CN101734999A - 乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法 - Google Patents

乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，主要解决以往技术中乙苯/苯乙烯分离工业装置减少苯乙烯聚合损失和降低操作能耗不能兼顾的问题。本发明通过采用包括以下步骤：a)含乙苯和苯乙烯的苯甲苯塔塔釜液进入乙苯/苯乙烯分离塔，得到含乙苯的塔顶气物流I和含苯乙烯的塔釜液物流II；b)物流II去精苯乙烯分离塔进行分离，物流I进入乙苯/水共沸蒸发器，加热界外来的乙苯/水混合物，得到换热后的乙苯/水共沸物物流III，物流I冷凝后部分返回塔顶，部分循环至反应区；c)物流III经压缩后去反应区；其中乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力为5～＜20kPaA的技术方案较好地解决了该技术问题，可用于苯乙烯分离的工业生产中。

Description

乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法
技术领域
本发明涉及一种乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法。
背景技术
苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一，用于制造聚苯乙烯PS和EPS、ABS和SAN等共聚物树脂、苯乙烯/丁二烯共聚胶乳SB、丁苯橡胶和胶乳SBR、不饱和聚酯以及其它如苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯胶乳、甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物MBS、离子交换树脂和药物等。
苯乙烯生产工艺中精馏部分的关键在于乙苯和苯乙烯的分离，由于乙苯和苯乙烯的沸点差很小，常压下相差仅9℃，因此，为分离乙苯/苯乙烯(一般要求塔顶苯乙烯＜2％，塔釜乙苯＜500ppm)，工业上乙苯/苯乙烯分离塔常采用负压操作，分离塔理论板数在80块以上，回流比＞6.5，因此乙苯/苯乙烯分离塔的操作能耗非常高，其低压蒸汽用量占整个苯乙烯单元的30％以上，冷却水用量也占整个苯乙烯单元的近40％，综合能耗占苯乙烯单元的30％～40％。
目前乙苯/苯乙烯分离塔的操作工艺主要可分为顺序分离高真空低温法和一次脱轻组分低真空高温法。顺序分离高真空低温法苯乙烯聚合损失少但能耗高，一次脱轻组分低真空高温法能耗低但苯乙烯聚合损失大。
针对顺序分离高真空低温法能耗高的问题，中国专利ZL85102732提出了“苯乙烯类的蒸馏方法”，但该方法苯乙烯的聚合损失仍较大，且压缩器压缩气体量大，压缩比高，设备投资大，操作性也不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往技术中苯乙烯工业装置减少苯乙烯聚合损失和降低操作能耗不能兼顾的问题，提供一种新的乙苯苯乙烯顺序分离共沸热回收方法。该方法具有能有效减少苯乙烯聚合损失，同时大大降低苯乙烯分离能耗的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，包括以下步骤：a)含乙苯和苯乙烯的苯甲苯塔塔釜液进入乙苯/苯乙烯分离塔，得到含乙苯的塔顶气物流I和含苯乙烯的塔釜液物流II；b)物流II去精苯乙烯分离塔进行分离，物流I进入乙苯/水共沸蒸发器，加热界外来的乙苯/水混合物，得到换热后的乙苯/水共沸物物流III，物流I冷凝后部分返回塔顶，部分循环至反应区；c)物流III经压缩后去反应区；其中乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力为5～20kPaA。
上述技术方案中，苯甲苯塔塔釜液中甲苯重量百分含量＜1.0％，优选方案为＜0.5％；乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作温度为50～85℃，塔釜操作压力为8～30kPaA，操作温度为60～105℃，操作回流比为5～2，优选方案为塔顶操作压力为8～18kPaA，塔顶操作温度为60～80℃，塔釜操作压力为15～26kPaA，塔釜操作温度为86～100℃，操作回流比为6～10；乙苯/水共沸物中乙苯摩尔百分含量为20～40％，优选25～35％；乙苯/水共沸蒸发器操作压力为10～60kPaA，共沸温度40～80℃，优选操作压力为20～40kPaA，共沸温度54～69℃；乙苯/水共沸物经压缩后的压力为60～120kPaA，优选80～100kPaA，压缩器的压缩比为1.5～10，优选1.5～4(压缩比是指经过压缩之后，终压与初压的比值)；乙苯/苯乙烯分离塔为填料式结构，理论板数80～100，进料位置为自塔顶往下10～40理论板位置；乙苯/水共沸蒸发器采用立式管壳式换热器结构，蒸发器管程为乙苯/水的混合物，壳程为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气，冷热端温差为5～25℃。
本发明中，乙苯/苯乙烯分离塔塔顶设乙苯/水共沸蒸发器，用塔顶气加热乙苯/水的混合物，使之共沸蒸发作为原料进入反应区，同时乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气得到冷凝，相比于顺序分离高真空低温法，乙苯/苯乙烯塔顶低温热得到有效利用，节省了大量蒸发乙苯/水混合物的水蒸汽和使塔顶气冷凝的冷却水；同时乙苯/水的共沸混合物经压缩器压缩，使乙苯/水的混合物能在较低的压力下共沸，共沸温度较低，从而能使乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力降低，保证乙苯/苯乙烯分离塔塔釜操作温度低于100℃(根据实验数据及文献介绍，苯乙烯在100℃以下时，聚合速率很低，而温度超过100℃时，苯乙烯聚合速率急剧上升，温度每上升6～7℃，苯乙烯聚合速率约增加1倍)；压缩乙苯/水混合物的压缩器由于乙苯/水混合物量不大，压缩比低而投资增加有限，在节能的同时，保证苯乙烯的聚合损失少，设备投资也较小。
采用本发明的技术方案，乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力可采用高真空操作(＜20kPaA)，塔顶温度＜85℃，乙苯/苯乙烯分离塔塔塔釜操作温度＜100℃，乙苯/水共沸蒸发器管侧乙苯/水混合物的蒸发压力＜40kpaA，相应蒸发温度＜69℃，蒸发器的换热温差达到了10℃以上，保证该蒸发器换热面积较小，节省投资；同时，由于塔釜温度低(＜100℃)，产物苯乙烯在乙苯/苯乙烯分离塔塔釜的聚合损失大为减少，可使苯乙烯装置因聚合而损失的苯乙烯量低于7千克/吨苯乙烯产品，降低苯乙烯分离能耗达50～60％，阻聚剂用量也相应减少，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为采用本发明技术方案的乙苯/苯乙烯分离工艺流程。
