CN102485707A

CN102485707A - 一种碳五馏分一段萃取精馏方法

Info

Publication number: CN102485707A
Application number: CN2010105717281A
Authority: CN
Inventors: 李文铭; 戴伟; 李振虎; 郝国钧; 张文胜; 曾东
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: CN102485707B

Abstract

本发明公开了一种碳五馏分一段萃取精馏方法。采用超重力萃取精馏装置进行萃取精馏，该装置包括：超重力精馏段、超重力提馏段和溶剂回收段；(1)碳五馏分气相物料与来自超重力提馏段的蒸汽混合后在超重力精馏段与萃取剂逆流接触；(2)萃取后的气相物料进入溶剂回收段；(3)从溶剂回收段导出的馏分一部分采出，一部分经冷凝后作为整个萃取精馏装置的回流使用；(4)回收段的萃取剂与来自溶剂泵的萃取剂混合后依次进入超重力精馏段和超重力提馏段；(5)超重力提馏段液体出口导出的溶剂物料一部分进入后续溶剂汽提装置；一部分经再沸后为超重力提馏段提供上升蒸汽。本发明所述方法降低了反应损失，提高了产品收率。

Description

一种碳五馏分一段萃取精馏方法

技术领域

本发明涉及有机化工领域，进一步地说，是涉及一种碳五馏分一段萃取精馏方法。

背景技术

随着石油工业的发展，以液态烃为原料制取乙烯的生产能力不断提高，裂解C5来源日趋丰富，裂解C5馏分的分离和利用对合理利用资源、降低乙烯装置生产成本具有重要意义，并已引起世界各工业大国的普遍重视。由于裂解C5馏分组分多，各组分间沸点接近，相互间还能产生共沸，现有分离工艺均采用萃取精馏的方式实现异戊二烯、间戊二烯和环戊二烯等碳五组分的分离。

目前国内外C5馏分分离装置均采用两段萃取精馏工艺，其核心是萃取精馏，该分离工艺相当复杂，各流程根据所选用萃取剂的不同分为3种：乙腈(ACN)法、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)法和N-甲基吡咯烷酮(NMP)法。

两段萃取精馏工艺存在诸多问题，如流程较长，操作复杂困难；萃取剂消耗量较大，需进行汽提回收，能耗高；萃取精馏塔汽液相负荷较大，使得萃取精馏塔设备庞大，设备投资大，操作费用高；过长的分离流程使得异戊二烯和间戊二烯由于二聚反应损失较多，降低了二者产品收率。

为改进两段萃取精馏工艺，科研人员开展了大量的研究工作，致力于一段萃取精馏工艺的研究，并取得了一定进展。

CN101423450A、CN101397232A所公开的碳五馏分一段萃取精馏工艺，采用反应精馏+萃取精馏工艺，去除了第二萃取精馏单元，简化了工艺流程，减少了设备投资和操作费用。

CN1412165A、CN1490286A、CN101244974A所公开的裂解碳五馏分分离的一段萃取精馏工艺，在去除了通常采用的第二萃取精馏单元的同时，将反应精馏，选择性催化加氢等技术应用其中，缩短了工艺流程，降低了生产成本，但由于增加了催化加氢单元，使得产品质量受到催化剂活性、选择性影响较大，同时装置的操作周期也受催化剂活性周期制约。

目前一段萃取精馏工艺尚未见工业化应用报道。

在现有的各种工艺技术中，由二段萃取精馏工艺到一段萃取精馏工艺显著缩短了工艺流程，反应精馏和选择性催化加氢技术的运用使得原料处理的能力和操作灵活性得到提高。相比而言，作为整个碳五馏分分离的核心-萃取精馏单元(塔)本身的升级和改进却鲜有成果，目前所做的研究和努力大多集中在塔板类型的选择、塔板间距的调节，溢流堰高度的设计以及萃取剂的选择和改性等等，而传统塔式碳五萃取精馏技术高能耗、塔板效率低，萃取溶剂用量大且选择性不够理想等一系列根本性问题却一直难以解决，越来越成为制约整个工艺流程的“瓶颈”。如何对萃取精馏单元进行优化升级，摆脱其在碳五馏分分离全局中的“拖后腿”角色，直接关系到整个碳五工业产业化的发展与壮大，具有重要的现实意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种碳五馏分一段萃取精馏方法，对现有碳五分离流程中萃取精馏单元进行改进和优化，降低了反应损失，提高了产品收率。

