CN102641604B

CN102641604B - 一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法

Info

Publication number: CN102641604B
Application number: CN201210094865.XA
Authority: CN
Inventors: 蔡智; 凌昊; 沈本贤
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; East China University of Science and Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-04-01
Filing date: 2012-04-01
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-04-01
Also published as: CN102641604A

Abstract

本发明涉一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法，在两个精馏塔间增加一个侧线连接，可大幅降低精馏能耗。该工艺方法最少包括两个精馏塔，原料进入第一个精馏塔，轻组分在第一个塔的塔顶馏出，中间组分和重组分在塔釜馏出，它作为第二个塔的进料物流。在第一个塔的侧线抽出含有极少量的轻组分的中间组分和重组分混合物，侧线中间组分含量明显高于塔釜物流中的中间组分含量，降低了中间组分的反混程度，并将之作为第二个塔的新增进料物流，其进料塔板位置位于原进料位置之上。本发明较传统的精馏方法具有明显的节能效果。可普遍应用三组分、四组分和多组分混合物的精馏分离过程。

Description

一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法，涉及化工分离工程中的精馏工艺，特别是三元混合物精馏分离的节能工艺方法，可普遍应用三组分、四组分和多组分混合物的精馏分离过程。

背景技术

精馏是化工行业中普遍采用分离方法。对于含有轻组分A、中间组分B和重组分C的混合原料，若通过精馏得到预期纯度的产品，采用常规两塔正序分离工艺，需要两台精馏塔(T1、T2)，塔T1的塔顶馏出轻组分，中间组分B和重组分C从T1的塔釜流入塔T2，在精馏塔T2中分离中间组分B和重组分C。这一分离过程可从T1塔顶、T2塔顶和塔釜获得预期纯度的产品。虽然产品可以达到纯度的要求，但分离所需的能耗很高。

另一种精馏分离为两种等价结构的Petlyuk塔，俗称分壁精馏塔，属于全热耦合塔。含有A、B、C三组分的混合物料先进入副塔(T1)，轻组分A和重组分C分别从副塔(无冷凝器和再沸器)(T1)塔顶和塔釜馏出，中间组分B在T1塔顶、塔釜都有。将T1塔顶、塔釜物料分别导入主塔(有冷凝器和再沸器)(T2)的合适位置，在T2顶部分离A和B，在T2下部分离B和C。T2塔顶馏出轻组分A，T2塔釜馏出重组分C，中间组分B由T2中部侧线采出。由于T1的塔顶回流液由T2的上部液相侧线提供，T1塔釜加热由T2下部气相侧线提供，只有T2有冷凝器和再沸器，因此减少了操作能耗和设备投资。

Petlyuk塔的最大缺陷是T1塔顶、T1塔釜物料引入T2塔的位置难以确定，且T2塔顶部液相侧线、T2下部气相侧线的引出量难以确定。在实际操作中，T2塔下部侧线采出去T1塔底部的气相流量很难控制，T2下部侧线抽出气量大小直接影响T2中部上升气相流量(T2下部侧线抽出气量+T2中部上升气相流量=T2底部上升气量)，也直接会影响到中部侧线—中间组分B的产品纯度。因此这种Petlyuk热耦合塔虽然已经提出三十多年，但实际应用一直很少，实际操控问题难以解决。

多组分精馏在化工行业的应用实例举不胜数，如原油的常减压分离过程、乙烯工业中的乙烯、丙烯、丁烯等烯烃的分离、炼油过程中汽油、航煤、柴油的分离过程和芳烃装置的苯、甲苯、二甲苯和碳九以上产品的分离均采用两塔或两塔以上进行分离或提纯。传统的双塔精馏所需的能耗很大，尤其在石油化工行业精馏的能耗约占总能耗的50%以上。因此开发精馏新工艺技术对石油化工行业的节能降耗十分重要。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法，涉及三元和多元组分侧线热耦合精馏的工艺方法，可以缓解现有技术能耗高的缺点，通过在原有的工艺路线上增加一个侧线和控制阀门可获得预期产品纯度的产品，缓解了中间组分的反混程度，较传统的双塔精馏有明显的节能效果，具有显著的实用性，应用前景广阔。

