CN103055530A - 分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统 - Google Patents

Abstract

一种分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，第一低压精馏塔的进料口连接环己酮和苯酚混合溶液原料，第一低压精馏塔的低压蒸汽出口经低压精馏塔冷凝器后一路连接第一低压精馏塔的液相回流口，另一路为环己酮出口，第一低压精馏塔的低压塔釜出口分别连接高压精馏塔的第一进料口和第一低压精馏塔再沸器的入口，第一低压精馏塔再沸器的出口连接第一低压精馏塔的蒸汽入口，高压精馏塔的高压蒸汽出口经一冷凝机构后一路通过管路连接高压精馏塔的液相回流口，另一路为苯酚出口，高压精馏塔的高压塔釜出口分别连接第一低压精馏塔的溶剂循环进料口和高压精馏塔再沸器的入口，高压精馏塔再沸器的出口连接高压精馏塔的蒸汽入口。本发明整体节能可高达30-50%。

Description

分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统

技术领域

本发明涉及一种热耦合精馏系统。特别是涉及一种利用特殊溶剂实现压力不敏感最高共沸物的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统。

背景技术

苯酚和环己酮是重要化工原料。环己酮是制造尼龙、己内酰胺和己二酸的主要中间体，同时也是重要的工业溶剂，如用于油漆，特别是那些含有硝化纤维、氯乙烯聚合物及其共聚物或甲基丙烯酸酯聚合物油漆。苯酚可作杀菌剂、麻醉剂、防腐剂，用于制造酚醛树脂，双酚A及己内酰胺，其中约有50%以上的苯酚用于生产酚醛树脂。

苯在经过还原烷基化反应得到环乙基苯后被一步氧化裂解同时生产环己酮和苯酚的研究取得了很大的进展，该工艺具有原子经济性和绿色化学的特点，应用前景良好。紧随之后的问题则是如何将环己酮和苯酚分离而获得高纯度的产品。

环己酮与苯酚在常压下形成苯酚含量为72wt%的最高共沸物，但其共沸组成对压力变化不敏感，因而不能通过普通变压精馏将二者完全分离。美国专利US2762760以水为夹带剂来实现环己酮和苯酚的精馏分离，但此工艺会产生大量的水/苯酚最低共沸物，因而不能实现苯酚的高效回收，且此过程中大量的含酚废水将给废水处理带来极大的困难。

环己酮和苯酚是高附加值的产品，具有显著的经济、环境和社会效益。因此，找到一种新的精馏分离方法具有重要的意义。另外，由于环己酮与苯酚形成对压力变化不敏感的最高共沸物，本分离方法对此类压力不敏感的最高共沸物系的分离具有一定的指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种操作简单、成本低、能耗少、可工业化生产的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统。

本发明所采用的技术方案是：一种分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，包括有第一低压精馏塔和高压精馏塔，所述的第一低压精馏塔的进料口连接环己酮和苯酚混合溶液原料，所述的第一低压精馏塔顶端的低压蒸汽出口通过管路贯穿低压精馏塔冷凝器后分两路，一路通过管路连接第一低压精馏塔的液相回流口，另一路为环己酮产品出口，所述的第一低压精馏塔的低压塔釜出口通过管路分别连接高压精馏塔的第一进料口和第一低压精馏塔再沸器的入口，所述第一低压精馏塔再沸器的出口连接第一低压精馏塔的蒸汽入口，所述的高压精馏塔顶端的高压蒸汽出口通过管路贯穿一冷凝机构后分两路，一路通过管路连接高压精馏塔的液相回流口，另一路为苯酚产品的出口，所述的高压精馏塔的高压塔釜出口通过管路分别连接第一低压精馏塔的溶剂循环进料口和高压精馏塔再沸器的入口，所述高压精馏塔再沸器的出口连接高压精馏塔的蒸汽入口。

