CN106083514A - 一种隔壁塔热泵精馏分离松节油的工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种隔壁塔热泵精馏分离松节油的工艺及装置，所述装置包括：隔壁塔的内腔分为初馏段、侧线段、公共精馏段以及公共提馏段，隔壁塔上具有进料口、侧线出口、塔顶出口和塔釜出口；压缩机入口与塔顶出口连通；压缩机出口与第一流体通道入口连通，第二流体通道入口与塔釜出口连通，第二流体通道出口与公共提馏段连通；减压阀入口与第一流体通道出口连通；冷却器入口与减压阀出口连通；回流罐入口与冷却器出口连通，回流罐出口与公共精馏段连通。本发明采用隔壁塔对松节油中的组分进行分离，利用热泵技术对塔顶与塔釜进行热集成，利用压缩机对塔顶蒸汽加压升温作为再沸器的热源，提高了精馏过程的热力学效率，减少了设备投资和过程能耗。

Description

一种隔壁塔热泵精馏分离松节油的工艺及装置

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种隔壁塔热泵精馏分离松节油的工艺及装置。

背景技术

松节油是世界上产量最大的一种天然精油，是我国重要的林产化工产品之一，产量约占全世界的1/4，居世界第二位。松节油的主要成分α-蒎烯和β-蒎烯为具有C10骨架的双环单萜，可以发生异构、氧化、脱氢等多种化学反应，是香料、医药及精细有机合成工业的重要原料。为了提高松节油的产品附加值和其在深加工合成反应中的转化率，需将松节油中的α-蒎烯和β-蒎烯分离，纯度越高，价值越大。

由于松节油的组成复杂，除了α-蒎烯和β-蒎烯以外，还有莰烯、蒈烯、柠檬烯等，这些组分大多互为同分异构体，因此，将其分离提纯是一个较为困难的过程。分离松节油的常规方法主要有精馏法、精馏与催化异构法等，这些分离过程存在投资大、能耗高等缺点，且随着近年来能源价格的持续上涨，迫切需要开发新的节能工艺及装置。

中国专利CN86104632A公开了一种从松节油中高效提取α-蒎烯和β-蒎烯的方法。通过在松节油中加入乙二醇，利用配有特用分布器的、理论塔板数不多的精馏塔在减压下进行分离提取α-蒎烯和β-蒎烯。但是生产中要用到添加剂乙二醇，在其回收和排放过程中会增大能源消耗并且造成环境问题。

中国专利CN104557382B公开了一种从松节油中分离提纯蒎烯的方法，在松香生产过程中利用α-蒎烯、β-蒎烯、双戊烯、长叶烯沸点不同的性质以及松香蒸馏产生的余热，设置三个分凝塔，然后通过松节油喷淋技术以及控制三个分凝塔出口的温度分别得到长叶烯、α-蒎烯、β-蒎烯、双戊烯，从而不需要增加其它精馏设备对松节油的各成分进行提纯。该方法在分离α-蒎烯和β-蒎烯时没有考虑α-蔚烯和崁烯，从而使分离得到的α-蒎烯和β-蒎烯的纯度相对较低，影响其使用效果。

中国专利CN104130093B公开了一种从松节油中连续分离α-蒎稀、β-蒎稀的方法，对原料进行预热处理，采用填料塔真空精馏，先以回流比8:1～10:1，收集α-蒎稀，再以回流比20:1～30:1，缓慢收集中间馏分，最后以回流比8:1～15:1，收集β-蒎稀，蒸馏结束后在不冷却精馏塔和破除真空条件下，通过塔釜和残液罐间的压差排料，实现间歇蒸馏的连续化操作。但是该方法存在操作复杂、能耗大等问题。

