CN107814679A - 用于碳四分离的热泵精馏工艺 - Google Patents

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王猛
刘海军
冯国卫
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张金甫
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Abstract

用于碳四分离的热泵精馏工艺，通过两个精馏塔完成异丁烷、正丁烷和碳5重组分的分离，异丁烷正丁烷混合物自前精馏塔进料，前精馏塔塔顶采出异丁烷，前精馏塔塔中采出部分正丁烷，前精馏塔塔底采出正丁烷和碳5重组分，前精馏塔塔底采出进入后精馏塔，后精馏塔塔顶采出剩余正丁烷，后精馏塔塔底采出碳5重组分，前精馏塔塔顶蒸汽经蒸汽压缩机压缩升温升压的加压蒸汽，进入前精馏塔再沸器作为热源来加热塔釜物料，在前精馏塔再沸器中冷凝成液相，经前精馏塔空冷器降温后一部分作为塔顶回流，一部分作为异丁烷出料。本发明可大大降低精馏塔塔釜的温度，使热泵精馏能耗更低，由于碳5含量约2‑3%，故后精馏塔相较前精馏塔体积相差很多，投资远低于节省的能耗。

Description

用于碳四分离的热泵精馏工艺
技术领域
本发明涉及热泵精馏技术领域，具体涉及一种用于碳四分离的热泵精馏工艺。
背景技术
碳四原料是重要的石油化工资源，在之前的一段时间内，炼油厂碳四主要用于制作燃料。随着经济和技术的进步，碳4的综合利用成为工业当中越来越受到重视，以碳4为原料的高附加值产品生产工艺层出不穷。烷基化油和MTBE的需求在不断增长，越来越多的厂家开始进行碳4的深加工。而在工业生产当中，由于异丁烷和异丁烯的需求量远大于正丁烷和正丁烯，因此碳4异构化即将正构烷烯烃转化为异构烷烯烃在整个碳4深加工当中占有重要的环节。
碳4异构化过程当中，碳4原料经异构化后，需进行正构和异构的分离，异构碳4进入下一个工艺流程，MTBE或烷基化反应，正构碳4循环回反应器继续反应。需精馏的物料中往往含有约2-3%的碳5组分，塔顶采出异丁烷，塔中采出正丁烷，塔底采出碳5重组分。由于碳4正构和异构烷烯烃性质接近，故其需要较大的回流比才能够完成分离任务，因此碳4异构化装置配有一个大型的精馏塔，而此精馏过程的能耗非常高，如何降低分离能耗成为一个重要的研究课题。
常规精馏塔的操作特点是塔底温度低，塔顶温度高，常规的传热方式，需要外来冷剂对塔顶制冷，从塔顶移出热量，同时又需要外来热剂加热塔底，向塔提供热量。如果把塔顶气体的热量传给塔底物料，则存在塔顶温度比塔底温度低的问题。而热泵精馏是将塔顶蒸汽通过压缩机压缩后升温升压，达到所需的温度和压力后经过塔釜的蒸发器放出热量，塔顶蒸汽冷凝成液相，塔釜料液被加热，热泵精馏将塔顶的蒸汽的热量送入塔釜，同时节约了大部分冷却水用量，从而达到了节能的目的。碳4的分离当中，由于原料中含有少量碳5组分，导致塔顶塔底温差约60℃，这将大大提高热泵精馏系统中压缩机的能耗，导致节能效果变差。如何在工业中将热泵技术与碳4分离高效结合起来，是一个值得研究的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供了一种用于碳四分离的热泵精馏工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于碳四分离的热泵精馏工艺，通过两个串联精馏塔完成异丁烷、正丁烷和碳5重组分的分离，异丁烷正丁烷混合物自前精馏塔进料，前精馏塔塔顶采出异丁烷，前精馏塔塔中采出部分正丁烷，前精馏塔塔底采出正丁烷和碳5重组分，前精馏塔塔底采出中正丁烷和碳5重组分组成比例为5:1~2:1，前精馏塔塔底采出进入后精馏塔，后精馏塔塔顶采出剩余正丁烷，后精馏塔塔底采出碳5重组分，前精馏塔塔顶蒸汽经蒸汽压缩机压缩升温升压的加压蒸汽，进入前精馏塔再沸器作为热源来加热塔釜物料，在前精馏塔再沸器中冷凝成液相，经前精馏塔空冷器降温后一部分作为塔顶回流，一部分作为异丁烷出料；前精馏塔塔底组分进入后精馏塔采用常规精馏，后精馏塔塔顶蒸汽经后精馏塔空冷器冷却为液相，一部分作为后精馏塔塔顶回流，一部分作为后精馏塔正丁烷出料，后精馏塔再沸器热源为新鲜蒸汽。
