CN101935264B

CN101935264B - 高纯度戊烷差压热耦合节能工艺

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Publication number: CN101935264B
Application number: CN2010102533661A
Authority: CN
Inventors: 马斐; 张敬; 王玉林; 夏峥嵘; 李文英; 李国麟; 陈洁
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd; Petrochemical Branch of CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd; Petrochemical Branch of CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Priority date: 2010-08-14
Filing date: 2010-08-14
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-08-14
Also published as: CN101935264A

Abstract

一种制备高纯度戊烷差压热耦合节能工艺，该工艺将脱重塔和戊烷分离塔中一个塔的操作压力适当提高(加压塔)，将另一个塔的操作压力适当降低(减压塔)，使得加压塔的塔顶冷凝液的温度和减压塔塔釜再沸气相的温度之差达到最小传热温差以上，用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热减压塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热从而实现两塔的热耦合，并利用辅助换热器实现整个精馏过程能耗的完全匹配，实现节能的目标。本发明在戊烷分离塔的中上部位置增加一股侧线用以采出部分混合戊烷作为发泡剂。本发明的优点：与利用纯的正、异戊烷调和而成的混合戊烷发泡剂的方法相比，可以节省大量的能耗，且操作弹性较高。

Description

高纯度戊烷差压热耦合节能工艺

技术领域

本发明涉及轻烃的精馏分离工艺，尤其涉及到一种适合高纯度戊烷及系列发泡剂分离的节能精馏方法。

背景技术

戊烷产品用途广泛。它因臭氧消耗潜值(ODP)为零、温室效应很小、无毒、对环境影响极小而作为可发性聚苯乙烯及聚氨酯泡沫体系的发泡剂，用于无氟冰箱、冰柜、冷库及管线的保温等领域。

依客户对发泡的不同要求，可对戊烷三种异构体的组分及含量进行调整。正异戊烷发泡剂就有11种常见配比。例如，用戊烷混合物作EPS的发泡剂时，EPS的牌号不同，正戊烷和异戊烷的比例也不同，通常正戊烷与异戊烷比为3∶1。以戊烷作为发泡剂生产聚苯乙烯泡沫塑料，它具有发泡效率高，发气量大，发泡剂利用率高，塑料硬度适中、易成型、更适宜于制作电器、易碎商品的包装壳等特点。每生产1吨产品约需戊烷发泡剂100kg。以异戊烷纯品与环戊烷按一定比例(混合比例从4∶6到3∶7等)混合而成的环异戊烷生产聚氨酯泡沫塑料，具有聚氨酯泡沫密度较低、成本较低等特点，故在电气行业得到了越来越多的应用。纯度高于98％的环戊烷产品作为聚氨酯发泡剂而获得的发泡材料具有良好的自由密度、热传导系数和压缩强度等性能。

分离轻烃原料以生产高纯度戊烷系列产品是高能耗的工业，如何优化工艺流程，降低能耗是实现节能减排的关键。对于轻烃分离装置有多个精馏塔的特点，若其中有两个塔的能耗较其它塔的能耗大很多，且这两个塔的能耗相差不大。此时，考虑将其中一个塔的操作压力适当提高一些(加压塔)，将另一个塔的操作压力适当降低一些(减压塔)，使得加压塔的塔顶冷凝液的温度和减压塔塔釜再沸气相的温度之差达到最小传热温差以上，并且使得塔顶冷凝放出的热量和减压塔塔釜再沸所需热量尽量偶合匹配。这样，即可用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热减压塔塔釜的液相，大幅度的节省了热量。

通过对流程优化，得到较好的工艺流程及优化的工艺参数，为工程设计和工业实践提供指导，以达到降低投资和降低操作费用、提高经济效益的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高纯度戊烷及戊烷系列发泡剂节能工艺，以达到回收低位热量及降低整个装置的能耗。

本发明的目采用下述技术方案来实现

一种制备高纯度戊烷差压热耦合节能工艺，包括脱重塔、脱轻塔、戊烷分离塔、换热器和辅助换热器(辅助冷凝器)设备：将其脱重塔和戊烷分离塔中一个塔的操作压力适当提高，该塔称为加压塔，将另一个塔的操作压力适当降低，该塔称为减压塔，使得加压塔的塔顶冷凝液的温度和减压塔塔釜再沸气相的温度之差达到最小传热温差以上，并且使得加压塔塔顶冷凝放出的热量和减压塔塔釜再沸所需的热量偶合匹配，即用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热减压塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热从而实现两塔的热耦合，并利用辅助换热器或辅助再沸器实现整个精馏过程能耗的完全匹配，实现节能的目标。

