本发明专利技术利用整合跨多个工艺阶段的压缩回路的机械蒸气压缩和/或热蒸气压缩。压缩机的顺序网络用于增加每个工艺阶段内蒸气作为蒸气内流，以及在工艺阶段之间的分支作为蒸气间流的压力和冷凝温度。由于可用蒸气在压缩机阶段之间共享，所以可以减少压缩机的数量，提高经济性。通过在压缩机阶段之间分离蒸气来平衡穿过多个工艺阶段的增量式压缩机阶段的蒸气质量流量，使得整个蒸气压缩系统能够根据个别工艺能量需求进行定制并适应工艺条件的动态波动。波动。波动。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化多阶段工艺中的机械蒸气压缩和/或热蒸气压缩的方法和系统
优先权数据
[0001]本国际专利申请要求2020年7月15日提交的美国临时专利申请号63/052,202、2021年4月8日提交的美国临时专利申请号63/172,150、2021年4月8日提交的美国临时专利申请号63/172,151和2021年7月13日提交的美国专利申请号17/374,962的优先权，这些专利申请中的每一个特此通过引用并入本文。
专利
[0002]本专利技术总体上涉及用于降低与炼制厂和生物炼制厂相关的碳强度的方法和系统。专利技术背景
[0003]利用反应、分离和蒸发的工业工艺通常将多组分混合物分离为纯的材料或特定混合物。常见的原料包括化石碳氢化合物和可再生的生物基天然基质。原料通过精制工艺，在该工艺中粗混合物通常被分离、分馏、反应和/或纯化以生产具有特定品质的成品。通常，“炼制厂”利用化石碳氢化合物(例如原油或煤)，而“生物炼制厂”利用生物质(例如木质纤维素原料)。
[0004]典型的炼制工艺利用液
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气相变来引起复杂混合物的分离。需要大量的工艺热量来驱动这种吸热相变。将加工材料的沸点差异在炼制厂工艺阶段进行组织，以允许从最高温度工艺到最低温度工艺的级联热量，以允许再利用热量并减少总工艺能量。汽化热远大于在没有汽化的情况下移动工艺流所需的热量，在没有汽化的情况下只需考虑混合物的显热容。因此，汽化工艺阶段在整个工艺中具有最大的能量需求。
[0005]来自植物基来源或石油基化石来源的未炼制碳氢化合物是具有不同分子结构和沸点的复杂有机分子的混合物。碳氢化合物以及甘油三酯和各种其他可再生原料有脂肪族、烯烃和芳香族亚类。炼制工艺阶段将混合物分离为子组分或将复杂的较长分子分解为较小的分子和/或将它们重新形成较大的分子。炼制厂总是生产需要通过进一步加工和分离进行纯化的混合物。炼制工艺可以利用反应容器进行化学变化，产生产物的混合物，然后进行分离工艺以纯化反应产物。典型的炼制工艺采用多于一个工艺阶段，其中每个阶段产生具有不同的市场和用途的不同产物。加工中的这些多个阶段典型地连续运行，其中每个工艺阶段与其他连续工艺阶段一致，产生不同价值的产物。
[0006]炼制厂和其他工业加工厂经常需要分馏以回收和精制成品。分馏中消耗的工厂工艺能量通常构成此类产品的生产生命周期中最大的能量需求。炼制的标准实践是每个工艺阶段独立运行，其中热能作为热量施加到每个阶段，并且由工艺产生的蒸气最终进入冷凝器，该冷凝器充当非接触式热交换器，将气相的温度和压力降低到实现到液体的相变所需的条件。冷凝器典型地将蒸气或气体的冷凝热传递给液体，如通过冷却塔提供的冷却水，或传递给冷却气体，如大气中的空气。因此，施加到该工艺的进料流的热量最终损失到冷凝器中的冷却介质。通常，多工艺系统将具有多个冷凝器。这些工艺阶段中的每一个都需要能量，其中总的工艺能量是所有工艺阶段的能量总和。同样，冷凝器中损失的潜热近似于加到
各个阶段的工艺能量的总和。
