CN108658720A - 环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法及装置 - Google Patents
环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明创造提供了环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法及装置，将反应单元环氧化反应的高压反应产物依次进行高压闪蒸、中压处理、低压闪蒸等处理，低压条件下操作得到的富丙烯气体进入经中压处理气相引射增压后，形成的富丙烯混合气进入高压压缩机进行进一步压缩，随后被送至丙烯分离精制单元进行丙烯分离提纯。本发明的丙烯分离回收工艺及装置具有能量消耗小的显著优势，可降低产品的单位生产成本，提高产品竞争力，并可提高产品收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种从环氧化产物中回收烯烃的方法及装置，更具体的说，本发明涉及一种用于丙烯环氧化生产环氧丙烷工艺中过量丙烯分离回收的能量集成型分离工艺及装置。
背景技术
环氧丙烷是重要的有机化工原料，是目前除聚丙烯和丙烯腈以外的第三大丙烯衍生物。其最大用途是合成聚醚多元醇，进而制造聚氨酯，在美国和西欧的用途分配中，这方面的用途分别占60％和70％以上。环氧丙烷还可用于制造非离子表面活性剂和丙烯醇、丙二醇、醇醚、碳酸丙烯酯、聚丙醇胺、丙醛、合成甘油、有机酸、合成树脂、泡沫塑料、增塑剂、乳化剂、湿润剂、洗涤剂、杀菌剂、熏蒸剂等。环氧丙烷衍生的精细化学品几乎应用于所有工业部门和日常生活中。
环氧丙烷的生产工艺主要有氯醇法、共氧化法(PO/SM法、PO/TAB法)、异丙苯直接氧化法(CHP法)、双氧水直接氧化法和氧气直接氧化法。其中氯醇法的主要缺点是对设备有腐蚀，生产过程中产生大量含有有机氯化物的废水、废渣，环保压力非常大。共氧化法相比氯醇法，降低了环保压力，但其流程长、投资高、联产品产量高，经济效益受联产品制约非常明显。几种直接氧化法是在特殊的催化剂的催化作用下，将丙烯与氧化剂一步反应得到环氧丙烷的过程。这种工艺反应条件温和，产品收率高，没有其他联产品，三废少，基本无污染，属于环境友好的清洁生产工艺，其代表了环氧丙烷生产工艺的发展方向。
在各种直接氧化法环氧丙烷生产工艺中，为确保氧化剂的完全转化，反应过程中将丙烯进料维持在高于化学反应计量比，此部分过量丙烯在后续分离过程中需通过分离精制后重新送回反应器进行反应。其分离回收过程中的能量消耗是装置竞争能力的重要指标。且在丙烯分离回收的过程中，往往也伴随着水解等副反应的发生，进而导致产品收率的降低。
专利CN201110434173公开了一种从包含环氧丙烷的环氧化产物的分离提纯方法。该专利将反应产物在低压下汽提或精馏，分离出含丙烯气再通过压缩机压缩进入后续处理系统。该专利所公布的方案的缺点在于，经过低压气体或精馏后，分离出的含丙烯气压力过低，导致压缩机系统压比大，能耗高。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法及装置，该种工艺及装置与现有的从环氧化产物中回收丙烯的方法及装置相比，具有流程简单、分离能耗低等优势，可提高产品收率，并可降低产品的单位生产成本，提高产品竞争力。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，包括如下步骤：
步骤1：在反应单元进行环氧化反应，反应在高压下进行，操作压力 1.0～3.5MPaG，优选2.0～2.8MPaG，得到高压反应产物；
步骤2：步骤1产生的高压反应产物进入预热单元进行预热，经预热的反应产物进入闪蒸器，在高压下进行闪蒸，得到高压闪蒸气相和高压闪蒸残液，预热温度50～90℃，优选60～85℃，高压闪蒸气相经1号部分冷凝器进行部分冷凝后，得到高压闪蒸凝液和高压闪蒸不凝气，高压闪蒸凝液送至丙烯分离精制单元，高压闪蒸不凝气排出系统；高压处理不凝气排出本发明所述的系统。
