CN105669345B - 一种碳四深度脱甲醇与水的成套设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳四深度脱甲醇与水的成套设备，按照流体流向依次为微相分散器、并联式微旋流萃取管组、流体分布器、串联式聚结分离器，配件为界位计、水包等。碳四与水由进口进入微相分散器，在剪切流场的作用破碎为微小液滴，粒径分布范围为10～15μm，碳四、甲醇、水等小液滴充分混合，均匀分布在管道内部；混合后的液体进入到并联式微旋流萃取管组中，充分萃取后的混合液体进入流体分布器中，然后均匀进入到串联式聚结分离器。本发明的有益效果：设备结构简单、操作容易、设备紧凑、占地面积小、停留时间短、分离效率高，处理后的碳四中甲醇含量不超过30ppm，碳四中水含量不超过30ppm，满足后续碳四深加工要求。

Description

一种碳四深度脱甲醇与水的成套设备

技术领域

本发明属于微相分离领域，具体地，涉及一种碳四深度脱甲醇与水的成套设备。

背景技术

1998年国际卫生组织公布了一项报告，报告表明全球空气污染最严重的十大城市中，我国占七个，造成这种状况的主要原因是我国汽、柴油质量还不能适应我国国民经济发展的需要。

21世纪是环保世纪，人们对汽油组分的环保要求日益严格，对石油化工企业提出了更高的要求。炼油企业必须采取有效措施，调整调和组合比例，逐步推广使用新配方汽油，在新配方汽油中重整油、直馏油，特别是催化裂化油将大大下降，而烷基化油因其高辛烷值越来越受到重视，根据总计表明，在欧美地区烷基化油在汽油中的调和比例较高，美国为12.5％，欧洲为7％，而中国不到0.53％，中国的汽柴油中烷基化油市场很大，且由于天然气作为民用燃料逐渐增加，民用液化石油气的需求不断下降，液化石油气与汽油的差价越来越大，给烷基化装置提供了盈利空间。目前烷基化装置一般采用液体硫酸法烷基化工艺和固体酸烷基化工艺，固体酸烷基化工艺方法因其环境友好型得到广泛关注，但固体酸烷基化方法存在反应接触面积小，易堵塞等问题，一直处于研究开发阶段，目前应用较广的是液体硫酸烷基化方法，但硫酸法工艺因其废酸的环保和安全性制约了烷基化装置的生产力，因碳四中存在一些杂质，如甲醇、二甲醚、水等干扰烷基化反应，这些杂质被带入到反应阶段，即会增加催化剂硫酸的消耗，造成大量废酸，也会影响产品的产率和质量。原料中带入的水分会使硫酸浓度下降，从而使异丁烷在酸中的溶解度下降，酸释放H⁺的活性降低，主反应随之减弱，烯烃聚合反应相应增强，以致影响烷基化油的收率和质量，同时增加硫酸的消耗和操作费用。另外，由于硫酸法烷基化装置的设备材质为碳钢，在浓硫酸作用下发生钝化而不宜腐蚀，但原料中的水分带入硫酸后，含水量较多的硫酸则容易造成设备腐蚀。碳四中的甲醇与二甲醚是耗酸的主要杂质，甲醇与硫酸可以发生化学反应，在硫 酸法烷基化中每千克二甲醚耗酸11.1kg，每千克甲醇耗酸26.8kg，对碳四原料进行预处理一方面可以降低生产中的能耗，也可以提高产品的质量，最为重要的是可以大幅度降低废酸处理量，极大的提高烷基化的盈利能力。

