CN108218656B - 一种含轻质气体的碳四烃的分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，包括以下步骤：(1)：将含轻质气体的碳四烃混合物预处理、冷却后送到预分离塔，精馏分离；(2)：预分离塔所得塔顶产物经冷却后送入吸收塔中，由从吸收塔进入的吸收剂吸收其中碳四烃类，轻质气体从吸收塔塔顶排出，吸收塔塔釜出料返回预分离塔作为进料；(3)：预分离塔所得塔釜产物送至解吸塔中解吸并进行组分清晰切割，塔顶得到碳四馏分并输出，塔釜得到吸收剂并返回吸收塔循环利用。与现有技术相比，本发明增加预分离塔预分离工艺，相同的碳四达到同样的回收率，生成气压缩机的出口压力可以大大降低，所需的吸收油量与综合能耗大大降低，具有较显著的经济效益。

Description

一种含轻质气体的碳四烃的分离方法

技术领域

本发明涉及化工产品分离技术领域，尤其是涉及一种含轻质气体的碳四烃的分离方法。

背景技术

丁二烯是重要的石油化工基础原料，用来生产合成橡胶、合成树脂、己二腈、己二胺、尼龙66、环丁砜、1,4-丁二醇等。丁二烯的生产方法有碳四馏分分离和合成法(包括丁烷脱氢、丁烯脱氢、丁烯氧化脱氢等)两种。世界各国丁二烯几乎全部直接来自烃类裂解制乙烯时的生产碳四馏分。通过丁烯氧化脱氢工艺生产丁二烯是丁二烯来源的一个补充。在丁烯氧化脱氢工艺生产丁二烯工艺中，将粗丁二烯从生成气中通过油吸收解吸工艺分离出来是保证丁二烯生产的重要的单元操作，分离的公用工程消耗是影响丁二烯生产成本的关键因素之一，所以油吸收解吸过程的节能降耗问题越来越受到人们的重视。

图1是一种目前广泛采用的油吸收解吸工艺，即加压后的反应气S1经压缩机出料冷却器E-1冷却至40℃后送至吸收塔T-2的塔釜，脱除生成气中的不凝气，不凝气经尾气处理后作为吸收塔塔顶气体S15排放去大气，吸收塔T-2塔釜富油S9经过解吸塔T-3分离粗丁二烯和贫吸收油，侧线得到粗丁二烯(即碳四液相S10)，解吸塔T-3的塔顶不凝气S19返回压缩机C-1，塔釜贫油经解吸塔釜液换热器E-7与吸收塔T-2塔釜富油换热，并再经贫油水冷器E-8和贫油冷却器E-9冷却后作为再生贫油S14循环使用。解吸塔T-3塔顶采用丙烯冷媒或冷冻盐水冷媒。这种方法虽然已经应用在现有装置中，但是生产能耗较高。

丁烯氧化脱氢反应生成气处理的相关专利有CN201310392131，CN201210352538等。这些专利公开的处理丁烯氧化脱氢反应生成气的处理工艺是采用油吸收解吸工艺，即包含油吸收塔和解吸塔。

通过研究分析，发现传统的油吸收解吸工艺存在以下不足：

传统的油吸收解吸工艺中，经压缩后的生成气全部以40℃的温度送至油吸收塔塔釜，为了将丁二烯等碳四组分从生成气中分离下来，需要使用大量的吸收油，油吸收塔釜的富油在解吸塔中解吸出来，解吸塔釜的贫油经泵加压后经一系列的换热器冷却至约2℃左右返回油吸收塔顶。随富油带入解吸塔的不凝气在解吸塔顶采出，这些不凝气返回压缩机继续压缩，而且解吸塔塔顶需要采用丙烯冷媒或冷冻盐水冷媒冷却，这增加电量的消耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含轻质气体的碳四烃的分离方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，包括以下步骤：

