CN110198923A - 获得纯1,3-丁二烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过使用选择性溶剂萃取蒸馏而从粗C4馏分中获得纯1,3‑丁二烯的方法,其中(a)将粗C4馏分引入预蒸馏塔,将包含C3烃的第一低沸点馏分作为顶部料流取出,将气态C4馏分作为侧料流取出,并将第一高沸点馏分作为底部料流取出;(b)在至少一个萃取塔中使气态C4馏分与选择性溶剂接触,其中得到包含丁烷类和丁烯类的顶部馏分和包含1,3‑丁二烯和选择性溶剂的底部馏分;(c)在至少一个汽提塔中从底部馏分中解吸粗1,3‑丁二烯,其中得到汽提过的选择性溶剂,并将汽提过的选择性溶剂再循环到萃取塔中;和(d)将至少部分粗1,3‑丁二烯供应至纯蒸馏塔中,分离出第二高沸点馏分,并取出气态出口料流。保持分子氧浓度低于预定浓度限所必需的来自塔的气态出口料流被固结到出口,所述出口已提供用于排出工艺中其他组分的方法中。将第二高沸点馏分再循环到预蒸馏塔的下部区段对于纯蒸馏塔的操作产生进一步的自由度。
Description
本发明涉及一种从粗C4馏分中分离纯1,3-丁二烯的方法。
1,3-丁二烯在工业上通常由C4馏分获得,即由其中C4烃,尤其是1-丁烯、异丁烯和1,3-丁二烯占主要部分的烃混合物获得。
C4馏分例如在乙烯和丙烯制备中通过热裂解而得到,一般是在蒸气裂解器,特别是石脑油或气体裂解器中。此外,含1,3-丁二烯的C4馏分在正丁烷和/或正丁烯催化脱氢中得到。作为用于将正丁烯氧化脱氢成1,3-丁二烯的起始气体混合物,可以使用包含正丁烯的任何混合物。包含正丁烯并用作正丁烯氧化脱氢成1,3-丁二烯的起始气体的气体混合物可通过包含正丁烷的气体混合物的非氧化脱氢来制备。随后将含1,3-丁二烯的C4馏分称为粗C4馏分。它们不仅包含少量C3和C5烃,而且通常包含乙炔(甲基乙炔、乙基乙炔和乙烯基乙炔)。
通常已知纯1,3-丁二烯可通过一系列特定的工艺步骤从粗C4馏分中分离,其中首先从粗C4馏分得到粗1,3-丁二烯,然后进一步纯化粗1,3-丁二烯,以从中分离出纯1,3-丁二烯。粗1,3-丁二烯是包含约90-99.5重量%的1,3-丁二烯,特别是98-99重量%的1,3-丁二烯的混合物。纯1,3-丁二烯的所需规格通常提供最低99.6重量%的1,3-丁二烯含量和在每种情况下最高容许20ppm的乙炔类和1,2-丁二烯含量,基于纯1,3-丁二烯的质量。
从C4馏分分离1,3-丁二烯由于在组分相对挥发度方面差别小而为复杂的分离任务。因此进行萃取蒸馏,即在加入具有比待分馏混合物高的沸点且增加待分离组分相对挥发度差别的选择性溶剂下蒸馏。以这种方式得到的粗1,3-丁二烯,为了满足所需的规格,通过蒸馏纯化,以得到纯1,3-丁二烯。
例如,根据WO 2011/110562 A1,粗C4馏分被选择性氢化,随后从选择性氢化的C4馏分中分离出高沸点成分,然后通过萃取蒸馏进一步后处理剩余的C4馏分以得到粗1,3-丁二烯。通过纯蒸馏进一步纯化粗1,3-丁二烯,得到纯1,3-丁二烯。
DE 101 05 660公开了一种通过使用选择性溶剂萃取蒸馏而从C4馏分中获得粗1,3-丁二烯的方法。该方法在间壁塔(TK)中进行,其中间壁(T)沿塔的纵向排列,以形成第一子区域(A),第二子区域(B)和下部联合塔区域(C),并且在其之前是萃取洗涤塔(K)。
根据WO 2013/083536,提供气态纯化粗C4馏分作为用于萃取蒸馏的进料流,其中将液体粗C4馏分引入蒸馏塔的上三分之一以形成富集段和汽提段,将包含C3烃的顶部料流,包含C4低聚物和聚合物以及C5+烃的底部料流从蒸馏塔中取出,并将气态纯化粗C4馏分作为侧料流从汽提段取出。