传统上，对二甲醚、甲醇、水等杂质的处理方法不尽相同，对于二甲醚主要采用气体分馏方法将二甲醚从碳四中脱除出来。对甲醇主要采用水洗法进行脱除，由于甲醇可以与水任意比例互溶，因此通常采用水作为萃取剂将碳四中萃取脱除碳四原料中的甲醇。若碳四中甲醇含量较高，一般可增加一个甲醇回收塔，回收的甲醇从塔顶抽出作为副产物，回收的萃取水送回甲醇水洗塔循环使用。在烷基化装置中，主要的干燥工艺有3A分子筛的干燥器脱水工艺和聚结器脱水工艺，3A分子筛干燥器脱水工艺是烷基化装置中传统的干燥方式，但分子筛干燥器脱水工艺存在分子筛寿命短、运行成本高、再生周期短等问题，故近年来，聚结器脱水工艺在烷基化装置中应用范围越来越大，聚结器脱水工艺方法的优点是设备投资小、占地面积小、流程简单，是最具有发展前景的干燥工艺。

对甲醇进行脱除，一般都是以水为萃取剂将甲醇由碳四中转移到水中，再利用水与碳四的两相密度差进行分离，故在甲醇脱除与萃取剂水的夹带是一个矛盾的问题。

对传统萃取塔进行结构改进是大多数炼厂中工程师易采用的方法，如中国发明专利CN 204619687U公布了一种改进型水洗塔，水洗塔通过增加水洗水自循环管线，以部分水洗水替代部分去离子水。本发明使得部分水洗水得到重新利用，减少了去离子水的用量，虽可以降低水洗塔运行成本，并没有针对脱除原理提出改进，没有改变水洗塔逆流萃取效果差、单一重力沉降分离效果差的现象，没有改变甲醇的脱除效果差的局面，以及后续萃取水的夹带所造成的不必要的损失。

中国发明专利CN 104225955A公布了一种萃取塔及醚后碳四脱甲醇工艺，对萃取塔内的结构进行改进，提高了碳四中萃取塔中停留时间，提高了甲醇萃取效果，但并未提升萃取塔的分离效果。

因分子筛在干燥工艺中的良好应用，近年来对分子筛在甲醇吸附中的应用研究也是研究人员的热点，但目前尚处于实验室研究中，一方面分子筛吸附使用于265ppm以下范围的甲醇或水的吸附脱除，但在工业装置中，碳四原料中所含的 甲醇含量最低为200～300ppm，但含量波动范围很大，最高时可至5000ppm，因而分子筛在适用范围上就不适用于工业中脱除甲醇，另一方面分子筛吸附剂成本很高，分子筛再生成本高、再生周期短一直是工业中干燥工艺的急需解决的难题。因而采用分子筛直接脱除甲醇和水，不仅存在技术的困难，在工业应用中也存在重重困难。

聚结脱水方法因其环境友好型、成本低廉、运行几乎零成本的优点受到广泛关注，尤其是以亲疏水性高分子纳米材料为填充材料的纤维聚结脱水研究更是研究热点，如中国发明专利ZL 201410210965.3公布了一种油品深度脱水的方法及装置，采用亲疏水性高分子纳米纤维对微量水实现深度脱除，显示了油水两相分离中纤维聚结分离的巨大应用前景。

中国发明专利CN 105016949 A公布了一种碳四深度脱甲醇的方法及装置，提出了一种替代目前水洗塔萃取不完全、分离精度不够的方法，依托微旋流萃取技术与高效模块化聚结分离技术开发出一种碳四深度脱甲醇的技术，实现了碳四中甲醇深度脱除，但在脱除甲醇的过程中必须注入适量的水实现充分萃取，对于高含量甲醇的碳四采用多级装置串联的方式来实现甲醇含量由高向低的降低，为了实现每级装置的充分萃取，串联式的装置在每级都需要注水，这一方面造成了水资源的浪费，另一方面由于每级注水，使得后续中的碳四原料夹带的水含量明显增加，造成后续烷基化反应中一些不必要的酸耗量。

