CN103933751B - 氯化亚砜差压热耦合精馏方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氯化亚砜差压热耦合精馏方法及设备。塔底有再沸器的脱重塔、塔顶有冷凝器的脱轻塔，脱重塔和脱轻塔之间设置有冷凝再沸器、辅助冷凝器和转化反应器，脱重塔塔顶的汽相物料采出分为两部分：一部分连接到冷凝再沸器加热介质入口，加热介质出口连接到辅助冷凝器，然后再返回到脱重塔塔顶，脱轻塔塔底的液相物料出口连接到冷凝再沸器受热介质入口，受热介质出口再返回脱轻塔塔底；另一部分连接到转化反应器，进行二氯化硫转化为一氯化硫的反应，反应后的物料气相进入脱轻塔。利用差压热耦合将脱重塔塔顶和脱轻塔塔底热量耦合，节省了能耗。解决了硫磺堵塞管道的难题，通过实际事例发现差压热耦合精馏工艺比常规工艺节能50%以上。

Description

氯化亚砜差压热耦合精馏方法及设备

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体是涉及氯化亚砜差压热耦合精馏方法及设备。

背景技术

氯化亚砜在常温常压下为无色或者淡黄色有刺激性气味的液体，在沸点（78.8℃）以上就会有少量分解，140℃时分解速率较快，500℃时完全分解，分解产物有二氧化硫、氯气、二氯化硫和一氯化硫，由于其具有较强的氯化和酰氯化能力，是一种重要的化工中间体，广泛的应用于农业、医药、染料等传统行业。此外，氯化亚砜的应用范围也在不断扩大，下游领域逐渐增多，已被应用于三氯蔗糖的制备等食品添加剂行业和锂电池的生产等新能源行业。由于我国是一个农业大国，又是一个人口大国，农药和医药方面对氯化亚砜的需求量很大，而且氯化亚砜的应用领域逐渐增多，因此其在中国的市场前景十分广阔。

随着氯化亚砜下游产品的增多，各行业对氯化亚砜的纯度要求也在提高。目前精馏是提纯氯化亚砜的最主要方法，精馏技术成熟、可靠、有效，精馏耦合反应可以获得高纯度的氯化亚砜产品，但是精馏是一种高能耗、高设备投资的操作单元，同时由于氯化亚砜中的杂质沸点与其沸点较接近，因此精馏分离需要较多的理论板数和较大的回流比，这就意味着较高的能耗和设备投资。那么如何采用技术手段降低氯化亚砜在提纯过程中能耗是目前亟需解决的一个技术难题。就目前而言，国内外都没有关于氯化亚砜精馏系统节能工艺的专利，而且几乎所有厂家都使用的原始的精馏方法，能耗较高，不符合国家节能减排的需求。本发明专利利用差压热耦合精馏技术，有效的降低了精馏系统的能耗，节省能耗达50%之多。

发明内容

本发明的目地是提供一种氯化亚砜提纯的节能工艺，采用差压热耦合技术使高压塔和低压塔热量实现耦合，降低了精馏能耗。

进入精馏工序的粗品氯化亚砜主要组成物质和其沸点如表1所示。

表1粗品氯化亚砜主要组成物质和其沸点

进入精馏工段处理的物料主要由二氯化硫、氯化砜、氯化亚砜和一氯化硫四种物质组成。在精馏过程中氯化亚砜有可能会发生少量的分解又会再生出二氯化硫，而二氯化硫的存在会严重影响产品的颜色。为了降低氯化亚砜的分解我们采用先脱重再脱轻的间接序列分离氯化亚砜，同时对脱轻塔减压操作，减少氯化亚砜的分解，并基于节能考虑将脱重塔塔顶物料和脱轻塔塔底物料实现热量耦合，很大程度上节省了能量的消耗，节能效果达50%以上。

