CN101932368A - 用于从烃混合物中分离出易于沸腾的组分的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在以连续运行方式运行的蒸馏装置中将原料混合物分离成较高沸点级份和较低沸点级份的方法和装置，所述蒸馏装置包含至少一个用于输入一种或多种原料的管道、较低沸点级份的排出口、较高沸点级份的排出口以及加热设备，其中所述蒸馏装置包含至少两个各自具有不同的温度水平的冷凝阶段，其中每种情况下处于蒸汽流动方向上游的冷凝阶段，与每种情况下处于下游的冷凝阶段相比，均具有更高的温度水平，每种情况下起分离作用的内置设备处于冷凝阶段之间，在冷凝阶段进行部分冷凝，将在此每种情况下未冷凝的部分量均输送到下游的起分离作用的内置设备中或每种情况下具有更低温度水平的冷凝阶段中，并且每种情况下将冷凝了的部分量经过起分离作用的设备引向较高沸点的级份的排出口方向，基本上呈蒸汽态的介质在具有最低温度水平的冷凝阶段产生并且在那里被部分冷凝，其中将所述介质的未冷凝的部分量输送回较低沸点的级份的排出口，并且将冷凝了的部分量输送回处于具有最低温度水平的冷凝阶段上游的、所述蒸发装置的区域，并且具有最低温度水平的冷凝阶段具有低于-40℃的温度。

Description

用于从烃混合物中分离出易于沸腾的组分的方法和装置
本发明涉及用于从烃料流中分离出易于沸腾的组分，尤其是用于从作为目标产物所期望的C3+-级份中分离出C2-级份，例如在轻质烃的脱氢过程中，还有适于C1-C4范围内的其它分离任务的方法和装置。
通常借助所谓的“冷箱(Coldbox)”和蒸馏塔进行这样的分离。将所述蒸馏塔作为脱乙烷塔进行操作并将其称作脱乙烷塔，因为在该脱乙烷塔中经由顶部分离出所有沸点低于或等于乙烷的物质。
在进入到冷箱中之前，首先将原料混合物冷却到约-25℃。将在此过程中产生的冷凝物直接导入脱乙烷塔。在所述冷箱内，将未冷凝的蒸汽进一步冷却到-90℃，其中将在此过程中产生的富含产物的冷凝物在热交换后同样导入脱乙烷塔。因此，所述冷箱进行的是单级粗分离。
在进入冷箱的料流中进行热交换之后，将主要含有无法冷凝的组分(例如氢)的剩余蒸气相减压。由于Joule-Thompson-效应，在该过程中所述易于沸腾的物质冷却至约-110℃。该温度水平用于将进入冷箱的料流部分冷凝。未冷凝出的易于沸腾的物质基本上不含C3+-组分。
最后，将所有富含产物的冷凝物相输送到脱乙烷塔中以进行真正的精细分离，在所述精细分离过程中将剩余的易于蒸发的物质从难于蒸发的组分中分离出来。为此，需要约-20℃的塔顶温度。
作为在冷箱上游冷却原料混合物的制冷剂，该制冷剂用于使所述冷箱运行并且冷却所述脱乙烷塔，可以在-30℃下使用蒸发的丙烷或丙烯。
产生用于这类方法的制冷效果是极其高成本的。因此，本发明的目的在于，提供能够大大降低制冷消耗的方法和装置。
本发明按照主权利要求采用如下方法实现了该目的，该方法用于
●在以连续运行方式运行的蒸馏装置中将原料混合物分离成较高沸点级份和较低沸点级份，所述蒸馏装置包含至少一个用于输入一种或多种原料混合物的管道、较低沸点级份的排出口、较高沸点级份的排出口以及加热设备，其中
●所述蒸馏装置包含至少两个各自具有不同的温度水平的冷凝阶段，
●其中每种情况下处于蒸汽流动方向上游的冷凝阶段，与每种情况下处于下游的冷凝阶段相比，均具有更高的温度水平，
●每种情况下起分离作用的内置设备处于冷凝阶段之间，
●在冷凝阶段进行部分冷凝，
●将在该过程中每种情况下未冷凝的部分量均输送到下游的起分离作用的内置设备中或每种情况下具有更低温度水平的冷凝阶段中，并且每种情况下将冷凝了的部分量经过起分离作用的设备引向较高沸点的级份的排出口方向，
●基本上呈蒸汽态的介质在具有最低温度水平的冷凝阶段产生并且在那里被部分冷凝，其中
●将所述介质的未冷凝的部分量输送回较低沸点的级份的排出口，并且将冷凝了的部分量输送回处于具有最低温度水平的冷凝阶段上游的、所述蒸发装置的区域，
●并且具有最低温度水平的冷凝阶段具有低于-40℃的温度。
在本发明的一个具体实施方式中设计，所述蒸馏装置包含3至5个串接的、各自具有不同温度水平的冷凝阶段。
在本发明的另一个具体实施方式中设计，所述具有最低温度水平的冷凝阶段在2MPa，优选3MPa的绝对压力下具有-120℃至-70℃的温度。