在当前碳四原料脱除甲醇中，急需要一种实现甲醇与萃取剂水的深度分离、低能耗、运行成本低的成套设备。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种碳四碳四深度脱甲醇与水的成套设备，充分发挥了并联式萃取与串联式聚结分离的优势，实现甲醇的深度萃取迁移以及深度分离的过程，高效、快速的脱除碳四中的甲醇，同时降低脱后碳四中微量水的含量，以防微量水夹带至烷基化反应中，造成不必要的损失，满足后续碳四深加工的要求。

本发明的具体技术方案如下：

一种碳四深度脱甲醇与水的成套设备，按照流体流向，所述成套设备依次包括微相分散器、并联的微旋流萃取管组、流体分布器、串联的聚结分离器；

所述微相分散器设置在所述成套设备的底部，距所述成套设备的罐体中心线1000～1600mm；

所述微旋流萃取管组的进口和出口分别由上管板和下管板连接，上下管板之间形成密闭空间，所述密闭空间内是流体通道；

所述流体分布器与所述微旋流萃取管组的出口通过管道连接，管道中流速为0.4～1.0m/s；

所述聚结分离器采用串联式方式布置，对已完成萃取过程的碳四进行分级脱除甲醇，罐体内流速为0.088～0.012m/s。

所述微相分散器将碳四、甲醇与水破碎为粒径10～15μm的小液滴并实现管道内均匀分布；所述微旋流萃取管组使混合微小液滴充分接触，将甲醇萃取转移至水中；所述流体分布器使所述成套设备内的流体流动均匀；所述聚结分离器对碳四与甲醇水溶液进行深度分离。

所述的成套设备还具有配件，所述配件包括界位计、水包。

所述微相分散器中流速为0.5～0.8m/s；

所述微旋流萃取管组的进口流速为2～4m/s；单根微旋流萃取管的进口直径为50～100mm，出口直径为30～50mm。

碳四原料出口与所述微相分散器入口相连接，所述微相分散器出口与所述微旋流萃取管组入口相连接，所述微旋流萃取管组出口与所述流体分布器入口相连接，所述聚结分离器出口分别与甲醇回收塔和后续碳四深加工装置入口相连接。

与现有技术相比，本发明提供的一种碳四深度脱甲醇与水的成套设备具有下述优点：

(1)与传统水洗塔相比，本发明提供的成套设备处理速度快、高效；停留时间不超过300s，脱后碳四的甲醇含量不超过30ppm，水含量不超过30ppm，在满足后续烷基化加工要求的基础上，大大降低了装置运行成本；

(2)与多级分体式串联连接的碳四脱甲醇装置相比，本发明提供的成套设备合理分别采用串并联的方式，实现最大程度萃取的同时，降低耗水量，降低脱后碳四中夹带的微量水的含量，减少不必要的损失；

(3)与分子筛吸附塔相比，本发明提供的成套设备结构简单，易于操作，设备紧凑、占地面积小，运行成本小，易于后续维护；

(4)利用微旋流管变径的结构，使混合液体在离心场的作用下充分萃取，满足后续碳四深加工要求。

附图说明

图1是实施例1的成套设备的结构示意图；

图2是微旋流萃取的工作原理示意图。

符号说明

1 微相分散器；2 并联式微旋流萃取管组；3 流体分布器；

4 界位计；5 一级聚结分离器；6 界位计；7 二级聚结分离器；

8 界位计；9 水包；10 水包；

F1 碳四原料；F2 脱盐水；F3 脱后碳四；F4 甲醇水溶液。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的技术方案进行具体描述，但实施例只用于对本发明进一步说明，并不限制本发明的保护范围。

实施例1

图1是本实施例的成套设备的结构示意图，如图所示，按照流体流动方向，碳四原料F1与脱盐水F2进口进入微相分散器1中，在剪切流场的作用破碎为微小液滴，粒径分布范围为10～15μm，碳四、甲醇、水等小液滴充分混合，均匀分布在微相分散器1的管道内部；混合后的液体进入到并联式微旋流萃取管组2中，利用微旋流管变径的结构，混合液体在离心场的作用下充分萃取，充分萃取后的混合液体进入流体分布器3中，然后均匀进入到一级聚结分离器5，实现初步分离；再进入到二级聚结分离器7中，实现深度分离甲醇与水；甲醇水溶液F4在重力沉降的作用下，快速沉降至水包9和水包10中，再排至甲醇回收塔中；脱后碳四F3由出口输送到后续烷基化反应装置中。

