CN102060651B

CN102060651B - 组合分离混合二甲苯浆料的方法与装置

Info

Publication number: CN102060651B
Application number: CN 201010533887
Authority: CN
Inventors: 汪华林; 李志明; 杨强; 沈其松; 王剑刚; 吕文杰; 唐康; 谢嘉
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: CN102060651A

Abstract

本发明涉及组合分离混合二甲苯浆料的方法与装置，提供了一种组合分离混合二甲苯浆料的方法，该方法包括：对混合二甲苯浆料进行悬浮熔融结晶，该混合二甲苯浆料与成核区来的晶浆逆流接触后晶体长大，从侧线采出后进行固液分离，得到纯化的对二甲苯；底流出来的低浓度母液进行热交换，结晶成核；对结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆进行预旋流分离，使对二甲苯晶体得到预浓缩和分级；溢流出来的低浓度母液返回热交换继续成核；对所得的预浓缩的对二甲苯晶浆进行离心分离或者旋流分离，浓缩浆液返回结晶使晶体继续长大，离心分离或者旋流分离出来的低浓度母液排出。还提供了一种组合分离混合二甲苯浆料的装置。

Description

组合分离混合二甲苯浆料的方法与装置

技术领域

本发明属于固/液分离技术领域，涉及一种对二甲苯的生产方法，具体地说，本发明涉及对二甲苯生产工艺中从高浓混合二甲苯浆料里分离对二甲苯的方法，以及实施该方法所用的装置。本发明的方法与装置适于处理对二甲苯含量为75-95％的混合二甲苯浆料，其中的旋流浓缩也适于处理其它对二甲苯生产工艺中的对二甲苯晶浆。更具体地说，本发明提供了旋流分离器与其它分离装置组合分离混合二甲苯浆料的方法与装置。

背景技术

对二甲苯(PX)是用量最大的C₈芳烃，是聚酯工业的重要原料。生产对二甲苯的主要方法是分离混合二甲苯浆料。混合二甲苯简称C₈馏分，由对二甲苯(PX)、邻二甲苯(OX)、间二甲苯(MX)和乙苯(EB)组成。传统的混合二甲苯浆料来源于催化重整生成油和裂解加氢汽油以及煤焦油副产物，这些原料中PX的质量分数均不大于24％。近年来，随着当前聚酯工业的迅速发展，全球对二甲苯的需求量一直突飞猛进的增长，工业上通过甲苯歧化和烷基转移工艺、C₈芳烃异构化工艺、甲苯选择性歧化工艺、甲苯甲基化工艺来增产PX。这些新工艺可以容易地由反应产物中获得高浓度PX的混合二甲苯。

结晶法和模拟移动床吸附分离技术是目前仅有的两种能获得高纯度PX的混合二甲苯分离方法。在吸附法出现之前，由于二甲苯异构体各自的沸点非常接近，传统的精馏方法难以实现良好的分离效果，而它们的凝固点却相差很远，利用该性质分离混合二甲苯的熔融结晶法是工业上唯一实用的PX分离方法，深冷结晶工艺便是针对传统的低浓度PX原料所开发的结晶工艺。然而，由于混合二甲苯在低温下形成的低共熔混合物的限制，PX的最高收率只有65％左右，因此结晶分离法逐渐被吸附分离法所取代。

吸附分离法根据吸附剂对各二甲苯异构体的吸附能力不同来实现分离的目的，须采用特殊的分子筛作催化剂，成本费用高、操作复杂、装置负荷大，难以适应目前的高浓度PX原料，而结晶法因其能耗低、产品纯度高、生产设备简单且不使用溶剂和分离剂等优点，又重新受到了人们的青睐。国外石化公司相继开发了多种PX结晶分离工艺，主要有：悬浮熔融结晶，包括GT-CrystPX工艺、Mobile工艺、BP工艺、PX Plus XP工艺；层式熔融结晶，包括MWB工艺、PROABD工艺。

传统的层式结晶得到的晶体夹带的杂质含量高，必须通过多级再融化、再结晶和再洗涤来达到高纯度，能耗高。MWB和PROABD两种新型的层式结晶工艺能利用晶体的发汗提纯机理得到纯度较高的产品，但都需要高浓度PX(质量分数＞90％)作为进料，否则都必须至少进行两次结晶，通常放在悬浮结晶工艺之后，用于产品纯度的进一步提高。因而，悬浮结晶的应用更加广泛。

