CN110642672B - 一种环己烯法合成环己酮-环己醇精馏工艺设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环己烯法合成环己酮‑环己醇精馏工艺设计方法，具体为对现有四塔醇酮精馏进行优化并引入双效、热泵热集成精馏；轻一塔塔底物料作为轻二塔的进料，塔顶物料采出，轻二塔塔顶出料循环回轻一塔进料位置，塔底物料作为酮塔进料，轻塔系统的操作参数为优化后的最佳值，采用两个醇塔代替现有的环己醇单塔分离工艺，醇一塔塔顶气相作为酮塔塔底的热源。与现有四塔工艺相比，本发明专利在满足同等分离要求的条件下能显著降低环己酮‑环己醇精馏过程的能耗和TAC。

Description

一种环己烯法合成环己酮-环己醇精馏工艺设计方法
技术领域
本发明涉及环己酮-环己醇精馏方法,具体涉及环己烯水合法生成环己酮工艺过程中的环己酮-环己醇精馏工艺方法。
背景技术
环己酮作为合成尼龙-6和尼龙-66中间体己内酰胺和己二酸的关键原料，其市场需求量十分广泛。环己烯水合法合成环己醇并脱氢生成环己酮路线因资源利用率高、反应条件温和、污染小等特点而被认为是最环境友好的环己酮合成方法。受环己醇脱氢反应转化率的影响，脱氢产物中会有大量未反应的环己醇需循环再利用；另外，环己酮-环己醇属于近沸点体系，需采用真空来降低体系的分离难度。因此，环己酮-环己醇精馏过程不可避免会伴随有较大的能耗。现有的环己酮-环己醇精馏过程采用的是轻一塔、轻二塔、酮塔、醇塔组成的四塔系统，如图1所示。其中，轻一塔的塔顶出料作为轻二塔的进料，塔底出料作为酮塔的进料；轻二塔的塔顶采出物为轻组分，塔底物料循环回轻一塔的进料位置；环己酮从酮塔塔顶采出，环己醇和重组分别从醇塔塔顶和塔底采出。现有四塔精馏工艺的操作费用接近60％TAC，过程的能量利用率较低。
发明内容
本发明的目的是在满足分离纯度的条件下，通过有效回收和利用系统热量来降低过程能耗，提高生产经济性，实现一种能量利用率高的环己烯法合成环己酮-环己醇精馏过程设计。
本发明采用的技术方案是：一种环己烯法合成环己酮-环己醇精馏工艺设计方法，将轻一塔的塔底物料作为轻二塔的进料，其塔顶采出为轻组分；轻二塔塔底物料作为酮塔的进料，其塔顶出料循环回轻一塔进料位置，在轻一塔和轻二塔总塔板数、操作压力不变的前提下以轻塔总再沸器负荷最小为目标对两个轻塔的操作参数进行优化，在优化的基础上改变轻塔的操作参数来实施热集成精馏；将酮塔的塔顶操作压力降低至1.5kPa,采用两个精馏塔来分离环己醇，酮塔塔底出料进入醇一塔，部分环己醇从醇一塔塔顶采出，醇一塔塔底物料进入醇二塔，醇二塔塔顶和塔底分别采出为环己醇和重组分，醇一和醇二塔的操作压力不同，利用醇一塔的压力和温度分布来实施热集成精馏。
下面对依据本发明特征设计出的四种热集成精馏工艺作进一步说明。工艺1：5塔环己酮-环己醇双效精馏，轻一塔和轻二塔采用优化后的操作参数，利用醇一塔塔顶蒸汽给酮塔塔底再沸器供热，如图2所示；工艺2:5塔环己酮-环己醇热泵精馏，轻一塔和轻二塔采用优化后的操作参数，醇一塔塔顶蒸汽经热泵提质后给自身再沸器供热，如图3所示；工艺3:5塔环己酮-环己醇双效热泵精馏，在轻一塔和轻二塔优化的基础上改变轻一塔的回流比改变轻塔的热负荷分布，在轻二塔中引入热泵精馏，利用醇一塔塔顶蒸汽给酮塔塔底再沸器供热，如图4所示；工艺4:5塔环己酮-环己醇双热泵精馏，在轻一塔和轻二塔优化的基础上改变改变轻一塔的回流比改变轻塔的热负荷分布，在轻二塔中引入热泵精馏，醇一塔塔顶蒸汽经热泵提质后给自身再沸器供热，如图5所示。
与现有四塔环己酮-环己醇精馏工艺相比，本发明通过改变轻一塔和轻二塔的循环结构，并对操作条件进行优化来降低轻塔分离系统的能耗，并提出降低酮塔操作压力和增加醇塔引入热集成精馏来提高能量利用率。改变轻塔系统循环结构和操作条件优化、引入热集成精馏实现对现有四塔精馏流程节能效果的提升。
附图说明
图1为4塔环己酮-环己精馏流程图；
图中环己醇脱氢产物进入轻一塔，轻一塔的塔顶出料作为轻二塔的进料，塔底出料作为酮塔的进料；轻二塔的塔顶采出物为轻组分，塔底物料循环回轻一塔的进料位置；环己酮从酮塔塔顶采出，环己醇和重组分别从醇塔塔顶和塔底采出。
图2为本发明所提出5塔环己酮-环己醇双效精馏流程图；
图中轻一塔的塔底物料作为轻二塔的进料，其塔顶采出为轻组分；轻二塔塔底物料作为酮塔的进料，其塔顶出料循环回轻一塔进料位置，在轻一塔和轻二塔总塔板数、操作压力不变的前提下以轻塔总再沸器负荷最小为目标通过优化确定两个轻塔的操作参数，将酮塔的塔顶操作压力降低至1.5kPa，酮塔塔底出料进入醇一塔，部分环己醇从醇一塔塔顶采出，利用醇一塔塔顶蒸汽给酮塔塔底再沸器供热，醇一塔塔底物料进入醇二塔，醇二塔塔顶和塔底分别采出为环己醇和重组分。
