CN106336337A - 一种热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸物的方法。该方法利用甲苯与正丙醇形成的共沸物压敏性特征，采用高低压双塔实现有效分离，在此基础上采用完全热集成，在达到指定纯度及回收率的基础上，减少能量消耗。本发明解决了该体系在常压下形成最低共沸物而难分离的问题，并且通过完全热集成节约能耗，具有产品回收率高，能耗低的优点。
Description
【技术领域】
本发明属于化工行业的分离纯化领域，涉及一种完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系的方法。
【背景技术】
甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料，也广泛用于染料、医药、农药、火炸药、助剂、香料等精细化学品的生产，在合成材料工业、制药、橡胶、喷漆等行业均有广泛应用。近几年国内外正丙醇消费量增长很快，丙醇直接用作溶剂合成乙酸丙酯，用于涂料溶剂、印刷油墨、化妆品等，用于生产医药、农药的中间体正丙胺，用于生产饲料添加剂、合成香料等，在工业生产对溴甲苯过程中，利用液溴、甲苯与正丙醇共热合成对溴甲苯和1-溴丙烷，产生的废水中含有甲苯以及正丙醇的物质，而甲苯与正丙醇易形成共沸物难以分离，因此有效分离甲苯与正丙醇并对其进行回收不仅节约能源保护环境，同时对企业有很大的经济效益。
甲苯沸点为110.6℃，正丙醇沸点为97.1℃，在常压下易形成最低共沸物，所以需要采用特殊精馏法来分离两者的混合物，常用的特殊精馏法有变压精馏、萃取精馏、膜渗透、精馏耦合技术等。采用传统高低压变压精馏，加压塔冷凝器C1热负荷QC1远远大于减压塔再沸器R2热负荷QR2，因此若能利用加压塔冷凝器C1热负荷QC1给减压塔再沸器R2提供热负荷，将大大节约能量消耗。本发明能有效处理甲苯-正丙醇二元体系共沸体系难分离的难题，同时节约了能量，实现能量有效利用。
专利CN101503337公开了一种采用五塔热集成装置进行甲醇精馏的工艺方法，从粗甲醇中通过精馏得到甲醇产品，常压塔精馏塔、低压精馏塔、高压精馏塔三塔之间热集成，脱轻塔和回收塔之间热集成操作，加上系统内其他换热提高了整个精馏系统的操作稳定性。
文献(李肖华,艾双,计建炳.双效变压精馏分离甲醇-乙腈的工艺模拟与优化[J].现代化工,2013(12):111-113.)报道了利用双效变压精馏有效分离了甲醇与乙腈。
上述工艺可达到预期的分离效果，但都未采用完全热集成变压分离。本发明采用先加压精馏、再减压精馏，并利用加压塔T1塔顶蒸汽给减压塔T2再沸器提供热量的方法。具体为，利用甲苯和正丙醇体系随着压力变化，共沸组成发生偏移这一特性，新鲜物料先进入加压塔T1精馏，塔底采出甲苯产品，来自加压塔T1塔顶甲苯-正丙醇共沸物蒸汽与减压塔T2塔底物流正丙醇进行换热，共沸物气体经过换热完全液化，一部分回流到加压塔T1中，一部分由管路5经过阀门和泵进入到减压塔T2中，而高纯度的正丙醇液体一部分经过换热全部汽化进入减压塔T2，一部分未经过换热直接经过管路6采出，而减压塔T2塔顶物流经过冷凝器C2冷凝后，一部分物流回流进入减压塔T2中，一部分通过管路7由高压泵P2及阀门V2循环进入加压塔T1进行再次精馏。本发明利用甲苯与正丙醇形成最低共沸物，且高压塔塔顶冷凝器热负荷远远大于低压塔塔底再沸器热负荷，从而实现高低压塔之间的完全热集成工艺，减少了能量消耗。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系的分离装置。
本发明的另一个目的是提供使用所述装置完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系的方法。
本发明的另一个目的是提供所述方法在完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系中的用途。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
一种热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于该方法所使用的装置主要包括以下部分：