在本发明的又一个具体实施方式中设计，将作为较低沸点级份离开冷凝系统的混合物减压，其中利用Joule-Thompson-效应将所述混合物进一步冷却，并因此用于冷却所述具有最低温度水平的冷凝阶段。
在本发明的再一个具体实施方式中，采用减压涡轮进行所述减压。
本发明的其它具体实施方式涉及合适的原料混合物的用途，采用该原料混合物所述方法能够特别有利地用于获得有用的产物。
在本发明的另一个具体实施方式中，本发明的方法用于这样的原料混合物，其主要含有氢、具有最高至2个碳原子的烃和具有至少3个碳原子的烃。在较低沸点的级份的排出口产生含有氢和具有最高至2个碳原子的烃的混合物，该混合物基本上不含有具有至少3个碳原子的烃。在较高沸点的级份的排出口产生含有具有至少3个碳原子的烃的混合物，该混合物基本上既不含氢也不含具有最高至2个碳原子的烃。
在本发明的又一个具体实施方式中，本发明的方法用于这样的原料混合物，该混合物每种情况下含有少于2摩尔％的二氧化碳以及水或水蒸气。
在本发明的再一个具体实施方式中，作为原料混合物使用烃的催化脱氢的反应混合物。
在本发明的另一个具体实施方式中，所述蒸馏装置的区段以蒸馏系统的馏出部分的形式存在，经过该区段将所述在具有最高温度水平冷凝阶段冷凝的原料混合物的部分量输送到较高沸点级份的排出口。
在本发明的又一个具体实施方式中，优选在具有最高温度水平的冷凝阶段下方，将具有相对低含量的低沸点组分的原料混合物输入，并且优选在具有最高温度水平的冷凝阶段上方，将具有相对高含量的低沸点组分的原料混合物输入。
在本发明的再一个具体实施方式中，所述冷凝阶段以冷凝器的形式存在。
在本发明的另一个具体实施方式中，采用冷却水、蒸发的氨、丙烷、丙烯和/或通过利用Joule-Thompson-效应在将工艺气体减压时冷却所述冷凝阶段。
在本发明的又一个具体实施方式中，采用外部废热驱动加热设备。
本发明还采用用于分离原料混合物的适合的蒸馏装置实现该目的，所述装置其包含
●一个或多个用于输入一种或多种原料混合物的管道
●较低沸点级份的排出口
●较高沸点级份的排出口
●至少一个加热设备
●至少2个串接的冷凝器，和
●起分离作用的内置设备，其处于冷凝器之间。
在所述容器的选择性的具体实施方式中设计，所述蒸馏装置以单个蒸馏塔的形式存在或者所述蒸馏装置以包含多个蒸馏塔的串级装置形式存在，其中在蒸馏塔之间均设有冷凝器。尤其可以设计，所述蒸发装置具有3、4或5个串接的，各自具有不同温度水平的冷凝器。
迄今为止在2个方法步骤中所实现的，借助于本发明在一个步骤中无需在上游设置冷箱就能实现，这是本发明的优点。
通过根据方法利用具有多个在不同的温度水平下运行的冷凝器的蒸馏装置实现了不必提供所有用于冷凝至最低温度水平的制冷量并因此不必以最高的成本提供。与此相反，中间冷凝器在约+45℃、+15℃或者-30℃的温度下运行，这是本发明的另一个优点。
因此，在所述塔中的大部分上升的蒸气(只要使用这样的塔)在到达塔顶冷凝器之前就已经冷凝并且以液体形式向下流动。对于顶部冷凝器的运行必需的冷却水平，约-80℃，以及必需的冷凝功率可以通过在所述装置中将易于沸腾的物质减压而自身产生，这是本发明的又一个优点。
下面依据3个实施例更详尽地阐释本发明：
●图1示出了本发明的方法，在该方法中蒸馏装置由单个的具有多个中间冷凝器的蒸馏塔组成。
●图2示出了本发明的方法，在该方法中蒸馏装置由彼此分开的馏出部分和精馏部分构成。
●图3示出了本发明的方法，在该方法中蒸馏装置由3个区段构成，其中在这些区段之间均存在中间冷凝器。
在所有3个实施例中，可以首先将蒸气态的原料混合物1例如在氨蒸发器2中冷却到15℃。在另一个换热器3中可以将所获得的C2-级份4进一步冷却到约10℃，其中所述蒸气的一部分发生冷凝。蒸气相5和冷凝物6分开到达蒸馏装置中。视原料混合物的组成而定，所述进料(Aufgabe)还可以在具有最高温度水平的冷凝阶段上方进行。
