CN106316769A - 从烃类混合物中分离苯乙烯的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种从烃类混合物中分离苯乙烯的装置及方法，装置包括带有分隔壁的萃取精馏塔、与塔顶出料连通的塔顶冷凝器和塔顶产品缓冲罐、与侧线出料连通的侧线冷凝器和侧线产品缓冲罐，和再沸器，所述的分隔壁沿轴向位于萃取精馏塔中部，顶端带有封闭盖与一侧塔壁相连，将所述的萃取精馏塔内部分隔为依次相通的公共精馏段(1)、萃取精馏段(2)、公共提馏段(4)和溶剂回收段(3)，其中混合烃原料进口设置于所述的萃取精馏段(2)，溶剂入口设置于所述的公共精馏段(1)底部，侧线产品出口设置于所述的溶剂回收段(3)的上部。采用本发明提供的装置和方法生产苯乙烯分离效率高，降低了装置投资、降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种烃类混合物分离装置和方法，更具体地说，涉及一种通过萃取精馏从烃类混合物中回收苯乙烯的装置和方法。
背景技术
苯乙烯单体是重要的基本有机化工原料，在涂料、农药、医药等方面也有着广泛用途。据统计，乙烯裂解装置副产的蒸汽裂解汽油中含有3～5％的苯乙烯。传统的加工方法是对裂解汽油C6-C8馏分进行两段加氢，其中苯乙烯被饱和为乙苯，这不仅造成混合二甲苯中的乙苯浓度过高，不能作为异构级二甲苯，还浪费了大量的氢气资源。相比之下，从裂解汽油中直接分离苯乙烯是一项很有吸引力的技术。然而由于裂解汽油C8馏分组成十分复杂，组分之间沸点非常接近，如邻二甲苯与苯乙烯的沸点差仅为0.8℃，二者的相对挥发度只有1.04，普通精馏无法实现分离，而萃取精馏技术为这一过程提供了可能。
现有的萃取精馏工艺，主要是在萃取精馏塔中加入萃取剂改变欲分离组分的相对挥发度，使其得以分离，萃取剂回收后循环使用，故萃取精馏流程一般需要两个塔：萃取精馏塔和溶剂回收塔。这种方法使用的设备较多、配套管线较长、占地面积大，装置能耗较高。分隔壁精馏塔是在精馏塔中设一垂直壁，该垂直壁的位置可以根据分离要求进行调节，塔内被分隔壁分开的两部分可拥有共同的精馏段或提馏段。分隔壁位置的变化使得分隔壁精馏塔能够转化为分隔壁萃取精馏塔、分隔壁共沸精馏塔及完全热耦合精馏塔。CN101429088A公开了一种利用完全热耦合精馏塔从含乙苯、苯乙烯物流中同时分离精制乙苯和苯乙烯的方法。该法将含乙苯、苯乙烯及其他芳烃混合物的原料通入完全热耦合精馏塔分壁段的一侧，塔顶采出含甲苯、苯的轻组分物流，塔底得到含苯乙烯的焦油重组分，分壁另一段侧线抽出乙苯物流。该法欲分离得到99.5％以上纯度的苯乙烯，精馏塔理论板需超过150，回流比需大于100，无法在实际应用中实现。CN101723793A公开了利用分壁塔从裂解汽油中分离粗苯乙烯的方法，但存在着产品纯度不高，需进一步分离的问题。USP3763015公开了一种从热裂解汽油中使用聚合抑制剂和萃取精馏分离苯乙烯的方法，该法在极性溶剂和含氮的聚合抑制剂存在下对热裂解汽油进行萃取精馏，然后在溶剂回收塔中分离得高纯度苯乙烯。该工艺为传统的二塔流程，并且由于所优选的二甲基乙酰胺溶剂由于沸点(165℃)偏低，与邻而甲苯和苯乙烯沸点差太小，因此过程能耗高。
在现有技术苯乙烯分离过程中，存在分离流程长、能耗大、分离效率低的问题，苯乙烯分离工艺在节能降耗方面仍有较大空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是在现有技术的基础上，提出一种结构简单、分离流程短的从烃类混合物例如裂解汽油中分离苯乙烯的装置。
本发明要解决的技术问题之二是提出一种分离流程短、能耗低、产品纯度高的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法。