所述的高压精馏塔顶端的高压蒸汽出口通过管路所贯穿的冷凝机构是高压精馏冷凝器。

所述的高压精馏塔顶端的高压蒸汽出口通过管路所贯穿的冷凝机构是第一低压精馏塔再沸器。

所述的第一低压精馏塔的溶剂循环进料口所流入的溶剂满足下述条件：

1）所述的溶剂与苯酚形成最高共沸物，且环己酮、苯酚和溶剂三者不形成三元共沸物；

2）所述的溶剂与苯酚最高共沸物的沸点高于苯酚和环己酮共沸物的沸点；

3）所述的溶剂与苯酚最高共沸物的共沸组成随压力的变化而变化的幅度达到5％以上。

所述的第一低压精馏塔的溶剂循环进料口所流入的溶剂是苯甲醛或苯乙酮。

连接所述的高压精馏塔的高压塔釜出口与所述的第一低压精馏塔的溶剂循环进料口之间的管路上还设置有第二低压精馏塔，其中，所述高压精馏塔的高压塔釜出口通过管路连接第二低压精馏塔的进料口，所述第二低压精馏塔的顶端的低压蒸汽出口通过管路贯穿第二低压精馏塔冷凝器后分两路，一路通过管路连接第二低压精馏塔的液相回流口，另一路为溶剂连接第一低压精馏塔的溶剂循环进料口，所述的第二低压精馏塔的低压塔釜出口通过管路分别连接高压精馏塔的第二进料口和第二低压精馏塔再沸器的入口，所述第二低压精馏塔再沸器的出口连接第二低压精馏塔的蒸汽入口。

高压精馏塔顶端的高压蒸汽出口通过管路贯穿的冷凝机构是高压精馏冷凝器。

高压精馏塔顶端的高压蒸汽出口通过管路所贯穿的冷凝机构是第一低压精馏塔再沸器和第二低压精馏塔再沸器。

在精馏过程中第一低压精馏塔和第二低压精馏塔的操作压力控制在1～40kPa，优选1～10kPa；所述的高压精馏塔的操作压力控制在100～300kPa,优选180～260kPa。

所述的第一低压精馏塔、第二低压精馏塔和高压精馏塔选用板式塔或规整填料塔，优选规整填料塔。

本发明的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，采用连续精馏手段，技术成熟可靠；不产生含酚废水，有利于环境保护；精馏塔在不同的压力下操作，具有利用热耦合技术改变压精馏过程，可实现节能降耗及大幅降低设备投资的目的，整体节能可高达30-50%。本发明可以解决环己酮与苯酚形成最高共沸物而难以分离的问题，实现环己酮/苯酚混合物的连续精馏分离操作。

附图说明

图1是分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏工艺的两塔工艺流程图；

图2是分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏工艺的三塔工艺流程图；

图3是分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏双塔工艺的热耦合工艺流程图；

图4是分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏三塔工艺的热耦合工艺流程图。

图中

1：第一低压精馏塔                      2：高压精馏塔

3：进料口                              4：低压蒸汽出口

5：低压精馏塔冷凝器                    6：液相回流口

7：低压塔釜出口                        8：第一低压精馏塔再沸器

9：蒸汽入口                            10：第一进料口

11：高压蒸汽出口                       12：高压精馏冷凝器

13：液相回流口                         14：高压塔釜出口

15：高压精馏塔再沸器                   16：蒸汽入口

17：溶剂循环进料口                     18：第二低压精馏塔

19：进料口                             20：低压蒸汽出口

21：第二低压精馏塔冷凝器               22：液相回流口

23：低压塔釜出口                       24：第二低压精馏塔再沸器

25：蒸汽入口                           26：第二进料口

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统做出详细说明。

本发明的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系，以环己酮/苯酚混合溶液为原料，加入一种特殊的溶剂，送入一个减压精馏塔，塔顶采出高纯度的环己酮产品，塔釜采出该压力下苯酚与溶剂形成的最高共沸物。苯酚与溶剂的分离在后续的一个或双塔中完成，回收的溶剂循环使用。该特殊溶剂可为苯甲醛、苯乙酮等。