在图1中所示的实施例中，液体在蒸馏塔中向下流动，并部分被再次蒸发。将未蒸发的部分作为C3+--产物8在蒸馏塔7的底部排出。易于沸腾的物质以蒸气形式向上上升并且被分两部分运行的第一冷凝器9部分冷凝，所述第一冷凝器9处于进料塔板之上，其中作为制冷剂先后使用冷却水和氨。将继续上升的蒸气在第二冷凝器10中部分液化，所述第二冷凝器10采用制冷剂丙烷或丙烯运行，使得所述蒸气的仅仅一少部分到达顶部冷凝器11。在顶部冷凝器11中未冷凝的蒸气形成C2-级分12和13，使其在冷凝之后在膨胀器14中减压，在该过程中其冷却至约-125℃。将该冷却了的蒸气15在顶部冷凝器11的冷端用作冷却介质，其中所述冷却介质升温至约-50℃。随后，C2-级分4还流过换热器3以冷却原料混合物1。
在图2中所示的实施例中，在馏出部分16中的液体向下流动，并部分被再次蒸发。未蒸发的部分作为C3+-级分8在馏出部分16的底部排出。蒸气态的易沸腾的物质17流到分两部分运行的第一冷凝器9中，并且在那里被部分冷凝，其中作为制冷剂先后使用冷却水和氨。不仅将冷凝物18而且将蒸气19送入精馏部分20中。将精馏部分20的底部产物的一部分用作馏出部分16的顶部进料(Kopfvorlage)21。将继续上升的蒸气在第二冷凝器10中部分液化，所述第二冷凝器10采用制冷剂丙烷运行，使得所述蒸气的仅仅一少部分到达顶部冷凝器11。在顶部冷凝器11中未冷凝的蒸气形成C2-级分12和13，使其在冷凝之后在膨胀器14中减压，在该过程中其冷却至约-125℃。将该冷却了的蒸气15在顶部冷凝器11的冷端用作冷却介质，其中所述冷却介质升温至约-50℃。随后，C2-级分4还流过换热器3以冷却原料混合物1。
在图3中所示的实施例中，在馏出部分16中的液体向下流动，并部分被再次蒸发。未蒸发的部分作为C3+-级分8在馏出部分16的底部排出。蒸气态的易沸腾的物质17流到分两部分运行的第一冷凝器9中，并且在那里被部分冷凝，其中作为制冷剂先后使用冷却水和氨。不仅将冷凝物18而且将蒸气19送入第一精馏部分22中。将第一精馏部分22的底部产物的一部分用作馏出部分16的顶部进料。将继续上升的蒸气在第二冷凝器10中部分液化，所述第二冷凝器10采用制冷剂丙烷或丙烯运行，不仅将冷凝物而且将蒸气送入第二精馏部分23。第二精馏部分23的底部产物用作第一精馏部分22的顶部进料，以这种方式所述蒸气的仅仅一少部分到达顶部冷凝器11。在顶部冷凝器11中未冷凝的蒸气形成C2-级分12和13，使其在冷凝之后在膨胀器14中减压，在该过程中其冷却至约-125℃。将该冷却了的蒸气15在顶部冷凝器11的冷端用作冷却介质，其中所述冷却介质升温至约-50℃。随后，C2-级分4还流过换热器3以冷却原料混合物1。
最后一个变化方案针对前述的方案具有这样的优点，仅仅第二精馏塔的上部必须具有耐低温性并且必须具备较强的绝热性，从而防止吸热，这是本发明的优点之一。
虽然在所有3个实施例中均需要相对传统的现有技术更大的用于运行蒸发器的热量，但是该热量仅仅在约75℃下才需要，因此通常使用来自装置联合体的其他工艺部分的废热，否则该废热必须借助空气冷却器高成本地消除，这是本发明的另一个优点。总之，虽然还需要更多的冷却功率，但是能够将热量以更有利的冷却水平消除，这是本发明的又一个优点。
相对于开篇所述的根据现有技术的方法，本发明的方法的再一个优点是：通过使用冷却水可以节省约25％的氨冷却功率，因此也仅仅需要较小的氨冷却装置。丙烷冷却功率降低约55％，因此所需的用于丙烷制冷回路的压缩机功率也降低约50％，所述压缩机的尺寸也可以相应地减小。

Claims (19)

1.在以连续运行方式运行的蒸馏装置中将原料混合物分离成较高沸点级份和较低沸点级份的方法，所述蒸馏装置包含至少一个用于输入一种或多种原料混合物的管道、较低沸点级份的排出口、较高沸点级份的排出口以及加热设备，
其特征在于，
●所述蒸馏装置包含至少两个各自具有不同的温度水平的冷凝阶段，
●其中每种情况下处于蒸汽流动方向上游的冷凝阶段，与每种情况下处于下游的冷凝阶段相比，均具有更高的温度水平，
●每种情况下起分离作用的内置设备处于冷凝阶段之间，
●在冷凝阶段进行部分冷凝，
●将在该过程中每种情况下未冷凝的部分量均输送到下游的起分离作用的内置设备中或每种情况下具有更低温度水平的冷凝阶段中，并且每种情况下将冷凝了的部分量经过起分离作用的设备引向较高沸点的级份的排出口方向，
●基本上呈蒸汽态的介质在具有最低温度水平的冷凝阶段产生并且在那里被部分冷凝，其中
●将所述介质的未冷凝的部分量输送回较低沸点的级份的排出口，并且将冷凝了的部分量输送回处于具有最低温度水平的冷凝阶段上游的、所述蒸发装置的区域，
