CN104876789A - 粗苯乙烯塔顶热回收方法及装置 - Google Patents

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丛林
郭东荣
邱若磐
宋守刚
刘善兵
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Abstract

本发明主要应用于粗苯乙烯塔顶热回收技术领域，特别涉及一种粗苯乙烯塔顶热回收方法，包括如下步骤：a.脱氢液进入粗苯乙烯塔，塔顶得到含苯、甲苯和乙苯的气相物流，该气相物流进入塔顶冷凝器，加热热泵工质物流后，气相物流大部分冷凝，未冷凝的部分气相物流经后冷器进一步冷却，气相物流冷凝液一部分作为粗苯乙烯塔顶回流，一部分送入乙苯回收塔；b.汽化后的工质物流进入压缩机，经压缩升温后，用于加热乙苯/水共沸物；c.乙苯/水共沸物汽化后进入乙苯过热器，同时水蒸气冷凝成水蒸气凝液。彻底摆脱了传统热泵技术需大大提高压缩机的压缩比才能实现给塔底物料加热的难题，节省了投资和能耗，使热泵技术的应用成为可能。

Description

粗苯乙烯塔顶热回收方法及装置
技术领域
本发明涉及一种粗苯乙烯塔顶热回收方法及装置，主要应用于粗苯乙烯塔顶热回收技术领域。
背景技术
苯乙烯单体是重要的基本有机化工原料，广泛用于生产聚苯乙烯(PS)、泡沫聚苯乙烯(EPS)、ABS和SAN树脂，此外还可用于生产离子交换树脂、农用乳化剂、医药品、涂料等，是石油化工的主要基础产品和重要的有机化工原料，为仅次于PE、PVC、EO的第四大乙烯衍生产品，产量在合成树脂中仅次于PE、PVC，位居第三。
苯乙烯绝大部分都是通过乙苯脱氢生产工艺得到的，其工艺技术主要有绝热脱氢工艺、等温脱氢工艺和氧化脱氢工艺。其中最成熟且应用最广泛的是负压绝热脱氢工艺。
苯乙烯生产过程的能耗主要集中在反应单元和精馏单元，反应单元的能耗主要取决于水/烃比(0.9-1.5)的大小，精馏单元的能耗主要取决于粗苯乙烯塔的能耗。由于苯乙烯在工业苯乙烯装置所采用的温度范围内，温度每提高10℃，不受抑制的苯乙烯聚合速度就会增加一倍；另由于乙苯和苯乙烯的沸点差很小，常压下相差仅9℃，相对挥发度很低，为此精馏分离苯乙烯的过程需要在高真空、高理论板数的精馏塔和大回流比条件下进行操作，因此粗苯乙烯塔的操作能耗很高，其综合能耗占苯乙烯单元的30％。
针对粗苯乙烯塔塔顶的低温热量的回收，国内外都进行了大量的研究工作，提出了多种技术方案，其中包括：蒸汽喷射技术、直接蒸汽压缩的热泵技术、以水为压缩工质的间接循环热泵技术、双塔变压精馏节能技术、共沸热回收技术、第二类溴化锂热泵技术以及分壁精馏塔技术。
目前，塔顶低温热回收技术在工业装置中得到实际应用的主要有：共沸热回收技术和双塔变压精馏节能技术。共沸热回收技术可以回收塔顶物流80-90％的热量，双塔变压精馏节能技术可以回收塔顶物流40-50％的热量。
共沸热回收技术：美国专利US4628136公布了一种回收粗苯乙烯塔塔顶低温热的方法，该方法利用塔顶蒸汽来蒸发乙苯和水的共沸物。要实现该方法需提高粗苯乙烯塔的操作压力在38kpaA以上，才能保证有足够的温差来蒸发乙苯和水的共沸物。
然而在提高粗苯乙烯塔塔顶操作压力的同时，粗苯乙烯塔塔釜的温度也随之升高，温度的升高将导致苯乙烯的聚合速率增加，从而带来直接的苯乙烯收率损失。对于苯乙烯单体来说，根据实验数据及文献介绍，苯乙烯在100摄氏度以上时，温度每升高6～7℃，苯乙烯聚合速率约增加一倍，因此，从经济性考虑为避免苯乙烯聚合损失和昂贵的阻聚剂用量的大幅增加，粗苯乙烯塔塔顶操作压力不宜过高。从目前装置运行情况看，阻聚剂用量是常规负压精馏的一倍以上，且聚合损失增加较大，并发生了塔聚合堵塞需要停车处理的情况。
双塔变压精馏节能技术：美国专利US6171449公开了一种变压精馏节能技术，其技术要点是先将来自反应器的混合物流中所含甲苯及比甲苯沸点低的轻组分脱除，将剩余的物流按比例分成两股分别进入两个操作压力不同的精馏塔，用高压操作的精馏塔的塔顶蒸汽作为低压操作精馏塔塔釜的热源，与普通的精馏工艺相比可节能40-50％，但这种精馏工艺中苯乙烯需受热三次，增加了苯乙烯的聚合损失，同时增加了一个精馏塔，操作及流程更加复杂，投资也大大增加。
热泵精馏技术：目前，所有报道中的热泵精馏技术，无论是直接蒸汽压缩还是间接循环热泵技术，压缩后的物流均用作加热塔釜的热源。由于粗苯乙烯塔塔顶采用负压操作(塔顶压力12-24kpaA)，且回流比高达7左右，因此蒸汽压缩机的吸入口流量极大，需要巨型压缩机且压缩比至少需要5-10，才能将塔顶热量回收。这种方案投资大，压缩机耗电高，尤其对大型苯乙烯装置更限制了其应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种在维持原塔压不变或略微升高塔压的情况下，回收塔顶热量，可有效减少苯乙烯聚合损失，同时大大降低苯乙烯分离能耗的粗苯乙烯塔顶热回收方法，及结构简单，容易实现的粗苯乙烯塔顶热回收装置。