如图1、图3所示，本发明的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，包括有第一低压精馏塔1和高压精馏塔2，所述的第一低压精馏塔1的进料口3连接环己酮/苯酚混合溶液原料F，所述的第一低压精馏塔1顶端的低压蒸汽出口4通过管路贯穿低压精馏塔冷凝器5后分两路，一路通过管路连接第一低压精馏塔1的液相回流口6，另一路为高纯度的环己酮产品D1出口，所述的第一低压精馏塔1的低压塔釜出口7通过管路分别连接高压精馏塔2的第一进料口10和第一低压精馏塔再沸器8的入口，所述第一低压精馏塔再沸器8的出口连接第一低压精馏塔1的蒸汽入口9，所述的高压精馏塔2顶端的高压蒸汽出口11通过管路贯穿一冷凝机构后分两路，一路通过管路连接高压精馏塔2的液相回流口13，另一路为高纯度的苯酚产品D2的出口，所述的高压精馏塔2顶端的高压蒸汽出口11通过管路所贯穿的冷凝机构是高压精馏冷凝器12（图1所示），或者所述的高压精馏塔2顶端的高压蒸汽出口11通过管路所贯穿的冷凝机构是第一低压精馏塔再沸器8（图3所示）。所述的高压精馏塔2的高压塔釜出口14通过管路分别连接第一低压精馏塔1的溶剂循环进料口17和高压精馏塔再沸器15的入口。所述高压精馏塔再沸器15的出口连接高压精馏塔2的蒸汽入口16。

所述的第一低压精馏塔1的溶剂循环进料口17所流入的溶剂满足下述条件：

1）所述的溶剂与苯酚形成最高共沸物，且环己酮、苯酚和溶剂三者不形成三元共沸物；

2）所述的溶剂与苯酚最高共沸物的沸点高于苯酚和环己酮共沸物的沸点；

3）所述的溶剂与苯酚最高共沸物的共沸组成随压力的变化而变化的幅度达到5％以上。

因此，所述的第一低压精馏塔1的溶剂循环进料口17所流入的溶剂或以是苯甲醛或苯乙酮。

若以苯酚含量小于50wt%的环己酮/苯酚混合溶液F为原料，与含有特殊溶剂苯甲醛或苯乙酮的流股B2同时送入第一低压精馏塔进行分离时，可优先选用上述的双塔精馏系统。第一低压精馏塔塔顶采出高纯度环己酮产品D1，塔釜产品为该压力下苯酚与溶剂形成的最高共沸物，将此共沸物送入高压精馏塔进行分离。当压力升高时，苯酚和溶剂共沸物中的苯酚含量将明显降低，则高压精馏塔塔顶采出高纯度的苯酚产品D2，塔釜为该高压下苯酚与溶剂的最高共沸物流股B2，此共沸物流股B2循环至第一低压精馏塔继续参与循环。

如图2、图4所示，连接所述的高压精馏塔2的高压塔釜出口14与所述的第一低压精馏塔1的溶剂循环进料口17之间的管路上还可设置有第二低压精馏塔18，其中，所述高压精馏塔2的高压塔釜出口14通过管路连接第二低压精馏塔18的进料口19，所述第二低压精馏塔18的顶端的低压蒸汽出口20通过管路贯穿第二低压精馏塔冷凝器21后分两路，一路通过管路连接第二低压精馏塔18的液相回流口22，另一路为较高纯度的溶剂D3连接第一低压精馏塔1的溶剂循环进料口17，所述的第二低压精馏塔18的低压塔釜出口23通过管路分别连接高压精馏塔2的第二进料口26和第二低压精馏塔再沸器24的入口，所述第二低压精馏塔再沸器24的出口连接第二低压精馏塔18的蒸汽入口25。在此三塔结构的系统中，所述的高压精馏塔2顶端的高压蒸汽出口11通过管路贯穿的冷凝机构是高压精馏冷凝器12（图2所示），或者高压精馏塔2顶端的高压蒸汽出口11通过管路所贯穿的冷凝机构是第一低压精馏塔再沸器8和第二低压精馏塔再沸器24（图4所示）。所述的第一低压精馏塔1的溶剂循环进料口17所流入的溶剂D3是苯甲醛或苯乙酮。