(1)：将含轻质气体的碳四烃混合物预处理、冷却后送到预分离塔，精馏分离；

(2)：预分离塔所得塔顶产物经冷却后送入吸收塔中，由从吸收塔进入的吸收剂吸收其中碳四烃类，轻质气体从吸收塔塔顶排出，吸收塔塔釜出料返回预分离塔作为进料；

(3)：预分离塔所得塔釜产物送至解吸塔中解吸并进行组分清晰切割，塔顶得到碳四馏分并输出，塔釜得到吸收剂并返回吸收塔循环利用。

优选的，步骤(1)中所述的含轻质气体的碳四烃混合物为丁烯氧化脱氢工艺中丁烯氧化脱氢反应器出口气体。

更优选的，步骤(1)中所述的含轻质气体的碳四烃混合物中的碳四烃组分为丁二烯、正丁烷、异丁烷、丁烯-1、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯的混合物，其中丁二烯的含量占50％以上。

优选的，步骤(1)中所述含轻质气体的碳四烃混合物的预处理为：将其经过热量回收、急冷、洗酸、加压至0.5MPa～3.0MPa，再送去氧化物水洗塔洗去氧化物；

冷却的程度满足其进入预分离塔时温度为35℃～0℃。

优选的，步骤(1)中含轻质气体的碳四烃混合物预处理、冷却后并送到预分离塔前，先进入预分离进料罐初步分离，其中，罐顶产物和罐底产物分别送到预分离塔的上部和中下部。

优选的，步骤(1)中所述的预分离塔为非清晰切割精馏塔，其中，塔顶馏分占进料的5％-60％，包括氮气、氧气、二氧化碳及其他轻质气体、部分碳四馏分及相平衡的少量碳六、碳七，塔釜产品为其余碳四及更重组分；其中其他轻质气体包括一氧化碳、碳二、碳三。

优选的，步骤(2)中冷却采用丙烯冷媒或冷冻盐水进行。

优选的，步骤(2)中所述的吸收剂为碳五、碳六、碳七烃类或其烃类的混合物。

优选的，吸收塔的塔顶排出气相中含有少量的吸收剂，当吸收剂的含量超出要求时，使吸收塔出口气相进入一个冷却器冷凝并回收凝液，以降低吸收剂的含量，或者还可以进一步将冷却器尾气再进入分离设施进行分离，分离设施可采用变压吸附设备或膜分离设备。

本发明分离氮气、二氧化碳和碳四馏分是由两个步骤完成的，第一步用预分离塔把30％～95％的碳四和氮气、二氧化碳分开，第二步在吸收塔用溶剂吸收碳四，达到碳四和氮气、二氧化碳的完全分离。吸收塔的进料用冷剂冷却到不高于20℃。由于碳四在进吸收塔之前已大部分被脱除，所需溶剂的数量相对于其他碳四馏分全部进入吸收塔的溶剂吸收分离方法要少得多，而且溶剂的再生在预分离塔通过精馏实现。轻质不凝气在预分离塔釜被完全脱除，解吸塔顶没有不凝气循环返回压缩机继续压缩，解吸塔顶采用循环冷却水冷却即可。所以能耗低、操作简单、维护量小、运行可靠。

与现有技术相比，本发明由于采用预分离分离工艺，解吸塔塔顶冷凝器可以直接使用循环冷却水冷凝，直接从塔顶采出粗丁二烯，没有不凝气循环回压缩机；并且由于采用了预分离工艺技术，使得循环吸收油的量大大降低。这两方面因素大大降低了公用工程消耗。

附图说明

图1为传统的含轻质气体的碳四烃的分离工艺流程示意图；

图2为本发明的含轻质气体的碳四烃的分离工艺流程示意图；

图中，T-1为预分离塔，T-2为吸收塔，T-3为解吸塔，E-1为压缩机出料冷却器，E-2为预分离罐进料冷却器，E-3为预分离塔冷凝器，E-4为预分离塔再沸器，E-5为解吸塔冷凝器，E-6为解吸塔再沸器，E-7为解吸塔釜液换热器，E-8为贫油水冷器，E-9为贫油冷却器，V-1为预分离进料罐，C-1为压缩机。

