CN102731438A - 一种二氧化碳-环氧丙烷混合物分离的吸收-精馏方法及装置 - Google Patents
一种二氧化碳-环氧丙烷混合物分离的吸收-精馏方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于CO2与环氧丙烷混合物分离的吸收-精馏方法及装置，二氧化碳与环氧丙烷混合气体经过气体压缩机升压后进入吸收系统进行混合物的初步分离后再进入精馏塔进行精细分离从而获得高纯的环氧丙烷。分离提纯后的高纯度环氧丙烷从精馏塔塔顶采出，CO2从吸收塔塔顶气相出口以及精馏塔塔顶冷凝器放空口排出。经该工艺分离提纯后，主要产品高纯环氧丙烷产品的纯度可以达到95%以上，环氧丙烷的收率可以达到98%以上。本发明的优点是采用吸收-精馏方法，提纯的环氧丙烷纯度高、收率大，能够大大降低过程能耗，年经济效益大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域中二氧化碳与环氧丙烷混合物分离技术领域，特别是涉及二氧化碳-环氧丙烷共聚生产碳酸丙烯酯过程中未反应的二氧化碳与环氧丙烷混合物分离提纯环氧丙烷的方法及装置。
背景技术
脂肪族聚碳酸酯共聚物是一类可完全生物降解的新型材料，自1969年井上祥平等首次通过二氧化碳与环氧化合物反应合成脂肪族聚碳酸酯以来，人们在将二氧化碳固定为全降解聚合物这一研究领域取得了大量研究成果。其中二氧化碳与环氧丙烷共聚生产碳酸丙烯酯的反应被广泛应用于合成氨、天然气净化、制氢、纺织印染、石油开采、金属萃取、生漆增塑剂等不同的化工领域。
碳酸丙烯酯（PC）是一种非常重要的有机化工产品和性能优良的高沸点极性溶剂。其实通过CO2与环氧丙烷在催化剂作用下是通过开环聚合反应合成生成碳酸丙烯酯的。这种合成方式不需要使用剧毒的光气，具有较大优势。此共聚合成碳酸丙烯酯的反应，由于受到化学平衡的限制不能完全进行，在反应完成后剩余的反应物CO2与环氧丙烷以混合物的形式排出系统。剩余未反应物的直接排放不仅造成环境的污染而且造成原料的浪费，为了进一步降低生产成本，最大限度的利用反应物，对未反应的CO2与环氧丙烷进行分离回收再利用的意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于CO2与环氧丙烷混合物分离的吸收-精馏方法及装置，使用本发明提供的吸收-精馏分离方法，具有工艺流程简单、操作方便。能耗较低且目标产物环氧丙烷产品分离的纯度非常高以及回收率很高等优点。
本发明的CO2与环氧丙烷混合物分离方法及装置，其中进料为CO2与环氧丙烷共聚合成碳酸丙烯酯反应完成后剩余未反应的CO2与环氧丙烷混合物，进料口设置在压缩机入口，分离提纯后的环氧丙烷从精馏塔塔顶采出，CO2从吸收塔塔顶出口以及精馏塔塔顶冷凝器放空口排出。
本发明的技术如下：
本发明的装置，包括混合气体压缩机（2）、换热器（4）、吸收塔（6）、精馏塔进料泵（9）、精馏塔（11）、精馏塔冷凝器（13）、精馏塔回流缓冲罐（16）、精馏塔再沸器（22）；其特征是待分离混合原料从混合气体压缩机（2）进入系统，混合气体压缩机（2）出口通过管道经换热器（4）与吸收塔（6）的进料口相连，在吸收塔（6）的顶部设有吸收剂进料口以及剩余气相出口，吸收塔（6）塔底设有液相才出口，液相采出口通过管道经过精馏塔进料泵（9）与精馏塔（11）的进料相连接，精馏塔（11）的进料口设置在精馏塔（11）的中上部，精馏塔（11）塔底物流一部分与精馏塔再沸器（22）连接后返回精馏塔（11）的底部，另一部分作为吸收剂采出通过管道与吸收塔（6）的吸收剂进料管道汇合。精馏塔（11）顶部物流经精馏塔冷凝器（13）与精馏塔回流缓冲罐（16）相连，精馏塔冷凝器（13）设有放空口，精馏塔回流缓冲罐（16）底部出口设有物料回流和物料采出口，其中物料回流口通过管道与精馏塔（11）塔顶部相连接。