若以苯酚含量高于50wt%的环己酮/苯酚混合溶液F为原料，与含有特殊溶剂苯甲醛或苯乙酮的流股B2同时送入第一低压精馏塔进行分离时，则优先选用三塔精馏系统。第一低压精馏塔塔顶采出高纯度环己酮产品D1，塔釜产品为该压力下苯酚和溶剂的最高共沸物B1。苯酚和溶剂最高共沸物流股B1送入下一个塔进行分离，该塔为高压精馏塔，由于苯酚和溶剂共沸组成具有很强的压力敏感性，其共沸物中的苯酚含量随压力升高而显著降低，因而此塔塔顶采出高纯度苯酚产品D2，塔釜为该压力下苯酚和溶剂共沸物B2。高压下的苯酚和溶剂共沸物流股B2送入第二低压精馏塔进行分离，当压力再次降低时，苯酚和溶剂共沸物中的苯酚含量又会升高，该第二低压精馏塔塔顶采出较高纯度的苯甲醛或苯乙酮溶剂D3，流股D3循环至第一低压精馏塔使用，塔釜为该第二低压精馏塔低压下的苯酚和溶剂共沸物B3，流股B3将循环至高压精馏塔。

本发明的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统的精馏过程为变压操作，具有利用热耦合技术，即利用高压塔塔顶蒸汽为热源对低压塔塔釜进行供热，实现节能降耗及大幅降低设备投资的目的。

下面给出使用本发明的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统的实例。

实例1

采用如图1所示的双塔工艺流程为例：

苯酚含量为30wt%的环己酮/苯酚原料溶液F，其流量为3kg/h，循环流股B2流量为3.9kg/h，两流股同时送入操作压力为3kPa的第一低压精馏塔1进行分离，塔顶得到纯度为99.9wt%的环己酮产品D1；第一低压精馏塔塔釜出口流股B1为3kPa下的苯酚和溶剂共沸物，B1流股将送入操作压力为260kPa的高压精馏塔2分离。由于苯酚和溶剂共沸组成压力敏感，260kPa下苯酚和溶剂共沸物中的苯酚含量明显低于3kPa时苯酚含量，此时高压精馏塔2塔顶得到纯度为99.9wt%的苯酚产品D2，塔釜产品流股B2为260kPa下的苯酚和溶剂共沸物，其将循环至第一低压精馏塔1使用。实例1中各塔条件如表1所示：

表1实施例1中各塔条件表

实施例2

采用如图2所示的三塔工艺流程为例：

原料F为苯酚含量为70%wt的环己酮/苯酚溶液，其流量为3kg/h。F与循环流量为5kg/h的D3溶剂流股同时送入操作压力为3kPa的第一低压精馏塔1进行分离，塔顶获得纯度为99.9wt%的环己酮产品D1，塔釜采出该压力下的苯酚/溶剂共沸物B1，流股B1将送入后续的双塔变压精馏系统实现苯酚产品和溶剂的回收。

在该后续双塔变压精馏系统中，B1首先送入操作压力为180kPa的高压精馏塔2进行分离，在此压力下，苯酚/溶剂共沸物中的苯酚含量相比于3kPa时明显降低，则该塔塔顶采出纯度为99.9wt%的苯酚产品D2，塔釜为该压力下的苯酚和溶剂共沸物B2；B2流股送入操作压力为3kPa的第二低压精馏塔18进行分离，此时苯酚和溶剂共沸物中的苯酚含量再次升高，则T103塔顶采出较高纯度的溶剂D3，流股D3将循环至第一低压精馏塔1使用，第二低压精馏塔塔釜采出3kPa下的苯酚/溶剂共沸物B3，流股B3将循环至高压精馏塔2与流股B1一起分离。实施例2中各塔的条件如表2所示：