本发明所涉及的主要设备有：塔底有再沸器（5）的脱重塔（2）、塔顶有冷凝器（20）的脱轻塔（18），脱重塔（2）和脱轻塔（18）之间设置有冷凝再沸器（10）、辅助冷凝器（12）和转化反应器（16），脱重塔（2）塔顶的汽相物料采出分为两部分：一部分连接到冷凝再沸器（10）加热介质入口，加热介质出口连接到辅助冷凝器（12），然后再返回到脱重塔（2）塔顶，脱轻塔塔底的液相物料出口连接到冷凝再沸器（10）受热介质入口，受热介质出口再返回脱轻塔（18）塔底；另一部分连接到转化反应器（16），进行二氯化硫转化为一氯化硫的反应，反应后的物料气相进入脱轻塔（18）。

本发明脱重塔采用常压或者微正压操作，脱轻塔采用减压操作，减压可以避免氯化亚砜的分解反应。差压热耦合技术就是利用脱重塔塔顶的蒸汽加热脱轻塔塔底的物料，实现这一过程的换热器既是脱重塔的冷凝器，又是脱轻塔的再沸器，从而实现了降低能耗和设备投资。脱重塔和脱轻塔之间配备有装有硫磺的反应器，将轻组分二氯化硫转化为重组分一氯化硫。

本发明的工艺流程详述如下：

粗品氯化亚砜（1）进入脱重塔（2），塔底采出物料（3）分成两股：一股作为脱重塔塔底采出物料（7）返回反应系统，另一股作为再沸器进料（4）进入再沸器（5），再沸器出料（6）返回脱重塔底部，脱重塔塔顶上升气体物料（8）分成两股物料：一股是转化反应器进料（14），另一股作为冷凝再沸器加热介质物料（9）进入冷凝再沸器（10），为冷凝再沸器提供所需热量以后冷凝为液体物料作为冷凝再沸器加热介质出料（11），然后进入辅助冷凝器（12），然后脱重塔塔顶回流物料（13）返回脱重塔顶部，转化反应器进料（14）从转化反应器（16）底部侧面进入，在反应器内与硫磺发生反应，反应生成的一氯化硫和未反应的硫磺作为转化反应器出料（15）从塔底部采出，经过硫磺床层的气体作为脱轻塔进料（17）通过压力差进入脱轻塔（18），脱轻塔顶部气相物料（19）进入脱轻塔冷凝器（20），冷凝后的液体分为两股，一股作为脱轻塔顶部回流物料（21）返回脱轻塔，一股作为脱轻塔顶部采出物料（22）采出，脱轻塔塔底物料（23）也分成两股，一股作为冷凝再沸器受热介质进料（24）进入冷凝再沸器（10），在冷凝再沸器内受热为气体物料作为冷凝再沸器出料（26）返回脱轻塔底部，另一股作为产品物料（25）采出。

常规的转化反应器是采用底部进料，顶部气体采出，这种方式会导致未反应的硫磺堵塞反应器进气管，严重时候甚至会有硫磺堵塞精馏塔填料，管道一旦堵塞就要停车维修，浪费人力和时间，严重影响了生产进度。本发明转化反应器采用从底部侧面进料的方式，气体采出口在反应器顶部侧面，这样反应产物和未反应的硫磺就会掉到反应器的底部，底部达到一定液位就可以采出返回反应系统，即使硫磺堵塞反应器底部，可以将进气物料切换到备用的转化反应器去，不会影响生产的连续性。

辅助冷凝器只有在开车的时候和两塔热量不匹配的时候起到辅助加热的作用，正常操作过程中不使用。

脱重塔操作压力范围为0.10～0.30Mpa，脱轻塔操作压力范围为0.04～0.08MPa，两塔压差范围为0.06～0.22MPa；冷凝再沸器中加热介质的平均温度要高于冷却介质的平均温度10～20℃。本发明的独到之处在于：将脱重塔塔顶的气相物料作为冷凝再沸器的加热介质来加热脱轻塔塔底的液相物料，既能节省脱轻塔塔釜再沸器的加热能量损耗，又能节省脱重塔塔顶冷凝器的能量损耗；高压塔和低压塔之间利用压差进料，无需设置低压塔进料泵。