本发明的方案中，将常规的脱重塔压力适当提高，将戊烷分离塔压力适当降低，使得两塔换热的温差能够大于最小传热温差，以满足换热需要。

本发明的方案中，所述的辅助换热器需匹配换热器的不足的能耗。

本发明的方案中，在戊烷分离塔的中上部位置增加一股侧线用以采出部分混合戊烷作为发泡剂。

本发明的工艺流程(参见图1、2)，包括有脱重塔1、换热器2、辅助换热器(辅助冷凝器)3、脱轻塔5、戊烷分离塔6、第一分配器4、第二分配器7。脱重塔1塔顶的上升蒸汽9进入换热器2的热端，经换热后的塔顶的物料变成部分冷凝液或者饱和液体10，其进入辅助换热器3，经过3进一步冷凝之后的物料变成了饱和液体11；经戊烷分离塔6精馏后塔釜的液体18进入第二分配器7被分成19和20两股，19进入换热器2的冷端，换热后的蒸汽21回到戊烷分离塔6的塔釜作为再沸蒸汽；另外，根据用户的要求，可在戊烷分离塔6上增加侧线22，作为任意比例混合的戊烷发泡剂产品。

本发明的特点在于：

脱重塔和戊烷分离塔的能耗较其它塔的能耗大很多，而这两个塔的能耗相差不大。此时，考虑将其中一个塔的操作压力适当提高一些(加压塔)，将另一个塔的操作压力适当降低一些(减压塔)，使得加压塔的塔顶冷凝液的温度和减压塔塔釜再沸气相的温度之差达到最小传热温差以上，并且使得加压塔塔顶冷凝放出的热量和减压塔塔釜再沸所需的热量尽量偶合匹配。这样，即可用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热减压塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热从而实现两塔的热耦合，并利用辅助换热器或/和辅助再沸器实现整个精馏过程能耗的完全匹配，实现节能的目标。

与现有工艺相比，本发明的独特之处在于：将汽油分馏塔顶采出的裂解气直接进行压缩、分离和换热；省去了急冷水塔。本发明的明显优点在于：

[1]将脱重塔冷凝器和戊烷分离塔再沸器进行耦合，降低了低温热源消耗，节省了设备投资。

[2]与常规流程相比，戊烷分离塔除可生产高纯度戊烷产品，亦可按用户要求生产一定比例的戊烷发泡剂产品。

附图说明

图1是生产高纯度戊烷差压热耦合节能工艺流程示意图

图2是生产高纯度戊烷及系列发泡剂的差压热耦合节能工艺流程示意图

图中：1脱重塔；2换热器；3辅助换热器；4第一分配器；5脱轻塔；6戊烷分离塔；7第二分配器；8轻烃进料；9脱重塔顶蒸汽；10脱重塔顶蒸汽主换热后；11脱重塔顶蒸汽经辅助换热后；12脱重塔顶回流；13、14脱轻塔进料；15脱轻塔顶产品；16戊烷分离塔进料；17戊烷分离塔顶异戊烷产品；18戊烷分离塔底液相；19戊烷分离塔底产品进再沸器(主换热器)；20戊烷分离塔塔底正戊烷产品；21戊烷分离塔塔底气相返回；22所需比例戊烷发泡剂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体地说明本发明，但是本发明不局限于附图和实施例。

由于要将脱重塔和戊烷分离塔进行差压热耦合(或差压热集成)，所以要把原流程中脱重塔塔顶的全凝器去掉，把戊烷分离塔塔釜的再沸器去掉，用一个换热器代替这两者。因为实际过程中能量很难完全匹配，所以常会设置辅助的冷凝器或者再沸器。对于本例而言，在上述换热器2之后加入了辅助换热器3。

图1为优选的生产高纯度戊烷差压热耦合节能工艺流程示意图。图中，轻烃原料8经换热网络换热后进入脱重塔1的中部，经脱重塔分离后塔顶的上升蒸汽9进入换热器2的热端，换热后的塔顶的物料变成部分冷凝液或者饱和液体10，其进入辅助换热器(辅助冷凝器)3，经过3进一步冷凝之后的物料变成了饱和液体11，进入第一分配器4被分成12和13两股，12作为回流液进到脱重塔1的顶部，13经泵加压处理后作为脱轻塔5的进料14。经脱轻塔5精馏后塔顶流股15为碳四等轻组分，脱轻塔5塔釜流股16作为戊烷分离塔6的进料。经戊烷分离塔6精馏后的塔釜液体18进入第二分配器7被分成19和20两股，20作为塔釜采出——正戊烷产品，19进入换热器2的冷端，经换热后的蒸汽21作为戊烷分离塔6的再沸蒸汽回到塔釜。

