CN105363235B - 一种脱除mtbe中硫化物的热泵精馏装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脱除MTBE中硫化物的热泵精馏装置及方法。装置主要包括进料预热器、精馏塔、压缩机、辅助再沸器、主再沸器、辅助冷却器、产品冷却器、缓冲罐和回流泵。将精馏塔塔顶的气体经压缩机压缩成为过热蒸汽，其作为热源通过塔底再沸器换热，换热后的冷凝液体进入缓冲罐，通过回流泵经原料预热器与原料预热后，部分液体冷却后打回精馏塔回流，另一部分液体冷却后作为塔顶产品采出。利用热泵精馏则实现了将塔顶冷凝器取走的热量传递给塔釜再沸器，大幅度地降低了能耗。本发明的精馏塔塔顶MTBE中硫含量为5‑9ppm，MTBE回收率为99.6‑99.8％。该装置操作简单，安全可靠，高效节能。
Description
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，尤其是涉及一种脱除MTBE中硫化物的热泵精馏装置及方法。
背景技术
甲基叔丁基醚(简称MTBE)，是液化石油气碳四馏分中异丁烯与甲醇加成反应产物，MTBE是高品质汽油的调合组分，用于提高汽油的辛烷值和抗爆性能，也可用于裂解生产高纯异丁烯的原料。
汽车燃油是城市的主要空气污染源，国家对车用汽油的质量要求越来越严格，国Ⅴ标准规定汽油中的硫含量＜10ppm，MTBE作为汽油调合组分的加入量一般在10～20％之间，因此必须将MTBE的硫含量降低到10ppm以下才能满足要求。MTBE装置生产出的MTBE产品中含有的硫化物多为硫醚、硫醇和噻吩类物质，硫含量在50-5000ppm之间。由于MTBE对有机硫化物有富集作用，很难通过碳四原料脱硫使MTBE硫含量达标，因此，必须通过MTBE产品深度脱硫处理才能满足需要。
CN101643392，CN102491882A，CN103880605A等专利报道了MTBE精馏脱硫技术方法。近年来，采用萃取精馏方式实现MTBE深度脱硫的专利也不断被公开发表，如CN103360221A，CN102898286A，CN102557888A，CN102617297A，CN103922900A等相关专利有报道，萃取剂有甲酰吗啉、乙酰吗啉、甲酰胺、乙酰胺，轻油和低硫柴油以及其中两种或以上物质的混合物。此外，公开的专利有CN102757316A和CN103524310A也有采用固体吸附剂吸附MTBE中的硫化物。
上述方法均存在不足，普通精馏法能够实现深度脱硫，但常规的精馏塔都是从塔顶冷凝器取走热量，同时向塔釜再沸器供给热量，通常塔顶冷凝器取走的热量是塔釜再沸器加入热量的90％左右，能量利用很不合理，普通精馏装置脱硫能耗极大。萃取精馏法一般用于难分离物系中，萃取剂的加入用于提高目标组分的相对挥发度，由于MTBE与硫化物沸点相差很大，普通精馏法即可实现脱硫，采用萃取精馏法脱硫并不能达到节能的目的。因此，如何降低脱硫过程中的能耗成为石化企业面临的关键问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种脱除MTBE中硫化物的热泵精馏装置及方法，该装置操作简单，安全可靠，高效节能。所述装置主要包括进料预热器、精馏塔、压缩机、辅助再沸器、主再沸器、辅助冷却器、产品冷却器、缓冲罐和回流泵。将精馏塔塔顶的气体经压缩机压缩成为过热蒸汽，其作为热源通过塔底再沸器换热，换热后的冷凝液体进入缓冲罐，通过回流泵经原料预热器与原料预热后，部分液体冷却后打回精馏塔回流，另一部分液体冷却后作为塔顶产品采出。利用热泵精馏则实现了将塔顶冷凝器取走的热量传递给塔釜再沸器，大幅度地降低了能耗。
本发明的技术方案如下：