表2实施例2中各塔条件表

实例3

如图3所示，可在双塔流程中实施热耦合技术，利用高压塔塔顶蒸汽冷凝放热为低压塔塔釜提供热量以实现节能降耗和减少设备投资的目的。

图中第一低压精馏塔1为操作压力为3kPa的低压塔，塔顶采出纯度可达99.9wt%的环己酮产品，塔釜为该压力下的苯酚和溶剂共沸物，该共沸物送入操作压力为260kPa的高压精馏塔2进行分离。高压精馏塔塔顶采出纯度可达99.9wt%的苯酚产品。在此分离条件下，高压精馏塔塔顶蒸汽温度可高出第一低压精馏塔塔釜温度近70℃，因而可利用高压精馏塔塔顶蒸汽作为热源对第一低压精馏塔塔釜进行供热。HX1和HX2分别为低压精馏塔冷凝器5和第一低压精馏塔再沸器8，HX3为高压精馏塔再沸器15。高压精馏塔塔顶蒸汽通过管路送入第一低压精馏塔塔釜对其供热，同时高压精馏塔塔顶蒸汽被冷凝，在此过程中节省了一个换热器的投资。以实例1为基础的双塔分离过程，不采用和采用热耦合技术的过程总耗能量如表3所示：

表3不采用和采用热耦合技术的双塔过程总耗能量

实例4

当环己酮和苯酚的分离采用溶剂强化的三塔工艺流程时，可利用高压精馏塔塔顶蒸汽同时为流程中另外的第一低压精馏塔和第二低压精馏塔塔釜提供热量以实现节能降耗和降低设备投资的目的。环己酮和苯酚的苯甲醛或苯乙酮溶剂强化变压精馏三塔工艺热耦合实施方案如图4所示：

图中第一低压精馏塔为操作压力为3kPa的低压塔，塔顶采出纯度可达99.9wt%的环己酮产品，塔釜为该压力下的苯酚和溶剂共沸物，该共沸物送入操作压力为180kPa的高压精馏塔2进行分离。高压精馏塔塔顶采出纯度可达99.9wt%的苯酚产品，塔釜采出180kPa下的苯酚/溶剂共沸物，该共沸物送入操作压力为3kPa的第二低压精馏塔进行分离。第二低压精馏塔塔顶则将采出较高纯度的溶剂，该溶剂循环至第一低压精馏塔使用，塔釜为3kPa下的苯酚/溶剂共沸物，该共沸物循环至高压精馏塔再次进行分离。在此分离条件下，高压精馏塔塔顶蒸汽的温度比在3kPa操作下的第一低压精馏塔及高压精馏塔的塔釜温度均高出20℃以上，因而高压精馏塔塔顶蒸汽可同时为这两个低压塔塔釜供热。高压精馏塔塔顶蒸汽通过管路同时送入第一低压精馏塔及第二低压精馏塔两塔塔釜再沸器进行供热，塔顶蒸汽自身被冷凝。在实施例2中的三塔分离工艺基础上，不采用和采用热耦合技术的过程总耗能量如表4所示：

表4不采用和采用热耦合技术的三塔过程总耗能量

Claims (10)