具体实施方式

下面结合附图2所示的碳四预分离流程，对本发明做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

本发明以10万吨/年丁烯氧化脱氢制丁二烯的流程模拟计算为例进行叙述。

计算基础参数说明：

碳四损失：油吸收塔顶气相中碳四组分含量≤0.1％。

年操作时间8000小时；

吸收剂(即吸收油)采用可吸收生成气中碳四烃类的碳五、碳六、碳七链烃或其它烃类的混合物。

压缩机C-1进气量为50.86吨/小时，生成气进料组成见表1；

表1生成气进料组成

碳四预分离工艺：

预分离塔T-1操作压力1200kPaG，塔顶温度26℃，塔釜温度117℃；

吸收塔T-2操作压力1150kPaG，塔顶温度3℃，塔釜温度13℃；

解吸塔T-3操作压力360kPaG，塔顶温度44℃，塔釜温度132℃。

工艺流程说明：

如图2所示，丁烯氧化脱氢反应器出口气体经过热量回收、水冷洗酸后，再送去压缩系统加压，加压后的气体送去氧化物水洗塔洗去氧化物。水冷酸洗后的生成气S1(38℃，291kPaG)经过压缩机C-1升压至1485kPaG，并得到增压生成气S2，脱除氧化物后，接着分别经压缩机出料冷却器E-1(得到初步冷却生成气S3)和预分离罐进料冷却器E-2预冷至10℃，然后作为预冷分离物流S4进入预分离进料罐V-1进行初步分离，罐顶气相S5和罐底液相S6分别送到预分离塔T-1。在预分离塔T-1内，少量的碳四及轻组分从塔顶采出，并经预分离塔冷凝器E-3(采用丙烯冷媒或冷冻盐水)冷却至0℃～20℃后送至吸收塔T-2塔釜。在吸收塔T-2内，塔釜气相进料S7与塔顶进入的再生贫油S14(即吸收剂)在塔板上逆流接触，吸收塔顶气体S15中含有少量的吸收剂，其数量和轻质气体在进料中的比例、吸收塔进口物料的温度和吸收剂性质有关。吸收塔釜液相S8送回预分离塔T-1塔顶作为预分离塔T-1的塔顶回流。预分离塔T-1塔釜的富油S9(44703kg/h，117℃)直接送去解吸塔T-3中部。预分离塔再沸器E-4采用低压蒸汽(1.3MPaG等级)作热源。

在解吸塔T-3中，碳四组分和吸收油组分进行清洗切割分离，塔顶采出碳四液相S10(20178kg/h)，直接送去丁二烯抽提单元。解吸塔釜采出的贫油S11分别经解吸塔釜液换热器E-7回收热量(得到换热贫油物流S12)、贫油水冷器E-8初冷(得到初冷贫油物流S13)、贫油冷却器E-9深冷至2℃后，作为再生贫油S14送去吸收塔T-2塔顶。解吸塔冷凝器E-5采用循环冷却水冷凝，解吸塔再沸器E-6采用低压蒸汽(1.3MPaG等级)。

为了比较传统的流程和本发明节能型粗丁二烯分离流程的设计能耗，两种流程计算采用的生成气指标和总量以及侧线采出的粗丁二烯指标和总量完全相同，并且按照GB/T50441-2007《石油化工设计能耗计算标准》对电力及耗能工质进行了能量折算，折算值见表2，两种工艺流程的设计能耗比较见表3。

传统的油吸收解吸工艺流程计算参数如下：

吸收塔T-2操作压力1150kPaG，塔顶温度3℃，塔釜温度13℃；

解吸塔T-3操作压力360kPaG，塔顶温度44℃，塔釜温度132℃。

表2电力及耗能工质能量折算值

类别	单位	能量折算值(MJ)
			电	kWh	10.89
循环水	t	4.19
			1.3MPaG蒸汽	t	3349

表3两种流程设计能耗比较(单位时间：小时)

如表3数据所示，在综合能耗上，由于本发明采用预分离塔工艺，碳四达到同样的回收率，生成气压缩机的出口压力可以大大降低，碳四预分离流程所需的吸收油量为传统分离流程所需吸收油量的68％。与传统分离流程相比综合能耗降低约9％。

与传统分离流程相比，本发明的碳四预分离流程在蒸汽、电及循环冷却水的消耗上均较少。按每吨循环水运行成本0.3元，每吨1.3MPa蒸汽价值120元，电力价格为0.6元/kWh，年操作时间为8000小时进行计算，每年可以节省操作费用269万元。