对于所有使用选择性溶剂的C4馏分萃取蒸馏方法常见的是,选择性溶剂通过将待分馏的C4馏分以蒸气形式在合适的热力学条件下,通常在低温下,常常在20-80℃下,和在中等压力下,通常为约3-约6巴下,以与液态选择性溶剂呈逆流的方式传输而变得负载有对其具有较高亲和性的C4馏分的组分,而所述选择性溶剂对其具有较低亲和性的组分保留在蒸气相中并作为顶部料流取出。随后在合适的热力学条件下,即在较高温度和/或较低压力下,从负载的溶剂料流中的选择性溶剂中分馏释放出所述组分。
1,3-丁二烯是一种可聚合化合物,可在设备的不同区域形成不希望的聚合物沉积物;取决于分子量和交联度,这些沉积物可以是橡胶状或脆性的(称为爆米花聚合物)。橡胶状沉积物阻碍热传递并导致导管横截面的减小。爆米花聚合物的形成可导致设备内部的严重损坏并导致冷凝器和导管的破裂。必须定期从塔和导管上移除沉积物,需要很大努力和停机时间,这会导致损失。
在较低ppm范围或更低的范围内存在少量分子氧已被认为是形成聚合物的主要原因。分子氧可以例如经由丁二烯过氧化物或赤铁矿作为自由基引发剂,引发1,3-丁二烯的自由基聚合。分子氧通过设备部件中的最小泄漏和经由引入工艺的料流进入设备。
为了将氧含量保持在预定的浓度限以下,可以从氧气、氮气和其他惰性气体在其中浓缩的各种冷凝器中周期性地或连续地从工艺中排出部分气相作为吹扫料流(排气)。除了分子氧和仅以非常低浓度被包含其中的惰性气体外,还有大量有价值的产物在吹扫料流下从工艺中损失。因此,必须通过相关设备部件中的氧气检测器监测氧气含量,并将吹扫料流限制在保持氧气含量低于浓度限所需的体积,同时将C4损失保持最低。因此,可以凭经验确定允许从设备慎重排出的气体体积。在基于氧气测量可控排放吹扫料流的情况下,通常规定吹扫料流中3-10ppm的残余氧含量。缺点是氧气检测器易于发生故障并需要高度维护。
在大多数情况下,在萃取蒸馏工艺中,包含C4乙炔类的气体也从粗1,3-丁二烯分离解吸。由于C4乙炔类在化学上是不稳定和易爆的,出于安全原因,通常的做法是用另一内部工艺料流稀释包含C4乙炔类的气体,以使C4乙炔类的浓度可靠地保持在分解危险浓度以下,例如,在1.7绝对巴下为30-40体积%。例如,来自萃取塔的基本上包含萃余液1的蒸气流用作稀释气体。包含C4乙炔类的稀释气体通常混合到裂解器原料中,有时热利用或送去燃烧。
本发明的一个目的是提供一种从粗C4馏分中分离纯1,3-丁二烯的有效方法,特别是其中可以长时间保持生产操作和实现纯1,3-丁二烯的高产率的方法。
该目的借助通过使用选择性溶剂萃取蒸馏而从粗C4馏分中分离纯1,3-丁二烯的方法实现,其中
a)将粗C4馏分引入预蒸馏塔,将包含C3烃的低沸点馏分作为顶部料流取出,将气态C4馏分作为侧料流取出,并将第一高沸点馏分作为底部料流取出,
b)在至少一个萃取塔中使气态C4馏分与选择性溶剂接触,得到包含丁烷类和丁烯类的顶部馏分和包含1,3-丁二烯和选择性溶剂的底部馏分,
c)在至少一个汽提塔中从底部馏分中解吸粗1,3-丁二烯,得到汽提过的选择性溶剂,并将汽提过的选择性溶剂再循环到萃取塔中,和
d)将至少部分粗1,3-丁二烯供应至纯蒸馏塔中,分离出第二高沸点馏分,并取出气态吹扫料流。
出于资金成本的原因,不使用一个萃取塔而是以其在热力学上对应于具有两倍理论塔板数的塔的方式耦合两个塔可能是有利的。萃取塔和汽提塔也可以各自完全或部分地集成到集成的萃取和汽提塔中。萃取塔和汽提塔可以在之前有(a)另外的萃取塔和/或在之后有(a)另外的汽提塔。如果在集成的萃取和汽提塔的下游安装另一个汽提塔,则在本文件中的集成塔的情况下将参考萃取和预汽提塔。
在本发明方法的优选实施方案中,来自塔的气态吹扫料流(其是保持分子氧浓度低于预定浓度限所必需的)被固结(consolidated)到出口,所述出口在任何情况下都提供用于排出工艺中其他组分。由于与常规吹扫料流相比,所涉及的料流在体积方面是大料流,可以将氧含量可靠地保持在工业中常用的氧检测器的检测限以下,而不是常规的,监测的3-10ppm。