图2为按用户要求生产一定比例的混合戊烷发泡剂工艺流程示意图，与图1不同之处在于在戊烷分离塔6上增加侧线22，可不定时采出任意比例混合的戊烷发泡剂产品。

按图1工艺流程，脱重塔操作压力提高到380kPa，戊烷分离塔操作压力维持在160kPa，脱轻塔操作压力不变。将脱重塔塔顶冷凝器和戊烷分离塔塔底再沸器进行差压热耦合后，分离系统的能耗情况和换热器、辅助换热器的能耗情况分别示于表1和表2中。

表1换热器温度和换热量情况

表2各塔回流比和热负荷

由表1、2可知，进入换热器的两端流股的温差为15.739℃，满足最小传热温差需要，因此将二者热耦合，可提供7.779M*KJ/HR的换热量，节省了部分冷凝负荷和再沸热负荷。由于操作中很难将冷凝负荷和再沸热负荷匹配完全，因此对于本例中需设置辅助换热器(冷凝器)对经热耦合后的流股继续进行冷却，补充辅助换热量0.095M*KJ/HR。为说明本发明在节能降耗方面的优点，将本发明所述流程与现有常规顺序分离流程的能耗进行比较，表3为常规顺序分离和经差压热耦合系统的总能耗及节能情况。

表3差压热耦合前后系统的总能耗及节能情况

由表3可知，按图1所示的产品方案时，采用顺序分离流程经差压热耦合后系统的总冷负荷和总热负荷与常规流程相比可节省40.99％和42.43％。差压热耦合工艺因其将脱重塔塔顶冷凝放出的热量和戊烷分离塔釜再沸放出的冷量实现了热耦合(热集成)，节省了大量的热负荷。因此，考虑进一步的工艺改进，为适应市场上不同用户的要求，在戊烷分离塔的适当位置增加一股侧线用以采出一定量的混合戊烷作为发泡剂。本例中选取戊烷发泡剂产品组成为：异戊烷(iC5)＝80±2％、正戊烷(nC5)＝20±2％、轻组分(C4^-)≤1％、重组分(C6⁺)≤1％的混合戊烷，总戊烷(C5)≥99％。工艺流程示意图如图2所示。

在计算过程中，假定进入戊烷分离塔的异戊烷一半以纯组分的形式从塔顶采出，一半作为混合戊烷的发泡剂产品从侧线采出。其它操作条件与图1所示工艺流程相同。表4和表5分别为增加侧线戊烷发泡剂产品采出情况下分离系统的能耗情况和换热器、辅助换热器的能耗情况。

表4换热器温度和换热量情况

表5各塔回流比及冷热负荷

由表4可知，按图2所示的产品方案时，需补充脱重塔塔顶辅助冷凝换热量为1.503M*KJ/HR，经差压热耦合可提供的负荷为6.7786M*KJ/HR。由于戊烷分离塔增加侧线时，该塔再沸负荷有所减小，为了匹配脱重塔塔顶冷凝负荷，需增大辅助冷凝器换热量。相比常规流程的总冷负荷而言节省了36.70％，总热负荷节省了38.85％。

依据本发明的内容，根据戊烷生产装置的规模、需要回收热量的品位并结合产品用户需要，采用差压热耦合工艺，可充分利用系统内的低温热量，有效地节约了能耗；与现有该工艺的生产装置相比，本工艺可回收大量低温位的潜热，且需增加的固定投资少，分离装置的能源利用率高，产品生产方案灵活。

本发明提出的一种戊烷产品生产工艺，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和技术方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种制备高纯度戊烷差压热耦合节能工艺，该工艺包括脱重塔(1)、脱轻塔(5)、戊烷分离塔(6)、换热器(2)和辅助换热器(3)设备：将其脱重塔和戊烷分离塔中一个塔的操作压力适当提高，该塔称为加压塔，将另一个塔的操作压力适当降低，该塔称为减压塔，使得加压塔的塔顶冷凝液的温度和减压塔塔釜再沸气相的温度之差达到最小传热温差以上，并且使得加压塔塔顶冷凝放出的热量和减压塔塔釜再沸所需的热量偶合匹配，即用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热减压塔塔釜的液相，利用这两股物料的匹配换热从而实现两塔的热耦合，并利用辅助换热器或辅助再沸器实现整个精馏过程能耗的完全匹配，实现节能。

2.如权利要求1所述的制备高纯度戊烷差压热耦合节能工艺，其特征是：将常规的脱重塔(1)压力适当提高，将戊烷分离塔(6)压力适当降低，使得两塔换热的温差能够大于最小传热温差，以满足换热需要。

3.如权利要求1所述的制备高纯度戊烷差压热耦合节能工艺，其特征是：所述的辅助换热器(3)需匹配换热器(2)的不足的能耗。

4.如权利要求1所述的制备高纯度戊烷差压热耦合节能工艺，其特征是：在戊烷分离塔(6)的中上部位置增加一股侧线用以采出部分混合戊烷作为发泡剂。