本发明所述的粗苯乙烯塔顶热回收方法，包括如下步骤：
a.脱氢液进入粗苯乙烯塔，塔顶得到含苯、甲苯和乙苯的气相物流，该气相物流进入塔顶冷凝器，加热热泵工质物流后，气相物流大部分冷凝，未冷凝的部分气相物流经后冷器进一步冷却，气相物流冷凝液一部分作为粗苯乙烯塔顶回流，一部分送入乙苯回收塔；
b.汽化后的工质物流进入压缩机，经压缩升温后，用于加热乙苯/水共沸物；
c.乙苯/水共沸物汽化后进入乙苯过热器，同时水蒸气冷凝成水蒸气凝液。
上述步骤的操作条件为：粗苯乙烯塔塔顶操作压力为12kpaA～24kpaA，操作温度为：70℃～84℃；压缩机入口压力在24kpaA～40kpaA；压缩机的压缩比为3～5，压缩机出口压力在100kpaA～150kpaA，温度在100℃～150℃。压缩机出口温度保证与乙苯/水共沸物的温差在6～15℃，优选10～12℃。
所述水作为热泵工质，步骤b中的压缩机为螺杆压缩机。
本发明所述的粗苯乙烯塔顶热回收装置，包括粗苯乙烯塔，粗苯乙烯塔顶部连接塔顶冷凝器，塔顶冷凝器顶部通过管路连接压缩机，底部通过管路连接乙苯/水共沸蒸发器，一侧的下部通过管路分别连接粗苯乙烯塔的顶部和乙苯回收塔，压缩机出口通过管路连接乙苯/水共沸蒸发器上部的一侧，乙苯/水共沸蒸发器顶部设置乙苯/水共沸物汽化管道，底部设置乙苯/水共沸物入料管。
所述压缩机为螺杆压缩机。
本发明的有益效果是：
1、避免了原共沸精馏技术将精馏与反应两个工段紧密联系并互受影响的缺点，使精馏和反应相互独立，操作简单易行。
2、用水作为热泵蒸发工质，可有效地提高压缩机的入口压力，减少压缩机流量，采用螺杆压缩机即能满足要求，螺杆压缩机与离心机相比，在提供系统真空度和流量调节方面有无与伦比的优势，使热泵技术在该系统应用成为可能。对于15万吨/年规模的苯乙烯装置，选用一台螺杆压缩机即可满足要求，大大降低了设备投资。
3、利用间接热泵精馏技术和共沸热回收技术相结合的方法，在维持原粗苯乙烯塔塔压不变的情况下回收塔顶热。避免了原共沸热回收技术带来的苯乙烯聚合风险和苯乙烯聚合损失增加的问题。
4、与传统热泵技术相比，加热乙苯/水共沸物比加热塔底物料所需的温度要低，压缩机的压比要小很多，节省了投资和能耗。
5、水与其他工质相比，更加易于得到，且价格低廉，无腐蚀性，即便产生泄漏也不会污染产品。
本发明彻底摆脱了传统热泵技术需大大提高压缩机的压缩比才能实现给塔底物料加热的难题，节省了投资和能耗，使热泵技术的应用成为可能；又解决了原共沸精馏技术需提高塔压，使塔釜温度升高增加聚合物的产生的缺点，操作灵活；即使在现有装置脱氢反应系统不改造的情况下，应用该技术也能将粗苯乙烯塔塔顶的热量回收。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、乙苯脱氢反应单元的脱氢液 2、塔顶气物流 3、右侧管道 4、粗苯乙烯塔回流 5、塔顶冷凝器 6、乙苯/水共沸物入料管 7、汽化后的乙苯/水共沸物 8、水蒸气 9、压缩后的水蒸气 10、水蒸气凝液 11、粗苯乙烯塔 12、乙苯/水共沸蒸发器 13、压缩机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明所述的粗苯乙烯塔顶热回收方法，包括如下步骤：
a.脱氢液进入粗苯乙烯塔，塔顶得到含苯、甲苯和乙苯的气相物流，该气相物流进入塔顶冷凝器，加热热泵工质物流后，气相物流大部分冷凝，未冷凝的部分气相物流经后冷器进一步冷却，气相物流冷凝液一部分作为粗苯乙烯塔顶回流，一部分送入乙苯回收塔；
b.汽化后的工质物流进入压缩机，经压缩升温后，用于加热乙苯/水共沸物；
c.乙苯/水共沸物汽化后进入乙苯过热器，同时水蒸气冷凝成水蒸气凝液。
上述步骤的操作条件为：粗苯乙烯塔塔顶操作压力为12kpaA～24kpaA，操作温度为：70℃～84℃；压缩机入口压力在24kpaA～40kpaA；压缩机的压缩比为3～5，压缩机出口压力在100kpaA～150kpaA，温度在100℃～150℃。水作为热泵工质。
所述的粗苯乙烯塔顶热回收装置，包括粗苯乙烯塔11，粗苯乙烯塔11顶部连接塔顶冷凝器5，塔顶冷凝器5顶部通过管路连接压缩机13，底部通过管路连接乙苯/水共沸蒸发器12，一侧的下部通过管路分别连接粗苯乙烯塔11的顶部和乙苯回收塔，压缩机13出口通过管路连接乙苯/水共沸蒸发器12上部的一侧，乙苯/水共沸蒸发器12顶部设置乙苯/水共沸物汽化管道，底部设置乙苯/水共沸物入料管6。压缩机13为螺杆压缩机。
来自乙苯脱氢反应单元的脱氢液1进入粗苯乙烯塔11，塔顶气物流2(即含苯、甲苯、乙苯的气相物流，主要为乙苯)进入塔顶冷凝器5，将水蒸气凝液10加热汽化，同时粗苯乙烯塔顶气物流2得到冷凝，一部分作为粗苯乙烯塔回流4，一部分通过右侧管道3送入乙苯回收塔。汽化后的水蒸气8经压缩机13升压后为压缩后的水蒸气9，压缩后的水蒸气9进入乙苯/水共沸蒸发器12，将乙苯/水共沸物加热，汽化后的乙苯/水共沸物7返回反应单元，同时水蒸气8冷凝成水蒸气凝液10。