本发明与现有技术相比优势在于：

[1]利用差压热耦合技术将脱重塔塔顶和脱轻塔塔底热量耦合，匹配换热，很大程度上节省了能耗。

[2]差压热耦合不仅节省了能耗，还节约了一个冷凝器或者再沸器以及相应的管路，脱轻塔进料利用两塔之间的压差节省了输送设备及相应管线。

[3]转化反应器进行了结构优化，解决了硫磺堵塞管道影响生产进度的难题，实现了生产连续化。

[4]解决了硫磺堵塞管道的难题，通过实际事例发现差压热耦合精馏工艺比常规工艺节能50%以上。

附图说明

图1是氯化亚砜差压热耦合精馏工艺流程图；

其中：1-粗品氯化亚砜，2-脱重塔，3-脱重塔塔底物料，4-脱重塔再沸器进料，5-脱重塔再沸器，6-脱重塔再沸器出料，7-脱重塔塔底采出物料，8-脱重塔塔顶上升气体物料，9-冷凝再沸器加热介质物料，10-冷凝再沸器，11-冷凝再沸器加热介质出料，12-辅助冷凝器，13-脱重塔塔顶回流物料，14-转化反应器进料，15-转化反应器底部出料，16-转化反应器，17-脱轻塔进料，18-脱轻塔，19-脱轻塔顶部气相物料，20-脱轻塔冷凝器，21-脱轻塔顶部回流物料，22-脱轻塔顶部采出物料，23-脱轻塔底部物料，24-冷凝再沸器受热介质进料，25-脱轻塔塔底采出物料（即氯化亚砜产品），26-冷凝再沸器受热介质出料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的技术和设备进行进一步的说明：

本发明所涉及的主要设备有：塔底有再沸器（5）的脱重塔（2）、塔顶有冷凝器（20）的脱轻塔（18），脱重塔（2）和脱轻塔（18）之间设置有冷凝再沸器（10）、辅助冷凝器（12）和转化反应器（16），脱重塔（2）塔顶的汽相物料采出分为两部分：一部分连接到冷凝再沸器（10）加热介质入口，加热介质出口连接到辅助冷凝器（12），然后再返回到脱重塔（2）塔顶，脱轻塔塔底的液相物料出口连接到冷凝再沸器（10）受热介质入口，受热介质出口再返回脱轻塔（18）塔底；另一部分连接到转化反应器（16），进行二氯化硫转化为一氯化硫的反应，反应后的物料气相进入脱轻塔（18）。

如图1所示，粗品氯化亚砜（1）进入脱重塔（2），塔底采出物料（3）分成两股：一股作为脱重塔塔底采出物料（7）返回反应系统，另一股作为再沸器进料（4）进入再沸器（5），再沸器出料（6）返回脱重塔底部，脱重塔塔顶上升气体物料（8）分成两股物料：一股是转化反应器进料（14），另一股作为冷凝再沸器加热介质物料（9）进入冷凝再沸器（10），为冷凝再沸器提供所需热量以后冷凝为液体物料作为冷凝再沸器加热介质出料（11），然后进入辅助冷凝器（12），然后脱重塔塔顶回流物料（13）返回脱重塔顶部，转化反应器进料（14）从转化反应器（16）底部侧面进入，在反应器内与硫磺发生反应，反应生成的一氯化硫和未反应的硫磺作为转化反应器出料（15）从塔底部采出，经过硫磺床层的气体作为脱轻塔进料（17）通过压力差进入脱轻塔（18），脱轻塔顶部气相物料（19）进入脱轻塔冷凝器（20），冷凝后的液体分为两股，一股作为脱轻塔顶部回流物料（21）返回脱轻塔，一股作为脱轻塔顶部采出物料（22）采出，脱轻塔塔底物料（23）也分成两股，一股作为冷凝再沸器受热介质进料（24）进入冷凝再沸器（10），在冷凝再沸器内受热为气体物料作为冷凝再沸器出料（26）返回脱轻塔底部，另一股作为产品物料（25）采出。