本发明提供的一种从烃类混合物中分离苯乙烯的装置，包括带有分隔壁的萃取精馏塔、与塔顶出料连通的塔顶冷凝器和塔顶产品缓冲罐、与侧线出料连通的侧线冷凝器和侧线产品缓冲罐，和再沸器，所述的分隔壁为位于萃取精馏塔中部的垂直壁，顶端带有封闭盖与一侧塔壁相连，将所述的萃取精馏塔内部分隔为依次相通的公共精馏段1、萃取精馏段2、公共提馏段4和溶剂回收段3，其中混合烃原料进口设置于所述的萃取精馏段2，溶剂入口设置于所述的公共精馏段1的底部，侧线出料口设置于所述的溶剂回收段3的上部。
优选地，所述的萃取精馏段的横截面积与所述的溶剂回收段的横截面积之比为(1.2-2)：1。
本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，采用上述分离装置，包括：含有苯乙烯的混合烃原料由混合烃原料进口、复合溶剂从溶剂入口进入萃取精馏塔中，所述的萃取精馏塔塔顶出料经冷凝冷却后进入塔顶产品缓冲罐中，一部分作为塔顶回流返回公共精馏段，另一部分作为抽余油采出；所述的溶剂回收段的侧线出料口引出侧线出料进入侧线产品缓冲罐中，一部分作为侧线回流返回溶剂回收段，另一部分采出为苯乙烯产品，所述的萃取精馏塔塔釜出料的复合溶剂返回至溶剂入口循环使用。
所述的复合溶剂的质量百分组成为：含有80～99％的主溶剂、0.01～19％的助溶剂和0.1～2.0％的水，其中主溶剂选自砜类化合物，助溶剂为甲氧基苯酚或甲氧基苯酚与甘醇单甲醚的混合物。
本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的装置及方法的有益效果为：采用本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，可得到苯乙烯产品纯度≥99.5wt％、回收率为95wt％，与传统萃取精馏双塔工艺相比，分隔壁萃取精馏塔再沸器热负荷可降低15％以上，并且减少一台再沸器及相关管线，降低了设备投资，降低了苯乙烯分离单元能耗、缩短了流程。
附图说明
图1为本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的装置和方法的流程示意图。
图2为对比例中的萃取精馏及溶剂回收工艺流程示意图。
其中：101-混合烃原料进口；102-溶剂入口；103-为溶剂循环管线；104-抽余油管线；105-侧线出料管线；106、107-水管线。
萃取精馏塔中从上至下为：1-公共精馏段；2-萃取精馏段；3-溶剂回收段；4-公共提馏段；5-塔顶产品缓冲罐；6-侧线产品缓冲罐；7、8-冷却器；9-再沸器。
10-萃取精馏塔；20-溶剂回收塔；21、22、23、24、15-管线。
具体实施方式
本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的装置及方法是这样具体实施的，说明书中，提到的容器的“中部”是指从上至下容器高度30％-60％的位置，提到的容器的“上部”从上至下容器高度0-50％的位置，提到的容器的“下部”是指从上至下容器高度50％-100％的位置，提到的容器的“底部”是指从上至下容器高度10％-100％的位置。
从烃类混合物中分离苯乙烯的装置，包括带有分隔壁的萃取精馏塔、与塔顶出料连通的塔顶冷凝器和塔顶产品缓冲罐、与侧线出料连通的侧线冷凝器和侧线产品缓冲罐，和再沸器，所述的分隔壁为位于萃取精馏塔中部的垂直壁，顶端带有封闭盖与一侧塔壁相连，将所述的萃取精馏塔内部分隔为依次相通的公共精馏段1、萃取精馏段2、公共提馏段4和溶剂回收段3，其中混合烃原料进口设置于所述的萃取精馏段2，溶剂入口设置于所述的公共精馏段1底部，侧线产品出口设置于所述的溶剂回收段3的上部。