加压塔(T1)、减压塔(T2)、冷凝器(C2)、再沸器(R1)、再沸器(R2)、泵(P1)、泵(P2)、阀门(V1)、阀门(V2)；其中再沸器R1和再沸器R2分别连接在加压塔(T1)和减压塔(T2)塔底，冷凝器(C2)连接在减压塔(T2)塔顶；
该方法包括以下步骤：
(1)将甲苯与正丙醇混合物通过泵(P1)和阀门(V1)加压后进入到加压塔(T1)中，加压塔(T1)塔底出口流出的高纯度液相甲苯，其中一部分进入到再沸器(R1)中，经再沸器(R1)再沸后进入到加压塔(T1)，另一部分物流作为甲苯产品直接采出；
(2)在加压塔(T1)塔顶甲苯-正丙醇蒸汽作为减压塔(T2)塔底连接的再沸器(R2)热源，并且利用该热源在再沸器(R2)中实现完全热集成，来自加压塔(T1)塔顶的甲苯-正丙醇蒸汽与减压塔(T2)塔底物流正丙醇进行换热，甲苯-正丙醇共沸物气体经过热交换完全液化，其中一部分物流回流到加压塔(T1)中，另一部分进入到减压塔(T2)中，而减压塔(T2)塔底物流正丙醇液体一部分经过换热全部汽化进入减压塔T2，一部分未经过换热直接从减压塔(T2)塔底采出；
(3)在减压塔(T2)塔顶甲苯-正丙醇共沸物蒸汽经过冷凝器(C2)一部分回流进入减压塔(T2)，另一部分作为循环物流由阀门(V2)以及泵(P2)重新进入加压塔(T1)进行再次精馏。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：加压塔(T1)操作压力为3－5atm绝压，减压塔(T2)操作压力为0.2－0.4atm绝压。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：加压塔(T1)理论塔板数为21－25块，进料板位置为第12～14块，循环物流进料板位置为第9～10块，减压塔(T2)理论板数为18－20块，进料板位置为第13～14块。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：加压塔(T1)回流比为0.4～0.6，减压塔(T2)回流比为1.6～1.9。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：加压塔(T1)塔底温度为178～185.3℃，减压塔T2塔顶温度为45～58.0℃，减压塔T2塔底温度为65～75℃。，加压塔T1塔顶温度为142～153℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：分离的甲苯与正丙醇体系中甲苯的质量分数为20％～70％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：分离获得的甲苯的纯度大于99.90％，甲苯的回收率为99.90％～99.93％，正丙醇的纯度大于99.90％，正丙醇的回收率为99.90％～99.97％。
所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法在分离甲苯与正丙醇体系中甲苯的质量分数为20％～70％中的应用。
本发明克服现有技术中的不足之处，提供了一种完全热集成变压精馏分离甲苯-正丙醇共沸体系的方法。本发明利用甲苯-正丙醇共沸组成随压力变化灵敏的特性，采用加压塔和低压塔双塔变压精馏工艺实现甲苯-正丙醇共沸体系的分离，并且利用完全热集成大大节约了能源。该方法解决目前技术中工艺操作复杂，引入杂质，能耗大的问题，实现了高效分离。
本发明提供了一种分离甲苯质量分数占20％～70％的甲苯-正丙醇共沸物系的方法。本发明所采用的技术方案为：一种完全热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇，其特征在于完成该工艺的装置主要包括以下部分：
加压塔T1、减压塔T2、冷凝器C2、再沸器R1、再沸器R2、泵P1、泵P2、阀门V1、阀门V2、管路；其中再沸器R1和再沸器R2分别连接在加压塔T1和减压塔T2塔底，冷凝器C2通过管路依次连接在减压塔T2塔顶。
采用一种完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系的方法包括以下步骤：
(1)将甲苯与正丙醇混合物由进料管1通过阀门V1和泵P1加压后进入到加压塔T1中，加压塔T1塔底出口采出的高纯度液相甲苯，其中一部分进入到再沸器R1中，经再沸器R1再沸后进入到加压塔T1，另一部分物流作为甲苯产品通过管路2直接采出；
