CN113527063A - 一种节约能耗的炔醛法bdo精馏工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工领域，本发明公开了一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，本发明在炔醛法BDO的提浓塔中部位置设置一个塔节，采用热泵或者与脱重塔的能量集成的方案回收蒸出的蒸汽的热量用于物料加热的热源。本发明的方案均可实现塔釜蒸汽和塔顶循环水的同时节约的目的；技术成熟可靠，节能、节水效果显著，投资回收期短，投资少，节能效果好的优点。

Description

一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其是一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺。
背景技术
BDO是1，4-丁二醇的简称，分子式为 C4H10O2，相对分子质量为 90.12。常温常压下为无色、有刺激性气味的粘稠油状液体，能与水混溶，易溶于乙醇、丙酮及乙二醇醚等，微溶于乙醚，几乎不溶于脂肪烃、芳烃、氯代烃等溶剂。有较强的吸湿性，可燃。BDO是一种重要的精细化工产品，是用来生产聚对苯二甲酸丁二醇酯 （PBT） 工程塑料和纤维、四氢呋喃（THF）、γ- 丁内酯 （GBL）、聚氨酯人造革、聚氨酯弹性体以及聚氨酯鞋底胶的重要原料。
BDO实现工业化的工艺技术方法主要有炔醛法、丁二烯法、环氧丙烷法和顺酐法等，其中炔醛法 （Reppe 法）是 BDO 的主要生产方法。20 世纪 90 年代末期，全球新建或扩建的 BDO 装置正从传统的 Reppe 法转向以顺酐、环氧丙烷和丁二烯等为原料的更新、更经济的工艺。炔醛法BDO分离工序的典型物料组成中除含BDO外，还含有大量的水，还含有盐、轻组分（低沸物）和重组分（高沸物）。由于BDO产品的纯度要求比较高（BDO wt%≥99.5%），上述杂质成分必须进行脱除。
CN207002609U公开了一种1，4-丁二醇提纯装置，包括提纯设备本体，提纯设备本体的底端设置有加热设备，加热设备的顶端设置有储液罐，储液罐的一侧设置有液位计，储液罐的另一侧设置有回流口，回流口的底部设置有液体进料口，储液罐的顶端设置有反应提纯罐，反应提纯罐的一侧设置有回流管，反应提纯罐的顶端设置有分离过滤口，分离过滤口的顶端设置有提纯出液口。该装置是一种1，4-丁二醇提纯装置，该装置可有效的解决1，4-丁二醇提纯设备的问题，该设备可有效的提高1，4-丁二醇提纯的工作效率，使用便捷简单，提纯效果理想，同时具有回收提纯的功能，节约物料成本，十分便捷。
当前脱除它们的主要方法就是精馏，通常由浓缩塔（也称提浓塔）、脱盐塔、脱轻塔（也称低沸塔）和脱重塔（也称高沸塔）4座精馏塔串联构成完整的分离序列，4座精馏塔都使用蒸汽做热源加热塔釜再沸器，使用循环水做冷源冷却塔顶物料。对于不同规模的BDO装置，精馏工序有所不同，例如，对于10万吨/年规模的BDO装置，精馏工序就由上述4塔构成，对于20万吨/年的BDO装置，通常再增加一座提浓塔和一座脱盐塔。该过程的特点是能耗很高，例如，20万吨/年BDO装置，精馏工序消耗蒸汽达到约80吨/小时，循环水消耗约4700吨/小时。因此，节能对BDO精馏工序是一个重要的研究课题。关于BDO精馏工序的节能问题，张芳霞（BDO项目精馏车间节能改造研究）曾采用夹点技术对8万吨/年BDO装置进行模拟研究，谢经纬等（BDO装置丁醇废液三塔耦合分离工艺研究）曾对BDO装置丁醇废液进行三塔耦合分离工艺研究，谢兰梅（1,4-丁二醇生产中副产物正丁醇的分离提纯流程及其模拟）、党慧娟（AspenPlus模拟BDO装置的轻组分替代物选择研究）、刘绍波（BDO重组分脱除塔ASPENPLUS模拟与研究）对BDO精馏工序的计算机模拟方法进行了研究。更多BDO装置的研究关注在BDO产品质量改进以及副产品回收方面。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺。
本发明技术方案主要考虑提浓塔和脱重塔的节能，包括节约塔釜再沸器的蒸汽和塔顶冷凝器的循环水。
对提浓塔进行计算机模拟，模拟结果经实际现场数据验证，可以比较准确地反映实际情况，
采用提浓塔与脱重塔的能量集成的方案；脱重塔与提浓塔进行能量集成；对于提浓塔采用塔节方案设计改造，去掉热泵，将脱重塔的塔顶蒸气经过物料蒸汽导管导入塔节的壳程做热源。