优选地，所述的萃取精馏段的横截面积与所述的溶剂回收段的横截面积之比为(1.2-2)：1，更优选(1.4-1.6)：1。
本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的装置，所述的萃取精馏塔中，公共精馏段1、萃取精馏段2和公共提馏段4的高度比为：(20-60)：(30-60)：(5-30)、更优选为(35-55)：(30-60)：(10-20)。
从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，采用上述的分离装置，包括：含有苯乙烯的混合烃原料由混合烃原料进口、复合溶剂从溶剂入口进入萃取精馏塔中，所述的萃取精馏塔塔顶出料经冷凝冷却后进入塔顶产品缓冲罐中，一部分作为塔顶回流返回公共精馏段，另一部分作为抽余油采出；所述的溶剂回收段的侧线出料口引出侧线出料经冷却后进入侧线产品缓冲罐中，一部分作为侧线回流返回溶剂回收段，另一部分采出为苯乙烯产品，所述的萃取精馏塔塔釜出料为复合溶剂，返回至溶剂入口循环使用。
所述的复合溶剂的质量百分组成为：含有80～99％的主溶剂、0.01～19％的助溶剂和0.1～2.0％的水，其中主溶剂选自砜类化合物，助溶剂为甲氧基苯酚或甲氧基苯酚与甘醇单甲醚的混合物。
本发明提供的方法中，所述的含有苯乙烯的混合烃原料为含有苯乙烯的C6-C9混合烃，优选裂解汽油的C8馏份。优选地，所述的混合烃原料的质量百分组成为：苯乙烯含量为25～70％，C8烃含量为28～70％，其它碳数芳烃含量为0.01～5.0％。
本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，所述的萃取精馏塔为塔板塔或装为填料塔。优选地，所述的萃取精馏塔共有70-150块理论板，其中所述的萃取精馏段有30-60块理论板；所述的公共精馏段有20-60块理论板，所述的公共提馏段有5-30块理论板，所述的溶剂回收段有20-60块理论板。同样高度的萃取精馏段和溶剂回收段的塔板数可以相同也可以不相同。
更优选地，所述的萃取精馏段有35-55块理论板；所述的公共精馏段有25-50块理论板，所述的公共提留段有5-20块理论板，所述的溶剂回收段有25～40块理论板。
本发明提供的方法中，所述的萃取精馏塔的操作条件为：压力为1.0～101kPa、优选8～20kPa，塔釜温度为120～150℃，复合溶剂与混合烃原料的质量比为3～6，以重量计塔顶回流比为1～3，以重量计侧线回流比为0.2～2.0。
本发明提供的方法中，优选地，所述的复合溶剂从所述的公共精馏段从上向下数第10-15块板进料。
优选地，以质量百分比计，所述的复合溶剂由86～99％的主溶剂、0.1～13.0％的助溶剂和0.1～1.0％的水组成，所述的主溶剂选自环丁砜、二甲砜和3-甲基环丁砜中的一种或几种的混合物，更优选环丁砜。
所述复合溶剂中的助溶剂为甲氧基苯酚，为进一步增加对苯乙烯聚合物的溶解性，也可以是甲氧基苯酚与甘醇单甲醚的混合物。所述的甲氧基苯酚为4-甲氧基苯酚、3-甲氧基苯酚或2-甲氧基苯酚，所述的甘醇单甲醚为二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚、四甘醇单甲醚或它们的混合物。若助溶剂为甲氧基苯酚与甘醇单甲醚的混合物，甘醇单甲醚与甲氧基苯酚的质量比为5～1：1，优选3～1：1。
本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的装置和方法中，采用的萃取精馏塔中设置特殊结构的分隔壁，将萃取精馏塔中分隔为两部分，其中主塔部分包括公共精馏段、萃取精馏段和公共提馏段，副塔部分包括溶剂提馏段。利用一个塔壳实现萃取精馏和溶剂回收的功能，混合烃原料及复合容剂进入主塔实现萃取精馏过程，副塔完成溶剂回收，避免了苯乙烯的返混，实现了苯乙烯高效分离，并且减少一台再沸器及相关管线，显著降低了设备投资和能耗。