发明内容

本发明的发明人通过研究得知，隔壁塔(Dividing Wall Column，简称DWC)是在精馏塔中设置一垂直壁，也可将垂直壁延伸至塔顶或塔釜。隔壁塔是热力学上较理想的系统结构，在分离3组分混合物时，用相同的理论板数，甚至更少的理论板数，完成同样的分离任务，采用隔壁塔比传统的两塔流程需更少的再沸热量和冷凝量。对于某些给定的物料，隔壁塔和常规精馏塔相比需更小的回流比，故操作容量增大，节能最高可达到60％以上，可节省设备投资30％左右。而热泵精馏是一种非常有效的节能手段，通过补偿或消耗机械功，把精馏塔塔顶低温处的热量传递到塔釜高温处，将塔顶低温蒸汽经压缩机加压升温后用作塔釜再沸器的热源，从而达到节能的目的。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，可以大大提高精馏过程的热力学效率、显著减少生产设备投资和过程能耗。

本发明的另一目的在于提出一种隔壁塔热泵精馏分离松节油的工艺。

根据本发明实施例的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，包括：隔壁塔，所述隔壁塔内设有垂直布置的隔板以将所述隔壁塔的内腔分为位于所述隔板左侧的初馏段、位于所述隔板右侧的侧线段、位于所述隔板上面的公共精馏段以及位于所述隔板下面的公共提馏段，所述隔壁塔上具有与所述初馏段连通的进料口、与所述侧线段连通的侧线出口、与所述公共精馏段连通的塔顶出口和与所述公共提馏段连通的塔釜出口；压缩机，所述压缩机的入口与所述塔顶出口连通；再沸器，所述再沸器具有互相间隔的第一流体通道和第二流体通道，其中，所述压缩机的出口与所述第一流体通道的入口连通，所述第二流体通道的入口与所述塔釜出口连通，所述第二流体通道的出口与所述公共提馏段连通；减压阀，所述减压阀入口与所述第一流体通道的出口连通；冷却器，所述冷却器的入口与所述减压阀的出口连通；回流罐，所述回流罐的入口与冷却器的出口连通，所述回流罐的出口与所述公共精馏段连通。

根据本发明实施例的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，首先采用隔壁塔对松节油中的组分进行分离，并利用热泵技术对塔顶与塔釜进行热集成，利用压缩机对塔顶蒸汽加压升温来作为塔釜再沸器的热源，在保证α-蒎烯、β-蒎烯产品质量的前提下，不仅极大的提高了精馏过程的热力学效率，而且显著减少了生产设备投资和过程能耗。

另外，根据本发明上述实施例的分离松节油的装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个示例，所述隔壁塔为板式塔、填料塔或者板式-填料混合塔。

根据本发明的一个示例，所述隔板的高度为所述隔壁塔塔高的25％～75％。

根据本发明的一个示例，所述隔板设置成使所述初馏段的横截面积与所述侧线段的横截面积之比为(1～3):1。

根据本发明的一个示例，所述隔壁塔的操作压力为5kPa～95kPa，塔顶温度为60℃～155℃，塔釜温度为85℃～175℃。

根据本发明的一个示例，所述压缩机的压缩比为2.5～4.5。

根据本发明实施例的分离松节油的工艺，采用上述任一项所述的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置进行，包括以下步骤：

分离：使松节油原料通过所述进料口进入所述隔壁塔内进行分离，其中，含有α-蒎烯的第一混合物从塔顶出口馏出，含有β-蒎烯的第二混合物从侧线出口馏出，含有重组分杂质的第三混合物从塔釜出口馏出；

换热：使从所述塔顶出口馏出的所述第一混合物进入所述压缩机，被所述压缩机压缩加热后，进入所述再沸器的第一流体通道；一部分所述第三混合物进入所述再沸器的第二流体通道；所述第一混合物与一部分所述第三混合物在所述再沸器内进行换热；

回流：经换热的所述第一混合物流经减压阀、冷却器后进入回流罐，一部分所述第一混合物从所述回流罐采出，另一部分所述第一混合物回流到所述公共精馏段；经换热的一部分所述第三混合物离开所述再沸器并返回到所述公共提馏段。

根据本发明的一个示例，所述松节油原料中，α-蒎烯占所述松节油原料的重量比为48％～85％，β-蒎烯占所述松节油原料的重量比为5％～49％。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置。

根据本发明实施例的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，包括：隔壁塔100，压缩机200，再沸器300，减压阀400，冷却器500，回流罐600。