其中吸收系统可以采用纯溶剂吸收，也可以采用复合溶剂吸收。
一种分离CO2与环氧丙烷混合物的吸收-精馏提纯方法：是CO2与环氧丙烷混合气体原料（1）从混合气体压缩机（2）的进气口进入系统，经压缩升压后的混合气体（3）经过换热器（4）冷却后形成降低温度的过饱和混合气体（5）进入吸收塔（6），经过吸收后的气相物料（7）从吸收塔（6）的塔顶气相出口排出系统，吸收过环氧丙烷的液相物料（8）从吸收塔（6）塔底采出，从吸收塔（6）塔底采出的液相物料（8）经精馏塔进料泵（9）后进入精馏塔（11），精馏塔塔顶气相产物（12）经精馏塔冷凝器（13）后进入精馏塔回流缓冲罐（16），从精馏塔回流缓冲罐（16）流出的物料（17）一部分物料（18）返回精馏塔（11）塔顶作为回流液，另一部分物料（19）作为产品采出，精馏塔塔底液相产物（20）一部分物料（21）经过精馏塔再沸器（22）返回精馏塔（11）塔底，另一部分物料（24）作为吸收剂与新鲜吸收剂（25）汇合后返回到吸收塔（6）塔顶。
压缩机出口绝对压力为1-20atm，换热器热物流出口温度为-50-100℃，吸收塔的绝对压力为0.1-20atm。精馏塔回流比为0.5-8，精馏塔的绝对压力为0.1-20atm，塔顶冷凝器温度控制在-50-100℃。
本发明涉及CO2与环氧丙烷混合物分离的吸收-精馏方法及装置。CO2与环氧丙烷混合物经过吸收过程后在进入精馏塔从而获得环氧丙烷。本发明的优点是采用吸收-精馏工艺，提纯的环氧丙烷纯度高、收率大，能够大大降低过程能耗，年经济效益大大提高。
附图说明
图1为CO2与环氧丙烷混合物的吸收-精馏提纯工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的工艺及装置进行进一步的说明。
本发明是通过如下技术方案实现的：
如图1所示，混合气体压缩机（2）、换热器（4）、吸收塔（6）、精馏塔进料泵（9）、精馏塔（11）、精馏塔冷凝器（13）、精馏塔回流缓冲罐（16）、精馏塔再沸器（22）；其特征是：待分离混合原料从混合气体压缩机（2）进入系统，混合气体压缩机（2）出口通过管道经换热器（4）与吸收塔（6）的进料口相连，在吸收塔（6）的顶部设有吸收剂进料口以及剩余气相出口，吸收塔（6）塔底设有液相才出口，液相采出口通过管道经过精馏塔进料泵（9）与精馏塔（11）的进料相连接，精馏塔（11）的进料口设置在精馏塔（11）的中上部，精馏塔（11）塔底物流一部分与精馏塔再沸器（22）连接后返回精馏塔（11）的底部，另一部分作为吸收剂采出通过管道与吸收塔（6）的吸收剂进料管道汇合。精馏塔（11）顶部物流经精馏塔冷凝器（13）与精馏塔回流缓冲罐（16）相连，精馏塔冷凝器（13）设有放空口，精馏塔回流缓冲罐（16）底部出口设有物料回流和物料采出口，其中物料回流口通过管道与精馏塔（11）塔顶部相连接。
