一种可串并联切换的双塔耦合精馏方法及装置与流程

本发明涉及硅材料生产中的氯硅烷分离提纯，特别是一种可串并联切换的双塔耦合精馏方法及装置。

背景技术：

1、四氯化硅是氯硅烷体系中的重要物料。在硅材料生产过程中，含四氯化硅的氯硅烷混合物通常还含有沸点不同的轻组分和重组分，需要利用各组分挥发度的差异进行精馏分离。为了兼顾物料处理能力、分离深度和生产能耗，工程上通常采用两座精馏塔进行分离，并根据分离任务将两座精馏塔设置为并联运行形式或者串联运行形式；同时，为降低精馏过程的能耗，还可以在两座精馏塔之间建立热量耦合关系。

2、然而，现有双塔精馏工艺中的进料路径、塔釜物料输送路径以及两塔之间的连接关系通常在装置设计时即被固定，两座精馏塔只能按照预定的并联形式或者串联形式运行。当原料组成、生产负荷或者四氯化硅产品的纯度要求发生变化时，固定的并联运行形式难以兼顾较高的分离深度，固定的串联运行形式又可能限制两座精馏塔处理能力的充分发挥。为了适应不同的生产任务，往往需要对原有管路进行改造、增设后续分离设备或者建设相互独立的生产线，导致设备利用率较低，装置投资及运行管理成本增加。

3、因此，如何在同一双塔耦合精馏系统中实现并联运行状态与串联运行状态之间的灵活切换，并在不同运行状态下保持两座精馏塔之间的热量耦合，成为本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决现有技术的不足，本发明的一个目的在于提供一种可串并联切换的双塔耦合精馏方法。

3、为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种可串并联切换的双塔耦合精馏方法，包括：将含四氯化硅的氯硅烷混合物选择性地分别送入第一精馏塔和第二精馏塔，或者送入第一精馏塔；将所述第一精馏塔的塔釜物料选择性地外送，或者送入所述第二精馏塔；利用所述第二精馏塔的塔顶物料对所述第一精馏塔的塔釜物料进行换热；通过上述物料输送路径的切换，使所述第一精馏塔和所述第二精馏塔选择性形成并联运行状态或串联运行状态。

4、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：在所述并联运行状态下，所述含四氯化硅的氯硅烷混合物分别进入所述第一精馏塔和所述第二精馏塔，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔分别对所述氯硅烷混合物进行精馏分离，并分别从塔釜采出四氯化硅产品。

5、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：在所述串联运行状态下，所述含四氯化硅的氯硅烷混合物进入所述第一精馏塔，由所述第一精馏塔的塔顶排出轻组分，所述第一精馏塔的塔釜物料进入所述第二精馏塔进行精馏分离，由所述第二精馏塔的塔顶采出四氯化硅产品，并由所述第二精馏塔的塔釜排出重组分。

6、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：当所述第一精馏塔和所述第二精馏塔由并联运行状态切换至串联运行状态时，在所述第二精馏塔的塔顶物料达到预设纯度之前，将所述第二精馏塔的塔顶物料返回所述第一精馏塔的进料端进行再次精馏分离。

7、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：由所述并联运行状态切换至所述串联运行状态时，依次停止向所述第二精馏塔输送所述氯硅烷混合物、将所述第一精馏塔的塔釜物料由外送切换为送入所述第二精馏塔，以及将所述第二精馏塔的塔顶物料由外送切换为返回所述第一精馏塔的进料端；当所述第二精馏塔的塔顶物料达到所述预设纯度后，将所述第二精馏塔的塔顶物料切换为外送。

8、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：所述第二精馏塔的塔顶物料以气相状态进入所述第一精馏塔的第一塔釜换热器，并在所述第一塔釜换热器中冷凝放热，所述第二精馏塔的塔顶温度高于所述第一精馏塔的塔釜温度12～15℃。

9、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：所述第一精馏塔和所述第二精馏塔的运行参数按照以下方式确定：根据所述第一精馏塔的塔顶压力以及三氯氢硅的饱和蒸气压与温度的对应关系，确定所述第一精馏塔的塔顶温度；根据所述第一精馏塔的塔釜压力以及四氯化硅的饱和蒸气压与温度的对应关系，确定所述第一精馏塔的塔釜温度；根据所述第一精馏塔的塔釜温度以及所述第二精馏塔的塔顶温度与所述第一精馏塔的塔釜温度之间的温度差，确定所述第二精馏塔的塔顶温度；在所述并联运行状态下，根据三氯氢硅的饱和蒸气压与温度的对应关系确定所述第二精馏塔的塔顶压力；在所述串联运行状态下，根据四氯化硅的饱和蒸气压与温度的对应关系确定所述第二精馏塔的塔顶压力。