进一步的，提供一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，其方案为：一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺， 所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，在提浓塔提馏段位置增加一个塔节，塔中的液相物料走管程，自上而下流经塔节，流动的同时受热气化，气相向上走；塔顶气相不经冷凝器冷凝，通过塔顶气相管道进入热泵，将其增压、升温后进入塔节的壳程做热源，同时冷凝成液相；冷凝后的液相经节流阀降压、降温，再进入冷凝器进一步降温，一部分作为塔顶采出物料经出料口出塔，另一部分作为回流液经过回流管返回精馏塔顶。
所述的塔节为列管换热器或降膜蒸发器。
作为多种可选择的方案之一，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，其特征在于：在提浓塔旁边增加一座小塔，采用小塔替代塔节以下的部分；原提浓塔釜液相一部分自上而下流经小塔，小塔中的气相向上走从提浓塔塔釜进入提浓塔。
所述的增加一座小塔方案适合于已有装置的改造。
作为多种可选择的方案之一，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，所述的塔节方案还包括在采用提浓塔与脱重塔的能量集成；脱重塔的塔顶温度高达155℃以上，可以考虑与提浓塔进行能量集成；对于提浓塔采用塔节方案设计改造，去掉热泵，将脱重塔的塔顶蒸气经过物料蒸汽导管导入塔节的壳程做热源。
所述的脱重塔是减压塔，塔顶蒸气冷凝后进入储罐，储罐上方增加抽真空管线。
本发明公开了一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，具备以下实质性的优点：
1.同时节能和节水：本发明的方案均可实现塔釜蒸汽和塔顶循环水的同时节约，使用的物料蒸汽导管保温材料具有导热系数小的特点，尽量减少热量损失。
2.技术成熟可靠，无论是热泵精馏，还是换热器换热，还是降膜蒸发器，均是成熟的工业技术。
3.节能、节水效果显著，投资回收期短，投资少，节能效果好。
附图说明
图1：提浓塔计算机模拟流程图。
图2：计算机模拟提浓塔的温度分布如图。
图3：塔节方案流程图。
图4：提浓塔与脱重塔的能量集成方案流程图。
图中：1，提浓塔；2，塔节；3，热泵；4，塔顶气相管道；5，节流阀；6，出料口；7，回流管；8，冷凝器；9，脱重塔。
图5：增加一座小塔流程。
10---小塔，11---再沸器，12----小塔气相，13----提浓塔液相。
具体实施方式
对对于10万吨/年炔醛法BDO精馏工序的提浓塔进行计算机模拟，模拟结果经实际现场数据验证，可以比较准确地反映实际情况，关键参数的模拟结果如下表所示。
BDO提浓塔关键参数模拟结果与现场结果的对比
项目 单位 模拟值 现场值 偏差/% 说明
塔顶温度 ℃ 115.1 111.9 2.9 轻组分数据不全造成的偏差
塔顶压力 Bar 1.695 1.695 0 设定值
塔釜温度 ℃ 158.9 162.9 2.5 模拟中忽略盐造成的偏差
塔釜压力 Bar 1.824 1.824 0 设定值
模拟中可获得提浓塔的温度分布。可以发现，
（1）尽管提浓塔塔釜温度达到160℃左右，但离开塔釜再沸器后，温度迅速降到120℃左右；
（2）尽管提浓塔的塔顶冷凝温度在80℃左右，但进入冷凝器的气相温度达到110℃左右。这样，塔顶与提馏段中大部分塔板处的温差仅为10℃左右，因而，可以考虑采用热泵精馏技术进行节能。
下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：
实施例1
对于10万吨/年炔醛法BDO精馏工序，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，在提浓塔提馏段位置增加一个塔节，塔中的液相物料走管程，自上而下流经塔节，流动的同时受热气化，气相向上走；塔顶气相不经冷凝器冷凝，通过塔顶气相管道进入热泵，将其增压、升温后进入塔节的壳程做热源，同时冷凝成液相；冷凝后的液相经节流阀降压、降温，再进入冷凝器进一步降温，一部分作为塔顶采出物料经出料口出塔，另一部分作为回流液经过回流管返回精馏塔顶。
对单座提浓塔，蒸汽消耗由约21t/h变为约0.4t/h，节约蒸汽20.6t/h；循环水的节约量约为1000t/h。代价：需要热泵投资，同时增加电耗约840kW。