一般来说，悬浮结晶主要由混合二甲苯浆料的结晶、晶体悬浮液的固液分离和浓缩晶浆的洗涤三部分组成。其中，晶体悬浮液的固液分离具有至关重要的作用，PX产品晶体的纯度最终取决于PX晶体与母液的固液分离效率。PXPlus XP工艺利用晶体洗涤塔，能在同一装置中同时实现晶体的逆流洗涤、发汗和重结晶提纯效果，无需固液分离步骤，但是晶体洗涤塔的设计和操作较困难，还有待进一步研究。

我国在悬浮结晶工艺方面起步较晚，相对比较落后。目前，中国石化上海石油化工研究院开发的新型歧化法生产的混合二甲苯浆料中，PX质量分数高达80-90％，王琰等人针对该浆料提出的新型连续悬浮结晶工艺能耗低、对二甲苯收率高，与传统结晶工艺相比具有明显的优势。在该工艺中，成核区形成的较高PX含量的晶浆经固液分离后，晶体返回生长区继续长大。而返回的晶体会黏附PX含量较低的母液及杂质，造成釜间液体返混和釜内液体浓度变化，使传质推动力减小，提纯效率降低，系统能耗增大。所以，返回晶浆的固液分离也是该工艺的关键部分。

总之，PX晶体悬浮液的固液分离是目前对二甲苯生产的一个很重要的步骤。在目前的工艺中，用的最多的分离机械是离心机以及离心机类装置(上述的GT-CrystPX、Mobile和BP工艺均是采用这种方法)，而且经过长期的发展取得了不错的效果，也因此具有与吸附法竞争的优势，但是高速运转部件固有的高投资成本和高维护成本，显著增加了分离的成本，同时由于即使维护良好的离心机也倾向于停机，从而存在可靠性问题，所以，开发离心机的替代方法，以提高纯度对二甲苯生产的经济性，是目前该领域的研究热点。

CN 1472139A公开了一种纯碱生产过程中晶浆分离的方法，将碳酸氢钠晶浆经过旋流浓缩，使固液比达到35-40％后，再将晶浆导入到滤碱机进行分离，降低了滤碱机的生产负荷，使滤碱机的生产能力提高了10％。同样针对碳酸氢钠晶浆，钱志奎等将重力沉降和离心机组合，使离心机能力得到了充分发挥。

CN 101480571A公开了一种硫酸胺晶体的固液分离方法，将晶浆经过旋流浓缩，使硫酸胺浓度达到50％以上，再送去离心机，减少了离心机的一次性投资成本和维护费用。可见离心机(或滤碱机)和旋流分离(或沉降分离)组合可以在一定程度上提高分离效果、降低生产成本，但是由于没有摆脱离心机的限制，成本仍然很高。PX晶体的混合二甲苯浆液与上述两种晶浆相比，固液密度差小，工艺的分离要求较高，但这种组合方法在PX结晶领域还未见使用。

US 4734102A和4735781A公开了用最少的活动部件发挥作用的固液分离方法和设备。利用了封闭柱，具有带过滤器的至少一个过滤管。而在实际应用中，制造商为了提高PX收率而采用远低于浆料晶体熔点的处理温度，该方法与设备尽管避免了离心，但是凝固的洗液会堵塞装置，造成设备的失效而停工。同时，该方法与设备采用熔融的固体洗液，液体不能容易地或廉价地从滤液中分离，从而污染滤液，导致固体产物的损失。因此，该方法与设备没有得到广泛应用。

CN 101405066A公开了由BP北美公司开发的一种过滤柱设备，采用绝热挡壁将过滤区和重新浆化区分开，克服了上述方法的缺陷，但是操作和维护比较复杂，同时回收纯化的对二甲苯还需要采用常规的分离装置，如离心机、旋转过滤器等。如此，该设备相当于离心前的预处理，尽管与没有这种挡壁特征的设备和分离下游容器中发生重新浆化操作的设备相比，节约了大量的能量和资金，但成本仍然较高。

另外，由于过滤设备会受到晶体形状的影响，如一些PX结晶工艺得到的PX晶体为细长的针状，很难过滤，所以过滤设备对PX晶体的适应性不强，同时由于过滤过程容易堵塞，可靠性也不高。

总之，针对PX结晶工艺中PX晶体悬浮液的物性和操作条件，本领域迫切需要开发出一种不仅分离效果好，而且对工艺适应性强，成本低，操作简单，可靠性高的固液分离方法与装置。