(2)在加压塔T1中，塔顶蒸汽作为减压塔再沸器热源，在减压塔再沸器中实现完全热集成，来自加压塔塔顶的蒸汽通过管路3与减压塔塔底物流正丙醇进行换热，共沸物气体经过换热完全液化，一部分物流通过管路4回流到加压塔T1中，一部分由管路5经过阀门进入到减压塔T2中，而高纯度的正丙醇液体一部分经过换热全部汽化进入减压塔T2，一部分未经过换热直接经过管路6采出。
(3)在减压塔T2中，塔顶甲苯-正丙醇共沸物蒸汽经过冷凝器C2一部分回流进入加压塔T1，一部分作为循环物流通过管路7由泵P2以及阀门V2重新进入加压塔T1进行再次精馏。
完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系所需装置参数：
加压塔T1操作压力为5atm绝压，减压塔T2操作压力为0.2atm绝压；加压塔T1理论塔板数为22块，进料板位置为第12～14块，循环物流进料板位置为第9～10块，加压塔T1回流比为0.4～0.6，减压塔T2理论板数为20块，进料板位置为第13～14块，减压塔T2回流比为1.6～1.9；加压塔T1塔顶温度为148.1～149.0℃，加压塔T1塔底温度为180.2～180.3℃，减压塔T2塔顶温度为51.8～52.0℃，减压塔T2塔底温度为70.0～70.1℃。
所述的一种完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系的方法，其特征在于：分离的甲苯与正丙醇体系中甲苯的质量分数为20％～70％。
所述的一种完全热集成变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系的方法，其特征在于：分离后甲苯的纯度大于99.90％，甲苯的回收率为99.90％～99.93％，正丙醇的纯度大于99.90％，正丙醇的回收率为99.90％～99.97％。
本发明中变压精馏分离甲苯与正丙醇共沸体系的方法具体描述如下：
甲苯与正丙醇混合物通过管路1由泵P1和阀门V1进入加压塔T1中，在加压塔中，进料物流进入塔底再沸器R1，再沸器中通入蒸汽进行加热，塔底物流汽化上升至高压塔T1中，上升到塔顶，塔顶蒸汽由管路3流出作为减压塔再沸器热源，在减压塔再沸器中实现完全热集成，来自加压塔塔顶蒸汽与减压塔塔底热物流正丙醇进行换热，共沸物气体经过换热完全液化，一部分由管路4回流到加压塔T1中，一部分由管路5经过阀门进入到减压塔T2中，在加压塔T1内上升的汽体与下降的液体进行多级传质传热，下降到塔底的另一部分物流通过管路2采出，进入到减压塔T2中的物流，进入到塔底再沸器，一部分通过管路6直接采出，一部分再沸进入减压塔T2塔顶通过冷凝器冷凝，冷凝后的物流一部分回流进入减压塔T2，一部分通过管路7由泵P2及阀门V2循环进入加压塔T1进行再次精馏，
本发明采用的加压塔T1操作压力为5atm(绝压)，减压塔T2操作压力为0.2(绝压)；加压塔T1理论塔板数为22块，进料板位置为第12块，循环物流进料板位置为第9块，加压塔T1回流比为0.43，减压塔T2理论板数为20块，进料板位置为第12块，减压塔T2回流比为1.65；加压塔T1塔顶温度为148.1～149.0℃，加压塔T1塔底温度为180.2～180.3℃，减压塔T2塔顶温度为51.8～52.0℃，减压塔T2塔底温度为70.0～70.1℃。
本发明分离后甲苯的纯度大于99.90％，甲苯的回收率为99.90％～99.93％，正丙醇的纯度大于99.90％，正丙醇的回收率为99.90％～99.97％。
[有益效果]
本发明与现有的技术相比，主要有以下有益效果：
(1)成功分离甲苯与正丙醇二元体系，得到两种高纯度产品。
(2)与传统变压精馏工艺相比，本发明的设备投资费用低。
(3)与传统变压精馏工艺相比，本发明的操作成本低，热量利用率高。
(4)与萃取精馏工艺相比，本发明未引入其他组分杂质，产品纯度高。
【附图说明】
附图1为完全热集成变压精馏分离甲苯-正丙醇结构示意图。
图中，T1加压塔；T2减压塔；C2冷凝器；R1，R2再沸器；P1、P2加压泵；V1、V2阀门；数字表示各物流管路。
【具体实施方式】
实施例1：