步骤3：步骤2产生的高压闪蒸残液进入到中压处理单元，进行中压加热处理操作，操作压力0.5～0.8MPaG，优选0.6～0.75MPaG，得到中压处理气相和中压处理残液，中压处理气相送至喷射器；
步骤4：步骤3产生的中压处理残液进入低压闪蒸单元，在低压下闪蒸，得到低压闪蒸气相和低压闪蒸残液，闪蒸压力0MPaG～0.2MPaG，优选 0MPaG～0.1MPaG；
步骤5：步骤4得到的低压闪蒸残液进入粗分离单元，经粗分离步骤，即精馏、汽提等步骤，得到粗分离富丙烯气和粗分离液相，粗分离液相送至产品精制单元进行产品、副产品的分离提纯；
步骤6：步骤4产生的低压闪蒸气相和步骤5产生的粗分离富丙烯气均送至喷射器，经来自步骤3的中压处理气相引射，得到的富丙烯混合气随后送至高压压缩机；富丙烯混合气的压力介于中压处理气相和低压富丙烯气两者压力之间，且大幅高于低压富丙烯气的压力。
步骤7：高压压缩机将来源于步骤6的富丙烯混合气压缩至 1.0～3.5MPaG，优选2.0～2.4MPaG，得到的高压压缩出口气随后送至丙烯分离精制单元。丙烯分离精制单元可选用常规精馏、热耦合精馏、吸收解吸等多种分离提纯方式，本发明内容并不限制丙烯分离精制单元的具体形式。
上述丙烯分离回收工艺首先对高压反应产物在高压条件下进行高压闪蒸，先将其中的一部分丙烯进行分离提纯，得到高压富丙烯，避免了降低压力后再将丙烯重新压缩回高压的过程，节省了一部分能耗；而高压闪蒸残液接下来又进行中压处理和低压闪蒸等操作，一方面中压处理又分离出一部分中压富丙烯气体，减少了需要从低压逐级增压到高压的气体的量，降低了能耗，另一方面中压处理气相引射来自低压闪蒸和粗分离的低压富丙烯气体，对低压富丙烯气体进行增压，形成压力远大于低压富丙烯气体的富丙烯混合气，高压压缩机只需将中低压的富丙烯混合气压缩到高压，相比较直接将气体由低压压缩到高压，降低了气体压缩前后的能级差，进而明显降低压缩机的能耗，同时避免了级间进料型压缩机的应用，降低了流程操作复杂性。
进一步的，步骤3的中压加热处理操作为将步骤2产生的高压闪蒸残液在中压下进行加热蒸发，蒸发温度40～60℃，优选45～53℃。
进一步的，步骤3的中压加热处理操作为将步骤2产生的高压闪蒸残液在中压下进行闪蒸。
进一步的，步骤3得到的中压处理气相经2号部分冷凝器进行部分冷凝后得到中压处理不凝气和中压处理凝液，中压处理不凝气送至喷射器，中压处理凝液回到中压处理单元。采用部分冷凝器对中压处理气相进行部分冷凝，进一步脱除中压处理气相中的重组分，实现了中压丙烯气体的进一步提纯，减少了进入喷射器的气体的量，进一步减少了高压压缩机需要压缩的气体的量，降低了高压压缩机的能耗，进而降低了整体流程的能耗。
进一步的，步骤4得到的低压闪蒸气相经3号部分冷凝器进行部分冷凝后得到低压闪蒸不凝气和低压闪蒸凝液，低压闪蒸不凝气送至喷射器，低压闪蒸凝液回到低压闪蒸单元。采用部分冷凝器对低压压蒸发气相进行部分冷凝，进一步脱除低压闪蒸气相中的重组分，实现了低压丙烯气体的进一步提纯，减少了进入喷射器的气体的量，进而减少了高压压缩机需要压缩的气体的量，降低了高压压缩机的能耗，进而降低了整体流程的能耗。
进一步的，在进行步骤2的高压闪蒸过程中向闪蒸器中通入惰性气体。高压闪蒸时向闪蒸器的液相底部通入惰性气体可提高闪蒸效果和工艺安全性。
进一步的，步骤2所述的闪蒸器内部添加有内件，添加的内件包括塔板、填料。闪蒸器中添加塔板、填料等内件可优化传质性能。
环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收装置，其特征在于：包括依次连通的反应单元、预热单元、闪蒸器、中压处理单元、低压闪蒸单元、粗分离单元和产品精制单元，所述闪蒸器与1号部分冷凝器入口连通，所述中压处理单元与喷射器第一入口连通，所述低压闪蒸单元、粗分离单元均与喷射器第二入口连通，所述喷射器与高压压缩机入口连通，所述1号部分冷凝器出口、高压压缩机出口均与丙烯分离精制单元连通，所述丙烯分离精制单元出口与反应单元连通。