本发明的目的是提供一种碳五馏分一段萃取精馏方法。

一段萃取精馏中采用超重力萃取精馏装置进行萃取精馏，即用超重力萃取精馏装置替代现有技术中的萃取精馏塔，超重力萃取精馏装置包括：超重力精馏段、超重力提馏段和溶剂回收段；

所述超重力精馏段和超重力提馏段由超重力机完成；

所述溶剂回收段由超重力机或气液分离装置完成，优选由超重力机完成。

所述方法包含以下步骤：

(1)碳五馏分气相物料与来自超重力提馏段的蒸汽混合后在超重力精馏段与萃取剂逆流接触；

(2)萃取后的气相物料进入溶剂回收段，气相物料中夹带的萃取剂被回收；

(3)从溶剂回收段导出的碳五烷烃和单烯烃馏分一部分采出，一部分经冷凝后进入溶剂回收段；

(4)回收段的萃取剂与来自溶剂泵的萃取剂混合后依次进入超重力精馏段和超重力提馏段；

(5)超重力提馏段液体出口导出的溶剂物料一部分进入后续溶剂汽提装置；一部分经再沸器再沸后为超重力提馏段提供上升蒸汽。

其中所述超重力提馏段中超重力机转子转速为400～1200r·min^-1，超重力精馏段中超重力机转子转速为400～1200r·min^-1，溶剂回收段中超重力机转子转速为300～800r·min^-1；

为提高萃取精馏效果，超重力精馏段和超重力提馏段的超重力机可以2～5台串联；

以上所述超重力机优选型号一致的超重力机，超重力机的填料优选为丝网填料，空隙率为90％～98％，比表面积为200m²·m^-3～5000m²·m^-3。

在现有已公开的各种碳五馏分一段萃取精馏工艺中，萃取精馏塔的作用均是将碳五烷烃和单烯烃从塔顶脱除，异戊二烯等组分随着萃取剂从塔釜或者塔底侧线采出并进入后续分离单元。

图1所示为本发明中的超重力萃取精馏装置RPB，其作用同碳五馏分一段萃取精馏流程中的萃取精馏塔一样，用以脱除碳五烷烃和单烯烃。

下面结合图1，说明碳五馏分脱除烷烃和单烯烃过程在超重力萃取精馏装置中的具体实现方式。

同普通精馏塔一样，超重力精馏也分为提馏段和精馏段，对萃取精馏而言，超重力萃取精馏装置RPB相应的需要增加一个萃取剂回收单元。

来自上一操作单元的碳五气相物料进入超重力精馏段RPB-1底部，在超重力场环境(旋转填料)中与萃取溶剂逆流接触，在此过程中，碳五物料中环戊二烯和异戊二烯等组分不断的被萃取精馏到萃取剂中，气相中烷烃和单烯烃浓度沿填料外缘至内缘方向上逐步提升。

同理，在超重力提馏段RPB-2部分，含有烷烃和单烯烃的萃取溶剂与来自再沸器H-101的蒸汽逆流接触，在此过程中，萃取溶剂中的烷烃和单烯烃不断气化向气相中转移，萃取溶剂中的环戊二烯和异戊二烯浓度沿填料内缘至外缘方向上逐渐增大。

在萃取精馏过程中，为回收少量被气相夹带而出萃取溶剂，为此本发明中增加了溶剂回收段RPB-3，确保经过分离的碳五烷烃和单烯烃组分中不含萃取溶剂，避免由于溶剂夹带造成的萃取剂损失。该段即可由超重力机完成，也可通过常规的气液分离装置完成，在本发明中前者为优选，后者可作为备选使用。

从溶剂回收段RPB-3导出的碳五烷烃和单烯烃馏分一部分作为抽余液采出，一部分经冷凝后进入溶剂回收段。

由超重力提馏段RPB-2液体出口端导出的溶剂物料一部分进入后续溶剂汽提装置汽提异戊二烯等碳五馏分，同时回收萃取剂供循环使用；一部分进入再沸器H-101为超重力提馏段RPB-2提供上升蒸汽。

提馏段超重力机转子转速为400-1200r·min^-1，精馏段超重力机转子转速为400-1200r·min^-1，溶剂回收单元超重力机转子转速为300-800r·min^-1。