发明内容

本发明结合一种新型的PX连续悬浮结晶工艺，提供了一种新的组合分离混合二甲苯浆料的方法与装置，从而克服了现有技术存在的缺陷。

一方面，本发明提供了一种组合分离混合二甲苯浆料的方法，该方法包括：

对混合二甲苯浆料进行悬浮熔融结晶，该混合二甲苯浆料与成核区来的晶浆逆流接触后晶体长大，从侧线采出后进行固液分离，得到纯化的对二甲苯；底流出来的低浓度母液进行热交换，结晶成核；

对结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆进行预旋流分离，使对二甲苯晶体得到预浓缩和分级；溢流出来的低浓度母液返回热交换继续成核；

对所得的预浓缩的对二甲苯晶浆进行离心分离或者旋流分离，浓缩浆液返回结晶使晶体继续长大，离心分离或者旋流分离出来的低浓度母液排出。

在一个优选的实施方式中，所述旋流分离是一级旋流分离或多级旋流分离。

在另一个优选的实施方式中，所述结晶成核的对二甲苯晶浆的工作温度为-40℃至40℃，固相晶体颗粒密度为1000-1500kg/m³，平均粒径为100-400微米；液相的粘度为0.8-4cP，密度为600-980kg/m³。

在另一个优选的实施方式中，所述结晶成核的对二甲苯晶浆的固相质量浓度为10-40％；经预旋流分离后得到固相质量浓度为40-65％、粒径不小于90微米的晶浆；再经离心分离或者旋流分离，固相质量浓度为75％或更高。

在另一个优选的实施方式中，所述混合二甲苯浆料的对二甲苯含量为75-95％，所得的纯化的对二甲苯的纯度为99.9％，对二甲苯的收率为90％或更高。

在另一个优选的实施方式中，所述结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆的质量浓度为10-70％，经预旋流分离、再经离心分离或旋流分离后得到对二甲苯晶体的质量浓度为90％或更高的晶浆。

另一方面，本发明提供了一种组合分离混合二甲苯浆料的装置，该装置包括：

对混合二甲苯浆料进行悬浮熔融结晶的结晶器，用于使该混合二甲苯浆料与成核区来的晶浆逆流接触，使晶体长大；

与结晶器连接的洗涤塔，用于对从结晶器侧线采出的晶体进行固液分离以得到纯化的对二甲苯；

与结晶器连接的热交换器，用于对从结晶器底流出来的低浓度母液进行热交换，结晶成核；

与热交换器连接的旋流分离器，用于对结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆进行预旋流分离，使对二甲苯晶体得到预浓缩和分级；旋流分离器溢流出来的低浓度母液返回热交换器继续成核；

与旋流分离器连接的离心机或另一旋流分离器，用于对所得的预浓缩的对二甲苯晶浆进行离心分离或者旋流分离，浓缩浆液返回结晶器使晶体继续长大，离心分离或者旋流分离出来的低浓度母液排出。

在一个优选的实施方式中，该装置还包括位于热交换器与旋流分离器之间的离心泵，用于将结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆输送到旋流分离器进行预旋流分离。

在另一个优选的实施方式中，所述旋流分离器的压力损失为0.1-0.2MPa。

在另一个优选的实施方式中，所述旋流分离器为多级并联，其安装方式为立式或倾斜式。

附图说明

图1是本发明中使用的旋流分离器的分离原理的示意图。

图2是根据本发明一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。

图3是根据本发明另一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。

图4是根据本发明再一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。

图5是根据本发明又一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人经过广泛而深入的研究后发现，含PX晶体晶浆的固液分离是PX生产工艺中的关键步骤，常规的分离机械如离心机、回旋过滤器等固液分离设备，设备投资和维护费用均较大，过滤及其类似装置对晶体形态的适应性不强，可靠性不够，同时成本仍然比较高，而旋流分离器体积小、成本低，处理速度快，无运动部件，适应性强，操作简单，是一种新颖、高效、节能、适用长周期运行而又经济的分离设备；离心机(或滤碱机)和旋流分离(或沉降分离)的组合可以充分发挥离心机(或滤碱机)的分离能力，在一定程度上提高分离效果、降低生产成本。基于上述发现，结合一种新型的PX连续悬浮结晶工艺，采用分步分离的思想，本发明得以完成。

在本发明的第一方面，提供了一种旋流分离器与其它分离装置组合分离高浓混合二甲苯浆料的方法，该方法包括：

对高浓混合二甲苯浆料在结晶器内进行悬浮熔融结晶，与成核区来的晶浆逆流接触，晶体逐渐长大，然后将产品从侧线采出，注入洗涤塔进行固液分离，得到高纯度PX；PX结晶器底出来的低浓度母液在热交换器内结晶成核；