图2为采用乙苯/苯乙烯顺序分离高真空低温法的现有技术工艺流程。
图1和图2中，1为从苯甲苯塔出来的塔釜液，2为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气冷凝后得到的循环乙苯物流，3为乙苯/苯乙烯分离塔塔釜液(即含苯乙烯的塔釜液物流II)，4为乙苯/苯乙烯分离塔，5为来自界外的乙苯/水混合物，6为乙苯/水共沸物(即乙苯/水共沸物流III)，7为乙苯/水共沸器，8为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶后冷器，9为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶冷凝器，10为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气(即含乙苯的塔顶气物流I)，11为乙苯/水共沸物压缩器，12为压缩后去反应区的乙苯/水共沸物。
图1中，从苯甲苯塔出来的塔釜液1进入乙苯/苯乙烯分离塔4，塔顶气物流10(即含乙苯的塔顶气物流I，主要成分为乙苯及少量苯乙烯)进入乙苯/水共沸器7，加热界外来的乙苯/水混合物5，使之共沸蒸发，乙苯/水共沸物流6(即乙苯/水共沸物流III)经压缩器11压缩后作为原料12进入反应区，同时乙苯/苯乙烯分离塔4塔顶气得到冷凝，经塔顶后冷器8冷却后得到循环乙苯物流2，物流2部分返回至反应区，部分返回乙苯/苯乙烯分离塔4，塔釜物料3(即含苯乙烯的塔釜液物流II)去精苯乙烯分离塔。
图2中，乙苯/苯乙烯的分离流程与图1基本相同，不同处在于乙苯/苯乙烯分离塔4的塔顶冷凝器9为普通水冷。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时)，其乙苯/苯乙烯塔采用图1的工艺，乙苯/水混合物物流全部经压缩进入反应区，乙苯/苯乙烯分离塔进料重量百分组成为：甲苯0.5％，乙苯37％，苯乙烯60％，重组分2.5％，乙苯/水混合物(物流5)的摩尔组成为：乙苯25％，水75％，主要操作条件及消耗见表1。
表1顺序分离共沸热回收工艺
  乙苯/苯乙烯塔4塔顶压力kPaA   10
  乙苯/苯乙烯塔4塔顶温度℃   66
  乙苯/苯乙烯塔4塔釜温度℃   86
  乙苯/苯乙烯塔4塔回流比   6.8
  乙苯/水共沸压力kPaA   20
  乙苯/水共沸温度℃   53
  压缩器11压缩比   4
  乙苯/水共沸器7换热温差℃   13
  乙苯/水共沸器7换热面积m2   1200
  苯乙烯装置耗低压蒸汽吨/小时   23
  苯乙烯装置耗循环水吨/小时   1200
  苯乙烯装置耗电千瓦   600
  阻聚剂用量千克/小时   2.5
  焦油量(10％苯乙烯含量)千克/小时   130
  蒸汽、水、电、聚合损失、阻聚剂消耗经济折算元/小时   4300
  乙苯/苯乙烯塔4塔顶压力kPaA   10
  精馏单元一次性投资万元   6300
【实施例2】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时)，其乙苯/苯乙烯塔采用图1的工艺，乙苯/水混合物物流全部经压缩进入反应区，乙苯/苯乙烯分离塔进料重量百分组成为：甲苯0.5％，乙苯37％，苯乙烯60％，重组分2.5％，乙苯/水混合物(物流5)的摩尔组成为：乙苯25％，水75％，主要操作条件及消耗见表2。
表2顺序分离共沸热回收工艺
  乙苯/苯乙烯塔4塔顶压力kpaA   18
  乙苯/苯乙烯塔4塔顶温度℃   80
  乙苯/苯乙烯塔4塔釜温度℃   100
  乙苯/苯乙烯塔4塔回流比   7
  乙苯/水共沸压力kPaA   40
  乙苯/水共沸温度℃   69
  压缩器11压缩比   2
  乙苯/水共沸器7换热温差℃   11
  乙苯/水共沸器7换热面积m2   1500
  苯乙烯装置耗低压蒸汽吨/小时   25
  苯乙烯装置耗循环水吨/小时   1300
  苯乙烯装置耗电千瓦   800
  阻聚剂用量千克/小时   3
  焦油量(10％苯乙烯含量)千克/小时   160
  蒸汽、水、电、聚合损失、阻聚剂消耗经济折算元/小时   4400
  精馏单元一次性投资万元   6000
【实施例3】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时)，其乙苯/苯乙烯塔采用图1的工艺，乙苯/水混合物物流经压缩进入反应区，乙苯/苯乙烯分离塔进料重量百分组成为：甲苯0.5％，乙苯37％，苯乙烯60％，重组分2.5％，乙苯/水混合物(物流5)的摩尔组成为：乙苯30％，水70％，主要操作条件及消耗见表3。
表3顺序分离共沸热回收工艺
  乙苯/苯乙烯塔4塔顶压力kPaA   18
  乙苯/苯乙烯塔4塔顶温度℃   80
  乙苯/苯乙烯塔4塔釜温度℃   100
  乙苯/苯乙烯塔4塔回流比   7
  乙苯/水共沸压力kPaA   40
  乙苯/水共沸温度℃   71
  压缩器11压缩比   2
  乙苯/水共沸器7换热温差℃   9
  乙苯/水共沸器7换热面积m2   1800
  苯乙烯装置耗低压蒸汽吨/小时   25
  苯乙烯装置耗循环水吨/小时   1300
  苯乙烯装置耗电千瓦   900
  阻聚剂用量千克/小时   3
  焦油量(10％苯乙烯含量)千克/小时   160
  蒸汽、水、电、聚合损失、阻聚剂消耗经济折算元/小时   4400
  精馏单元一次性投资万元   6100
【比较例1】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时)，其塔进料及操作参数与实施例1一致，不同处在于乙苯/苯乙烯塔采用图2的工艺，主要操作条件及消耗见表4。
表4顺序分离高真空低温精馏工艺
  乙苯/苯乙烯分离塔塔顶压力kPaA   8
  乙苯/苯乙烯分离塔塔顶温度℃   61
  乙苯/苯乙烯分离塔塔釜温度℃   86
  乙苯/苯乙烯分离塔塔回流比   7
  苯乙烯装置耗低压蒸汽吨/小时   35
  苯乙烯装置耗循环水吨/小时   1950
  苯乙烯装置耗电千瓦   560
  阻聚剂用量千克/小时   2.1
  焦油量(10％苯乙烯含量)千克/小时   120
  蒸汽、水、电、聚合损失、阻聚剂消耗经济折算元/小时   5890
  精馏单元一次性投资万元   5800