扩展地，提馏段和精馏段部分根据超重力机转子转速和转子半径不同可由2-5台不等的超重力机串联实现，即每一逻辑单元在物理上可以由多台超重力机串联组成。

上述三部分超重力机所用的填料型号相同，均为丝网填料，空隙率为90％-98％，比表面积为200m²·m^-3-5000m²·m^-3。

具体技术方案如下：

本发明中提出如下四种以异戊二烯为目标产品的碳五馏分一段超重力萃取精馏工艺。

技术方案1、

(1)脱轻：碳五馏分原料送入脱轻塔T-100，将碳四组分、异戊烷和绝大部分炔烃等轻组分从塔顶采出，含异戊二烯、间戊二烯和环戊二烯等组分的物料从塔釜采出。

(2)二聚反应：脱轻塔塔釜物料进入二聚反应器R-100，发生二聚反应，环戊二烯二聚生成双环戊二烯。

(3)脱重：经二聚反应的物料进入脱重塔T-200，以间戊二烯和双环戊二烯为主的大部分重组分从塔釜采出去间戊二烯和双环戊二烯精制单元，包含异戊二烯、碳五烷烃、单烯烃的轻组分从塔顶采出。

(4)超重力萃取精馏：脱重塔T-200塔顶导出的碳五馏分进入超重力萃取精馏装置RPB，萃取剂从超重力精馏段RPB-1液体入口端进入，经超重力萃取精馏后碳五烷烃和单烯烃从超重力萃取精馏装置RPB气体出口端采出脱除，含有异戊二烯的萃取剂从超重力提馏段RPB-2液体出口端采出，送入溶剂汽提塔T-300。

(5)汽提：由超重力提馏段RPB-2液体出口端导出的溶剂物料进入溶剂汽提塔T-300汽提异戊二烯等碳五馏分。含有异戊二烯、少量环戊二烯和间戊二烯的碳五物料从塔顶导出；溶剂从塔釜采出，循环回送到超重力萃取精馏装置RPB。

(6)异戊二烯精制：汽提塔T-300塔顶得到的以异戊二烯为主的物料进入异戊二烯精制塔T-400，在此少量环戊二烯发生二聚反应生成双环戊二烯，经反应精馏从塔顶采出聚合级异戊二烯产品，塔釜采出包含以间戊二烯和双环戊二烯为主的重组分物料。

本发明中所述反应精馏过程均指在精馏过程中有环戊二烯二聚成双环戊二烯的反应发生。

技术方案2、

(1)脱轻：裂解碳五原料进入脱轻塔T-100中部，经反应精馏过程从脱轻塔T-100塔顶采出包含碳四和绝大部分炔烃的轻组分物料，含异戊二烯、间戊二烯和环戊二烯等组分的物料从塔釜采出。

(2)脱重：脱轻塔T-100塔釜采出的物流进入脱重塔T-200中部，经反应精馏过程从脱重塔T-200塔顶采出含有异戊二烯的物料，从脱重塔T-200塔釜采出包含间戊二烯和双环戊二烯等重组分的物料。

(3)超重力萃取精馏：所述包含异戊二烯的物料进入超重力萃取精馏装置RPB，经萃取精馏脱除碳五烷烃和单烯烃，含有异戊二烯的溶剂物料由超重力提馏段RPB-2液体出口端采出送往汽提塔T-300。

(4)汽提：送往汽提塔T-300的溶剂物料经汽提过程，从汽提塔T-300塔顶采出以异戊二烯为主的物料，汽提塔T-300塔釜采出的萃取剂循环回超重力萃取精馏装置RPB。

(5)异戊二烯精制：从汽提塔T-300塔顶采出的异戊二烯物料进入异戊二烯精制塔T-400，经反应精馏过程从精制塔T-400塔顶采出异戊二烯产品，从塔釜采出以间戊二烯和双环戊二烯为主的重组分物料。

技术方案3、

(1)脱轻：石油裂解碳五馏分原料进入脱轻塔T-100，塔顶脱除碳四轻组分和部分炔烃，塔釜得到包含异戊二烯、间戊二烯和环戊二烯等组分的物料。

(2)二聚反应：上述过程得到的塔釜物料进入二聚反应器R-100，使碳五馏分中的大部分环戊二烯二聚为双环戊二烯。

(3)脱重：经二聚反应的物料进入脱重塔T-200，由塔釜分离脱除间戊二烯、双环戊二烯等重组分，由塔顶得到异戊二烯、单烯烃、烷烃、炔烃等组分。

(4)加氢：由上述过程得到的脱重塔T-200塔顶物料进入催化加氢反应器R-200，通过选择性加氢将其中的异戊烯炔、丁炔-2脱除，反应器R-200内装填有炔烃选择性加氢催化剂。

(5)超重力萃取精馏：自加氢反应器R-200出来的物料进入超重力萃取精馏装置RPB，脱除碳五烷烃和单烯烃，由超重力提馏段RPB-2液体出口端得到含异戊二烯等双烯烃的溶剂物料。