对热交换器成核后出来的含有PX细晶的晶浆部分或全部进行旋流分离，使PX晶体得到预浓缩和分级；溢流口低浓度母液返回热交换器继续成核；

对得到的预旋流浓缩的PX晶浆进行离心或者多级旋流分离，浓缩浆液返回结晶器使晶体继续长大，旋流分离和离心分离得到的低浓度母液排出。

在本发明中，所述旋流分离可以由一级或多级旋流分离器组成，完成晶浆的净化、浓缩和晶体颗粒分级的要求，同时达到处理量的要求。

在本发明中，经过热交换器成核后出来的PX晶浆的工作温度为-40℃至40℃，固相晶体颗粒密度为1000-1500kg/m³，平均粒径为100-400微米；液相的粘度为0.8-4cP，密度为600-980kg/m³。

在本发明中，经过热交换器成核后出来的PX晶浆的固相质量浓度为10-40％，全部或部分经预旋流浓缩后得到固相质量浓度为40-65％、粒径不小于90微米的晶浆，再经离心分离，固相质量浓度达到75％以上，满足工艺优化所需的要求，返回结晶器，晶体继续生长。

在本发明中，PX含量为75-95％的高浓度浆料经过结晶、固液分离和洗涤等步骤后，得到产品的纯度达99.9％，PX收率达90％以上，单级冷冻能耗不大于144kJ/kg。

在本发明中，经预旋流浓缩得到固相质量浓度为40-65％、粒径不小于90微米的晶浆，再经旋流分离，固相质量浓度达到75％以上，满足工艺优化所需的要求，可以替代离心机。

较佳地，预旋流浓缩得到的浓缩晶浆再经离心或多级旋流浓缩后得到的低浓度母液，可用吸附法提高PX收率，或去二甲苯异构化装置。

较佳地，悬浮结晶得到的PX晶体质量浓度为10-70％的晶浆经预旋流浓缩，再经离心或多级旋流浓缩，可得到PX晶体质量浓度达到90％以上的晶浆，满足后续洗涤塔的进料要求，该方法可用于其它PX悬浮结晶工艺。

在本发明的第二方面，提供了一种旋流分离器与其它分离装置组合分离混合二甲苯浆料的装置，该装置包括：

用于PX晶体生长的PX结晶器；与所述结晶器连接的，用于PX晶体成核的热交换器，运送晶浆的离心泵，对晶浆进行预分离的旋流分离器以及安装旋流分离器的外壳；对旋流分离器底部粗浓浆料进一步增浓的离心机或者旋流分离器以及安装旋流分离器的外壳，用于PX产品进一步提纯的洗涤塔。

在本发明中，用于预分离和继续浓缩的每一级旋流分离器可以是多个旋流分离器并联，以满足处理量的要求。

较佳地，所述旋流分离器的材质需耐磨且能抵抗实际工况的低温，可为聚氨酯、低合金高强度结构钢Q345B和304不锈钢；安装旋流器的外壳要求稍低，可采用碳钢，也可采用304不锈钢。

较佳地，所述旋流分离器的安装方式为立式或者略微倾斜。

较佳地，所述旋流分离器的压力损失为0.1-0.2MPa。

以下参看附图。

图1是本发明中使用的旋流分离器的分离原理的示意图。如图1所示，含有结晶物颗粒的混合二甲苯浆料(含PX晶体的浆料)在一定的压力作用下从旋流管进口(10)沿切线方向进入旋流管(30)的内部进行高速旋转，经分离锥(20)后因流道截面的改变，使液流增速并形成螺旋流态，当浆料进入尾锥后因流道截面的进一步缩小，旋流速度继续增加，在分离器的内部形成了一个稳定的离心力场，含有细小颗粒的澄清液在锥管的中心区聚结，从溢流口(40)排出，含有粗大颗粒的浓缩浆液则顺着旋流管器壁从底流口排出，达到分级与增浓的目的。

图2是根据本发明一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。如图2所示，PX浓度为75-95％的混合二甲苯浆料(高浓度浆料)经过PX结晶器1与成核区来的晶浆逆流接触，晶体逐渐长大，然后从侧线采出，经过洗涤塔6得到纯度达99.9％的高纯产品，低浓度母液进入热交换器2继续冷却，晶体成核，得到固体颗粒平均粒径为100-400微米，质量浓度为10-40％的晶浆；该晶浆经过离心泵3部分打入旋流分离器4进行预旋流分离，得到固相质量浓度达到40-65％、粒径不小于90微米的浓缩晶浆，溢流低浓度母液和进口部分晶浆返回热交换器2继续冷却成核；旋流分离器底流口的粗浓浆料进入离心机5进行离心分离，得到固相质量浓度不小于75％的浆料，返回结晶器1供晶体继续长大，离心分离得到的低浓度母液排出，可采用吸附法提高对二甲苯收率，也可去二甲苯异构化装置。