下面结合附图详细说明本发明，而本发明并不因此而受到任何限制。
图1为本发明提供的从烃类混合物中分离苯乙烯的装置和方法的流程示意图。如图1所示，含有苯乙烯的烃类混合物由混合烃原料进口101进入分隔壁萃取精馏塔中部的萃取精馏段2，来自管线103的循环溶剂与混合烃原料换热后，与来自管线102的复合溶剂合并进入公共精馏段1的底部。在萃取精馏段2内，复合溶剂改变混合烃原料中苯乙烯与其他烃类的相对挥发度，实现萃取精馏。萃取精馏段2顶部为基本不含苯乙烯的抽余油，此后进入公共精馏段1进一步分离其中可能含有的少量溶剂；萃取精馏段2底部为富含苯乙烯的溶剂，进入溶剂回收段3实现溶剂与苯乙烯的分离。公共提馏段4为全塔提供上升蒸汽，其中组分基本为复合溶剂和少量汽提水。为减少苯乙烯的聚合损失，可在塔釜加入适量阻聚剂，图中未画出。塔顶产品回流罐5采出不含苯乙烯的抽余油，侧线产品回流罐6采出苯乙烯产品，两罐水包内的水经管线107、106汇合后返回塔釜。
公共精馏段1、萃取精馏段2和公共提馏段4为萃取精馏塔的主塔，溶剂回收段3为萃取精馏塔的副塔，其中，主塔共有70-150块理论板，优选90～120，副塔有20-60块理论板，优选25～40，副塔和同一高度主塔的理论板数可以相同也可以不相同。
以下实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例和对比例中的分析方法：
苯乙烯产品采用气相色谱法分析，其中水含量分析方法为SH/T0246《轻质石油产品中水含量的测定法(电量法)》，醛含量分析方为GB/T12688.5《工业用苯乙烯试验方法》，通过分析苯乙烯单体的含量计算苯乙烯的聚合度。
实施例1
以生产能力为15万吨/年苯乙烯装置为基准，采用分隔壁萃取精馏塔分离烃类混合物中的苯乙烯，分隔壁精馏塔的结构和装置流程如图1所示。萃取精馏塔中萃取精馏段的横截面积与溶剂回收段的横截面积之比为1.5:1，公共精馏段、萃取精馏段和公共提馏段的高度比为35：45：10。安装塔板后公共精馏段理论板数为35；萃取精馏段理论板数为45；溶剂回收段理论板数为25；公共提馏段理论板数为10。混合烃原料进口位置设置在萃取精馏段从上至下数第10块板，溶剂入口位置设置在公共精馏段从上至下数第10块板。
混合烃原料取自中石化燕山石化分公司的裂解汽油C8馏分，组成如表1所示。装置操作压力为15kPa，以重量计塔顶回流比3.0，侧线回流比为1.0。所用的复合溶剂的质量百分含量为：含99％的主溶剂环丁砜、0.5％的助溶剂4-甲氧基苯酚和0.5％的水，复合溶剂/原料的质量比为3.8。
在控制苯乙烯纯度为99.7wt％、回收率为95wt％的条件下，萃取精馏结果见表2。
实施例2
采用实施例1中的装置和方法从裂解汽油C8馏分中回收苯乙烯，所不同的是：萃取精馏塔中萃取精馏段的横截面积与溶剂回收段的横截面积之比为1.7:1，公共精馏段、萃取精馏段和公共提馏段的高度比为30：35：20。安装塔板后萃取精馏段为30块理论板，溶剂回收段的理论板数为25，公共精馏段有30块理论板，公共提馏段有20块理论板，塔顶回流比为2.5，侧线回流比为1.8，其他条件同前。在控制苯乙烯纯度为99.7wt％、回收率为95wt％的条件下，萃取精馏结果见表2。
实施例3