具体而言，隔壁塔100内设有垂直布置的隔板111以将隔壁塔100的内腔分为位于隔板111左侧的初馏段110、位于隔板111右侧的侧线段120、位于隔板111上面的公共精馏段130以及位于隔板111下面的公共提馏段140，隔壁塔100上具有与初馏段连通的进料口101、与侧线段120连通的侧线出口102、与公共精馏段130连通的塔顶出口103和与公共提馏段140连通的塔釜出口104。有利地，隔壁塔100可以为板式塔、填料塔或者板式-填料混合塔。

压缩机200的入口201与塔顶出口103连通。

再沸器300具有互相间隔的第一流体通道和第二流体通道。其中，压缩机200的出口202与所述第一流体通道的入口311连通，所述第二流体通道的入口321与塔釜出口104连通，所述第二流体通道的出口322与公共提馏段140连通。

减压阀400的入口与所述第一流体通道的出口312连通。

冷却器500的入口与减压阀400的出口连通。

回流罐600的入口601与冷却器500的出口连通，回流罐600的出口602与公共精馏段130连通。

根据本发明实施例的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，首先采用隔壁塔对松节油中的组分进行分离，并利用热泵技术对塔顶与塔釜进行热集成，利用压缩机对塔顶蒸汽加压升温来作为塔釜再沸器的热源，在保证α-蒎烯、β-蒎烯产品质量的前提下，不仅极大的提高了精馏过程的热力学效率，而且显著减少了生产设备投资和过程能耗。

根据本发明的一个示例，隔板111的高度为隔壁塔100塔高的25％～75％。隔板111设置成使初馏段110的横截面积与侧线段120的横截面积之比为(1～3):1。隔壁塔100的操作压力为5kPa～95kPa，塔顶温度为60℃～155℃，塔釜温度为85℃～175℃。压缩机200的压缩比为2.5～4.5。

换言之，如图1所示，本发明中所采用的设备有隔壁塔100、压缩机200、再沸器300、减压阀400、冷却器500、回流罐600以及管路等其它辅助设备。

本发明所述的工艺方法为：松节油原料从进料口101进入隔壁塔100，在塔内实现α-蒎稀、β-蒎稀以及重组分杂质的分离。即，含有α-蒎稀的第一混合物从塔顶出口103馏出，含有β-蒎稀的第二混合物从侧线出口102馏出，含有重组分杂质的第三混合物从塔釜出口104馏出。

第一混合物进入压缩机200，进行加压升温后进入再沸器300的第一流体通道，作为热源为塔釜提供热量(即，在再沸器300内，第一混合物与第三混合物进行换热)，被冷却后的第一混合物进入减压阀400，经减压后进入冷却器500，冷却后的第一混合物进入回流罐600，来自回流罐600的第一混合物可以分为两股，一股第一混合物作为回流返回隔壁塔100，另一股第一混合物作为α-蒎稀产品采出，第二混合物作为β-蒎稀产品从侧线出口102采出，第三混合物也可以分为两股，一股第三混合物作为重组分杂质采出，另一股第三混合物进入再沸器300，被加热后的第三混合物返回隔壁塔100提供塔内所需气相。

本发明可以通过以下实施案例说明。

实例1

采用本发明工艺及设备，隔壁塔100采用板式塔，松节油原料中α-蒎稀、β-蒎稀质量纯度分别为85％和5％，隔壁塔100操作压力为5kPa，隔板111长度为隔壁塔100总长度的50％，隔板111设置成使初馏段的横截面积与侧线段的横截面积之比为2:1，压缩机200压缩比为3.5，塔顶温度60℃，塔釜温度85℃。α-蒎稀质量纯度为97.9％，收率为99.8％，β-蒎稀质量纯度为95.3％，收率为98.7％。与传统流程相比节能61.3％，节省年总操作费用65.1％。

实例1的进料和出料结果如表1所示。

表1：实例1进料和出料结果

实例2

采用本发明工艺及设备，隔壁塔100采用填料塔，松节油原料中α-蒎稀、β-蒎稀质量纯度分别为48％和49％，隔壁塔100操作压力为95kPa，隔板111长度为隔壁塔100总长度的25％，隔板111设置成使初馏段的横截面积与侧线段的横截面积之比为1:1，压缩机200压缩比为2.5，塔顶温度155℃，塔釜温度175℃。α-蒎稀质量纯度为97.1％，收率为99.9％，β-蒎稀质量纯度为99.7％，收率为98.8％。与传统流程相比节能69.7％，节省年总操作费用72.3％。