实施例2

与实施例1相比，绝大部分一样，除了本实施例中控制碳四烃混合物送入预分离塔时的温度为35℃。

在综合能耗上，由于本发明采用预分离塔工艺，碳四达到同样的回收率，生成气压缩机的出口压力可以大大降低，碳四预分离流程所需的吸收油量为传统分离流程所需吸收油量的85％。与传统分离流程相比综合能耗降低约4％。

与传统分离流程相比，本发明的碳四预分离流程在蒸汽、电及循环冷却水的消耗上均较少。按每吨循环水运行成本0.3元，每吨1.3MPa蒸汽价值120元，电力价格为0.6元/kWh，年操作时间为8000小时进行计算，每年可以节省操作费用120万元。

实施例3

与实施例1相比，绝大部分一样，除了本实施例中控制碳四烃混合物送入预分离塔时的温度为0℃。

在综合能耗上，由于本发明采用预分离塔工艺，碳四达到同样的回收率，生成气压缩机的出口压力可以大大降低，碳四预分离流程所需的吸收油量为传统分离流程所需吸收油量的57％。与传统分离流程相比综合能耗降低约12％。

与传统分离流程相比，本发明的碳四预分离流程在蒸汽、电及循环冷却水的消耗上均较少。按每吨循环水运行成本0.3元，每吨1.3MPa蒸汽价值120元，电力价格为0.6元/kWh，年操作时间为8000小时进行计算，每年可以节省操作费用340万元。

本发明提供了一种丁烯氧化脱氢产物的分离方法，具有显著的经济效益。结合实施例加以具体说明，相关领域的人员完全可以根据本发明提供的方法进行适当改动或变更与组合，来实现该技术。需要特别说明的是，所有这些通过对本发明提供的工艺流程进行相类似的改动或变更与重新组合，对本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为在本发明的精神、范围和内容中。

Claims (6)

1.一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)：将含轻质气体的碳四烃混合物预处理、冷却后送到预分离塔，精馏分离；

(2)：预分离塔所得塔顶产物经冷却后送入吸收塔中，由从吸收塔进入的吸收剂吸收其中碳四烃类，轻质气体从吸收塔塔顶排出，吸收塔塔釜出料返回预分离塔作为进料；

(3)：预分离塔所得塔釜产物送至解吸塔中解吸并进行组分清晰切割，塔顶得到碳四馏分并输出，塔釜得到吸收剂并返回吸收塔循环利用；

步骤(1)中所述的含轻质气体的碳四烃混合物为丁烯氧化脱氢工艺中丁烯氧化脱氢反应器出口气体；

步骤(1)中所述的预分离塔为非清晰切割精馏塔，其中，塔顶馏分占进料的5％-60％，包括氮气、氧气、二氧化碳及其他轻质气体、部分碳四馏分及相平衡的少量碳六、碳七，塔釜产品为其余碳四及更重组分；其中其他轻质气体包括一氧化碳、碳二、碳三。

2.根据权利要求1所述的一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，其特征在于，步骤(1)中所述的含轻质气体的碳四烃混合物中的碳四烃组分为丁二烯、正丁烷、异丁烷、丁烯-1、顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异丁烯的混合物，其中丁二烯的含量占50％以上。

3.根据权利要求1所述的一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，其特征在于，步骤(1)中所述含轻质气体的碳四烃混合物的预处理为：将其经过热量回收、急冷、洗酸、加压至0.5MPa～3.0MPa，再送去氧化物水洗塔洗去氧化物；

冷却的程度满足其进入预分离塔时温度为0～35℃。

4.根据权利要求1所述的一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，其特征在于，步骤(1)中含轻质气体的碳四烃混合物预处理、冷却后并送到预分离塔前，先进入预分离进料罐初步分离，其中，罐顶产物和罐底产物分别送到预分离塔的上部和中下部。

5.根据权利要求1所述的一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，其特征在于，步骤(2)中冷却采用的冷剂为丙烯冷媒或冷冻盐水。

6.根据权利要求1所述的一种含轻质气体的碳四烃的分离方法，其特征在于，步骤(2)中所述的吸收剂为碳五、碳六、碳七烃类或上述烃类的混合物。

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