采用实施例1中的装置和方法从裂解汽油C8馏分中回收苯乙烯，所不同的是：萃取精馏塔中萃取精馏段的横截面积与溶剂回收段的横截面积之比为1.8:1，公共精馏段、萃取精馏段和公共提馏段的高度比为25：40：20。安装塔板后公共精馏段有25块理论板、萃取精馏段的理论板数为40、公共提馏段有20块理论板，溶剂回收段理论板数为30，塔顶回流比为1.2，侧线回流比为1.5，复合溶剂/原料的质量比为5，其余条件同实施例2。在控制苯乙烯纯度为99.7wt％、回收率为95wt％的条件下，萃取精馏结果见表2。
对比例
采用传统的萃取精馏及溶剂回收工艺从裂解汽油C8馏分中回收苯乙烯，混合烃原料同实施例1，流程图见图2，如图2所示，装置由萃取精馏塔10和溶剂回收塔20组成，混合烃原料经管线21与来自管线25的贫溶剂换热后与来自管线22、25的贫溶剂进入萃取精馏塔10中进行萃取精馏，萃取精馏塔塔顶出料为抽余油，经管线23引出。塔底出料的富溶剂进入溶剂回收塔中，经蒸馏分离后溶剂回收塔塔顶得到苯乙烯，经管线24引出，塔底出料为贫溶剂，经管线25返回萃取精馏塔10中重复利用。萃取精馏塔及溶剂回收塔塔顶回流罐水包中的水混合后，作为溶剂回收塔的汽提气。萃取精馏塔塔板数为100，溶剂回收塔塔板数为30，主塔回流比2.0，溶剂回收塔回流比为1.0，操作压力均为15kPa。采用实施例1中的复合溶剂，复合溶剂/原料的质量比为3.8。在苯乙烯纯度为99.7wt％、回收率为95wt％的条件下，萃取精馏结果见表3.
如表3可见，在苯乙烯纯度及回收率相同的情况下，采用分隔壁萃取精馏塔能够比传统萃取精馏工艺节省能耗23％。
表1
| 组分 | 含量，wt％ |
| 甲苯 | 0.98 |
| 乙苯 | 19.4 |
| 对二甲苯 | 8.8 |
| 间二甲苯 | 16.0 |
| 邻二甲苯 | 10.3 |
| 苯乙烯 | 38.4 |
| C9芳烃 | 0.02 |
| C8非芳烃 | 6.1 |
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 主塔理论板数 | 90 | 80 | 85 |
| 萃取精馏段理论板数 | 45 | 30 | 40 |
| 溶剂回收段理论板数 | 25 | 25 | 30 |
| 塔顶回流比 | 3.0 | 2.5 | 2.5 |
| 复合溶剂/原料的质量比 | 3.8 | 3.8 | 5 |
| 塔顶苯乙烯浓度，wt％ | 1.3 | 1.8 | 1.5 |
| 塔釜苯乙烯聚合率，wt％ | 0.3 | 0.3 | 0.5 |
| 侧采苯乙烯纯度，wt％ | 99.8％ | 99.6％ | 99.7％ |
| 再沸器热负荷，KW | 39658.55 | 36541.89 | 37546.35 |
表3
Claims (14)
1.一种从烃类混合物中分离苯乙烯的装置，其特征在于，包括带有分隔壁的萃取精馏塔、与塔顶出料连通的塔顶冷凝器和塔顶产品缓冲罐、与侧线出料连通的侧线冷凝器和侧线产品缓冲罐，和再沸器，所述的分隔壁为位于萃取精馏塔中部的垂直壁，顶端带有封闭盖与一侧塔壁相连，将所述的萃取精馏塔内部分隔为依次相通的公共精馏段(1)、萃取精馏段(2)、公共提馏段(4)和溶剂回收段(3)，其中混合烃原料进口(101)设置于所述的萃取精馏段(2)，溶剂入口(102)设置于所述的公共精馏段(1)的底部，侧线出料口设置于所述的溶剂回收段(3)的上部。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的萃取精馏段与所述的溶剂回收段的横截面积之比为(1.2-2)：1。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的萃取精馏段与所述的溶剂回收段的横截面积之比为(1.5-1.8):1。