1.一种分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，包括有第一低压精馏塔（1）和高压精馏塔（2），其特征在于，所述的第一低压精馏塔（1）的进料口（3）连接环己酮和苯酚混合溶液原料（F），所述的第一低压精馏塔（1）顶端的低压蒸汽出口（4）通过管路贯穿低压精馏塔冷凝器（5）后分两路，一路通过管路连接第一低压精馏塔（1）的液相回流口（6），另一路为环己酮产品（D1）出口，所述的第一低压精馏塔（1）的低压塔釜出口（7）通过管路分别连接高压精馏塔（2）的第一进料口（10）和第一低压精馏塔再沸器（8）的入口，所述第一低压精馏塔再沸器（8）的出口连接第一低压精馏塔（1）的蒸汽入口（9），所述的高压精馏塔（2）顶端的高压蒸汽出口（11）通过管路贯穿一冷凝机构后分两路，一路通过管路连接高压精馏塔（2）的液相回流口（13），另一路为苯酚产品（D2）的出口，所述的高压精馏塔（2）的高压塔釜出口（14）通过管路分别连接第一低压精馏塔（1）的溶剂循环进料口（17）和高压精馏塔再沸器（15）的入口，所述高压精馏塔再沸器（15）的出口连接高压精馏塔（2）的蒸汽入口（16）。

2.根据权利要求1所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，所述的高压精馏塔（2）顶端的高压蒸汽出口（11）通过管路所贯穿的冷凝机构是高压精馏冷凝器（12）。

3.根据权利要求1所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，所述的高压精馏塔（2）顶端的高压蒸汽出口（11）通过管路所贯穿的冷凝机构是第一低压精馏塔再沸器（8）。

4.根据权利要求1所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，所述的第一低压精馏塔（1）的溶剂循环进料口（17）所流入的溶剂满足下述条件：

1）所述的溶剂与苯酚形成最高共沸物，且环己酮、苯酚和溶剂三者不形成三元共沸物；

2）所述的溶剂与苯酚最高共沸物的沸点高于苯酚和环己酮共沸物的沸点；

3）所述的溶剂与苯酚最高共沸物的共沸组成随压力的变化而变化的幅度达到5％以上。

5.根据权利要求4所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，所述的第一低压精馏塔（1）的溶剂循环进料口（17）所流入的溶剂是苯甲醛或苯乙酮。

6.根据权利要求1所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，连接所述的高压精馏塔（2）的高压塔釜出口（14）与所述的第一低压精馏塔（1）的溶剂循环进料口（17）之间的管路上还设置有第二低压精馏塔（18），其中，所述高压精馏塔（2）的高压塔釜出口（14）通过管路连接第二低压精馏塔（18）的进料口（19），所述第二低压精馏塔（18）的顶端的低压蒸汽出口（20）通过管路贯穿第二低压精馏塔冷凝器（21）后分两路，一路通过管路连接第二低压精馏塔（18）的液相回流口（22），另一路为溶剂（D3）连接第一低压精馏塔（1）的溶剂循环进料口（17），所述的第二低压精馏塔（18）的低压塔釜出口（23）通过管路分别连接高压精馏塔（2）的第二进料口（26）和第二低压精馏塔再沸器（24）的入口，所述第二低压精馏塔再沸器（24）的出口连接第二低压精馏塔（18）的蒸汽入口（25）。

7.根据权利要求6所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，高压精馏塔（2）顶端的高压蒸汽出口（11）通过管路贯穿的冷凝机构是高压精馏冷凝器（12）。

8.根据权利要求6所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，高压精馏塔（2）顶端的高压蒸汽出口（11）通过管路所贯穿的冷凝机构是第一低压精馏塔再沸器（8）和第二低压精馏塔再沸器（24）。

9.根据权利要求1所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，在精馏过程中第一低压精馏塔（1）和第二低压精馏塔（18）的操作压力控制在1～40kPa，优选1～10kPa；所述的高压精馏塔（2）的操作压力控制在100～300kPa,优选180～260kPa。

10.根据权利要求9所述的分离环己酮和苯酚的溶剂强化变压热耦合精馏系统，其特征在于，所述的第一低压精馏塔（1）、第二低压精馏塔（18）和高压精馏塔（2）选用板式塔或规整填料塔，优选规整填料塔。

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