、侧线采出精馏段Ⅲ和进料提馏段Ⅳ、侧线采出提馏段Ⅴ；内精馏塔进料段设有进料分布器，内精馏塔的侧线采出段在侧壁中部设有侧线采出口，该侧线采出口与侧线采出管连接；侧线采出管的一端与内精馏塔中的侧采分布器连接，另一端穿过外精馏塔塔壁延伸至外精馏塔外部。


6.根据权利要求5所述的多内塔精馏装置，其特征是进料分布器采用盘式孔流分布器，包括带有底板的筒体，底板上布置有升气管和喷淋孔。


7.根据权利要求5所述的多内塔精馏装置，其特征是侧采分布器采用盘式孔流分布器，包括带有底板的筒体，底板上布置有升气管、喷淋孔和导流孔，其中导流孔与侧线采出管相连。


8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：金付强，陈雷，华栋梁，伊晓路，孙来芝，许海朋，李岩，谢新苹，杨双霞，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37