CN105669352A - 乙苯苯乙烯节能分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乙苯苯乙烯节能分离方法,主要解决以往技术中苯乙烯分离系统工业装置能耗高的问题。本发明通过采用包括以下步骤:a)主要含乙苯和苯乙烯的脱氢液进入乙苯/苯乙烯分离塔T101,得到含苯、甲苯、乙苯的塔顶气物流Ⅰ和含苯乙烯的塔釜液物流Ⅱ;b)物流Ⅰ进入乙苯/水共沸蒸发器,加热界外来的乙苯/水混合物,得到换热后的乙苯/水共沸物物流Ⅲ,物流Ⅰ冷凝后部分采出进入乙苯分离塔;c)乙苯分离塔分为两塔(T102A、B)操作,T102A塔压力较高、T102B塔压力较低,A塔顶气相用于加热B塔底部液体的技术方案,较好地解决了该技术问题,可用于乙苯/苯乙烯分离的工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种乙苯苯乙烯节能分离方法。
背景技术
苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一,工业上主要由乙苯通过脱氢法制得,用于自聚制造聚苯乙烯和发泡聚苯乙烯,还能与其他的不饱和化合物共聚制造合成橡胶和树脂等多种产物,如苯乙烯/丁二烯共聚胶乳、丁苯橡胶和胶乳、不饱和聚酯以及其它如苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯胶乳、离子交换树脂和药物等。
苯乙烯生产工艺中精馏部分的关键在于乙苯和苯乙烯的分离,由于乙苯和苯乙烯的沸点差很小,常压下相差仅9℃,因此分离塔理论板数通常在80块以上,回流比>7,同时苯乙烯具有热敏性,在100℃以上聚合速率明显上升,为此工业上乙苯/苯乙烯分离塔采用负压操作,塔釜温度限制在120℃以内以减少苯乙烯聚合,塔顶温度低于100℃,无法发生蒸汽利用其热量,造成苯乙烯分离塔能耗非常高,据统计,乙苯/苯乙烯分离塔的低压蒸汽用量占整个苯乙烯单元的30%以上,冷却水用量也占整个苯乙烯单元的近40%,综合能耗占苯乙烯单元的30%~40%。
乙苯/苯乙烯分离塔之后的乙苯分离塔能耗也较高,其主要功能是分离苯、甲苯(塔顶)和乙苯(塔釜),考虑到塔釜的加热介质,塔顶的操作温度通常低于110℃,其能量也难以利用,造成整个苯乙烯分离系统能耗很高。
针对上述问题,已有一些专利提出了不同的改进方法。中国专利ZL85102732提出的热泵精馏技术,但该方法进入压缩机的气体量较大,对压缩机要求高,设备投资大,操作性不高。
中国专利ZL99807390.3提出的乙苯/苯乙烯塔的串联重沸。但乙苯/苯乙烯分离塔釜温度过高,苯乙烯聚合损失较大。
中国专利ZL200510083832.5提出将乙苯/苯乙烯分离塔分为高低压塔操作,可降低苯乙烯分离能耗,但是考虑到苯乙烯易聚合的特点,其高压塔的操作压力和温度受到限制,低压塔再沸器冷热端温差小于10℃,设计难度大,需采用特殊设计的再沸器,制造成本高,同时高压塔塔釜温度高造成苯乙烯聚合损失仍然较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往技术中苯乙烯分离系统工业装置能耗高的问题。提供一种新的乙苯苯乙烯节能分离方法。该方法具有可大幅降低苯乙烯分离系统能耗的特点。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:一种乙苯苯乙烯节能分离方法,包括以下步骤:a)主要含乙苯和苯乙烯的脱氢液进入乙苯/苯乙烯分离塔T101,得到含苯、甲苯、乙苯的塔顶气物流Ⅰ和含苯乙烯的塔釜液物流Ⅱ;b)物流Ⅰ进入乙苯/水共沸蒸发器,加热界外来的乙苯/水混合物,得到换热后的乙苯/水共沸物物流Ⅲ,物流Ⅰ冷凝后部分采出进入乙苯分离塔;c)乙苯分离塔用于分离苯、甲苯和乙苯,塔顶为苯和甲苯,塔釜为乙苯,分为两塔(T102A、B)操作,T102A塔压力较高、T102B塔压力较低,A塔顶气相用于加热B塔底部液体。
上述技术方案中,乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力为20~45kPaA,优选30~40kPaA,操作温度为85~110℃,优选95~105℃,操作回流比为5~12,优选6~10;乙苯/水共沸物中乙苯摩尔百分含量为20~40%,共沸操作压力为80~120kPaA,共沸温度为80~110℃;乙苯/水共沸蒸发器采用立式管壳式换热器结构,蒸发器管程为乙苯/水的混合物,壳程为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气,冷热端温差为5~25℃;乙苯分离塔T102A的操作压力高于乙苯分离塔T102B;物流Ⅰ分两股进入乙苯分离塔A和塔B,其中进入乙苯分离塔A的物流与进入塔B的物流的重量比为4:6~6:4,优选1:1,A、B两塔理论板数20~60,进料位置为自塔顶往下10~40理论板位置;乙苯分离塔T102A的塔顶压力为100~700KpaA,优选300~500KpaA,塔顶操作温度为100~190℃,优选145~170℃,操作回流比为10~20,优选12~18,,乙苯分离塔T102B的塔顶压力为10~200KpaA,优选100~200KpaA;塔釜操作温度为68~165℃,优选135~160℃,操作回流比为10~20,优选12~18;乙苯分离塔T102B再沸器采用降膜式再沸器,壳程为T102A塔塔顶气,管程为T102B塔塔釜液,冷热端换热温差为5~30℃。