Claims (9)

1.一种乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，包括以下步骤：
a)含乙苯和苯乙烯的苯甲苯塔塔釜液进入乙苯/苯乙烯分离塔，得到含乙苯的塔顶气物流I和含苯乙烯的塔釜液物流II；
b)物流II去精苯乙烯分离塔进行分离，物流I进入乙苯/水共沸蒸发器，加热界外来的乙苯/水混合物，得到换热后的乙苯/水共沸物物流III，物流I冷凝后部分返回塔顶，部分循环至反应区；
c)物流III经压缩后去反应区；
其中乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力为5～＜20kPaA。
2.根据权利要求1所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于苯甲苯塔塔釜液中甲苯重量百分含量＜1.0％。
3.根据权利要求1所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作温度为50～85℃，塔釜操作压力为8～30kPaA，操作温度为60～105℃，操作回流比为5～12。
4.根据权利要求3所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力为8～18kPaA，操作温度为60～80℃，塔釜操作压力为15～26kPaA，操作温度为86～100℃，操作回流比为6～10。
5.根据权利要求1所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于乙苯/水共沸物中乙苯摩尔百分含量为20～40％，共沸蒸发器操作压力为10～60kPaA，共沸温度为40～80℃。
6.根据权利要求6所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于乙苯/水共沸物中乙苯摩尔百分含量为25～35％，共沸蒸发器操作压力为20～40kPaA，共沸温度为54～69℃。
7.根据权利要求1所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于乙苯/水共沸物经压缩后的压力为60～120kPaA，压缩器的压缩比为1.5～10。
8.根据权利要求8所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于乙苯/水共沸物经压缩后的压力为80～100kPaA，压缩器的压缩比为1.5～4。
9.根据权利要求1所述的乙苯/苯乙烯顺序分离共沸热回收方法，其特征在于乙苯/苯乙烯分离塔为填料式结构，理论板数80～100，进料位置为自塔顶往下10～40理论板位置。
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