实例2的进料和出料结果如表2所示。

表2：实例2进料和出料结果

实例3

采用本发明工艺及设备，隔壁塔100采用板式-填料混合塔，松节油原料中α-蒎稀、β-蒎稀质量纯度分别为50％和35％，隔壁塔100操作压力为50kPa，隔板111长度为隔壁塔100总长度的75％，隔板111设置成使初馏段的横截面积与侧线段的横截面积之比为3:1，压缩机200压缩比为4.5，塔顶温度129℃，塔釜温度151℃。α-蒎稀质量纯度为95.7％，收率为99.9％，β-蒎稀质量纯度为98.1％，收率为98.8％。与传统流程相比节能65.2％，节省年总操作费用69.2％。

实例3的进料和出料结果如表3所示。

表3：实例3进料和出料结果

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，其特征在于，包括：

隔壁塔，所述隔壁塔内设有垂直布置的隔板以将所述隔壁塔的内腔分为位于所述隔板左侧的初馏段、位于所述隔板右侧的侧线段、位于所述隔板上面的公共精馏段以及位于所述隔板下面的公共提馏段，所述隔壁塔上具有与所述初馏段连通的进料口、与所述侧线段连通的侧线出口、与所述公共精馏段连通的塔顶出口和与所述公共提馏段连通的塔釜出口；

压缩机，所述压缩机的入口与所述塔顶出口连通；

再沸器，所述再沸器具有互相间隔的第一流体通道和第二流体通道，其中，所述压缩机的出口与所述第一流体通道的入口连通，所述第二流体通道的入口与所述塔釜出口连通，所述第二流体通道的出口与所述公共提馏段连通；

减压阀，所述减压阀的入口与所述第一流体通道的出口连通；

冷却器，所述冷却器的入口与所述减压阀的出口连通；

回流罐，所述回流罐的入口与冷却器的出口连通，所述回流罐的出口与所述公共精馏段连通。

2.根据权利要求1所述的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，其特征在于，所述隔壁塔为板式塔、填料塔或者板式-填料混合塔。

3.根据权利要求1所述的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，其特征在于，所述隔板的高度为所述隔壁塔塔高的25％～75％。

4.根据权利要求1所述的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，其特征在于，所述隔板设置成使所述初馏段的横截面积与所述侧线段的横截面积之比为(1～3):1。

5.根据权利要求1所述的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，其特征在于，所述隔壁塔的操作压力为5kPa～95kPa，塔顶温度为60℃～155℃，塔釜温度为85℃～175℃。

6.根据权利要求1所述的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置，其特征在于，所述压缩机的压缩比为2.5～4.5。

7.一种采用根据权利要求1-6任一项所述的隔壁塔热泵精馏分离松节油的装置对松节油进行分离的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

分离：使松节油原料通过所述进料口进入所述隔壁塔内进行分离，其中，含有α-蒎烯的第一混合物从塔顶出口馏出，含有β-蒎烯的第二混合物从侧线出口馏出，含有重组分杂质的第三混合物从塔釜出口馏出；

换热：使从所述塔顶出口馏出的所述第一混合物进入所述压缩机，被所述压缩机压缩加热后，进入所述再沸器的第一流体通道；一部分所述第三混合物进入所述再沸器的第二流体通道；所述第一混合物与一部分所述第三混合物在所述再沸器内进行换热；

回流：经换热的所述第一混合物流经减压阀、冷却器后进入回流罐，一部分所述第一混合物从所述回流罐采出，另一部分所述第一混合物回流到所述公共精馏段；经换热的一部分所述第三混合物离开所述再沸器并返回到所述公共提馏段。

8.根据权利要求7的工艺，其特征在于，所述松节油原料中，α-蒎烯占所述松节油原料的重量比为48％～85％，β-蒎烯占所述松节油原料的重量比为5％～49％。