本发明中,乙苯/苯乙烯分离塔塔顶设乙苯/水共沸蒸发器,用塔顶气加热乙苯/水的混合物,使之共沸蒸发作为原料进入反应区,同时乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气得到冷凝,相比于常规分离方法,乙苯/苯乙烯塔顶低温热得到有效利用,节省了大量蒸发乙苯/水混合物的水蒸汽和使塔顶气冷凝的冷却水。
乙苯分离塔采用变压双塔操作,高压塔塔顶气用来加热低压塔塔釜液,节省了高压塔塔顶气体冷凝所需的冷却水用量和低压塔塔釜再沸器所需的水蒸气用量,同时由于该塔处理物流不含苯乙烯,不需要考虑苯乙烯的聚合损失问题,因此高压塔塔釜可以在较高温度下操作,意味着低压塔再沸器可以有较大的冷热段温差,再沸器设计简单,设备投资低。
采用本发明的技术方案,乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气用来蒸发原料乙苯和水的混合物,低温热得到有效利用,乙苯分离塔分两塔变压操作也有效利用了乙苯分离塔塔顶的低温热,关键设备低压塔再沸器设计温差大,投资少,该技术方案可降低苯乙烯分离能耗达40~60%,取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为采用本发明技术方案的苯乙烯分离系统工艺流程。
图2为采用典型的苯乙烯分离系统现有技术工艺流程。
图1中,T101为乙苯/苯乙烯分离塔,T102A为高压乙苯分离塔,T102B为低压乙苯分离塔,E101为乙苯/水共沸器,E102为低压乙苯分离塔再沸器,1为来自反应单元的脱氢液,2为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气(即塔顶气物流Ⅰ),3为乙苯/苯乙烯分离塔塔釜液(即含苯乙烯的塔釜液物流Ⅱ),4为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气冷凝后采出物流,5为去高压乙苯分离塔物料,6为去低压乙苯分离塔物料,7为高压乙苯分离塔塔顶气,8为高压乙苯分离塔塔釜液,9为低压乙苯分离塔塔顶气经水冷后的采出冷凝液,10为低压乙苯分离塔塔釜液,11为循环乙苯,12为苯和甲苯,13为水和乙苯混合物,14为乙苯/水共沸物(即乙苯/水共沸物流Ⅲ)。
图1中,来自反应单元的脱氢液1进入乙苯/苯乙烯分离塔T101,主要含苯、甲苯和乙苯的塔顶气物流2(即含苯、甲苯的塔顶气物流Ⅰ)进入乙苯/水共沸器E101,加热界外来的乙苯/水混合物13,使之共沸蒸发,乙苯/水共沸物流14(即乙苯/水共沸物流Ⅲ)进入反应区,主要含苯乙烯的塔釜液3去进一步精制。乙苯/苯乙烯分离塔T101塔顶气2冷凝后的采出物料4分为两股,一股物流5进入高压乙苯分离塔T102A,另一股物流6进入低压乙苯分离塔T102B,高压乙苯分离塔塔顶气7经低压乙苯分离塔再沸器E102冷凝后与来自低压乙苯分离塔塔顶冷凝液9混合,混合后物流(主要含苯和甲苯)12进入后续单元,高压乙苯分离塔塔釜液8和低压乙苯分离塔塔釜液10混合后物流11作为循环乙苯返回反应单元。
图2中,T101为乙苯/苯乙烯分离塔,T102为乙苯分离塔,1为来自反应单元的脱氢液,2为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气经水冷冷凝后的采出物流(主要含苯、甲苯和乙苯),3为乙苯/苯乙烯分离塔塔釜液(主要含苯乙烯),4为乙苯分离塔塔顶气经水冷冷凝后的采出物料(主要含苯和甲苯),5为乙苯分离塔塔釜液(循环乙苯)。
图2中,来自反应单元的脱氢液1进入乙苯/苯乙烯分离塔T101,主要含苯、甲苯和乙苯的塔顶气经水冷换热器冷凝后的采出物流2进入乙苯分离塔T102,乙苯分离塔T102塔顶为主要含苯和甲苯的塔顶气,经水冷冷凝后的采出物流4进入后续单元,乙苯分离塔T102塔塔釜液5主要为乙苯,作为循环乙苯返回反应区。其中T101和T102塔的塔顶气均采用冷却水冷凝,塔釜再沸器均采用水蒸气作为加热介质。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时),其苯乙烯分离系统采用图1的工艺,乙苯/苯乙烯分离塔进料流量为21.5吨/小时,重量百分组成为:苯0.4%,甲苯1.4%,乙苯36%,苯乙烯60%,重组分2.2%,乙苯/水混合物(物流13)的摩尔组成为:乙苯25%,水75%,主要操作条件及消耗见表1:
表1
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶压力kPaA | 38 |
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶温度℃ | 101 |
乙苯/苯乙烯塔操作回流比 | 6 |
乙苯/水共沸压力kPaA | 92 |
乙苯/水共沸温度℃ | 90 |
乙苯/水共沸器E101换热温差,℃ | 11 |
乙苯/水共沸器E101换热面积m2 | 1100 |
乙苯分离塔T102A与T102B塔原料分配比 | 1:1 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶压力kPaA | 700 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶温度,℃ | 190 |
低压乙苯分离塔T102B塔顶压力kPaA | 200 |
低压乙苯分离塔T102B塔釜温度,℃ | 165 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热温差,℃ | 25 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热面积,m2 | 40 |
低压乙苯分离塔再沸器E102结构型式 | 列管式 |
苯乙烯装置耗低压蒸汽 吨/小时 | 23 |
苯乙烯装置耗循环水 吨/小时 | 1200 |
苯乙烯装置耗电 千瓦 | 600 |
精馏单元一次性投资 万元 | 6500 |
【实施例2】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时),其苯乙烯分离系统采用图1的工艺,乙苯/苯乙烯分离塔进料流量为21.5吨/小时,重量百分组成为:苯0.3%,甲苯1.0%,乙苯35%,苯乙烯61%,重组分1.8%,乙苯/水混合物(物流13)的摩尔组成为:乙苯22%,水78%,主要操作条件及消耗见表2:
表2
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶压力kPaA | 40 |
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶温度℃ | 103 |
乙苯/苯乙烯塔操作回流比 | 8 |
乙苯/水共沸压力kPaA | 100 |
乙苯/水共沸温度℃ | 92 |
乙苯/水共沸器E101换热温差℃ | 11 |
乙苯/水共沸器E101换热面积m2 | 1100 |
乙苯分离塔T102A与T102B塔原料分配比 | 0.55:0.45 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶压力kPaA | 500 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶温度℃ | 169 |
低压乙苯分离塔T102B塔顶压力kPaA | 100 |
低压乙苯分离塔T102B塔釜温度℃ | 136 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热温差℃ | 33 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热面积m2 | 35 |
低压乙苯分离塔再沸器E102结构型式 | 列管式 |
苯乙烯装置耗低压蒸汽 吨/小时 | 24 |
苯乙烯装置耗循环水 吨/小时 | 1250 |
苯乙烯装置耗电 千瓦 | 620 |
精馏单元一次性投资 万元 | 6450 |
【实施例3】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时),其苯乙烯分离系统采用图1的工艺,乙苯/苯乙烯分离塔进料流量为21.5吨/小时,重量百分组成为:苯0.5%,甲苯1.5%,乙苯37%,苯乙烯59%,重组分2.0%,乙苯/水混合物(物流13)的摩尔组成为:乙苯20%,水80%,主要操作条件及消耗见表3:
表3
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶压力kPaA | 30 |