进料温度为50℃，流量为1000kg/h，压力为6atm(绝压)，进料中含甲苯70％，含正丙醇30％。加压塔理论板数为22，塔内径为0.58m，新鲜物流进料板为13，循环物流进料板为9；减压塔理论板数为20，塔内径为0.58m，进料板为13。加压塔操作压力为5atm(绝压)，回流比为0.6，塔顶温度为149.0℃，塔底温度为180.2℃；减压塔操作压力为0.2atm(绝压)，回流比为1.9，塔顶温度为51.8℃，塔底温度为70.1℃。分离后得到甲苯产品纯度为99.90％，收率为99.90％，正丙醇纯度为99.90％，收率为99.90％。
按本发明提供的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的工艺方法，利用高压塔塔顶共沸物蒸汽给低压塔再沸器供热，与传统的双塔变压精馏操作能耗相比，节约了高压塔冷凝器的冷却水用量及低压塔再沸器的蒸汽用量，按分离1000kg/h物料计算，达到相同纯度及收率，冷却水用量节约50％，蒸汽用量减少50％。
实施例2：
进料温度为50℃，流量为1000kg/h，压力为6atm(绝压)，进料中含甲苯65％，含正丙醇35％。加压塔理论板数为22，塔内径为0.38m，新鲜物流进料板为14，循环物流进料板为9；减压塔理论板数为20，塔内径为0.56m，进料板为14。加压塔操作压力为4atm(绝压)，回流比为0.4，塔顶温度为148.8℃，塔底温度为180.2℃；减压塔操作压力为0.3atm(绝压)，回流比为1.6，塔顶温度为51.8℃，塔底温度为70.1℃。分离后得到甲苯产品纯度为99.91％，收率为99.91％，正丙醇纯度为99.95％，收率为99.96％。
按本发明提供的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的工艺方法，利用高压塔塔顶共沸物蒸汽给低压塔再沸器供热，与传统的双塔变压精馏操作能耗相比，节约了高压塔冷凝器的冷却水用量及低压塔再沸器的蒸汽用量，按分离1000kg/h物料计算，达到相同纯度及收率，冷却水用量节约50％，蒸汽用量减少50％。
实施例3：
进料温度为50℃，流量为1000kg/h，压力为6atm(绝压)，进料中含甲苯60％，含正丙醇40％。加压塔理论板数为22，塔内径为0.39m，新鲜物流进料板为14，循环物流进料板为9；减压塔理论板数为20，塔内径为0.57m，进料板为14。加压塔操作压力为5atm(绝压)，回流比为0.5，塔顶温度为148.7℃，塔底温度为180.2℃；减压塔操作压力为0.3atm(绝压)，回流比为1.5，塔顶温度为51.8℃，塔底温度为70.1℃。分离后得到甲苯产品纯度为99.97％，收率为99.93％，正丙醇纯度为99.95％，收率为99.97％。
按本发明提供的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的工艺方法，利用高压塔塔顶共沸物蒸汽给低压塔再沸器供热，与传统的双塔变压精馏操作能耗相比，节约了高压塔冷凝器的冷却水用量及低压塔再沸器的蒸汽用量，按分离1000kg/h物料计算，达到相同纯度及收率，冷却水用量节约50％，蒸汽用量减少50％。
实施例4：
进料温度为50℃，流量为1000kg/h，压力为6atm(绝压)，进料中含甲苯50％，含正丙醇50％。高压塔理论板数为22，塔内径为0.41m，新鲜物流进料板为13，循环物流进料板为9；低压塔理论板数为20，塔内径为0.61m，进料板为14。常压塔操作压力为4atm(绝压)，回流比为0.6，塔顶温度为148.6℃，塔底温度为180.2℃；减压塔操作压力为0.2atm(绝压)，回流比为1.4，塔顶温度为51.8℃，塔底温度为70.1℃。分离后得到甲苯产品纯度为99.93％，收率为99.91％，正丙醇纯度为99.91％，收率为99.92％。
按本发明提供的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的工艺方法，利用高压塔塔顶共沸物蒸汽给低压塔再沸器供热，与传统的双塔变压精馏操作能耗相比，节约了高压塔冷凝器的冷却水用量及低压塔再沸器的蒸汽用量，按分离1000kg/h物料计算，达到相同纯度及收率，冷却水用量节约50％，蒸汽用量减少50％。
实施例5：