所述中压处理单元为蒸发器或闪蒸器。
所述中压处理单元与喷射器的通路上设有2号部分冷凝器。
所述低压闪蒸单元与喷射器的通路上设有3号部分冷凝器。
所述闪蒸器设有惰性气体进气口。
相对于现有技术，本发明创造所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法及装置，其优势在于：
本发明通过将高压反应产物在高、中、低压下进行多层级处理，使丙烯尽量在较高的压力条件下从反应产物中分离出来，并通过喷射器和高压压缩机的组合对富丙烯气进行分级增压，降低气体压缩前后的能量等级差，可大幅降低最终的能量消耗，尤其是压缩机的能量消耗，进而降低产品的单位成本，提高产品竞争力。
此外，在本发明创造的丙烯分离回收工艺中高压反应产物首先进行预热加高压闪蒸操作，相对现有的通过精馏进行丙烯回收的方法，没有回流过程，加热处理时所需温度相对较低，其后的中压处理和低压闪蒸过程所需温度则依次更低，即本发明的丙烯回收工艺降低了丙烯分离回收过程中的分离温度，有效减少了反应产物中氧化烯烃在高温含醇含水环境下的停留时间，可减少水解等副反应的发生，进而提高总体工艺流程的产品收率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法流程图；
图2为本发明实施例2所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法流程图。
附图标记说明：
1-高压反应产物；2-经预热的反应产物；3-惰性气体；4-高压闪蒸气相； 5-高压闪蒸残液；6-高压闪蒸凝液；7-高压闪蒸不凝气；8-中压处理气相； 9-中压处理残液；10-低压闪蒸气相；11-低压闪蒸残液；12-粗分离富丙烯气；13-粗分离液相；14-富丙烯混合气；15-高压压缩机出口气；16-循环丙烯；17-中压处理凝液；18-中压处理不凝气；19-低压闪蒸凝液；20-低压闪蒸不凝气；
a-反应单元；b-预热单元；c-闪蒸器；d-中压处理单元；e-低压闪蒸单元；f-粗分离单元；g-产品精制单元；h--喷射器；i-高压压缩机；j-丙烯分离精制单元；k-2号部分冷凝器；m-3号部分冷凝器；n-1号部分冷凝器。
具体实施方式
下面将结合实施例来详细说明本发明创造。
实施例1：
如图1所示，环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收装置，包括依次连通的反应单元a、预热单元b、闪蒸器c、中压处理单元d、低压闪蒸单元e、粗分离单元f和产品精制单元g，闪蒸器c与1号部分冷凝器n入口连通，中压处理单元d与喷射器h第一入口连通，低压闪蒸单元e、粗分离单元f 均与喷射器h第二入口连通，喷射器h与高压压缩机i入口连通，1号部分冷凝器n出口、高压压缩机i出口均与丙烯分离精制单元j连通，丙烯分离精制单元j出口与反应单元a连通。中压处理单元d为蒸发器。闪蒸器c设有惰性气体进气口，且闪蒸器c内部添加有内件，添加的内件包括塔板、填料。
使用上述装置进行丙烯分离回收时，首先，在反应单元a进行环氧化反应，反应在高压下进行，操作压力2.7MPaG；环氧化反应得到的高压反应产物1被送至预热单元b进行预热，经预热的反应产物2进入闪蒸器c进行高压闪蒸，预热温度65℃，闪蒸时向闪蒸器c的液相底部通入一股惰性气体3，最终得到高压闪蒸气相4和高压闪蒸残液5，高压闪蒸气相4通过1号部分冷凝器n进行部分冷凝后，得到高压闪蒸凝液6和高压闪蒸不凝气7，高压闪蒸凝液6送至丙烯分离精制单元j进行丙烯的进一步分离提纯操作，高压闪蒸不凝气7排出系统。