本发明工艺优点在于：利用双塔的工艺流程，可大大降低精馏塔塔釜的温度，从而使热泵精馏能耗更低，由于碳5含量约2-3%，故后精馏塔相较前精馏塔体积相差很多，投资远低于节省的能耗，故采用双塔工艺的碳4热泵精馏有较好的节能降耗效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明热泵精馏工艺流程图。
图中1进料、2前精馏塔、3塔顶蒸汽、4塔顶回流、5蒸汽压缩机、6异丁烷出料、7加压蒸汽、8冷凝液相、9前精馏塔空冷器、10前精馏塔再沸器、11后精馏塔、12后精馏塔空冷器、13后精馏塔正丁烷出料、14新鲜蒸汽、15后精馏塔再沸器、16前精馏塔正丁烷出料。
具体实施方式
如图所示，一种用于碳四分离的热泵精馏工艺，进料1通过两个串联精馏塔完成异丁烷、正丁烷和碳5重组分的分离，异丁烷正丁烷混合物自前精馏塔2进料，前精馏塔2塔顶采出异丁烷，前精馏塔塔中采出前精馏塔正丁烷出料16，前精馏塔塔底采出正丁烷和碳5重组分，前精馏塔塔底采出中正丁烷和碳5重组分组成比例为5:1~2:1，前精馏塔塔底采出进入后精馏塔，后精馏塔塔顶采出剩余正丁烷，后精馏塔塔底采出碳5重组分，前精馏塔塔顶蒸汽3经蒸汽压缩机5压缩升温升压的加压蒸汽7，进入前精馏塔再沸器10作为热源来加热塔釜物料，在前精馏塔再沸器10中得到冷凝液相8，经前精馏塔空冷器9降温后一部分作为塔顶回流4，一部分作为异丁烷出料6；前精馏塔2塔底组分进入后精馏塔11采用常规精馏，后精馏塔塔顶蒸汽3经后精馏塔空冷器12冷却为液相，一部分作为后精馏塔塔顶回流，一部分作为后精馏塔正丁烷出料13，后精馏塔再沸器15热源为新鲜蒸汽14。
一种碳4热泵精馏工艺，具体工艺如下：
原料组成为异丁烷45%，正丁烷51%，碳5重组分以82℃进入前精馏塔中部，塔顶压力为870kPa，前精馏塔塔顶采出异丁烷，温度为59℃，塔中采出部分正丁烷，温度为79℃，塔底采出正丁烷和碳5重组分，其组成比例为3:1，塔釜温度为88.1℃。前精馏塔塔顶59℃870kPa蒸汽经压缩机压缩升压为1830kPa，温度为95℃的加压蒸汽，进入前精馏塔再沸器作为热源来加热塔釜物料，在前精馏塔再沸器中冷凝成液相，经空冷降温后一部分作为塔顶回流，一部分作为异丁烷出料，利用蒸汽压缩机对蒸汽加压在蒸汽再沸器中释放热量从而减少蒸汽的耗量。
上述的前精馏塔塔底组分进入后精馏塔采用常规精馏，分离正丁烷与碳5组分。
采用本发明中的双塔热泵精馏，与原有系统相比，前精馏塔塔顶塔底温度相差从65℃降到29℃，大大降低了压缩机的功耗，较传统碳4精馏，其操作费用约降低25%。

Claims (1)

1.一种用于碳四分离的热泵精馏工艺，其特征是通过两个串联精馏塔完成异丁烷、正丁烷和碳5重组分的分离，异丁烷正丁烷混合物自前精馏塔进料，前精馏塔塔顶采出异丁烷，前精馏塔塔中采出部分正丁烷，前精馏塔塔底采出正丁烷和碳5重组分，前精馏塔塔底采出中正丁烷和碳5重组分组成比例为5:1~2:1，前精馏塔塔底采出进入后精馏塔，后精馏塔塔顶采出剩余正丁烷，后精馏塔塔底采出碳5重组分，前精馏塔塔顶蒸汽经蒸汽压缩机压缩升温升压的加压蒸汽，进入前精馏塔再沸器作为热源来加热塔釜物料，在前精馏塔再沸器中冷凝成液相，经前精馏塔空冷器降温后一部分作为塔顶回流，一部分作为异丁烷出料；前精馏塔塔底组分进入后精馏塔采用常规精馏，后精馏塔塔顶蒸汽经后精馏塔空冷器冷却为液相，一部分作为后精馏塔塔顶回流，一部分作为后精馏塔正丁烷出料，后精馏塔再沸器热源为新鲜蒸汽。
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