来自纯蒸馏塔的吹扫料流优选与来自预蒸馏塔的蒸气一起输送通过预蒸馏塔的顶部冷凝器。这允许来自纯蒸馏塔的吹扫料流的体积流量迅速增大,以在纯蒸馏塔中用作痕量氧的出口,并将纯蒸馏塔中的氧含量推动至低于常规氧气检测器的检测限。来自纯蒸馏塔的吹扫料流中包含的1,3-丁二烯在预蒸馏塔的顶部冷凝器中冷凝并保留在工艺中。
当从汽提塔中以气态形式取出粗1,3-丁二烯并将其以气态形式供应至纯蒸馏塔中时,来自汽提塔的专用吹扫料流(其中粗1,3-丁二烯被解吸)变得不必要。这里,解吸的粗1,3-丁二烯部分冷凝,粗1,3-丁二烯的冷凝部分作为反流输送到汽提塔和/或下面描述的后洗涤区,并且粗1,3-丁二烯的其他部分以气态形式供应至纯蒸馏塔中。以气态形式取出的粗1,3-丁二烯的体积流量是氧气的常规吹扫料流体积流量的许多倍;以这种方式,汽提塔中的氧含量可以被推动至低于常规氧检测器的检测限。
此外,提出同时用作来自萃取塔的氧气和惰性气体的吹扫料流的料流用作C4乙炔类的稀释气体。包含C4乙炔类的气体优选用来自萃取区的蒸气的未冷凝成分稀释,即出口不是设置在萃取塔的蒸气空间中,而是设置在萃取塔的冷凝器处或下游,以使得这同时用作超大吹扫料流。因此经由吹扫料流的C4损失不再发生。
粗C4馏分通常以液体形式引入预蒸馏塔中。将包含C3烃的低沸点馏分作为顶部料流取出。将气态C4馏分作为侧料流从预蒸馏塔取出。将第一高沸点馏分作为底部料流从预蒸馏塔取出。预蒸馏塔同时进行粗C4馏分的预纯化和气化。不再需要用于纯化粗C4馏分的单独气化器。预蒸馏塔可以例如在50-80℃的底部温度和4-8巴的压力下操作。本文件中指出的所有压力都是绝对压力。
主要比例的包含在粗C4馏分中的C5+烃和包含在粗C4馏分中的C4低聚物和聚合物可以经由第一高沸点馏分排出。由于较少量的C5+组分,特别是可聚合的C5二烯如异戊二烯或顺式-2-戊二烯从预蒸馏输送到萃取蒸馏,它们在选择性溶剂中以较小程度累积。羰基化合物如甲醛、乙醛、丙醛、正丁醛、巴豆醛、丙酮、甲基乙基酮或丙烯醛也经由第一高沸点馏分排出。
液体粗C4馏分有利地在侧面供应至预蒸馏塔以形成位于入口上方的富集区段和位于入口下方的汽提区段。预蒸馏塔优选是板式塔。板式塔尤其具有30-100个实际塔盘或特别优选50-70个实际塔盘。侧入口优选地将位于较高位置的塔盘的数量和位于较低位置的塔盘的数量分成20:80-80:20的比率。
在优选的实施方案中,预蒸馏塔在中间区段被基本上沿预蒸馏塔的纵向排列的间壁分成流入区域和侧出口区域。将液体粗C4馏分引入流入区域,并从侧出口区域取出气态C4馏分。粗C4馏分的组分不直接到达侧出口并进入侧料流,因为它们与向下流动的冷凝物和上升蒸汽分离,在间壁的下或上边缘上流动时。间壁通常在4-40个塔盘上延伸,优选在6-30个塔盘上延伸。
在替代实施方案中,预蒸馏塔也可以构造为没有间壁的蒸馏塔。然后将气态C4馏分在粗C4馏分的入口下方取出。这确保粗C4馏分的组分不直接到达侧出口并进入侧料流。
在至少一个萃取塔中将由此获得的气态纯化C4馏分与选择性溶剂接触,得到包含丁烷和丁烯的顶部馏分和包含1,3-丁二烯、C4乙炔类和选择性溶剂的底部馏分。通常通过在萃取塔的至少一个区段中将气态C4馏分与选择性溶剂呈逆流的方式输送,使气态C4馏分与选择性溶剂接触。
萃取塔中的压力和温度以如下方式设置:使得所述选择性溶剂对其具有比对1,3-丁二烯低的亲和性的C4馏分的那些组分,尤其是丁烷类和丁烯类大部分保留在气相中,而1,3-丁二烯以及所述选择性溶剂对其具有比对1,3-丁二烯高的亲和性的乙炔类和其他烃基本上完全被所述选择性溶剂吸收。萃取塔可以例如在20-80℃的温度和3-6巴的压力下操作。以此方式,获得包含丁烷类和丁烯类的顶部馏分和包含1,3-丁二烯、C4乙炔类和选择性溶剂的底部馏分。丁烷类和丁烯类在顶部取出。顶部馏分通常称为萃余液1。