(6)汽提：上述溶剂物料进入汽提塔T-300，塔釜得到萃取剂返回超重力萃取精馏装置RPB循环使用，塔顶得到物料去异戊二烯精制塔T-400进行精制。

(7)异戊二烯精制：来自汽提塔T-300塔顶富含异戊二烯的物料进入异戊二烯精制塔T-400，经反应精馏由塔顶得到聚合级异戊二烯产品，塔釜得到间戊二烯和双环戊二烯等重组分。

技术方案4、

(1)脱轻：原料石油裂解碳五馏分进入脱轻塔T-100，由塔顶脱除碳四和部分炔烃等轻组分，塔釜得到包含异戊二烯、间戊二烯和环戊二烯等组分的物料。

(2)脱重：由上述步骤得到的脱轻塔T-100塔釜物料进入脱重塔T-200进行反应精馏，由塔顶得到异戊二烯、单烯烃、烷烃、炔烃和环戊二烯，由脱重塔T-200塔釜分离出间戊二烯、双环戊二烯等重组分物料。

(3)加氢：上述步骤得到的脱重塔T-200塔顶物料进入催化加氢反应器R-100，通过选择性加氢将异戊烯炔、丁炔-2等炔烃反应掉，反应器R-100内装填有选择性加氢催化剂。

(4)超重力萃取精馏：由上述步骤得到的物料进入超重力萃取精馏装置RPB，由超重力萃取精馏装置RPB气体出口端脱除碳五单烯烃和烷烃，由超重力提馏段RPB-2液体出口端得到富含异戊二烯的溶剂物料。

(5)汽提；上述步骤得到的塔釜溶剂物料进入汽提塔T-300进行汽提，从汽提塔T-300塔顶采出以异戊二烯为主的物料，由塔釜得到的回收溶剂返回超重力萃取精馏装置RPB循环使用。

(6)异戊二烯精制：汽提塔T-300塔顶得到的物料进入异戊二烯精制塔T-400，经反应精馏由塔顶得到聚合级异戊二烯产品，由塔釜得到双环戊二烯、间戊二烯等重组分物料。

以上四套方案均是以异戊二烯为目标产品的碳五馏分超重力一段萃取精馏工艺流程，方案1、2为不含加氢过程的一段萃取精馏工艺，方案3、4有选择性加氢工艺步骤，考虑到加氢过程的复杂性及催化剂活性周期等诸多制约因素，本发明中以有二聚反应单元的方案1为优选方案。

在本发明中，浓度均以质量计，百分比指质量百分比，ppm指×10^-6质量浓度。

在本发明中，萃取剂可以选择碳五萃取精馏领域所使用的任何溶剂，如DMF、NMP、ACN等。

采用超重力萃取精馏技术取代现有传统塔式萃取精馏技术，并将之应用于碳五馏分一段萃取精馏工艺，相比现有塔式一段萃取精馏技术具有：萃取剂循环用量少、碳五原料馏分处理量大(气相)、萃取精馏过程选择性高(碳五烷烃和单烯烃被萃取剂夹带量更少)，有效抑制异戊二烯二聚反应的发生、异戊二烯损失小、填料不易堵塞，能耗大幅降低等优点。

附图说明

图1是本发明的超重力萃取精馏装置

图2是本发明中技术方案1的一段超重力萃取精馏工艺流程图

图3是本发明中技术方案2的一段超重力萃取精馏工艺流程图

图4是本发明中技术方案3的一段超重力萃取精馏工艺流程图

图5是本发明中技术方案4的一段超重力萃取精馏工艺流程图

附图标记说明

RPB-1超重力精馏段；RPB-2超重力提馏段；RPB-3溶剂回收段；P-101溶剂泵；C-101冷凝器；H-101再沸器

T-100脱轻塔；R-100二聚反应器；T-200脱重塔；RPB超重力萃取精馏装置；T-300汽提塔；T-400异戊二烯精制塔；R-200加氢反应器

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例

本实施例是以NMP和NaSCN盐溶液的混合溶液为萃取剂，其中NMP/NaSCN体积比为500∶1，盐溶液中盐质量百分浓度为15％。

碳五馏分一段超重力萃取精馏工艺，包括下列步骤：

(1)脱轻：混合碳五馏分原料(主要组成为碳四7.8％，炔烃0.3％，戊烷13.4％，戊烯17.5％，异戊二烯23.6％，间戊二烯12.1％，环戊二烯15.9％，碳六9.4％)进入脱轻塔T-100，绝大部分炔烃、碳四以及异戊烷等轻组分从塔顶采出，脱轻塔T-100塔釜物料送往二聚反应器R-100。脱轻塔T-100塔板数为130，操作回流比为15，塔顶温度50℃，塔釜温度85℃，操作压力0.2MPa，控制脱轻塔T-100塔顶异戊二烯含量不超过1％，控制炔烃在塔顶的回收率不低于99.7％，异戊烷在塔顶的回收率不低于95％。