进料温度为50℃，流量为1000kg/h，压力为6atm(绝压)，进料中含甲苯35％，含正丙醇75％。高压塔理论板数为22，塔内径为0.44m，新鲜物流进料板为12，循环物流进料板为9；低压塔理论板数为20，塔内径为0.65m，进料板为14。常压塔操作压力为3atm(绝压)，回流比为0.6，塔顶温度为148.1℃，塔底温度为180.2℃；减压塔操作压力为0.2atm(绝压)，回流比为1.5，塔顶温度为52.0℃，塔底温度为70.1℃。分离后得到甲苯产品纯度为99.97％，收率为99.91％，正丙醇纯度为99.95％，收率为99.93％。
按本发明提供的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的工艺方法，利用高压塔塔顶共沸物蒸汽给低压塔再沸器供热，与传统的双塔变压精馏操作能耗相比，节约了高压塔冷凝器的冷却水用量及低压塔再沸器的蒸汽用量，按分离1000kg/h物料计算，达到相同纯度及收率，冷却水用量节约50％，蒸汽用量减少50％。
Claims (8)
1.一种热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于该方法所使用的装置主要包括以下部分：
加压塔(T1)、减压塔(T2)、冷凝器(C2)、再沸器(R1)、再沸器(R2)、泵(P1)、泵(P2)；其中再沸器(R1)和再沸器(R2)分别连接在加压塔(T1)和减压塔(T2)塔底，冷凝器(C2)连接在减压塔(T2)塔顶；
该方法包括以下步骤：
(1)将甲苯与正丙醇混合物通过泵(P1)加压后进入到加压塔(T1)中，加压塔(T1)塔底出口流出的高纯度液相甲苯，其中一部分进入到再沸器(R1)中，经再沸器(R1)再沸后进入到加压塔(T1)，另一部分物流作为甲苯产品直接采出；
(2)在加压塔(T1)塔顶甲苯-正丙醇蒸汽作为减压塔(T2)塔底连接的再沸器(R2)热源，并且利用该热源在再沸器(R2)中实现完全热集成，来自加压塔(T1)塔顶的甲苯-正丙醇蒸汽与减压塔(T2)塔底物流正丙醇进行换热，甲苯-正丙醇共沸物气体经过热交换完全液化，其中一部分物流回流到加压塔(T1)中，另一部分进入到减压塔(T2)中，而减压塔(T2)塔底物流正丙醇液体一部分经过换热全部汽化进入减压塔(T2)，一部分未经过换热直接从减压塔(T2)塔底采出；
(3)在减压塔(T2)塔顶甲苯-正丙醇共沸物蒸汽经过冷凝器(C2)一部分回流进入减压塔(T2)，另一部分作为循环物流由泵(P2)重新进入加压塔(T1)进行再次精馏。
2.如权利要求1所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于：加压塔(T1)操作压力为3－5atm绝压，减压塔(T2)操作压力为0.2－0.4atm绝压。
3.如权利要求1所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于：加压塔(T1)理论塔板数为21－25块，进料板位置为第12～14块，循环物流进料板位置为第9～10块，减压塔(T2)理论板数为18－20块，进料板位置为第13～14块。
4.如权利要求1所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于：加压塔(T1)回流比为0.4～0.6，减压塔(T2)回流比为1.6～1.9。
5.如权利要求1所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于：加压塔(T1)塔底温度为178～185.3℃，减压塔T2塔顶温度为45～58.0℃，减压塔T2塔底温度为65～75℃，加压塔T1塔顶温度为142～153℃。
6.如权利要求1所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于：分离的甲苯与正丙醇体系中甲苯的质量分数为20％～70％。
7.如权利要求1所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法，其特征在于：分离获得的甲苯的纯度大于99.90％，甲苯的回收率为99.90％～99.93％，正丙醇的纯度大于99.90％，正丙醇的回收率为99.90％～99.97％。
8.权利要求1所述的热集成双塔变压精馏分离甲苯-正丙醇的方法在分离甲苯与正丙醇体系中甲苯的质量分数为20％～70％中的应用。
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