一种脱除MTBE中硫化物的热泵精馏装置，其特征在于：装置包括进料预热器、精馏塔、压缩机、辅助再沸器、主再沸器、辅助冷却器、产品冷却器、缓冲罐和回流泵；在进料预热器上设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口，进料预热器的壳程入口与回流泵出口连接，管程入口进料，管程出口进料与精馏塔中部进料口连接；精馏塔中部设有进料口，塔顶部设有塔顶汽相口、回流入口，塔底部设有塔底出料口，塔顶汽相口通过管道与压缩机入口密闭连接，辅助再沸器和主再沸器均设有壳程和管程出入口；辅助再沸器壳程入口和出口与外源蒸汽管道连接，管程通过管道与精馏塔的塔底密闭连接；主再沸器壳程入口与压缩机的出口密闭连接，管程通过管道与精馏塔的塔底密闭连接，壳程出口与缓冲罐入口连接；缓冲罐底部设有液相出料口，液相出料口与回流泵入口连接，回流泵出口与原料预热器壳程入口连接，原料预热器壳程一个出口连接产品冷却器，另一个出口连接塔顶辅助冷却器，冷却器入口处设置旁路控制阀，控制阀与辅助冷却器并联，辅助冷却器出口连接精馏塔塔顶回流入口。
本发明的一种脱除MTBE中硫化物的热泵精馏方法，粗MTBE产品经过进料预热器后进入精馏塔进行脱硫加工，辅助再沸器在精馏塔启动时为精馏塔提供热源，精馏塔塔顶有蒸汽产生后，开启压缩机，辅助再沸器逐渐转换为备用再沸器，精馏塔塔顶蒸汽经压缩机压缩后，出口蒸汽的压力和温度升高，升温升压后的蒸汽进入精馏塔塔底主再沸器冷凝换热，换热后的蒸汽被冷凝为液体，之后进入缓冲罐，再通过回流泵经原料预热器对原料预热后，部分液体经辅助冷却器冷却后作为回流；另一部分经产品冷却器冷却后作为塔顶MTBE产品；蒸汽在主再沸器壳程中被冷凝的同时，由精馏塔塔底液相物料进入主再沸器的管程，管程液体被加热，部分汽化返回精馏塔，从而维持精馏过程的连续进行，被浓缩的硫化物由塔底出料口排出。
当回流流股温度小于精馏塔塔顶气相温度时，开启旁路控制阀，物流绕过辅助冷却器直接回流入塔。
所述的压缩机为有机蒸汽压缩机。
所述的MTBE气体压缩机的操作压缩比为1.8-2.0，用于提供充足热量满足塔底主再沸器和进料预热器的换热要求。
所述的压缩后纯MTBE气体的操作压力为1.8-2.0bar，工作温度为73.6-77.4℃。
所述的精馏塔工作压力为1bar，精馏塔回流比为0.5-3。
所述的压缩机为有机蒸汽压缩机。
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所述的精馏塔工作压力为1bar，精馏塔回流比为0.5-3。
本发明的辅助冷却器前设置有旁路控制阀，在适当时候开启，用于增强系统的操作弹性。
本发明的精馏塔塔顶MTBE中硫含量为5-9ppm，MTBE回收率为99.6-99.8％。
与现有技术相比，本发明采用热泵精馏技术进行脱硫，通过压缩塔顶MTBE气体，直接作为精馏塔塔釜再沸器和原料预热器的热源。与普通精馏相比，只需在原有装置基础上增设一套热泵系统，通过消耗少量的电能，即可回收塔顶蒸汽的冷凝潜热，有效提高热量利用效率，降低了塔釜热公用工程和塔顶冷公用工程消耗，达到节能降耗的目的。
本发明所述热泵精馏与多效精馏相比，不需要更多的塔器设备投资，而多效精馏不同精馏塔之间由于操作压力不同而实现热交换，热泵精馏系统相对简单，投资较小。
本发明通过设置辅助再沸器为精馏塔开车提供热量，通过在塔顶辅助冷却器旁设置旁路控制阀，提高了系统的操作弹性。通过设置原料预热器使系统便于达到最优操作条件，将塔顶蒸汽潜热进行充分利用。
附图说明
附图为本发明结构示意图。
图中，E1、进料预热器，T1、精馏塔，C1、压缩机，E2、辅助再沸器，E3、主再沸器，E4、辅助冷却器，E5、产品冷却器，V1、缓冲罐，P1、回流泵，CV1、旁路控制阀，1、进料口，2、塔顶出料口，3、塔底出料口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