底部馏分不仅包含溶剂和1,3-丁二烯,而且通常还包含选择性溶剂对其具有比对1,3-丁二烯高的亲和性的其他烃(例如C4乙炔类)。因此,通常进行分馏解吸,其中吸收在所述选择性溶剂中的烃以其就所述选择性溶剂而言的亲和性相反的顺序解吸。因此,不仅粗1,3-丁二烯,而且优选包含C4乙炔类,特别是乙烯基乙炔的气体作为单独的馏分从底部馏分解吸。
在一个实施方案中,将底部馏分引入萃取和预汽提塔中。萃取和预汽提塔的上部用作汽提区段,其中丁烷和丁烯仍然溶解在溶剂中,并且其他低沸物也可以在顶部被驱除和取出。来自萃取和预汽提塔的顶部产物可以供应回萃取塔中。包含1,3-丁二烯和少量甲基乙炔、1,2-丁二烯和C5+烃的粗1,3-丁二烯可以作为侧料流从萃取和预汽提塔取出。在萃取和预汽提塔的底部获得预汽提过的溶剂,其仍包含各种C4组分,例如乙烯基乙炔。萃取和预汽提塔可以例如在20-80℃的底部温度和3-6巴的压力下操作。
在来自萃取和预汽提塔的底部产物中得到的预汽提过的溶剂优选被输送到汽提塔中,其中选择性溶剂对其具有比对1,3-丁二烯高的亲和性的其他烃(例如C4乙炔类)被解吸。汽提塔可以例如在120-200℃的温度和1.2-6巴的压力下操作。
包含C4乙炔类的气体优选作为侧出口料流从汽提塔取出。例如,作为侧出口料流从汽提塔取出的包含C4乙炔类的气体可以在乙炔洗涤器中用水洗涤,以回收选择性溶剂。乙炔洗涤器可构造为汽提塔的侧塔。洗涤水可以再循环到溶剂回路中,例如,进入汽提塔和/或萃取和预汽提塔。由包含C4乙炔类的洗涤气体夹带的水蒸气可以冷凝出来并全部或部分再循环到乙炔洗涤器中。
为了回收仅在汽提塔中解吸的那部分1,3-丁二烯,可以将来自汽提塔的顶部产物压缩并再循环到萃取和预汽提塔中。来自汽提塔的顶部产物在压缩前适当冷却,例如通过直接冷却器。
在汽提塔的底部获得汽提过的选择性溶剂,并且这可以首先用于热回收,并且在最终冷却之后,再循环到萃取塔并任选地再循环到如下所述的后洗涤区。
通常,在后洗涤区中用汽提过的选择性溶剂处理粗1,3-丁二烯。这具有以下优点:在粗1,3-丁二烯进入纯蒸馏塔之前,仍包含在粗1,3-丁二烯中的C4乙炔类被洗涤掉。从后洗涤区流下的溶剂可以引入萃取和预汽提塔中。
后洗涤区可以由单独的塔形成,例如,分配给萃取和预汽提塔的侧塔。在合适的实施方案中,后洗涤区由萃取和预汽提塔的上部区段形成,该上部由间壁分开,该间壁基本上沿塔的纵向延伸。在萃取和预汽提塔的上部区域中,然后沿塔的纵向布置间壁以形成用于萃取的第一上部区段,形成后洗涤区的第二上部区段和在底部邻接间壁且用于解吸的第三区段。间壁优选地以使得后洗涤区的横截面积小于萃取区的横截面积的方式非中心地布置。
将至少部分粗1,3-丁二烯供应至纯蒸馏塔中。在纯蒸馏塔中,分离纯1,3-丁二烯,其中分离出第二高沸点馏分。从纯蒸馏塔的底部取出第二高沸点馏分。另外,从纯蒸馏塔中取出吹扫料流。来自纯蒸馏塔的吹扫料流基本上由1,3-丁二烯和微量水蒸气、氧气和惰性气体组成。来自纯蒸馏塔的吹扫料流用于排出氧气和惰性气体。
纯蒸馏塔可以例如在40-80℃的底部温度和2-8巴的压力下操作。
来自纯蒸馏塔的吹扫料流可以在纯蒸馏塔的顶部取出,并且纯1,3-丁二烯可以作为侧料流从纯蒸馏塔取出。以这种方式,可以获得水含量低于水在1,3-丁二烯中的物理溶解度的纯1,3-丁二烯。
在有利的实施方案中,吹扫料流和纯1,3-丁二烯一起作为顶部蒸气从纯蒸馏塔取出并且纯1,3-丁二烯和水从顶部蒸气中冷凝出来。未冷凝的组分作为吹扫料流从纯蒸馏塔排出或如下所述再循环。在相分离后,冷凝的纯1,3-丁二烯的子流作为反流引入纯蒸馏塔中,其他部分作为纯1,3-丁二烯取出。以这种方式获得的纯1,3-丁二烯的水含量对应于水在1,3-丁二烯中的物理溶解度。