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶温度℃ | 96 |
乙苯/苯乙烯塔操作回流比 | 9 |
乙苯/水共沸压力kPaA | 82 |
乙苯/水共沸温度℃ | 87 |
乙苯/水共沸器E101换热温差℃ | 9 |
乙苯/水共沸器E101换热面积m2 | 1400 |
乙苯分离塔T102A与T102B塔原料分配比 | 0.45:0.55 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶压力kPaA | 400 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶温度,℃ | 158 |
低压乙苯分离塔T102B塔顶压力kPaA | 50 |
低压乙苯分离塔T102B塔釜温度,℃ | 111 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热温差,℃ | 47 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热面积m2 | 28 |
低压乙苯分离塔再沸器E102结构型式 | 列管式 |
苯乙烯装置耗低压蒸汽 吨/小时 | 24.5 |
苯乙烯装置耗循环水 吨/小时 | 1300 |
苯乙烯装置耗电 千瓦 | 650 |
精馏单元一次性投资 万元 | 6700 |
【实施例4】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时),其苯乙烯分离系统采用图1的工艺,乙苯/苯乙烯分离塔进料流量为21.5吨/小时,重量百分组成为:苯0.2%,甲苯1.0%,乙苯34%,苯乙烯63%,重组分1.8%,乙苯/水混合物(物流13)的摩尔组成为:乙苯40%,水60%,主要操作条件及消耗见表4:
表4
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶压力kPaA | 35 |
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶温度℃ | 100 |
乙苯/苯乙烯塔操作回流比 | 8.6 |
乙苯/水共沸压力kPaA | 85 |
乙苯/水共沸温度℃ | 88 |
乙苯/水共沸器E101换热温差℃ | 12 |
乙苯/水共沸器E101换热面积m2 | 1050 |
乙苯分离塔T102A与T102B塔原料分配比 | 0.6:0.4 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶压力kPaA | 100 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶温度℃ | 128 |
低压乙苯分离塔T102B塔顶压力kPaA | 10 |
低压乙苯分离塔T102B塔釜温度℃ | 68 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热温差℃ | 60 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热面积m2 | 20 |
低压乙苯分离塔再沸器E102结构型式 | 列管式 |
苯乙烯装置耗低压蒸汽 吨/小时 | 24.3 |
苯乙烯装置耗循环水 吨/小时 | 1200 |
苯乙烯装置耗电 千瓦 | 610 |
精馏单元一次性投资 万元 | 6100 |
【实施例5】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时),其苯乙烯分离系统采用图1的工艺,乙苯/苯乙烯分离塔进料流量为22吨/小时,重量百分组成为:苯0.35%,甲苯1.2%,乙苯36%,苯乙烯60.5%,重组分1.5%,乙苯/水混合物(物流13)的摩尔组成为:乙苯30%,水70%,主要操作条件及消耗见表5:
表5
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶压力kPaA | 45 |
乙苯/苯乙烯塔T101塔顶温度℃ | 108 |
乙苯/苯乙烯塔操作回流比 | 10 |
乙苯/水共沸压力kPaA | 120 |
乙苯/水共沸温度℃ | 94 |
乙苯/水共沸器E101换热温差℃ | 14 |
乙苯/水共沸器E101换热面积m2 | 900 |
乙苯分离塔T102A与T102B塔原料分配比 | 4:6 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶压力kPaA | 300 |
高压乙苯分离塔T102A塔顶温度℃ | 145 |