通过如下具体装置实现分离要求：主要包括进料预热器(E1)，精馏塔(T1)，压缩机(C1)，辅助再沸器(E2)，主再沸器(E3)，辅助冷却器(E4)，产品冷却器(E5)，旁路控制阀(CV1)，缓冲罐(V1)和回流泵(P1)。进料预热器(E1)的管程入口进料，管程出口与与精馏塔中部进料口连接，进料预热器(E1)壳程入口与回流泵(P1)出口连接；所述精馏塔(T1)塔顶汽相口通过管道与压缩机(C1)入口密闭连接；所述的辅助再沸器(E2)壳程与外源蒸汽管道连接，管程与精馏塔(T1)塔底密闭连接；所述主再沸器(E3)壳程入口与压缩机(C1)的出口密闭连接，管程入口与精馏塔(T1)塔底密闭连接，管程出口与精馏塔(T1)下部的另一侧汽相口连接，壳程出口与缓冲罐(V1)入口通过管道连接；所述缓冲罐(V1)底部液相出料口与回流泵(P1)入口连接，回流泵(P1)出口与原料预热器(E1)壳程入口连接，预热器(E1)壳程一个出口连接产品冷却器(E5)，另一个出口连接塔顶辅助冷却器(E4)，辅助冷却器(E4)入口处设置旁路控制阀(CV1)，控制阀(CV1)与辅助冷却器(E4)并联，辅助冷却器(E4)出口连接精馏塔(T1)塔顶回流入口。
系统启动时，由辅助再沸器(E2)为精馏塔(T1)提供热能，精馏塔(T1)塔顶有蒸汽产生后，开启压缩机(C1)，辅助再沸器(E2)逐渐转换为备用再沸器，精馏塔(T1)塔顶蒸汽经压缩机压缩后，出口蒸汽的压力、温度升高，蒸汽进入主再沸器(E3)冷凝换热，之后蒸汽冷凝为液体，主再沸器(E3)排出纯MTBE液体进入缓冲罐(V1)，之后经回流泵(P1)与原料预热器(E1)换热，之后部分液体经辅助冷却器(E4)冷却后作为回流，当回流流股温度小于精馏塔塔顶气相温度时，开启旁路控制阀(CV1)，物流绕过辅助冷却器直接回流入塔。另一部分经产品冷却器(E5)冷却后作为塔顶MTBE产品。蒸汽在主再沸器(E3)壳程中被冷凝的同时，由精馏塔(T1)塔底液相物料进入主再沸器(E3)的管程，管程液体被加热，部分汽化返回精馏塔(T1)，作为上升蒸汽使精馏塔(T1)连续运行，被浓缩的硫化物由塔底出料口排出。
实施例1，MTBE来自于某炼厂催化反应精馏装置，特征为MTBE 99.05％，甲醇0.0123％，叔丁醇0.0324％，甲基仲丁基醚0.51％，水0.00438％，三甲基-2-戊烯0.285％，二异丁烯0.0285％，2-甲基-1-丁烯0.0372％，异戊烷0.0399％，二甲基二硫醚0.0247％，乙基甲基二硫醚0.0149％，甲基叔丁基硫醚0.0051％，二乙基二硫醚0.00175％，二甲基硫醚0.00325％，总硫含量497ppm。精馏塔填料为丝网波纹规整填料，精馏塔理论板数20，精馏塔工作压力常压，进料位置14块理论板，回流比1.6，旁路控制阀关闭，塔顶气体经压缩后，其压力为1.8bar，压缩机出口温度为73.6℃。原料以1250kg/hr进入精馏塔，装置稳定操作后，塔底主换热器热负荷0.261Gcal/h，压缩机功率23.8kw，原料预热器热负荷0.017Gcal/h，塔顶蒸汽冷凝潜热0.279Gcal/h，蒸汽冷凝潜热足够塔底主再沸器和原料预热器使用。在相同分离效果下，相比于普通精馏过程，过程只有压缩机消耗电能，即可将塔顶蒸汽冷凝潜热回收。设备连续运行12h，塔顶获得MTBE中硫含量5-7ppm，MTBE收率可达到99.6％。
实施例2，整体流程与实施例1相同，但不同之处在于：以总硫含量为4188ppm，含硫种类为二甲基二硫醚0.1878％，乙基甲基二硫醚0.1249％，甲基叔丁基硫醚0.0851％，二乙基二硫醚0.01125％，二甲基硫醚0.00975％。纯度为98.95％的MTBE为原料进入该装置，精馏脱硫过程中，精馏塔理论板数20，精馏塔工作压力为常压，进料位置14块理论板，回流比2，旁路控制阀关闭，所述塔顶气体经压缩后，其压力为2bar，压缩机出口温度为77.4℃。原料以1250kg/hr进入精馏塔，装置稳定操作后，塔底主换热器热负荷0.284Gcal/h，压缩机功率30.5kw，原料预热器热负荷0.017Gcal/h，塔顶蒸汽冷凝潜热0.308Gcal/h。在相同分离效果下，相比于普通精馏过程，过程只有压缩机消耗电能，即可将塔顶冷凝器冷凝潜热回收。设备连续运行12h，塔顶获得MTBE中硫含量5-9ppm，MTBE收率可达到99.6％。