Claims (5)

1.一种粗苯乙烯塔顶热回收方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.脱氢液进入粗苯乙烯塔，塔顶得到含苯、甲苯和乙苯的气相物流，该气相物流进入塔顶冷凝器，加热热泵工质物流后，气相物流大部分冷凝，未冷凝的部分气相物流经后冷器进一步冷却，气相物流冷凝液一部分作为粗苯乙烯塔顶回流，一部分送入乙苯回收塔；
b.汽化后的工质物流进入压缩机，经压缩升温后，用于加热乙苯/水共沸物；
c.乙苯/水共沸物汽化后进入乙苯过热器，同时水蒸气冷凝成水蒸气凝液。
2.根据权利要求1所述的粗苯乙烯塔顶热回收方法，其特征在于：上述步骤的操作条件为：粗苯乙烯塔塔顶操作压力为12kpaA～24kpaA，操作温度为：70℃～84℃；压缩机入口压力在24kpaA～40kpaA；压缩机的压缩比为3～5，压缩机出口压力在100kpaA～150kpaA，温度在100℃～150℃。
3.根据权利要求1或2所述的粗苯乙烯塔顶热回收方法，其特征在于：水作为热泵工质，步骤b中的压缩机为螺杆压缩机。
4.一种权利要求1所述工艺用的粗苯乙烯塔顶热回收装置，其特征在于：包括粗苯乙烯塔(11)，粗苯乙烯塔(11)顶部连接塔顶冷凝器(5)，塔顶冷凝器(5)顶部通过管路连接压缩机(13)，底部通过管路连接乙苯/水共沸蒸发器(12)，一侧的下部通过管路分别连接粗苯乙烯塔(11)的顶部和乙苯回收塔，压缩机(13)出口通过管路连接乙苯/水共沸蒸发器(12)上部的一侧，乙苯/水共沸蒸发器(12)顶部设置乙苯/水共沸物汽化管道，底部设置乙苯/水共沸物入料管(6)。
5.根据权利要求4所述的粗苯乙烯塔顶热回收装置，其特征在于：压缩机(13)为螺杆压缩机。
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