[0007]出于减少总的工艺能量的目的，用于优化多个连续工艺阶段的标准工业实践涉及在多阶段工艺内将热量从一个阶段级联到另一个阶段。级联方法通过布置多个阶段来实现，使得热量可以作为多个效应从较高温度的工艺阶段传送到较低温度的工艺阶段。这种方法减少了总的工艺能量，但是有新的努力将工艺能量需求降低到更低的能量水平以改进效率并减少碳足迹。
[0008]蒸气压缩可应用于工艺阶段以将总的工艺能量降低到低于通过简单热级联可实现的能量，从而为减少多阶段工艺中的工艺碳足迹提供额外的机会。几十年来，分馏中的机械蒸气压缩的概念已经披露于专利中并用于降低工艺能量需求。机械蒸气压缩已广泛用于水处理、食品加工、制药和酿造。主要应用在蒸发工艺中。当应用时，机械蒸气压缩典型地被归类为在单个工艺阶段内回收能量。
[0009]商业上需要改进的方法和系统来降低广泛的工业炼制厂和生物炼制厂中的能量需求和工艺碳强度。专利技术概述
[0010]本专利技术的一些变体提供了一种多阶段能量整合工艺，其包括：(a)提供共同配置用于将原料连续或半连续地转化为一种或多种产物的多个工艺阶段，其中所述多个工艺阶段利用气
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液相变；(b)提供蒸气压缩系统，其中所述蒸气压缩系统至少包括第一蒸气压缩机和第二蒸气压缩机，其中所述第一蒸气压缩机是机械蒸气压缩机或热蒸气压缩机，并且其中所述第二蒸气压缩机是机械式蒸气压缩机或热蒸气压缩机；(c)顺序地布置所述第一和第二蒸气压缩机以增加第一工艺阶段内的第一蒸气和所述第一工艺阶段下游的第二工艺阶段内的第二蒸气的压力和冷凝温度，从而提供压缩的第一蒸气和压缩的第二蒸气；(d)将所述压缩的第一蒸气的至少一部分引导至(i)所述第二阶段，(ii)所述第二阶段下游的工艺阶段，如果有的话，(iii)所述第一阶段上游的工艺阶段，如果有的话，或(iv)它们的组合；(e)任选地，将所述压缩的第二蒸气的至少一部分引导至(i)所述第一工艺阶段，(ii)所述第一阶段上游的工艺阶段，如果有的话，(iii)所述第二阶段下游的工艺阶段，如果有的话，或(iv)它们的组合；(f)任选地，将所述压缩的第一蒸气的至少一部分引导回所述第一阶段；以及(g)任选地，将所述压缩的第二蒸气的至少一部分引导回所述第二阶段。
[0011]原料可以包括化石碳氢化合物、可再生的生物基天然基质或其组合。
[0012]在一些实施例中，进行步骤(e)、(f)和(g)中的至少一个，或进行步骤(e)、(f)和(g)中的至少两个，或步骤(e)、(f)和(g)都进行。
[0013]例如，多个工艺阶段可以为至少三个工艺阶段。
[0014]在一些实施例中，第一工艺阶段或第二工艺阶段中的至少一个选自蒸馏、蒸发、汽提、分子筛处理、化学反应及其组合。当工艺涉及化学反应时，化学反应可以选自由以下组成的组：例如氧化、还原、水解、缩合、酯交换、低聚、聚合、结晶、异构化、重整、裂化、脱氢硫化、加氢处理、烷基化、氢化、脱氢、脱水(烯烃形成)、环化、焦化、催化剂再生及其组合。
[0015]在一些实施例中，第三蒸气压缩机被配置成压缩不与第三工艺阶段内的第三蒸气接触的热交换介质，并且其中第三蒸气压缩机是机械蒸气压缩机或热蒸气压缩机。
[0016]可以例如在生物炼制厂、石油炼制厂、化工厂、石化厂、生化厂、天然气炼制厂、页岩油炼制厂、煤衍生产品炼制厂或合成气衍生产品厂中进行多阶段能量整合工艺。
[0017]本专利技术的其他变体提供了一种多阶段能量整合系统，其包括：(a)共同配置用于将原料连续或半连续地转化为一种或多种产物的多个工艺子系统，其中所述多个工艺子系统被配置为利用气
