CN1170793C - 用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法 - Google Patents

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Abstract

用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法。本方法采用甲乙酮和极性溶剂，如用氮-甲酰吗啉、吗啉、氮-甲酰吗啉与吗啉混合物、环丁砜、氮-甲基吡咯烷酮等的混合物作溶剂，萃取精馏分离丁烷与丁烯，溶剂对碳四溶解性好而且粘度小，塔内基本无双液相、无发泡现象，萃取精馏塔和解析塔都在加压下操作，塔顶温度45℃左右，塔釜温度低于170℃，溶剂比9～15，丁烯产品纯度＞97%，必要时可以达到99%以上，丁烯收率95%～97%。

Description

用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法
本发明涉及一种用甲乙酮系列混合物作溶剂，萃取精馏分离丁烷与丁烯的方法。
已有的用极性溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯的方法，如用氮-甲酰吗啉、吗啉、氮-甲酰吗啉与吗啉混合物、环丁砜、氮-甲基吡咯烷酮等溶剂分离丁烷与丁烯时，在使用过程中无法避免以下几个难题：一、溶剂对待分离的碳四混合物溶解度小，萃取精馏塔内很大部分处于双液相的状态，塔内流动状态差，传质效率低，为达到分离目的必须增加塔的高度，增加塔内构件，提高溶剂/碳四进料比，特别是用于高烯烃(烯烃含量大于80％)碳四混合物的分离时，溶剂/碳四进料比高达20～22；二、为保证塔顶温度45℃左右，必须使萃取精馏塔(附图1塔)塔压在0.5MPa(G)左右，汽提塔(附图2塔)塔压0.4MPa(G)左右，此时汽提塔塔釜温度很高，如吗啉与氮-甲酰吗啉混合物作溶剂时，汽提塔塔釜温度高达210～250℃，必须用导热油加热，并且产生大量类似焦油的残渣，造成溶剂损耗和丁烯收率下降；三、前述溶剂除氮-甲酰吗啉外都有较强的毒性和刺激性气味，而氮-甲酰吗啉粘度大、沸点高(243℃)、对碳四溶解性极差，不适合单独作溶剂分离丁烷与丁烯，专利CN1091413采用氮-甲酰吗啉与吗啉化合物作溶剂，未对以上难点有实质性改善；因此已有的分离丁烷与丁烯的方法投资和操作费用都很高。
本发明的任务是建立一种新的分离方法，即找到一种新的溶剂，改善萃取精馏塔内传质状况，降低溶剂/碳四比，降低塔釜的操作温度，使用较廉价的蒸汽热源加热，从而达到降低投资和操作费用的目的。
甲乙酮是一种非常常用的溶剂，其特点是对碳四各组分都有着较好的溶解能力而且粘度小、沸点低、毒性小，本身可以作为溶剂用于碳四分离。由于甲乙酮沸点很低(79.6℃)，萃取精馏塔和汽提塔的塔釜温度都低，可以用水蒸汽加热，又由于其对碳四具有良好的溶解能力且粘度小，因此萃取精馏塔内液体流动状态好、传质效果好、效率高、塔内不存在双液相的问题、不需加特殊的塔内构件，缺点是其极性较弱对烷烃与烯烃的相对挥发度贡献不大，在溶剂/碳四比10时，正丁烷与1-丁烯的相对挥发度为1.2左右，因此用单一甲乙酮作溶剂萃取精馏分离碳四烷烃与烯烃时，塔很高。而前面提到的极性溶剂特点是极性大，对烷烃与烯烃的相对挥发度影响很大，但对碳四各组分的溶解能力差、粘度大、沸点高这与甲乙酮正好相反，如氮-甲酰吗啉，溶剂/碳四比10时，正丁烷与1-丁烯的相对挥发度为1.55左右，用它作溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯混合物时，仅需较少的理论板数，但其对碳四溶解能力非常差，即使加入吗啉也没有太大的改善，实验和工业化数据表明用极性较强的吗啉和氮-甲酰吗啉混合物作溶剂分离丁烷与丁烯时，萃取精馏塔溶剂比为13～20，分离高烯烃混合物时溶剂比甚至高达22，塔内发泡严重；汽提塔塔釜温度200～250℃，能耗很大，而且必须采用导热油加热，投资很高。
由此可见，分离丁烷与丁烯，用对碳四溶解性好但极性弱的甲乙酮或用对碳四溶解性差但极性强的溶剂如氮-甲酰吗啉任一单一组分作溶剂，或极性溶剂如吗啉与氮-甲酰吗啉混合物作溶剂，都不是最好的选择。而本发明专利采用的是甲乙酮与极性溶剂如氮-甲酰吗啉混合物作溶剂，萃取精馏分离丁烷与丁烯。
本发明专利采用甲乙酮与极性溶剂混合物作溶剂，用萃取精馏的方法分离丁烷与丁烯，其优点在于综合了甲乙酮与极性溶剂各自的优势，取长补短，既保留了甲乙酮对碳四组分良好的溶解性能和较低的沸点等优点，又具有极性溶剂提高烷烃与烯烃相对挥发度的优点，既改善了塔内的传质状况，提高了分离效率，又减少了理论塔板数，降低了溶剂比，且降低了塔釜操作温度。实验表明各种不同的碳四混合物组成，都可以用甲乙酮与极性溶剂如氮-甲酰吗啉混合物作溶剂，用萃取精馏的方法进行分离，溶剂/碳四比为9～15，最佳的溶剂/碳四比因碳四混合物的组成和塔高的不同而有所变化，萃取精馏塔塔压0.45～0.55MPa(G)左右，塔顶温度45℃左右，汽提塔塔压0.35～0.45MPa(G)左右，塔顶温度45℃左右，两塔塔釜操作温度均低于170℃，可以用水蒸汽加热。实验表明甲乙酮与氮-甲酰吗啉、甲乙酮与混合吗啉、甲乙酮与环丁砜、甲乙酮与氮-甲基吡咯烷酮等的混合物都可以作溶剂分离丁烷与丁烯，而甲乙酮与氮-甲酰吗啉混合溶剂由于其对烷烃与烯烃相对挥发度贡献大、毒性小，是分离丁烷与丁烯的最佳溶剂。以上混合溶剂的合适组成为：甲乙酮与氮-甲酰吗啉混合溶剂中甲乙酮的含量为10～90％(重量)；甲乙酮与氮-甲酰吗啉和吗啉混合溶剂中甲乙酮的含量为10～90％(重量)；甲乙酮与吗啉混合溶剂中甲乙酮的含量为10～90％(重量)；甲乙酮与环丁砜混合溶剂中甲乙酮的含量为10～90％(重量)；甲乙酮与氮-甲基吡咯烷酮混合溶剂中甲乙酮的含量为10～90％(重量)。