CO2与环氧丙烷混合气体原料（1）从混合气体压缩机（2）的进气口进入系统，经压缩升压后的混合气体（3）经过换热器（4）冷却后形成降低温度的过饱和混合气体（5）进入吸收塔（6），经过吸收后的气相物料（7）从吸收塔（6）的塔顶气相出口排出系统，气相物料（7）的主要成分大量二氧化碳、少量的水以及极少量的环氧丙烷混合气体，吸收过环氧丙烷的液相物料（8）从吸收塔（6）塔底采出，其主要成分为水、环氧丙烷以及极少量的二氧化碳，从吸收塔（6）塔底采出的液相物料（8）经精馏塔进料泵（9）后进入精馏塔（11），精馏塔塔顶气相产物（12）经精馏塔冷凝器（13）后进入精馏塔回流缓冲罐（16），从精馏塔回流缓冲罐（16）流出的物料（17）一部分物料（18）返回精馏塔（11）塔顶作为回流液，另一部分物料（19）作为产品采出，精馏塔塔底液相产物（20）一部分物料（21）经过精馏塔再沸器（22）返回精馏塔（11）塔底，另一部分物料（24）作为吸收剂与新鲜吸收剂（25）汇合后返回到吸收塔（6）塔顶。
压缩机出口绝对压力为1-20atm，换热器热物流出口温度为-50-100℃，吸收塔的绝对压力为0.1-20atm。精馏塔回流比为0.5-8，精馏塔的绝对压力为0.1-20atm，塔顶冷凝器温度控制在-50-100℃。
本发明的技术和设备广泛适用于所有的CO2与环氧丙烷混合物分离过程，为了更好地说明本发明在产品纯度与收率方面的优势，选取其中三个应用实例加以说明，但并不因此限制本技术和设备的适用范围。
实施例1
将本发明方法用于CO2与环氧丙烷混合物分离过程，混合气体处理量为3.49吨/小时，与发明所述流程相同，包括混合气体压缩机、换热器、吸收塔、精馏塔进料泵、精馏塔、精馏塔冷凝器、精馏塔回流缓冲罐、精馏塔再沸器。其中压缩机出口绝对压力为4atm，换热器热流股出口温度为15℃，吸收塔的绝对压力为3.5atm，新鲜吸收剂用量为5kg/h，精馏塔的绝对压力为4atm，塔顶温度为0℃，塔底温度为143.8℃，回流比为2.5，混合气体进料摩尔组成CO2为0.9，环氧丙烷为0.1。
经上述过程后，主要产品高纯环氧丙烷产品的纯度可以达到96.8%，环氧丙烷收率可以达到98%。与未处理的剩余反应物混合气体相比，环氧丙烷纯度由10%提升为99.9%。
实施例2
将本发明方法用于CO2与环氧丙烷混合物分离过程，混合气体处理量为10.76吨/小时，与发明所述流程相同，包括混合气体压缩机、换热器、吸收塔、精馏塔、精馏塔冷凝器、精馏塔回流缓冲罐、精馏塔再沸器。其中压缩机出口绝对压力为2atm，换热器热流股出口温度为-50℃，吸收塔的绝对压力为0.1atm，新鲜吸收剂用量为14kg/h，精馏塔的绝对压力为0.1atm，塔顶温度为-50℃，塔底温度为143.8℃，回流比为0.5，混合气体进料摩尔组成CO2为0.5，环氧丙烷为0.5。
经上述过程后，主要产品高纯环氧丙烷产品的纯度可以达到96.1%，环氧丙烷收率可以达到98.3%。与未处理的剩余反应物混合气体相比，环氧丙烷纯度由50%提升为99.9%。
实施例3
将本发明方法用于CO2与环氧丙烷混合物分离过程，混合气体处理量为20.45吨/小时，与发明所述流程相同，包括混合气体压缩机、换热器、吸收塔、精馏塔、精馏塔冷凝器、精馏塔回流缓冲罐、精馏塔再沸器。其中压缩机出口绝对压力为20atm，换热器热流股出口温度为100℃，吸收塔的绝对压力为20atm，新鲜吸收剂用量为26kg/h，精馏塔的绝对压力为20atm，塔顶温度为100℃，塔底温度为163.2℃，回流比为8，混合气体进料摩尔组成CO2为0.1，环氧丙烷为0.9。
经上述过程后，主要产品高纯环氧丙烷产品的纯度可以达到95.9%，环氧丙烷收率可以达到97.8%。与未处理的剩余反应物混合气体相比，环氧丙烷纯度由90%提升为99.9%。