●并且具有最低温度水平的冷凝阶段具有低于-40℃的温度。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述蒸馏装置包含3至5个串接的、各自具有不同的温度水平的冷凝阶段。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述具有最低温度水平的冷凝阶段在至少2MPa的绝对压力下具有-120℃至-70℃的温度。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述具有最低温度水平的冷凝阶段在至少3MPa的绝对压力下具有-120℃至-70℃的温度。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，将作为较低沸点级份离开冷凝系统的混合物减压，其中利用Joule-Thompson-效应将所述混合物进一步冷却，并因此用于冷却所述具有最低温度水平的冷凝阶段。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，采用减压涡轮进行所述减压。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其特征在于，作为原料混合物使用这样的混合物，其主要含有氢、具有最高至2个碳原子的烃和具有至少3个碳原子的烃，在较低沸点的级份的排出口产生含有氢和具有最高至2个碳原子的烃的混合物，该混合物基本上不含有具有至少3个碳原子的烃，并且在较高沸点的级份的排出口产生含有具有至少3个碳原子的烃的混合物，该混合物基本上既不含氢也不含具有最高至2个碳原子的烃。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其特征在于，作为原料混合物使用这样的混合物，该混合物每种情况下含有少于2摩尔％的二氧化碳以及水或水蒸气。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于，作为原料混合物使用烃的催化脱氢的反应混合物。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其特征在于，所述蒸馏装置的区段以蒸馏系统的馏出部分的形式存在，经过该区段将所述在具有最高温度水平的冷凝阶段冷凝的原料混合物的部分量输送到较高沸点级份的排出口。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其特征在于，优选在具有最高温度水平的冷凝阶段下方，将具有相对低含量的低沸点组分的原料混合物输入。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其特征在于，优选在具有最高温度水平的冷凝阶段上方，将具有相对高含量的低沸点组分的原料混合物输入。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其特征在于，所述冷凝阶段以冷凝器的形式存在。
14.根据权利要求1-13中任一项的方法，其特征在于，采用冷却水、氨、丙烷、丙烯和/或通过利用Joule-Thompson-效应在将作为低沸点级份离开所述冷凝系统的混合物减压时冷却所述冷凝阶段。
15.根据权利要求1-14中任一项的方法，其特征在于，采用外部废热使一个或多个加热设备运行。
16.用于实施根据权利要求1-15中任一项的方法的蒸馏装置，其包含
a)一个或多个用于输入一种或多种原料混合物的管道
b)较低沸点级份的排出口
c)较高沸点级份的排出口
d)至少一个加热设备
e)至少2个串接的冷凝器，和
f)起分离作用的内置设备，其处于冷凝器之间。
17.根据权利要求16的装置，其特征在于，所述蒸馏装置以单个蒸馏塔的形式存在。
18.根据权利要求16的装置，其特征在于，所述蒸馏装置以包含多个蒸馏塔的串级装置形式存在，其中在蒸馏塔之间均设有冷凝器。
19.根据权利要求16的装置，其特征在于，所述蒸发装置具有3、4或5个串接的，各自具有不同温度水平的冷凝器。
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