实施例2
对于20万吨/年炔醛法BDO精馏工序，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，作为可选择的方案多种之一，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，其特征在于：在提浓塔旁边增加一座小塔，采用小塔替代塔节以下的部分；原提浓塔釜液相一部分自上而下流经小塔，小塔中的气相向上走从提浓塔塔釜进入提浓塔。
对单座提浓塔，蒸汽消耗由约21t/h变为约0.4t/h，节约蒸汽225t/h；循环水的节约量约为1130t/h。代价：需要热泵投资，同时增加电耗约70kW。
实施例3
对于20万吨/年炔醛法BDO精馏工序，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，所述的塔节方案还包括在采用提浓塔与脱重塔的能量集成；脱重塔与提浓塔进行能量集成；对于提浓塔采用塔节方案设计改造，去掉热泵，将脱重塔的塔顶蒸气经过物料蒸汽导管导入塔节的壳程做热源。
所述的脱重塔是减压塔，塔顶蒸气冷凝后进入储罐，储罐上方增加抽真空管线。
采用提浓塔与脱重塔的能量集成进行实施塔节方案对一座提浓塔的节能，另一座采用热泵精馏。前者的节能效果是：集成后提浓塔的蒸汽消耗由约21t/h变为约4.1t/h，节约蒸汽16.9t/h；高沸塔塔顶冷凝器的循环水同时得到节约，节约量约为1000t/h。
投资：主要投资仅为一段列管换热器，无新增运行费用。
实施例4
对于10万吨/年炔醛法BDO精馏工序，也可采用提浓塔与脱重塔的能量集成进行实施塔节方案进行实施，
所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，所述的塔节方案还包括在采用提浓塔与脱重塔的能量集成；脱重塔的塔顶温度高达155℃，可以考虑与提浓塔进行能量集成；对于提浓塔采用塔节方案设计改造，去掉热泵，将脱重塔的塔顶蒸气经过物料蒸汽导管导入塔节的壳程做热源。
所述的脱重塔是减压塔，塔顶蒸气冷凝后进入储罐，储罐上方增加抽真空管线。
但节能效果相对于实施例2大幅度降低，理论上仅为实施例2的50%左右。投资：主要投资仅为一段列管换热器，无新增运行费用。

Claims (6)

1.一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺， 所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，其特征在于：在提浓塔提馏段位置增加一个塔节，塔中的液相物料走管程，自上而下流经塔节，流动的同时受热气化，气相向上走；塔顶气相不经冷凝器冷凝，通过塔顶气相管道进入热泵，将其增压、升温后进入塔节的壳程做热源，同时冷凝成液相；冷凝后的液相经节流阀降压、降温，再进入冷凝器进一步降温，一部分作为塔顶采出物料经出料口出塔，另一部分作为回流液经过回流管返回精馏塔顶。
2.根据权利要求1所述的一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，其特征在于：所述的塔节为列管换热器或降膜蒸发器。
3.根据权利要求1所述的一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，其特征在于：在提浓塔旁边增加一座小塔，采用小塔替代塔节以下的部分；原提浓塔釜液相一部分自上而下流经小塔，小塔中的气相向上走从提浓塔塔釜进入提浓塔。
4.根据权利要求3所述的一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，其特征在于：所述的增加一座小塔方案适合于已有装置的改造。
5.根据权利要求1所述的一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，所述炔醛法BDO精馏工艺由提浓塔、脱盐塔、脱轻塔和脱重塔4座精馏塔串联构成，其特征在于：包括在采用提浓塔与脱重塔的能量集成的方案；脱重塔与提浓塔进行能量集成；对于提浓塔采用塔节方案设计改造，去掉热泵，将脱重塔的塔顶蒸气经过物料蒸汽导管导入塔节的壳程做热源。
6.根据权利要求5所述的一种节约能耗的炔醛法BDO精馏工艺，其特征在于：所述的脱重塔是减压塔，塔顶蒸气冷凝后进入储罐，储罐上方增加抽真空管线。
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