实现上述目的而采取的技术方案，包括正序精馏和反序精馏工艺，所述正

序精馏工艺中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔T101，在第一个精馏塔T101的顶部馏出轻组分，塔釜馏出物除轻组分以外的液相混合物，作为第二个精馏塔T102的进料物流，在第一个精馏塔T101的侧线抽出轻组分的混合物，作为第二个精馏塔T102塔的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之上；所述反序精馏工艺中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔T101，在第一个精馏塔T101的塔底馏出重组分，塔顶馏出除重组分以外的液相混合物，作为第二个精馏塔T102的进料物流，在第一个精馏塔T101的侧线抽出重组分的混合物，作为第二个精馏塔T102的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之下，所述第一个精馏塔T101和第二个精馏塔T102的顶部和底部设有全凝器。

与现有技术相比本发明具有以下优点。

由于在两个精馏塔间增加了一个侧线连接，因而可大幅降低精馏能耗。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明精馏工艺方法流程示意图。

图2是本发明实施例提供的苯、甲苯和二甲苯（BTX）三元组分混合物侧线热耦合精馏工艺方法精馏塔中BTX的浓度分布示意图。

具体实施方式

本发明包括正序精馏和反序精馏工艺，如图1所示，所述正序精馏工艺中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔T101，在第一个精馏塔T101的顶部馏出轻组分，塔釜馏出物除轻组分以外的液相混合物，作为第二个精馏塔T102的进料物流，在第一个精馏塔T101的侧线抽出轻组分的混合物，作为第二个精馏塔T102塔的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之上；所述反序精馏工艺中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔T101，在第一个精馏塔T101的塔底馏出重组分，塔顶馏出除重组分以外的液相混合物，作为第二个精馏塔T102的进料物流，在第一个精馏塔T101的侧线抽出重组分的混合物，作为第二个精馏塔T102的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之下，所述第一个精馏塔T101和第二个精馏塔T102的顶部和底部设有全凝器。

所述的正序精馏工艺中，第二个精馏塔塔T102顶馏出中间组分，或塔顶和

侧线馏出中间组分，塔底馏出重组分，或塔底和侧线馏出重组分；所述的反序精馏工艺中，第二个精馏塔T102塔顶馏出轻组分，或塔顶和侧线馏出轻组分，塔底馏出中间组分，或塔底和侧线馏出中间组分。

所述的正序精馏工艺和反序精馏工艺包括两塔、三塔或更多精馏塔。

该工艺方法采用两个和两个以上的精馏塔分离多元组分混合物，包括：

（1）该工艺方法采用两个或两个以上的精馏塔分离三元、四元和更多元组分的混合物；

（2）正序精馏过程中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔，在第一个塔的顶部馏出轻组分，塔釜馏出物除轻组分以外的液相混合物，作为第二个塔的进料物流，在第一个塔的侧线抽出含有极少量的轻组分的混合物，作为第二个塔的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之上；

（3）反序精馏过程中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔，在第一个塔的塔底馏出重组分，塔顶馏出除重组分以外的液相混合物，作为第二个塔的进料物流，在第一个塔的侧线抽出含有极少量的重组分的混合物，作为第二个塔的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之下；

（4）正序精馏过程中，第二个精馏塔塔顶馏出中间组分，或塔顶和侧线馏出中间组分；塔底馏出重组分，或塔底和侧线馏出重组分；反序精馏过程中，第二个精馏塔塔顶馏出轻组分，或塔顶和侧线馏出轻组分；塔底馏出中间组分，或塔底和侧线馏出中间组分；