在本发明方法的优选实施方案中,来自纯蒸馏塔的吹扫料流与来自预蒸馏塔的蒸气一起输送通过预蒸馏塔的顶部冷凝器。通常,纯蒸馏塔在比预蒸馏塔略低的压力下操作。然后主动输送吹扫料流,例如借助鼓风机或压缩机,从纯蒸馏塔中,以将其对抗压力梯度输送。来自纯蒸馏塔的吹扫料流可以例如在顶部引入预蒸馏塔,或引入至冷凝器的进料导管中。该实施方案允许来自纯蒸馏塔的吹扫料流的体积流量在宽范围内增加,以用作纯蒸馏塔中痕量氧的吹扫料流并将纯蒸馏塔中的氧含量推动至常规氧气检测器的检测限以下。最后,吹扫料流也用作氧气的出口。这降低了纯蒸馏塔中存在的1,3-丁二烯的聚合倾向,其结果是生产操作又可以保持更长时间。在这种操作模式中,来自纯蒸馏塔的吹扫料流中包含的1,3-丁二烯不会损失。操作预蒸馏塔的顶部冷凝器,使得C3烃作为顶部料流被分离出来,而更高级烃冷凝并作为反流引入预蒸馏塔。因此,1,3-丁二烯在预蒸馏塔的顶部冷凝器中根据质量平衡完全冷凝,流入预蒸馏塔并形成作为侧料流从其中取出的气态C4馏分的一部分。
在本发明方法的优选实施方案中,将第二高沸点馏分再循环到预蒸馏塔的下部区段。任选地包含在第二高沸点馏分中的1,3-丁二烯在该操作模式中不会损失。这在纯蒸馏塔的操作中产生了进一步的自由度,例如,灵活地对粗C4馏分的组成变化作出反应并使设备的能量消耗最小化的机会。可以更灵活地加热纯蒸馏塔的底部。如果发现例如所得纯1,3-丁二烯中的高沸点杂质含量增加,则可以减少向纯蒸馏塔底部的供热。这导致高沸物在纯蒸馏塔中被较不强烈地驱除。然而,1,3-丁二烯随后被更强烈地驱除。结果,纯-1,3-丁二烯的含量在来自纯蒸馏塔的底部产物中增加。然而,这不会损失,因为在塔底部收集的第二高沸点馏分不被丢弃,而是在该优选实施方案中,再循环到预蒸馏塔的下部区段。因此避免了纯-1,3-丁二烯的损失,否则通常在纯蒸馏塔底部的供热减少时发生。在实际操作条件下,偶尔需要调节底部加热,这提供了额外的优点:基于粗C4馏分中包含的1,3-丁二烯,进一步提高纯1,3-丁二烯的产率,其中纯1,3-丁二烯的纯度不受损。这使得该工艺更有效,并且由于额外的自由度使其能够更简单和更灵活地操作。
在另一个优选的实施方案中,将供应至纯蒸馏塔的粗1,3-丁二烯以气态形式从萃取和预汽提塔取出,并以气态形式引入纯蒸馏塔中。如果提供后洗涤区,则从萃取和预汽提塔通过后洗涤区到纯蒸馏塔存在连续的气体路径。粗1,3-丁二烯在部分冷凝器中部分冷凝,粗1,3-丁二烯的冷凝部分作为反流供应至塔中或供应至后洗涤区。将粗1,3-丁二烯的未冷凝部分以气态形式供应至纯蒸馏塔中。由于分子氧和惰性气体与气态粗1,3-丁二烯一起被取出,来自萃取和预汽提塔的气态吹扫料流不再是必要的。以气态形式取出的粗1,3-丁二烯的体积流量是氧气和惰性气体的常规吹扫料流的体积流量的许多倍;因此,萃取和预汽提塔中的氧含量可以被推动至常规氧检测器的检测限以下。来自纯蒸馏塔的吹扫料流用作经由气态粗1,3-丁二烯引入纯蒸馏塔的分子氧的输出。因此,当来自纯蒸馏塔的吹扫料流与来自预蒸馏塔的蒸气一起通过预蒸馏塔的顶部冷凝器输送时,该实施方案是特别优选的。然后可以通过增加在纯蒸馏塔顶部取出的吹扫料流的量来特别经济地补偿向纯蒸馏塔中另外引入分子氧,从而经由其取出更多的分子氧。
在另一个优选的实施方案中,提供来自萃取塔的气态吹扫料流。出口优选设置在冷凝器处或下游,例如馏出物收集器处,即在萃取塔的顶部冷凝器中未冷凝的剩余气体成分被排出。这些未冷凝的组分基本上由丁烷、丁烯、惰性气体如氮和少量分子氧组成。来自萃取塔的吹扫料流可有利地用于稀释在汽提塔中解吸并包含C4乙炔类的气体。
粗C4馏分至少包含1,3-丁二烯、丁烷类、丁烯类和C4乙炔类。在许多情况下,粗C4馏分包含1,3-丁二烯、丁烷类、丁烯类和C4乙炔类,C3烃类和C5+烃类。