高压闪蒸残液5进入到中压处理单元d，在中压条件下进一步蒸发，蒸发压力0.7MPaG，蒸发温度53℃，得到中压处理气相8和中压处理残液9，中压处理气相8送至喷射器h。中压处理残液9进入到低压闪蒸单元e，在低压下闪蒸，得到低压闪蒸气相10和低压闪蒸残液11，闪蒸压力0.1MPaG，低压闪蒸残液11进入到粗分离单元f，经粗分离步骤，即精馏、汽提等步骤，得到粗分离富丙烯气12和粗分离液相13，粗分离液相13送至产品精制单元 g进行产品、副产品的分离提纯操作。低压闪蒸单元e产生的低压闪蒸气相 10和粗分离单元f产生的粗分离富丙烯气12均送至喷射器h，经中压处理气相8引射后形成富丙烯混合气14，得到的富丙烯混合气14随后送至高压压缩机i，被高压压缩机i压缩至2.3MPaG，得到的高压压缩机出口气15随后送至丙烯分离精制单元j。经丙烯分离精制单元j分离提纯得到的循环丙烯16被送至反应单元a。
上述操作中各级蒸发单元所采用的蒸发器形式可选用Kettel式、降膜式、升膜式等多种类型，本发明的使用效果并不局限蒸发器形式的选择；丙烯分离精制单元j可选用常规精馏、热耦合精馏、吸收解吸等多种分离提纯方式，本发明内容并不限制丙烯分离精制单元j的具体形式。
采用实施例1所示工艺流程对环氧化产物进行分离回收，压缩机及总体能耗节省18％。
实施例2：
如图2所示，环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收装置，包括依次连通的反应单元a、预热单元b、闪蒸器c、中压处理单元d、低压闪蒸单元e、粗分离单元f和产品精制单元g，闪蒸器c与1号部分冷凝器n入口连通，中压处理单元d与喷射器h第一入口连通，低压闪蒸单元e、粗分离单元f 均与喷射器h第二入口连通，喷射器h与高压压缩机i入口连通，1号部分冷凝器n出口、高压压缩机i出口均与丙烯分离精制单元j连通，丙烯分离精制单元j出口与反应单元a连通。闪蒸器c设有惰性气体进气口，中压处理单元d为闪蒸器。中压处理单元d与喷射器h的通路上设有2号部分冷凝器k，低压闪蒸单元e与喷射器h的通路上设有3号部分冷凝器m。
使用上述装置进行丙烯分离回收时，首先，在反应单元a进行环氧化反应，反应在高压下进行，操作压力2.7MPaG；环氧化反应得到的高压反应产物1被送至预热单元b进行预热，经预热的反应产物2进入闪蒸器c进行高压闪蒸，预热温度65℃，闪蒸时向闪蒸器c的液相底部通入一股惰性气体3，最终得到高压闪蒸气相4和高压闪蒸残液5，高压闪蒸气相4通过1号部分冷凝器n进行部分冷凝后，得到高压闪蒸凝液6和高压闪蒸不凝气7，高压闪蒸凝液6送至丙烯分离精制单元j进行丙烯的进一步分离提纯操作，高压闪蒸不凝气7排出系统。
高压闪蒸残液5进入到中压处理单元d，在中压条件下进一步闪蒸，闪蒸压力0.7MPaG，得到中压处理气相8和中压处理残液9，中压处理气相8 经2号部分冷凝器k进行部分冷凝后得到中压处理不凝气18和中压处理凝液17，中压处理不凝气18送至喷射器h，中压处理凝液17回到中压处理单元d。中压处理残液9进入到低压闪蒸单元e，在低压下闪蒸，得到低压闪蒸气相10和低压闪蒸残液11，闪蒸压力0.1MPaG，低压闪蒸气相10经3号部分冷凝器m进行部分冷凝后得到低压闪蒸不凝气20和低压闪蒸凝液19，低压闪蒸不凝气20送至喷射器h，低压闪蒸凝液19回到低压闪蒸单元。低压闪蒸残液11进入到粗分离单元f，经粗分离步骤，即精馏、汽提等步骤，得到粗分离富丙烯气12和粗分离液相13，粗分离液相13送至产品精制单元 g进行产品、副产品的分离提纯操作。来自低压闪蒸单元e的低压闪蒸不凝气20和来自粗分离单元f的粗分离富丙烯气12均送至喷射器h，经中压处理不凝气18引射后形成富丙烯混合气14，得到的富丙烯混合气14随后送至高压压缩机i，被高压压缩机i压缩至2.3MPaG，得到的高压压缩机出口气 15随后送至丙烯分离精制单元j。经丙烯分离精制单元j分离提纯得到的循环丙烯16被送至反应单元a。
上述操作中各级蒸发单元所采用的蒸发器形式可选用Kettel式、降膜式、升膜式等多种类型，本发明的使用效果并不局限蒸发器形式的选择；丙烯分离精制单元j可选用常规精馏、热耦合精馏、吸收解吸等多种分离提纯方式，本发明内容并不限制丙烯分离精制单元j的具体形式。