4.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的萃取精馏塔中，上部的公共精馏段(1)、中部的萃取精馏段(2)和下部的公共提馏段(4)的高度比为：(20-60)：(30-60)：(5-30)。
5.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的萃取精馏塔中，上部的公共精馏段(1)、中部的萃取精馏段(2)和下部的公共提留段(4)的高度比为：(35-55)：(35-55)：(10-20)。
6.采用权利要求1-5中任一种所述的装置的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，包括：含有苯乙烯的混合烃原料由混合烃原料进口、复合溶剂从溶剂入口进入萃取精馏塔中，所述的萃取精馏塔塔顶出料经冷凝冷却后进入塔顶产品缓冲罐中，一部分作为塔顶回流返回公共精馏段，另一部分作为抽余油采出；所述的溶剂回收段的侧线出料口引出侧线出料进入侧线产品缓冲罐中，一部分作为侧线回流返回溶剂回收段，另一部分采出为苯乙烯产品，所述的萃取精馏塔塔釜出料复合溶剂返回至溶剂入口循环使用。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的复合溶剂的质量百分组成为：含有80～99％的主溶剂、0.01～19％的助溶剂和0.1～2.0％的水，其中主溶剂选自砜类化合物，助溶剂为甲氧基苯酚或甲氧基苯酚与甘醇单甲醚的混合物。
8.按照权利要求6所述的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，其特征在于，所述的含有苯乙烯的混合烃原料为含有苯乙烯的C6-C9混合烃。
9.按照权利要求6所述的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，其特征在于，所述的萃取精馏塔共有70-150块理论板，其中所述的萃取精馏段有30-60块理论板；所述的公共精馏段有20-60块理论板，所述的公共提馏段有5-30块理论板，所述的溶剂回收段有20-60块理论板。
10.按照权利要求9所述的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，其特征在于，所述的萃取精馏段有35-55块理论板；所述的公共精馏段有25-50块理论板，所述的公共提留段有5-20块理论板，所述的溶剂回收段有25～40块理论板。
11.按照权利要求6所述的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，其特征在于，所述的萃取精馏塔的操作条件为：压力为1.0～101kPa，塔釜温度为120～150℃，复合溶剂与混合烃原料的质量比为3～6，以重量计塔顶回流比为1～3，以重量计侧线回流比为0.2～2。
12.按照权利要求6所述的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，其特征在于，所述的萃取精馏塔的操作压力为8～20kPa。
13.按照权利要求6所述的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，其特征在于，所述的复合溶剂从所述的公共精馏段从上向下数第10-15块板进料。
14.按照权利要求6所述的从烃类混合物中分离苯乙烯的方法，其特征在于，以质量百分比计，所述的复合溶剂由86～99％的主溶剂、0.1～13.0％的助溶剂和0.1～1.0％的水组成，所述的主溶剂选自环丁砜、二甲砜和3-甲基环丁砜中的一种或几种的混合物。
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