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液相变；以及(b)蒸气压缩子系统，其中所述蒸气压缩子系统至少包括第一蒸气压缩机和第二蒸气压缩机，其中所述第一蒸气压缩机是机械蒸气压缩机或热蒸气压缩机，并且其中所述第二蒸气压缩机是机械式蒸气压缩机或热蒸气压缩机，其中所述第一和第二蒸气压缩机顺序地布置和配置以增加第一工艺子系统内的第一蒸气和第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多阶段能量整合工艺，其包括：(a)提供共同配置用于将原料连续或半连续地转化为一种或多种产物的多个工艺阶段，其中所述多个工艺阶段利用气
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液相变；(b)提供蒸气压缩系统，其中所述蒸气压缩系统至少包括第一蒸气压缩机和第二蒸气压缩机，其中所述第一蒸气压缩机是机械蒸气压缩机或热蒸气压缩机，并且其中所述第二蒸气压缩机是机械蒸气压缩机或热蒸气压缩机；(c)顺序地布置所述第一和第二蒸气压缩机以增加第一工艺阶段内的第一蒸气和所述第一工艺阶段下游的第二工艺阶段内的第二蒸气的压力和冷凝温度，从而提供压缩的第一蒸气和压缩的第二蒸气；(d)将所述压缩的第一蒸气的至少一部分引导至(i)所述第二阶段，(ii)所述第二阶段下游的工艺阶段，如果有的话，(iii)所述第一阶段上游的工艺阶段，如果有的话，或(iv)它们的组合；(e)任选地，将所述压缩的第二蒸气的至少一部分引导至(i)所述第一工艺阶段，(ii)所述第一阶段上游的工艺阶段，如果有的话，(iii)所述第二阶段下游的工艺阶段，如果有的话，或(iv)它们的组合；(f)任选地，将所述压缩的第一蒸气的至少一部分引导回所述第一阶段；以及(g)任选地，将所述压缩的第二蒸气的至少一部分引导回所述第二阶段。2.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，所述原料包括化石碳氢化合物、可再生的生物基天然基质或其组合。3.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，进行步骤(e)、(f)和(g)中的至少一个。4.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，进行步骤(e)、(f)和(g)中的至少两个。5.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，步骤(e)、(f)和(g)全部进行。6.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，所述多个工艺阶段为至少三个工艺阶段。7.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，所述第一工艺阶段或所述第二工艺阶段中的至少一个选自蒸馏、蒸发、汽提、分子筛处理、化学反应及其组合。8.如权利要求7所述的多阶段能量整合工艺，其中，所述化学反应选自由以下组成的组：氧化、还原、水解、缩合、酯交换、低聚、聚合、结晶、异构化、重整、裂化、脱氢硫化、加氢处理、烷基化、氢化、脱氢、脱水(形成烯烃)、环化、焦化、催化剂再生及其组合。9.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，第三蒸气压缩机被配置成压缩不与第三工艺阶段内的第三蒸气接触的热交换介质，并且其中所述第三蒸气压缩机是机械蒸气压缩机或热蒸气压缩机。10.如权利要求1所述的多阶段能量整合工艺，其中，所述多阶段能量整合工艺在生物炼制厂、石油炼制厂、化工厂、石化厂、生化厂、天然气炼制厂、页岩油炼制厂、煤衍生产品炼制厂或合成气衍生产品厂中进行。1...
【专利技术属性】
技术研发人员：林恩，
申请(专利权)人：能量集成公司，
类型：发明
国别省市：
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