（5）分离前后的精馏塔最少有两股物料连接；

（6）正序精馏分离过程新增的侧线位置位于原进料位置之上；

（7）反序精馏分离过程新增的侧线位置位于原进料位置之下；

（8）在双塔精馏流程上最少需增加一根管道和一个控制阀门；

（9）原料中的中间组分反混程度越高，其能达到的节能效果越明显；

（10）轻组分为多元组分混合物中与其他组分相比沸点低或挥发度高的一种或几种物质；

（11）中间组分的沸点居于轻组分和重组分之间，或挥发度居于轻组分和重组分之间一种或几种物质；

（12）重组分为多元组分混合物中与其他组分相比沸点高或挥发度低的一种或几种物质；

（13）正序精馏过程为第一个塔顶馏出轻组分，其他组分从侧线和塔釜馏出；

（14）反序精馏过程为第一个塔釜馏出重组分，其他组分从侧线和塔顶馏出；

（15）第一个塔侧线抽出位置位于塔釜之上和冷凝器之下；

（16）该方法可用于三个和三个以上精馏塔的分离过程；

（17）该方法精馏塔之间可以有两股以上物料连接。

本发明以分离苯、甲苯和二甲苯（BTX）三元组分混合物为例阐述具体实施方案参照附图详细说明如下，但仅作说明而不是限制本发明。

如图1所示，本发明提供了BTX体系双塔侧线热偶的工艺方法，物料摩尔组成为30/30/40的BTX混合原料1在常温常压下先进入苯塔T101的中部，T101的上部的精馏段进行轻组分精制和重组分脱除，T101塔顶采用全凝器，由T101塔顶可获得纯度99 mol%的苯产品2；T101的下部提馏段进行轻组分的脱除，在靠近T101塔底位置的塔板上中间组分的浓度达到最大值，如图2所示。为了充分利用该中间组分的浓度最大值，在第一个塔出现中间组分浓度最大值的塔板增加一条侧线，将之作为甲苯塔T102的新增进料3，新增进料3和原有从T101塔釜馏出混合物料4组成了两股T102的进料。

从图2中可以看出，物料3和物料4浓度分布截然不同，物料流3中甲苯/二甲苯的含量近似为3/2，物料4中甲苯/二甲苯的含量近似为1/3。因此物料3从T101塔中侧线抽出可以缓解中间组分甲苯在T101塔中的反混，又可以在T102塔中提高精馏效率，全面降低两个精馏塔的能耗。物料3在T102塔的进料板位置应位于在原混合物料4的进料位置的上部，具体位置可根据塔T102内组分的浓度分布而定。

两股物料在T102的精馏段完成中间组分的精制和重组分的脱除，在T102的提留段进行重组分的精制和中间组分的脱除。T102塔顶采用全凝器，从T102塔顶可获得产品纯度高达99 mol%的甲苯产品5，从T102塔釜可获得产品纯度高达99 mol%的二甲苯产品6。由于第二个塔侧线进料3中中间组分含量高，所以第二个塔所需的热负荷也相应降低。从工艺上看双塔侧线热偶精馏较传统双塔精馏只增加了一根管道和一个控制阀门，整个工艺流程的设备费用增加不大，但由热负荷减少引起的操作费用的降低非常可观。

表1：

名称	组成，mol%
		苯	30
甲苯	30
		二甲苯	40
合计	100
		温度	380K
压力	1atm
		流量	1kmol/sec

按本发明提供的BTX体系双塔侧线热偶的工艺方法(图1提供的工艺方法)与目前广泛采用的常规双塔精馏的工艺方法进行了操作能耗对比，对比操作条件及节能效果列于表2。

表2：

常规双塔总负荷Qr=49.75MW，本发明两塔总负荷Qr=46.36MW，由数据可知本发明提供的双塔侧线热偶的工艺方法较传统双塔精馏的再沸器热负荷可节约3.39MW，总能耗降低约6.8%。

双塔侧线热偶精馏的节能程度与原料中的中间组分的反混程度有关，中间组分反混程度越高，节能量越大，若按工业BTX原料中中间组分甲苯含量40%左右计算，则两塔总能耗可降低约8%左右。

本发明提供的多组分侧线热耦合精馏的工艺方法，具有极其显著地经济效益。相关领域的人员完全可以根据本发明提供的方法进行适当改动或变更与组合，应用于所有三组分、四组分和多组分混合物的精馏分离过程。需要特别说明的是，所有这些通过对本发明提供的工艺流程进行相类似的改动或变更与重新组合，对本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为在本发明的精神、范围和内容中。

Claims

1.一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法，包括正序精馏和反序精馏工艺，其特征在于，所述正序精馏工艺中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔T101，在第一个精馏塔T101的顶部馏出轻组分，塔釜馏出物除轻组分以外的液相混合物，作为第二个精馏塔T102的进料物流，在第一个精馏塔T101的侧线抽出轻组分的混合物，作为第二个精馏塔T102塔的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之上；所述反序精馏工艺中，多元组分作为原料进入第一个精馏塔T101，在第一个精馏塔T101的塔底馏出重组分，塔顶馏出除重组分以外的液相混合物，作为第二个精馏塔T102的进料物流，在第一个精馏塔T101的侧线抽出重组分的混合物，作为第二个精馏塔T102的新增进料物流，其进料位置位于原来进料位置之下，所述第一个精馏塔T101和第二个精馏塔T102的顶部和底部设有全凝器。

2.根据权利要求1所述的一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法，所述的正序精馏工艺中，第二个精馏塔T102塔顶馏出中间组分，塔底馏出重组分；所述的反序精馏工艺中，第二个精馏塔T102塔顶馏出轻组分，塔底馏出中间组分。

3.根椐权利要求1所述的一种多组分侧线热耦合精馏的工艺方法，其特征在于，所述的正序精馏工艺和反序精馏工艺包括两塔、三塔或更多精馏塔。