实施例2

山东某地炼公司，烷基化车间水洗塔碳四原料含甲醇1000～5000ppm，进口甲醇含量波动范围较大，甲醇水洗塔脱除效果差，导致后续烷基化装置中甲醇含量严重超标，酸耗量与废酸量居高不下，针对这种情况，采用并联连接26根微旋流萃取管、串联连接二级分离装置取代原有烷基化车间水洗塔，处理量30t/h，温度30～40℃，进水量为5％，设备压降不超过0.06Mpa，技术要求在进口不大 于5000ppm，出口不大于30ppm。设备开工标定采样数据分析如表1所示。

表1

鉴定结果表明，采用并联连接26根微旋流萃取管、串联连接二级分离装置可以取代原有烷基化车间水洗塔，并且甲醇脱除效果达到技术要求，脱后碳四甲醇含量在30ppm以下，后续水滴夹带量也在控制范围内，水含量在30ppm以下。

实施例3

山东某地炼公司，醚化车间水洗塔碳四原料含甲醇40000～50000ppm，进口甲醇较高，甲醇水洗塔脱除效果差，导致后续烷基化装置中甲醇含量严重超标，酸耗量与废酸量居高不下，针对这种情况，采用并联连接12根微旋流萃取管、串联连接三级分离装置取代原有烷基化车间水洗塔，处理量10t/h，温度30～40℃，进水量为8％，设备压降不超过0.06Mpa，技术要气在进口不大于50000ppm，出口不大于30ppm。设备开工标定采样数据分析如表2所示。

表2

鉴定结果表明，采用并联连接12根微旋流萃取管、串联连接三级分离装置可以取代原有，醚化车间水洗塔，并且甲醇脱除效果达到技术要求，脱后碳四甲醇含量在30ppm以下，后续水滴夹带量也在控制范围内，水含量在30ppm以下。

综上所述仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (6)

1.一种碳四深度脱甲醇与水的成套设备，其特征在于，按照流体流向，所述成套设备依次包括微相分散器、并联的微旋流萃取管组、流体分布器、串联的聚结分离器；

所述微相分散器设置在所述成套设备的底部，距所述成套设备的罐体中心线1000～1600mm；

所述微旋流萃取管组的进口和出口分别由上管板和下管板连接，上下管板之间形成密闭空间，所述密闭空间内是流体通道；

所述流体分布器与所述微旋流萃取管组的出口通过管道连接，管道中流速为0.4～1.0m/s；

所述聚结分离器采用串联式方式布置，对已完成萃取过程的碳四进行分级脱除甲醇，罐体内流速为0.088～0.012m/s。

2.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，所述微相分散器将碳四、甲醇与水破碎为粒径10～15μm的小液滴并实现管道内均匀分布；所述微旋流萃取管组使混合微小液滴充分接触，将甲醇萃取转移至水中；所述流体分布器使所述成套设备内的流体流动均匀；所述聚结分离器对碳四与甲醇水溶液进行深度分离。

3.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，还具有配件，所述配件包括界位计、水包。

4.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，所述微相分散器中流速为0.5～0.8m/s。

5.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，所述微旋流萃取管组的进口流速为2～4m/s；单根微旋流萃取管的进口直径为50～100mm，出口直径为30～50mm。

6.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，碳四原料出口与所述微相分散器入口相连接，所述微相分散器出口与所述微旋流萃取管组入口相连接，所述微旋流萃取管组出口与所述流体分布器入口相连接，所述聚结分离器出口分别与甲醇回收塔和后续碳四深加工装置入口相连接。