采用实施例2所示工艺流程对环氧化产物进行分离回收，压缩机及总体能耗节省20％。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (8)
1.环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在反应单元进行环氧化反应，反应在高压下进行，操作压力1.0～3.5MPaG，得到高压反应产物；
步骤2：步骤1产生的高压反应产物进入预热单元进行预热，经预热的反应产物进入闪蒸器，在高压下进行闪蒸，得到高压闪蒸气相和高压闪蒸残液，预热温度50～90℃，高压闪蒸气相经1号部分冷凝器进行部分冷凝后，得到高压闪蒸凝液和高压闪蒸不凝气，高压闪蒸凝液送至丙烯分离精制单元，高压闪蒸不凝气排出系统；
步骤3：步骤2产生的高压闪蒸残液进入到中压处理单元，进行中压加热处理操作，操作压力0.5～0.8MPaG，得到中压处理气相和中压处理残液，中压处理气相送至喷射器；
步骤4：步骤3产生的中压处理残液进入低压闪蒸单元，在低压下闪蒸，得到低压闪蒸气相和低压闪蒸残液，闪蒸压力0MPaG～0.2MPaG；
步骤5：步骤4得到的低压闪蒸残液进入粗分离单元，经粗分离步骤，得到粗分离富丙烯气和粗分离液相，粗分离液相送至产品精制单元进行产品、副产品的分离提纯；
步骤6：步骤4产生的低压闪蒸气相和步骤5产生的粗分离富丙烯气均送至喷射器，经来自步骤3的中压处理气相引射，得到的富丙烯混合气随后送至高压压缩机；
步骤7：高压压缩机将来源于步骤6的富丙烯混合气压缩至1.0～3.5MPaG，得到的高压压缩出口气随后送至丙烯分离精制单元。
2.根据权利要求1所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，其特征在于：步骤3的中压加热处理操作为将步骤2产生的高压闪蒸残液在中压下进行加热蒸发，蒸发温度40～60℃。
3.根据权利要求1所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，其特征在于：步骤3的中压加热处理操作为将步骤2产生的高压闪蒸残液在中压下进行闪蒸。
4.根据权利要求1所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，其特征在于：步骤3得到的中压处理气相经2号部分冷凝器进行部分冷凝后得到中压处理不凝气和中压处理凝液，中压处理不凝气送至喷射器，中压处理凝液回到中压处理单元。
5.根据权利要求1所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，其特征在于：步骤4得到的低压闪蒸气相经3号部分冷凝器进行部分冷凝后得到低压闪蒸不凝气和低压闪蒸凝液，低压闪蒸不凝气送至喷射器，低压闪蒸凝液回到低压闪蒸单元。
6.根据权利要求1所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，其特征在于：在进行步骤2的高压闪蒸过程中向闪蒸器中通入惰性气体。
7.根据权利要求1所述的环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收方法，其特征在于：步骤2所述的闪蒸器内部添加有内件，添加的内件包括塔板、填料。
8.环氧化工艺中能量集成型丙烯分离回收装置，其特征在于：包括依次连通的反应单元(a)、预热单元(b)、闪蒸器(c)、中压处理单元(d)、低压闪蒸单元(e)、粗分离单元(f)和产品精制单元(g)，所述闪蒸器(c)与1号部分冷凝器(n)入口连通，所述中压处理单元(d)与喷射器(h)第一入口连通，所述低压闪蒸单元(e)、粗分离单元(f)均与喷射器(h)第二入口连通，所述喷射器(h)与高压压缩机(i)入口连通，所述1号部分冷凝器(n)出口、高压压缩机(i)出口均与丙烯分离精制单元(j)连通，所述丙烯分离精制单元(j)出口与反应单元(a)连通。
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