低压乙苯分离塔T102B塔顶压力kPaA | 100 |
低压乙苯分离塔T102B塔釜温度℃ | 135 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热温差℃ | 10 |
低压乙苯分离塔再沸器E102换热面积m2 | 95 |
低压乙苯分离塔再沸器E102结构型式 | 降膜式 |
苯乙烯装置耗低压蒸汽 吨/小时 | 24.6 |
苯乙烯装置耗循环水 吨/小时 | 1400 |
苯乙烯装置耗电 千瓦 | 700 |
精馏单元一次性投资 万元 | 6600 |
【比较例1】
某10万吨/年苯乙烯装置(年操作时数8000小时),其苯乙烯分离系统采用图2的工艺,乙苯/苯乙烯分离塔进料流量为21.5吨/小时,重量百分组成为:苯0.4%,甲苯1.4%,乙苯36%,苯乙烯60%,重组分2.2%,主要操作条件及消耗见表6:
表6
乙苯/苯乙烯分离塔塔顶压力kPaA | 12 |
乙苯/苯乙烯分离塔塔顶温度℃ | 71 |
乙苯/苯乙烯分离塔塔回流比 | 8 |
苯乙烯装置耗低压蒸汽 吨/小时 | 34 |
苯乙烯装置耗循环水 吨/小时 | 2000 |
苯乙烯装置耗电 千瓦 | 550 |
精馏单元一次性投资 万元 | 5800 |
Claims (10)
1.一种乙苯苯乙烯节能分离方法,包括以下步骤:
a)主要含乙苯和苯乙烯的脱氢液进入乙苯/苯乙烯分离塔T101,得到含苯、甲苯、乙苯的塔顶气物流Ⅰ和含苯乙烯的塔釜液物流Ⅱ;
b)物流Ⅰ进入乙苯/水共沸蒸发器,加热界外来的乙苯/水混合物,得到换热后的乙苯/水共沸物物流Ⅲ,物流Ⅰ冷凝后部分采出进入乙苯分离塔;
c)乙苯分离塔用于分离苯、甲苯和乙苯,塔顶为苯和甲苯,塔釜为乙苯,分为T102A和T102B两塔操作,塔A顶气相用于加热塔B底部液体。
2.根据权利要求1所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力为20~45kPaA,操作温度为85~110℃,操作回流比为5~12。
3.根据权利要求2所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯/苯乙烯分离塔塔顶操作压力为30~40kPaA,操作温度为95~105℃,操作回流比为6~10。
4.根据权利要求1所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯/水共沸物中乙苯摩尔百分含量为20~40%,共沸操作压力为80~120kPaA,共沸温度为80~110℃。
5.根据权利要求1所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯/水共沸蒸发器采用立式管壳式换热器结构,蒸发器管程为乙苯/水的混合物,壳程为乙苯/苯乙烯分离塔塔顶气,冷热端温差为5~25℃。
6.根据权利要求1所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯分离塔T102A的操作压力高于乙苯分离塔T102B;物流Ⅰ分两股进入乙苯分离塔A和塔B,其中进入乙苯分离塔A的物流与进入塔B的物流的重量比为(4:6)~(6:4),塔A、塔B两塔理论板数20~60,进料位置为自塔顶往下10~40理论板位置。
7.根据权利要求6所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于物流Ⅰ分两股进入乙苯分离塔A和塔B,其中进入乙苯分离塔A的物流与进入塔B的物流的重量比为1:1。
8.根据权利要求1所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯分离塔T102A的塔顶压力为100~700KpaA,塔顶操作温度为100~190℃,操作回流比为10~20,乙苯分离塔T102B的塔顶压力为10~200KpaA,塔釜操作温度为68~165℃,操作回流比为10~20。
9.根据权利要求8所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯分离塔T102A的塔顶压力为300~500KpaA,塔顶操作温度为145~170℃,操作回流比为12~18。乙苯分离塔T102B的塔顶压力为100~200KpaA,塔釜操作温度为135~160℃,操作回流比为12~18。
10.根据权利要求1所述的乙苯苯乙烯节能分离方法,其特征在于乙苯分离塔T102B再沸器采用热虹吸再沸器或降膜式再沸器,壳程为T102A塔的塔顶气,管程为T102B塔的塔釜液,冷热端换热温差为5~30℃。
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