10、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：所述第一精馏塔的塔顶压力为0.11～0.12mpag，塔顶温度为55～56℃，塔釜温度为85.5～86℃。

11、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏方法的一种优选方案，其中：在所述并联运行状态下，所述第二精馏塔的塔顶压力为0.58～0.60mpag，回流比为0.8～0.9；在所述串联运行状态下，所述第二精馏塔的塔顶压力为0.24～0.25mpag，回流比为1.2～1.5。

12、为解决现有技术的不足，本发明的另一个目的在于提供一种可串并联切换的双塔耦合精馏装置。

13、本发明采用如下的技术方案：一种可串并联切换的双塔耦合精馏装置，包括第一精馏塔、第二精馏塔、进料总管和第一塔釜换热器；所述进料总管分别通过第一进料支路和第二进料支路与所述第一精馏塔的进料口和所述第二精馏塔的进料口连通，所述第一进料支路和所述第二进料支路上设有进料切换组件；所述第一精馏塔的塔釜出料口分别通过第一塔釜出料支路和塔间输送支路与产品外送管线和所述第二精馏塔的进料口连通，所述第一塔釜出料支路和所述塔间输送支路上设有塔釜切换组件；所述第一塔釜换热器的物料通道与所述第一精馏塔的塔釜连通，所述第一塔釜换热器的加热介质通道与所述第二精馏塔的塔顶气相出口连通，以使所述第二精馏塔的塔顶气相物料作为所述第一精馏塔塔釜的热源；所述进料切换组件和所述塔釜切换组件通过改变所述进料总管和所述第一精馏塔塔釜物料的输送路径，使所述第一精馏塔和所述第二精馏塔形成并联物料流路或串联物料流路。

14、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏装置的一种优选方案，其中：所述第二精馏塔的塔顶物料输送管线设有返料支路和塔顶外送支路，所述返料支路与所述第一精馏塔的进料端连通，所述返料支路和所述塔顶外送支路上分别设有返料切换组件和外送切换组件。

15、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏装置的一种优选方案，其中：所述第一精馏塔的塔顶气相出口依次与第一塔顶冷凝器和第一回流泵连通，所述第一回流泵的出口分别与所述第一精馏塔的回流入口和轻组分外送管线连通；所述第一塔釜换热器的加热介质通道分别与加热介质输入管线和冷凝物输出管线连通，所述加热介质输入管线与所述第二精馏塔的塔顶气相出口连通，所述冷凝物输出管线与第二塔顶冷凝器连通；所述第二塔顶冷凝器的出口与第二回流泵连通，所述第二回流泵的出口分别与所述第二精馏塔的回流入口和所述第二精馏塔的塔顶物料输送管线连通。

16、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏装置的一种优选方案，其中：所述第二精馏塔的塔釜设有第二塔釜换热器，所述第二塔釜换热器的物料通道与所述第二精馏塔的塔釜连通，所述第二塔釜换热器的加热介质通道分别与蒸汽输入管线和冷凝水输出管线连通。

17、作为本发明所述可串并联切换的双塔耦合精馏装置的一种优选方案，其中：所述进料切换组件包括设置于所述第一进料支路上的第一进料阀和设置于所述第二进料支路上的第二进料阀；所述塔釜切换组件包括设置于所述第一塔釜出料支路上的第一切换阀和设置于所述塔间输送支路上的第二切换阀；所述返料切换组件包括设置于所述返料支路上的第三切换阀，所述外送切换组件包括设置于所述塔顶外送支路上的第四切换阀；所述第一精馏塔的塔釜出料口与第一塔釜泵的入口连通，所述第一塔釜泵的出口分别与所述第一塔釜出料支路和所述塔间输送支路连通；所述第二精馏塔的塔釜出料口与第二塔釜泵的入口连通，所述第二塔釜泵的出口与所述产品外送管线连通。

18、本发明的有益效果：本发明通过对含四氯化硅的氯硅烷混合物的进塔路径以及第一精馏塔塔釜物料的输送路径进行选择性切换，使第一精馏塔和第二精馏塔能够在并联运行状态与串联运行状态之间转换。在并联运行状态下，两座精馏塔可以分别接收氯硅烷混合物并分担精馏负荷，有利于提高装置的物料处理能力；在串联运行状态下，第一精馏塔的塔釜物料能够进入第二精馏塔进行进一步分离，有利于提高分离深度并适应较高纯度四氯化硅产品的生产要求。