图3是根据本发明另一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。如图3所示，其流程与图2所示相似，所不同的是，经过热交换器2成核的晶浆全部进入预旋流分离。

图4是根据本发明再一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。如图4所示，PX浓度为75-95％的混合二甲苯浆料(高浓度浆料)经过PX结晶器1冷却结晶，晶体逐渐长大，然后从侧线采出，经过洗涤塔6得到纯度达99.9％的高纯产品，低浓度母液进入热交换器2继续冷却，晶体成核，得到固体颗粒平均粒径为100-400微米，质量浓度为10-40％的晶浆；该晶浆经过离心泵3部分打入旋流分离器4进行预旋流分离，得到固相质量浓度达到40-65％、粒径不小于90微米的浓缩晶浆，溢流低浓度母液和进口部分晶浆返回热交换器2继续冷却成核；预分离旋流分离器4底流口的粗浓浆料进入进一步浓缩旋流分离器4，得到固相质量浓度不小于75％的浆料，返回结晶器1供晶体继续长大，进一步浓缩得到的低浓度母液排出，可采用吸附法提高对二甲苯收率，也可去二甲苯异构化装置。

图5是根据本发明又一个实施方式的从混合二甲苯浆料中分离对二甲苯的分离流程的示意图。如图5所示，其流程与图4所示相似，所不同的是，经过热交换器2成核的晶浆全部进入预旋流分离。

本发明的方法和装置的主要优点在于：

本发明通过采用旋流分离器与其它分离装置组合的方法使PX的浓度和粒度达到工业生产要求，并减小生产成本。本发明方法的装置结构紧凑、简单，投资成本低，容易实施，操作方便，分离效率高，适合长周期运转，能适应各种晶体形状和各种不同的PX悬浮结晶工艺。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种组合分离混合二甲苯浆料的方法，该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流分离是一级旋流分离或多级旋流分离。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述结晶成核的对二甲苯晶浆的工作温度为-40℃至40℃，固相晶体颗粒密度为1000-1500kg/m³，平均粒径为100-400微米；液相的粘度为0.8-4cP，密度为600-980kg/m³。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述结晶成核的对二甲苯晶浆的固相质量浓度为10-40％；经预旋流分离后得到固相质量浓度为40-65％、粒径不小于90微米的晶浆；再经离心分离或者旋流分离，固相质量浓度为75％或更高。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述混合二甲苯浆料的对二甲苯含量为75-95％，所得的纯化的对二甲苯的纯度为99.9％，对二甲苯的收率为90％或更高。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆的质量浓度为10-70％，经预旋流分离、再经离心分离或旋流分离后得到对二甲苯晶体的质量浓度为90％或更高的晶浆。

7.一种组合分离混合二甲苯浆料的装置，该装置包括：

对混合二甲苯浆料进行悬浮熔融结晶的结晶器(1)，用于使该混合二甲苯浆料与成核区来的晶浆逆流接触，使晶体长大；

与结晶器(1)连接的洗涤塔(6)，用于对从结晶器(1)侧线采出的晶体进行固液分离以得到纯化的对二甲苯；

与结晶器(1)连接的热交换器(2)，用于对从结晶器(1)底流出来的低浓度母液进行热交换，结晶成核；

与热交换器(2)连接的旋流分离器(4)，用于对结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆进行预旋流分离，使对二甲苯晶体得到预浓缩和分级；旋流分离器(4)溢流出来的低浓度母液返回热交换器(2)继续成核；

与旋流分离器(4)连接的离心机(5)或另一旋流分离器(4)，用于对所得的预浓缩的对二甲苯晶浆进行离心分离或者旋流分离，浓缩浆液返回结晶器(1)使晶体继续长大，离心分离或者旋流分离出来的低浓度母液排出。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括位于热交换器(2)与旋流分离器(4)之间的离心泵(3)，用于将结晶成核的含有对二甲苯细晶的晶浆输送到旋流分离器(4)进行预旋流分离。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述旋流分离器的压力损失为0.1-0.2MPa。

10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述旋流分离器为多级并联，其安装方式为立式或倾斜式。