以年产3万吨氯化亚砜为例，进料组成中氯化亚砜的质量分数为40%～80%，脱重塔操作压力0.10～0.0.15MPa，塔顶温度79.96℃，塔底温度138.46℃；脱轻塔操作压力0.05～0.06MPa，塔顶温度50.27℃，塔底温度69.71℃。氯化亚砜差压热耦合精馏工艺与常规间接精馏工艺能耗对比如表2所示。

表2氯化亚砜差压热耦合精馏工艺和常规间接精馏工艺能耗对比

差压热耦合精馏工艺总能耗为0.8995Gcal·h^-1，常规间接精馏工艺总能耗1.8638Gcal·h^-1，节能51.74%

本发明提出的氯化亚砜差压热耦合精馏工艺及设备，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的系统和方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明的技术。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的精神、范围和内容中。

Claims (5)

1.一种氯化亚砜差压热耦合精馏方法，其特征是：包括塔底有再沸器(5)的脱重塔(2)、塔顶有冷凝器(20)的脱轻塔(18)，脱重塔(2)和脱轻塔(18)之间设置有冷凝再沸器(10)、辅助冷凝器(12)和转化反应器(16)，脱重塔(2)塔顶的汽相物料采出分为两部分：一部分连接到冷凝再沸器(10)加热介质入口，加热介质出口连接到辅助冷凝器(12)，然后再返回到脱重塔(2)塔顶，脱轻塔塔底的液相物料出口连接到冷凝再沸器(10)受热介质入口，受热介质出口再返回脱轻塔(18)塔底；另一部分连接到转化反应器(16)，进行二氯化硫转化为一氯化硫的反应，反应后的物料气相进入脱轻塔(18)；粗品氯化亚砜(1)进入脱重塔(2)，塔底采出物料(3)分成两股：一股作为脱重塔塔底采出物料(7)返回反应系统，另一股作为再沸器进料(4)进入再沸器(5)，再沸器出料(6)返回脱重塔底部，脱重塔塔顶上升气体物料(8)分成两股物料：一股是转化反应器进料(14)，另一股作为冷凝再沸器加热介质物料(9)进入冷凝再沸器(10)，为冷凝再沸器提供所需热量以后冷凝为液体物料作为冷凝再沸器加热介质出料(11)，然后进入辅助冷凝器(12)，然后脱重塔塔顶回流物料(13)返回脱重塔顶部，转化反应器进料(14)从转化反应器(16)底部侧面进入，在反应器内与硫磺发生反应，反应生成的一氯化硫和未反应的硫磺作为转化反应器出料(15)从塔底部采出，经过硫磺床层的气体作为脱轻塔进料(17)通过压力差进入脱轻塔(18)，脱轻塔顶部气相物料(19)进入脱轻塔冷凝器(20)，冷凝后的液体分为两股，一股作为脱轻塔顶部回流物料(21)返回脱轻塔，一股作为脱轻塔顶部采出物料(22)采出，脱轻塔塔底物料(23)也分成两股，一股作为冷凝再沸器受热介质进料(24)进入冷凝再沸器(10)，在冷凝再沸器内受热为气体物料作为冷凝再沸器出料(26)返回脱轻塔底部，另一股作为产品物料(25)采出；脱重塔操作压力范围为0.10～0.30Mpa，脱轻塔操作压力范围为0.04～0.08MPa，两塔压差范围为0.06～0.22MPa。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是冷凝再沸器中加热介质的平均温度要高于冷却介质的平均温度10～20℃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是利用脱重塔塔顶蒸汽加热脱轻塔塔底液体，利用脱轻塔塔底液体冷凝脱重塔塔顶蒸汽，实现脱重塔塔顶蒸汽和脱轻塔塔底液体热量耦合。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是转化反应器气相出料利用脱重塔和脱轻塔压差以气相进入脱轻塔。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是转化反应器采用下部侧面气相进料、上部侧面气相出料和底部排除反应产物和未反应的硫磺的结构。