图3为本发明所提出的5塔环己酮-环己醇热泵精馏流程图；
图中醇一塔在图2的基础上用热泵精馏代替双效精馏，醇一塔塔顶蒸汽经热泵提质后给自身再沸器供热，酮塔塔底用蒸汽供热。
图4为本发明所提出的5塔环己酮-环己醇双效热泵精馏流程图；
在图2的基础上调整轻一塔的回流比参数至轻一塔再沸器负荷最低，在轻二塔中引入热泵精馏，用轻二塔塔顶蒸汽经热泵提质后给自身再沸器供热。
图5为本发明所提出的5塔环己酮-环己醇双热泵精馏流程图；
在图4的基础上将醇一塔用热泵精馏代替双效精馏，醇一塔塔顶蒸汽经热泵提质后给自身再沸器供热。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明，但不构成对本发明的限定。
实施例1：5塔环己酮-环己醇双效精馏，如图2所示。环己醇脱氢反应的产物进入轻一塔中从塔顶采出轻组分，塔底出料作为轻二塔的进料，轻二塔塔顶出料含有一定的轻组分作为进料循环回轻一塔，轻二塔塔底为环己酮、环己醇和重组分的混合物进入酮塔，环己酮从塔顶采出，酮塔塔底为环己醇和重组分的混合物进入醇一塔，部分环己醇从醇一塔塔顶采出循环回脱氢反应器，塔底出料进入醇二塔，塔顶和塔底采出分别为环己醇和重组分。优化后的轻一塔和轻二塔的进料板位置/塔板数分别为37/84,27/116，轻一塔和轻二塔的回流比分别控制为100-110,0.5-0.8，轻一塔塔顶采出的轻组分中环己酮的质量分数为9％(下同)，轻二塔进入酮塔的物料中轻组分含量低于0.01％；环己酮塔顶的操作压力从3kPa降至1.5kPa,塔顶温度为40-43℃，塔底温度为93-96℃，塔顶出料中环己酮的含量在99.95％以上，环己醇的含量低于0.01％，酮塔塔底环己酮的含量在2％以下；醇一塔的塔顶操作压力为20kPa,回流比为1-1.5，塔顶温度为112-116℃，塔底温度为120-122℃，醇一塔塔顶蒸汽作为热源为酮塔塔底供热，醇一塔塔顶出料中环己醇含量在97％以上；醇二塔进料板位置/塔板数为16/30，塔顶温度为79-82℃，塔底温度为150-155℃，醇二塔塔顶出料中环己醇的含量在3％以下。该5塔双效工艺相对于原4塔流程操作费用和设备费用分别降低了48.4％和8％，年度总费用降低了32.2％。
实施例2：5塔环己酮-环己醇热泵精馏，如图3所示。在醇一塔引入热泵精馏代替实施例1中的双效精馏，醇一塔塔顶蒸汽经压缩机压缩至50kPa后给自身再沸器供热，其余信息均与实施例1中相同。该5塔热泵工艺相对于原4塔流程操作费用和年度总费用分别降低了45.4％和23.6％。
实施例3：5塔环己酮-环己醇双效热泵精馏，如图4所示。在实施例1的基础上降低轻一塔的回流速率使轻一塔热负荷最低，在轻二塔中引入热泵将塔顶蒸汽压缩至120kPa后给自身再沸器供热，其余信息均与实施例1中相同。该5塔双效热泵工艺相对于原4塔流程操作费用和年度总费用分别降低了56.3％和29.2％。
实施例4：5塔环己酮-环己醇双热泵精馏，如图5所示。在实施例3的基础上，醇一塔引入热泵精馏代替实施例3中的双效精馏，醇一塔塔顶蒸汽经压缩机压缩至50kPa后给自身再沸器供热，其余信息均与实施例1中相同。该5塔双热泵工艺相对于原4塔流程操作费用和年度总费用分别降低了53.2％和10.8％。

Claims (2)

1.一种环己烯法合成环己酮-环己醇精馏工艺设计方法，包括轻一塔、轻二塔、酮塔、醇塔组成的四塔系统,其特征在于,将轻一塔塔底出料作为轻二塔进料，塔顶轻组分采出，轻二塔塔顶出料循环回轻一塔进料位置，塔底物料作为环己酮塔进料，增加一个环己醇塔；
环己酮塔塔底出料作为醇一塔的进料，部分环己醇从醇一塔塔顶采出，塔底出料进入醇二塔并分别在塔顶和塔底采出环己醇和重组分；
轻一塔和轻二塔的回流比分别控制为100-110，0.5-0.8；
控制醇一塔塔顶压力为 20-30kPa，回流比为 1-3，醇一塔塔顶出料循环回脱氢反应器，塔底出料为醇二塔进料；
醇二塔塔顶压力为3-8kPa，回流比为0.5-2；
环己酮塔顶操作压力为1.5kPa。
2.根据权利要求1所述的一种环己烯法合成环己酮-环己醇精馏工艺设计方法，其特征在于，适用于现有环己烯水合法生产环己酮过程的环己酮-环己醇精馏系统。
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