粗C4馏分是例如来自石脑油裂解器的粗C4馏分。
来自石脑油裂解器的典型粗C4馏分具有以下组成(以重量百分数计):
因此,来自石脑油裂解器的C4粗馏分主要包含丁烷类、丁烯类和1,3-丁二烯。此外,包含少量其他烃。C4乙炔类通常以至多5重量%或甚至至多2重量%的比例被包含。
可能的选择性溶剂通常是具有比待分馏混合物更高沸点以及对共轭双键和三键与简单双键和单键相比具有更高亲和性的物质或混合物,优选双极性溶剂,特别优选双极性非质子溶剂。由于工程原因,优选无腐蚀性或低腐蚀性的物质。对本发明方法合适的选择性溶剂是例如腈类如乙腈、丙腈、甲氧基丙腈,酮类如丙酮,糠醛,N-烷基取代的低级脂族酸酰胺如二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二乙基乙酰胺,N-甲酰基吗啉,N-烷基取代环酸酰胺(内酰胺)如N-烷基吡咯烷酮,特别是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。一般使用N-烷基取代低级脂族酸酰胺或N-烷基取代环酸酰胺。特别有利的是二甲基甲酰胺、乙腈、糠醛和特别是N-甲基吡咯烷酮。
然而,也可使用这些溶剂彼此的混合物,例如N-甲基吡咯烷酮与乙腈的混合物、这些溶剂与助溶剂如水,醇,特别是具有5个或更少碳原子的醇,例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇,或脂环醇如环戊醇,二醇如乙二醇,和/或叔丁基醚,例如甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、丙基叔丁基醚、正丁基叔丁基醚或异丁基叔丁基醚的混合物。
在本发明方法的优选实施方案中,选择性溶剂包含至少80重量%的N-甲基吡咯烷酮。选择性溶剂优选包含85-95重量%的NMP和5-15重量%的水。N-甲基吡咯烷酮,优选在水溶液中,特别是具有7-9重量%的水,特别优选具有8.3重量%的水,是特别合适的。
此外,选择性溶剂可以进一步包含特别是助剂,抑制剂,消泡剂,有机次要组分作为杂质。
通过附图和以下实施例详细说明本发明。
图1示意性地显示了用于实施本发明方法的优选设备。
将液体粗C4馏分—料流1引入预蒸馏塔K1中。预蒸馏塔K1在中间区段被基本上沿预蒸馏塔K1的纵向排列的间壁2分成流入区域3和侧出口区域4。流入区域3和侧出口区域4各自从间壁2的上端到下端沿垂直方向延伸。从侧出口区域4取出气态C4馏分7。来自预蒸馏塔K1的蒸气通入顶部冷凝器5。其中形成的冷凝物被供应回预蒸馏塔K1。蒸气的未冷凝部分形成顶部料流6,其作为低沸点馏分从预蒸馏塔K1中取出。另外,第一高沸点馏分作为来自预蒸馏塔K1的底部料流9取出。预蒸馏塔K1的底部借助气化器8加热。
将气态C4馏分7引入萃取塔K2的下部区段,并在其中与供应至萃取塔K2的上部区段的汽提过的选择性溶剂10接触。来自萃取塔K2的蒸气在冷凝器11中冷凝得到顶部馏分12(称为萃余液I),其包含丁烷和丁烯以及蒸气的未冷凝部分13。出于安全原因,料流13用作乙炔32所需的稀释气体。同时,料流13是萃取塔K2的吹扫料流,以控制萃取塔K2的气体空间中的分子氧含量并将其保持在检测限以下。另外,得到底部馏分14,其基本上由选择性溶剂组成,其中溶解有1,3-丁二烯以及甲基乙炔、乙烯基乙炔、乙基乙炔和C5+烃。