本发明的方法可参考附图，待分离丁烷与丁烯混合物(3)由萃取精馏塔(1塔)中部加入，甲乙酮和氮甲酰吗啉组成的混合溶剂(4)由1塔的上部加入，丁烷(7)从1塔的顶部采出，含有烯烃的溶剂从1塔的底部采出后引至后接的汽提塔(2塔)中，通过蒸馏将烯烃与溶剂分离，烯烃(5)从2塔塔顶采出，溶剂(6)从2塔塔釜采出，又被重新引入1塔循环使用。
上述萃取精馏的方法已成功应用于各种原料组成的丁烷与丁烯混合物的分离，适用的碳四组成为总烯烃含量10～95％(重量)。
本发明的特点为：
1).采用甲乙酮与极性溶剂如氮-甲酰吗啉混合物作溶剂分离丁烷与丁烯；
2).萃取精馏塔和汽提塔都在加压下操作，塔顶45℃左右；
3).塔釜温度均低于170℃，可以采用较廉价的蒸汽加热；
4).溶剂对碳四的溶解性好，塔内基本无双液相；
5).溶剂粘度小，塔内基本无发泡现象。
使用本专利方法所生产的丁烯的浓度可以达97％(重量)左右，必要时可以高于97％达到99％，这主要由溶剂比与塔板数而定。
以下是本专利的一个实例。
实例：
所处理的碳四混合物为醚化后碳四，即生产MTBE后的混合碳四，所用溶剂甲乙酮和氮-甲酰吗啉混合物比例为10/90～90/10(重量％)。
所用萃取精馏塔(1塔)为填料塔：材质碳钢，塔径50mm，填料为不锈钢丝网填料；
汽提塔(2塔)也为填料塔：材质碳钢，塔径50mm，填料为θ环填料；
两塔均绝热保温；
混合碳四由1塔的中部加入，温度50℃；
溶剂/碳四进料比：10-19；
1塔塔顶操作压力：0.50MPa(G)；
2塔塔顶操作压力：0.4MPa(G)
1塔回流比：1.5-5.5
2塔回流比：2.0-8；
1塔塔顶温度：43-48℃；
1塔塔釜温度：110-150℃；
2塔塔顶温度：43-48℃；
2塔塔釜温度：150-165℃；
主要实验结果归纳于表一中。
实验表明，甲乙酮和氮-甲酰吗啉作溶剂，萃取精馏分离丁烷与丁烯，与氮-甲酰吗啉溶剂或氮-甲酰吗啉混合物与吗啉混合物作溶剂相比，溶剂比降低30％～50％，塔釜温度降低50～70℃。采用甲乙酮与前述其他溶剂的混合物作溶剂，萃取精馏分离丁烷与丁烯时，分离效果与丁酮/氮-甲酰吗啉混合物相似或略差。
表一  甲乙酮和N-甲酰吗啉混合物作溶剂分离丁烷与丁烯
混合溶剂进料   kg/hr     10.1
塔顶组成(不含溶剂)碳三组分异丁烷正丁烷1-丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯C4进料组成正丙烷异丁烷正丁烷1-丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯塔釜组成正丙烷异丁烷正丁烷1-丁烯反-2-丁烯顺-2-丁烯 重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％重量，％ 0.7372.7822.913.280.000.000.3533.6412.0731.4714.238.240.000.002.3055.8226.5015.38

Claims (5)

1.用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法，其特征在于所述的甲乙酮系列混合溶剂为甲乙酮和氮-甲酰吗啉的混合物溶剂，用该溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯，甲乙酮在混合溶剂中的含量为10-90％(重量)。
2.用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法，其特征在于所述的甲乙酮系列混合溶剂为甲乙酮和氮-甲酰吗啉及吗啉的混合物溶剂，用该溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯，甲乙酮在混合溶剂中的含量为10-90％(重量)。
3.用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法，其特征在于所述的甲乙酮系列混合溶剂为甲乙酮和吗啉的混合物溶剂，用该溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯，甲乙酮在混合溶剂中的含量为10-90％(重量)。
4.用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法，其特征在于所述的甲乙酮系列混合溶剂为甲乙酮和环丁砜的混合物溶剂，用该溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯，甲乙酮在混合溶剂中的含量为10-90％(重量)。
5.用甲乙酮系列混合溶剂分离丁烷与丁烯的方法，其特征在于所述的甲乙酮系列混合溶剂为甲乙酮和氮-甲基吡咯烷酮的混合物溶剂，用该溶剂萃取精馏分离丁烷与丁烯，甲乙酮在混合溶剂中的含量为10-90％(重量)。
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