(2)二聚反应：来自脱轻塔T-100塔釜的物料送往二聚反应器R-100，环戊二烯发生二聚反应生产双环戊二烯，控制反应条件为：反应温度90℃、压力1.3MPa、环戊二烯转化率为87％，反应产物中环戊二烯含量小于3％。

(3)脱重：经过二聚反应的物料送往脱重塔T-200，在此间戊二烯、双环戊二烯等重组分与异戊二烯分离，从塔釜采出间戊二烯和双环戊二烯，异戊二烯等轻组分从塔顶采出送往超重力萃取精馏单元RPB。脱重塔T-200塔板数为110，操作回流比为18，塔顶温度70℃，塔釜温度100℃，操作压力0.3MPa，控制脱重塔T-200塔顶异戊二烯回收率为99.5％以上，间戊二烯和环戊二烯、双环戊二烯在塔釜回收率不低于99.5％。

(4)超重力萃取精馏：来自脱重塔T-200塔顶的富含异戊二烯物料的碳五馏分自超重力萃取精馏段RPB-1气体入口端进入超重力萃取精馏装置RPB，于该装置气体出口端脱除碳五烷烃和单烯烃组分，含有异戊二烯的溶剂物料由超重力提馏段液体出口端采出。控制萃取精馏的回流比为4，溶剂比为4，超重力萃取精馏装置RPB塔板数为120，操作压力为0.2MPa，超重力提馏段液体出口端温度控制为120℃，超重力精馏段气体出口端温度65℃，精馏段、提馏段超重力机转子转速为650r·min^-1，溶剂回收段采用超重力机，转子转速为600r·min^-1，精馏段、提馏段和溶剂回收段超重力机所用的填料型号相同，均为丝网填料，空隙率为93％，比表面积为900m²·m^-3。

(5)汽提：经萃取精馏后的溶剂物料送往汽提塔T-300，异戊二烯等碳五馏分从汽提塔T-300塔顶采出送往异戊二烯精制塔T-400，溶剂从塔釜采出送往超重力萃取精馏装置RPB循环使用。汽提塔T-300塔板数为30，操作回流比为2，塔顶温度为43℃，塔釜温度为112℃，操作压力0.3MPa。

(6)异戊二烯精制：在异戊二烯精制塔T-400中，少量环戊二烯继续发生二聚反应生产双环戊二烯，异戊二烯与间戊二烯，环戊二烯和双环戊二烯进一步分离，塔顶得到聚合级异戊二烯产品，塔釜得到间戊二烯和双环戊二烯等重组分。控制精制塔T-400的塔板数为120，操作回流比为11，塔釜压力为0.1MPa，塔顶温度55℃，塔釜温度为76℃，聚合级异戊二烯纯度不低于99.5％。

表1聚合级异戊二烯产品组成

Claims

1.一种碳五馏分一段萃取精馏方法，其特征在于：

一段萃取精馏中采用超重力萃取精馏装置进行萃取精馏，所述超重力萃取精馏装置包括：超重力精馏段、超重力提馏段和溶剂回收段；

所述超重力精馏段和超重力提馏段由超重力机完成；

所述溶剂回收段由超重力机或气液分离装置完成。

2.如权利要求1所述的碳五馏分一段萃取精馏方法，其特征在于：

所述溶剂回收段由超重力机完成。

3.如权利要求1或2所述的碳五馏分一段萃取精馏方法，包含以下步骤：

(3)从溶剂回收段导出的碳五馏分，一部分采出，一部分经冷凝后进入溶剂回收段；

4.如权利要求3所述的碳五馏分一段萃取精馏方法，其特征在于：

所述超重力提馏段中超重力机转子转速为400～1200r·min^-1，超重力精馏段中超重力机转子转速为400～1200r·min^-1。

5.如权利要求2所述的碳五馏分一段萃取精馏方法，其特征在于：

所述溶剂回收段中超重力机转子转速为300～800r·min^-1。

6.如权利要求3所述的碳五馏分一段萃取精馏方法，其特征在于：

所述超重力精馏段和超重力提馏段的超重力机为2～5台串联。

7.如权利要求4～6之一所述的碳五馏分一段萃取精馏方法，其特征在于：

所述超重力机的填料为丝网填料，空隙率为90％～98％，比表面积为200m²·m^-3～5000m²·m^-3。