将底部馏分14供应至萃取和预汽提塔K3的上部区段15。显著部分的粗1,3-丁二烯在萃取和预汽提塔K3的下部区段18中解吸。在后洗涤区中使粗1,3-丁二烯与汽提过的选择性溶剂23接触,以分离出C4乙炔。后洗涤区是萃取和预汽提塔K3的上部区段16,其通过基本上沿塔的纵向延伸的间壁分开。在萃取和预汽提塔K3顶部从位于后洗涤区正上方的洗涤段中排出的粗1,3-丁二烯19在冷凝器20中部分冷凝。粗1,3-丁二烯的冷凝部分21作为反流输送到洗涤区段,经由该洗涤区段,该反流流入后洗涤区。将粗1,3-丁二烯的其他部分22以气态形式供应至纯蒸馏塔K5中。萃取和预汽提塔K3的底部借助气化器25加热。
从萃取和预汽提塔K3顶部的区段15排出的包含丁烷和丁烯的气体17被输送回萃取塔K2的下部区段。在热力学上,萃取和预汽提塔K3的区段15和萃取塔K2一起对应于单个萃取塔,出于塔高度的原因,其垂直地被分成两部分。
来自萃取和预汽提塔K3底部的预脱气溶剂作为料流26进一步输送到汽提塔K4中。在汽提塔K4中,另外的粗1,3-丁二烯解吸,并经由导管27、直接冷却器K6、压缩机31和导管24将其输送到萃取和预汽提塔K3的下部区段。冷却介质经由导管29和30引入和排出。固有冷凝物,其基本上由选择性溶剂的组分组成,例如水和NMP,用作冷却介质。汽提塔K4的底部借助气化器37加热。
将包含C4乙炔的气体28作为来自汽提塔K4的侧出口料流取出。在乙炔洗涤器K7中,用经由导管36引入的水洗涤包含C4乙炔的气体28。在乙炔洗涤器K7顶部获得的料流32用来自萃取塔K2的吹扫料流13稀释。冷凝成分在冷凝器33中冷凝,并且可以部分地作为反流35引入乙炔洗涤器K7中;其余的基本上是工艺废水。未冷凝的成分作为料流34(稀释的乙炔料流)排出。
在纯蒸馏塔K5中,将第二高沸点馏分43与粗1,3-丁二烯22分离。将蒸气引入冷凝器39。蒸气的未冷凝部分形成吹扫料流38。在冷凝器39中得到纯1,3-丁二烯作为冷凝物,并作为料流40取出;作为反流引入子流到纯蒸馏塔K5中。纯蒸馏塔K5的底部借助气化器42加热。
第二高沸点馏分43再循环到预蒸馏塔K1的下部区段。脱气料流38经由鼓风机41输送到预蒸馏塔K1的蒸气。
实施例1
在如图1所示的设备的基础上模拟本发明方法。使用BASF内部软件Chemasim进行模拟计算;使用市售软件如Aspen Plus(制造商:AspenTech,Burlington/Massachusetts,USA)或PRO II(Fullerton,USA)将获得类似结果。参数组基于综合平衡测量,实验室塔研究和各种设备的操作数据。纯1,3-丁二烯的目标规格是:至少99.5%的1,3-丁二烯,不超过20ppm的1,2-丁二烯,不超过20ppm的乙炔类。
粗C4馏分包含1300ppm的C3烃,2.0%的正丁烷,0.6%的异丁烷,19.0%的正丁烯,28.3%的异丁烯,5.5%的反式-2-丁烯,4.4%的顺式-2-丁烯,39.0%的1,3-丁二烯,0.2%的1,2-丁二烯,1200ppm的1-丁炔,4500ppm的乙烯基乙炔和每种情况下3000ppm的C5烃,作为起始点。
表1总结了相对料流的质量流量和组成。表中这些料流的名称与图1中的名称有关。
表1
单一高沸物吹扫料流9导致1,3-丁二烯损失约7kg/h。在预蒸馏塔中作为最难分离的高沸物的C5组分含量降低约94%。
对比例2
模拟根据现有技术的方法。粗C4馏分的组成和纯1,3-丁二烯的目标规格与实施例1中相同。用作基础的设备具有根据WO 2013/083536 A1的在先蒸馏塔,向其供应液体粗C4馏分,而不是设有间壁2的预蒸馏塔K1。未提供高沸点馏分从纯蒸馏塔到预蒸馏塔中的再循环。
表2总结了相关料流的质量流量和组成。
表2
1液体粗C4馏分(WO 2013/083536 A1的图1中参考符号1)
2蒸气纯化粗C4馏分(WO 2013/083536 A1的图1中参考符号4)
3从上游蒸馏塔获得的底部料流(WO 2013/083536 A1的图1中参考符号3)
4在纯蒸馏中获得的底部料流