实施例3，此实施例整体流程与1相同，该实施例模拟系统能量不足的特殊工况，开启旁路控制阀，绕过辅助冷却器，总硫含量为110ppm。其中，二甲基二硫醚0.0057％，乙基甲基二硫醚0.0039％，甲基叔丁基硫醚0.0009％，二乙基二硫醚0.0005％，二甲基硫醚0.0004％，总硫含量497ppm。纯度为99.2％的MTBE为原料进入该装置，精馏脱硫过程中，精馏塔理论板数20，精馏塔工作压力为常压，进料位置14块理论板，回流比1，所述塔顶气体经压缩后，其压力为1.8bar，压缩机出口温度为73.6℃。原料以1250kg/hr进入精馏塔，装置稳定操作后，塔底主换热器热负荷0.19Gcal/h，压缩机功率17.2kw，原料预热器热负荷0.017Gcal/h，塔顶蒸汽冷凝潜热0.18Gcal/h。塔顶冷凝器冷凝潜热回收基本满足塔底主换热器和原料预热器热量需求，从原料预热器出来的回流流股经旁路控制阀，绕过辅助冷却器后直接回流入塔。设备连续运行12h，塔顶获得MTBE中硫含量6-9ppm，MTBE收率可达到99.7％。
本发明公开和提出的一种脱除MTBE中硫化物的热泵精馏装置及方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，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方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。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 (7)
1.一种脱除MTBE中硫化物的热泵精馏装置，其特征在于：装置包括进料预热器、精馏塔、压缩机、辅助再沸器、主再沸器、辅助冷却器、产品冷却器、缓冲罐和回流泵；在进料预热器上设有壳程入口、壳程出口、管程入口和管程出口，进料预热器的壳程入口与回流泵出口连接，管程入口进料，管程出口进料与精馏塔中部进料口连接；精馏塔中部设有进料口，塔顶部设有塔顶汽相口、回流入口，塔底部设有塔底出料口，塔顶汽相口通过管道与压缩机入口密闭连接，辅助再沸器和主再沸器均设有壳程和管程出入口；辅助再沸器壳程入口和出口与外源蒸汽管道连接，管程通过管道与精馏塔的塔底密闭连接；主再沸器壳程入口与压缩机的出口密闭连接，管程通过管道与精馏塔的塔底密闭连接，壳程出口与缓冲罐入口连接；缓冲罐底部设有液相出料口，液相出料口与回流泵入口连接，回流泵出口与原料预热器壳程入口连接，原料预热器壳程一个出口连接产品冷却器，另一个出口连接塔顶辅助冷却器，冷却器入口处设置旁路控制阀，控制阀与辅助冷却器并联，辅助冷却器出口连接精馏塔塔顶回流入口。
2.如权利要求1所述的热泵精馏装置，其特征在于，所述的压缩机为有机蒸汽压缩机。
3.采用权利要求1的装置进行脱除MTBE中硫化物的热泵精馏方法，其特征是：粗MTBE产品经过进料预热器后进入精馏塔进行脱硫加工，辅助再沸器在精馏塔启动时为精馏塔提供热源，精馏塔塔顶有蒸汽产生后，开启压缩机，辅助再沸器逐渐转换为备用再沸器，精馏塔塔顶蒸汽经压缩机压缩后，出口蒸汽的压力和温度升高，升温升压后的蒸汽进入精馏塔塔底主再沸器冷凝换热，换热后的蒸汽被冷凝为液体，之后进入缓冲罐，再通过回流泵经原料预热器对原料预热后，部分液体经辅助冷却器冷却后作为回流；另一部分经产品冷却器冷却后作为塔顶MTBE产品；蒸汽在主再沸器壳程中被冷凝的同时，由精馏塔塔底液相物料进入主再沸器的管程，管程液体被加热，部分汽化返回精馏塔，从而维持精馏过程的连续进行，被浓缩的硫化物由塔底出料口排出。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是当回流流股温度小于精馏塔塔顶气相温度时，开启旁路控制阀，物流绕过辅助冷却器直接回流入塔。
5.如权利要求3所述的热泵精馏方法，其特征在于，所述的MTBE气体压缩机的操作压缩比为1.8-2.0，用于提供充足热量满足塔底主再沸器和进料预热器的换热要求。
6.如权利要求3所述的热泵精馏方法，其特征在于，所述的压缩后纯MTBE气体的操作压力为1.8-2.0bar，工作温度为73.6-77.4℃。
7.如权利要求3所述的热泵精馏方法，其特征在于，所述的精馏塔工作压力为1bar，精馏塔回流比为0.5-3。
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