[发明专利]一种强化传热的内部热集成精馏塔

说明书

技术领域

本发明涉及精馏技术领域，特别涉及一种强化传热的内部热集成精馏塔。

背景技术

精馏技术发展成熟，其适用范围广、处理量大、生产弹性大、易于操作和运行稳定，在化工分离工艺中一般被优先考虑使用，是化工生产中应用最多的分离手段。但精馏技术普遍存在着明显的缺点，其大量使用能量分离剂而造成了生产能耗过高，精馏过程能耗占整个化工行业中分离过程能耗的50%~70%。

为了实现精馏技术的节能，其中一种方法是回收精馏过程的能量来提高过程的可逆性，而内部热集成精馏技术被认为能大幅度提高精馏过程可逆性、节能程度最高的精馏节能技术。图1给出了同轴圆筒透热的内部热集成精馏塔示意图，内塔为精馏段，外塔为提馏段，通过压缩机和节流阀使得精馏段比提馏段具有更高的操作压力和温度。内塔精馏段上升蒸气向外塔提馏段传递热量，自身部分冷凝成液相，同时提馏段液相吸收热量部分蒸发为气相，精馏段和提馏段的能量被回收，实现内部热集成。

内部热集成精馏塔的内部传热为该技术的关键，但目前的传热操作主要以塔壁结构来实现，存在诸多问题，难以满足内部热集成精馏技术所需的传热任务。塔壁结构使得内部热集成的传热以对流传热为主，不能提供较高的传热系数，而且由于结构的限制塔壁所提供的传热面积也十分有限。当内部热集成精馏塔以板式塔的型式处理产能较大的产品提纯时，难以避免在内塔和外塔都存在传热死区。随着产品处理量的增大，内部热集成精馏技术所要完成的内部换热量也随之增大，以塔壁结构为基础的间壁式换热方法没有充分利用相变传热，无法很好地解决内部传热问题。

要想充分利用内部热集成精馏塔的优势，提高内部热集成精馏塔的适用范围，特别是高内部传热量的大处理量精馏过程，必须解决内部热集成精馏塔的传热问题。

发明内容

本发明针对上述内部热集成精馏塔的内部换热问题，通过强化传热设计，提出了一种能满足换热需要的，新型的内部热集成精馏塔。

本发明通过以下技术实现：

一种强化传热的内部热集成精馏塔，采用套筒式双塔结构，包括内部设有提馏段塔板及提馏段降液管的筒状提馏段外塔及内部设置有精馏段塔板及精馏段降液管的筒状精馏段内塔，所述精馏段内塔套设于提馏段外塔中间，所述精馏段内塔介于两块精馏段塔板之间的精馏段塔壁上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁上的换热元件热管绝热段直管及分别连接于换热元件热管绝热段直管两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔内，所述冷凝段位于提馏段外塔内，实现精馏段内塔、提馏段外塔之间热量传递。

进一步地，所述冷凝段包括若干换热元件热管冷凝段热管、换热元件热管冷凝段总管、换热元件热管冷凝段总管接口，所述换热元件热管冷凝段总管两端密封，所述换热元件热管冷凝段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管冷凝段总管上，所述换热元件热管冷凝段热管远离换热元件热管冷凝段总管的一端密封设置，所述换热元件热管冷凝段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管冷凝段总管中部，另一端与换热元件热管绝热段直管位于提馏段外塔的一端螺纹连接；所述蒸发段包括换热元件热管蒸发段总管、若干换热元件热管蒸发段热管、换热元件热管蒸发段总管接口，所述换热元件热管蒸发段总管两端密封，所述换热元件热管蒸发段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管蒸发段总管上，所述换热元件热管蒸发段热管远离换热元件热管蒸发段总管的一端密封设置，所述换热元件热管蒸发段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管蒸发段总管中部，另一端与换热元件热管绝热段直管位于精馏段内塔的一端螺纹连接。

重力式热管换热元件的热管冷凝段和热管蒸发段包括多根具有热管结构的一端密封的单根热管，分别并接到换热元件热管冷凝段总管和换热元件热管蒸发段总管中，两个总管再通过换热元件热管绝热段直管连接成一个闭合的热管。单根热管与总管可通过焊接方式连接，也可以铸造成一体。

进一步地，所述热管冷凝段总管接口为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口、热管冷凝段热管和热管冷凝段总管在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管的一端及热管蒸发段热管和热管蒸发段总管在精馏塔纵向方向上比热管冷凝段总管接口低0~100mm。