在该工艺中,获得两种被丢弃的含C5+的高沸点料流:来自上游蒸馏塔的底部料流和纯蒸馏中得到的底部料流。1,3-丁二烯的损失约为43kg/h。在对比例2的上游蒸馏塔中,仅分离出小比例的C5+组分(55%)。经由气态纯化粗C4馏分将远远更高比例的C5+组分带入萃取塔中。
实施例3:用于除去氧的吹扫料流的比较
表3比较了用于除去氧的常规吹扫料流与根据本发明提出的用于除去氧的内部料流的质量流量。该表说明通过内部料流替换吹扫料流使得其质量流量能够倍增而不会损失有价值的产物。包含约30-60kg 1,3-丁二烯的全部气体通常经由根据现有技术常规的吹扫料流每小时排出。料流13、22和38各自代替图1的设备中的一个吹扫料流。然而,由于料流再循环到工艺中,经由这些料流发生的有价值产物的损失较低。将质量流量从10-20kg/h分别增加到360kg/h、18 376kg/h和360kg/h,导致更多的氧气从塔中排出。结果,氧含量可以被推动至常规检测器的检测限以下,因此也可以降低1,3-丁二烯的不希望的聚合倾向。
表3
Claims (13)
1.一种通过使用选择性溶剂萃取蒸馏而从粗C4馏分中分离纯1,3-丁二烯的方法,其中
a)将粗C4馏分引入预蒸馏塔,将包含C3烃的第一低沸点馏分作为顶部料流取出,将气态C4馏分作为侧料流取出,并将第一高沸点馏分作为底部料流取出,
b)在至少一个萃取塔中使气态C4馏分与选择性溶剂接触,得到包含丁烷类和丁烯类的顶部馏分和包含1,3-丁二烯和选择性溶剂的底部馏分,
c)在至少一个汽提塔中从底部馏分中解吸粗1,3-丁二烯,得到汽提过的选择性溶剂,并将汽提过的选择性溶剂再循环到萃取塔中,和
d)将至少部分粗1,3-丁二烯供应至纯蒸馏塔中,分离出第二高沸点馏分,并取出气态吹扫料流。
2.根据权利要求1的方法,其中预蒸馏塔在中间区段被基本上沿预蒸馏塔的纵向排列的间壁分成流入区域和侧出口区域,将液体粗C4馏分引入流入区域,并从侧出口区域取出气态C4馏分。
3.根据权利要求1或2的方法,其中将第二高沸点馏分再循环到预蒸馏塔的下部区段。
4.根据前述权利要求中任一项的方法,其中来自纯蒸馏塔的吹扫料流与来自预蒸馏塔的蒸气一起输送通过预蒸馏塔的顶部冷凝器。
5.根据前述权利要求中任一项的方法,其中在后洗涤区中使粗1,3-丁二烯与汽提过的选择性溶剂接触。
6.根据权利要求4或5的方法,其中解吸的粗1,3-丁二烯部分冷凝,粗1,3-丁二烯的冷凝部分作为反流输送到汽提塔和/或后洗涤区中,并且粗1,3-丁二烯的其他部分以气态形式供应至纯蒸馏塔中。
7.根据前述权利要求中任一项的方法,其中在萃取塔以及萃取和预汽提塔的上部区段中气态C4馏分与选择性溶剂接触,并且在萃取和预汽提塔的下部区段以及汽提塔中1,3-丁二烯从底部馏分解吸。
8.根据权利要求7的方法,其中后洗涤区为萃取和预汽提塔的上部区段,被基本上沿塔的纵向延伸的间壁分开。
9.根据权利要求4-8中任一项的方法,其中包含C4乙炔类的气体也从底部馏分解吸。
10.根据权利要求9的方法,其中包含C4乙炔类的气体作为侧出口料流从汽提塔取出。
11.根据权利要求9或10的方法,其中包含C4乙炔类的气体用来自萃取塔的蒸气的未冷凝成分稀释。
12.根据前述权利要求中任一项的方法,其中粗C4馏分包含:
-15-85重量%的1,3-丁二烯,
-4-13重量%的丁烷类,
-24-64重量%的丁烯类,
-0.2-0.5重量%的C4乙炔类,
-0.01-2.0重量%的C3烃类,和
-0.01-0.5重量%的C5+烃类。
13.根据前述权利要求中任一项的方法,其中选择性溶剂包含至少80重量%的N-甲基吡咯烷酮。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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