由以上实施例可见，利用本发明的CO2与环氧丙烷混合物的吸收-精馏分离提纯方法与装置是可行的，整个分离提纯工艺过程不仅工艺操作简单、能耗较小、而且分离效率很高。
本发明提出的CO2与环氧丙烷混合物的吸收-精馏分离提纯方法与装置，已通过较佳实施例进行了描述，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设备和工艺流程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 (6)
1.一种分离CO2与环氧丙烷混合物的吸收-精馏提纯装置，包括混合气体压缩机（2）、换热器（4）、吸收塔（6）、精馏塔进料泵（9）、精馏塔（11）、精馏塔冷凝器（13）、精馏塔回流缓冲罐（16）、精馏塔再沸器（22）；其特征是待分离混合原料从混合气体压缩机（2）进入系统，混合气体压缩机（2）出口通过管道经换热器（4）与吸收塔（6）的进料口相连，在吸收塔（6）的顶部设有吸收剂进料口以及剩余气相出口，吸收塔（6）塔底设有液相才出口，液相采出口通过管道经过精馏塔进料泵（9）与精馏塔（11）的进料相连接，精馏塔（11）的进料口设置在精馏塔（11）的中上部，精馏塔（11）塔底物流一部分与精馏塔再沸器（22）连接后返回精馏塔（11）的底部，另一部分作为吸收剂采出通过管道与吸收塔（6）的吸收剂进料管道汇合。精馏塔（11）顶部物流经精馏塔冷凝器（13）与精馏塔回流缓冲罐（16）相连，精馏塔冷凝器（13）设有放空口，精馏塔回流缓冲罐（16）底部出口设有物料回流和物料采出口，其中物料回流口通过管道与精馏塔（11）塔顶部相连接。
2.一种分离CO2与环氧丙烷混合物的吸收-精馏提纯方法：其特征是CO2与环氧丙烷混合气体原料（1）从混合气体压缩机（2）的进气口进入系统，经压缩升压后的混合气体（3）经过换热器（4）冷却后形成降低温度的过饱和混合气体（5）进入吸收塔（6），经过吸收后的气相物料（7）从吸收塔（6）的塔顶气相出口排出系统，吸收过环氧丙烷的液相物料（8）从吸收塔（6）塔底采出，从吸收塔（6）塔底采出的液相物料（8）经精馏塔进料泵（9）后进入精馏塔（11），精馏塔塔顶气相产物（12）经精馏塔冷凝器（13）后进入精馏塔回流缓冲罐（16），从精馏塔回流缓冲罐（16）流出的物料（17）一部分物料（18）返回精馏塔（11）塔顶作为回流液，另一部分物料（19）作为产品采出，精馏塔塔底液相产物（20）一部分物料（21）经过精馏塔再沸器（22）返回精馏塔（11）塔底，另一部分物料（24）作为吸收剂与新鲜吸收剂（25）汇合后返回到吸收塔（6）塔顶。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是采用纯溶剂吸收，或采用复合溶剂吸收。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是压缩机出口绝对压力为1-20atm，换热器热物流出口温度为-50-100℃。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是吸收塔的绝对压力为0.1-20atm。
6.如权利要求2所述的方法，其特征是精馏塔回流比为0.5-8，精馏塔的绝对压力为0.1-20atm，塔顶冷凝器温度控制在-50-100℃。
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