CN202740805U - 一种应用于碳五分离的反应精馏塔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于碳五分离的反应精馏塔，所述反应精馏塔内部分或全部塔板采用垂直筛板类塔板。所述垂直筛板类塔板包括：开孔的塔板和侧壁开孔的帽罩，所述帽罩由平板状的侧壁和设置在侧壁上部的帽状结构组成，所述帽罩垂直设置于塔板上。本实用新型将垂直筛板类塔板应用于碳五装置，增加了塔板上液体停留时间，即促进了环戊二烯的二聚反应的进行，同时利用沸点差将双环戊二烯与其他碳五组分迅速分离，从而实现反应和分离同时进行的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳五分离领域，更进一步说，涉及一种应用于碳五分离的反应精馏塔。
背景技术
以轻烃、石脑油、柴油甚至减压蜡油为原料，在水蒸汽存在下高温裂解制取乙烯的过程中，生成多种烃类，其中以碳五为主的馏分段称为裂解碳五，由于此种裂解产物中含有40-60%的异戊二烯、环戊二烯以及间戊二烯等双烯烃，这些双烯烃化学性质活泼，是很多精细化工产品的重要原料。
目前，裂解碳五分离工艺主要包括以分离异戊二烯（IP）为主的全分离工艺和以分离环戊二烯（CPD）为主的简单分离工艺。全分离工艺一般采用乙腈（ACN）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）等溶剂通过萃取精馏来分离IP、CPD和间戊二烯（PD）等；简单分离工艺一般采用热二聚法分离出双环戊二烯(DCPD)。
上述的C5分离工艺流程在目前的碳五分离装置中发挥着重要作用，但是存在以下问题：①采用两段萃取精馏，流程较长，操作复杂；②萃取剂消耗量较大，需要进行气提回收，能耗高；③萃取精馏塔汽液相负荷较大，所需理论板数较多，使得萃取精馏塔设备高大，设备投资大，操作费用高；④ACN法和DMF法均需要庞大的热二聚反应器，设备投资大；⑤主产品IP损失量大，在热二聚反应和后续分离过程中的IP损失率就在2.6%左右。
C5馏分中的双烯烃存在以下3类反应：①自二聚反应：包括CPD、PD、IP等双烯烃自二聚成二聚体，其中CPD自二聚反应是主反应，PD和IP的自二聚反应是不希望进行的副反应：
②共二聚反应：CPD，PD和IP之间的共二聚反应是不希望发生的副反应；
③多聚反应：自二聚、共二聚反应生成的二聚体和共二聚体进一步和双烯烃反应生成两个以上的多聚体，直至生成分子量较大的多聚物，这是最不希望的，因为多聚物生成不但影响过程收率及产品纯度，而且会堵塞设备及管道，不能连续操作。
但是多聚反应和前两类反应的速度相比是极慢的。
根据对自二聚反应和共二聚反应及多聚反应的研究，要获得高DCPD的收率，应尽可能在预分离系统提高CPD的自二聚反应转化率。
国内碳五分离技术工业化应用时间已经有二十多年了，CPD的分离都是靠反应系统和分离系统独立进行，没有反应和分离一体化的流程。目前已公开的现有技术鲜有涉及实现反应精馏的工业化流程的。
中国专利CN101397232A与CN101508624A中公开了反应精馏在碳五装置中的潜在应用，但仅仅停留在理论层面，没有具体化设备设计及流程的组织与设定。
在《一种裂解碳五的分离方法》一文中公开了裂解碳五馏分原料在热二聚反应器内进行热二聚，使C5馏分中的大部分环戊二烯二聚生成双环戊二烯。该技术以独立反应器设置来解决环戊二烯的二聚。
目前碳五装置塔板基本为常规浮阀或筛板结构，由于常规塔板液体停留时间较短，所以二聚反应进行缓慢，原料需首先进入二聚反应器进行热二聚后才能进入精馏塔。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种应用于碳五分离的反应精馏塔，将垂直筛板类塔板应用于碳五装置，增加了塔板上液体停留时间，即促进了环戊二烯的二聚反应的进行，同时利用沸点差将双环戊二烯与其他碳五组分迅速分离，从而实现反应和分离同时进行的目的。
本实用新型的目的是提供一种应用于碳五分离的反应精馏塔。
所述反应精馏塔内部分或全部塔板采用垂直筛板类塔板。
所述垂直筛板类塔板包括：开孔的塔板和侧壁开孔的帽罩；
所述帽罩由平板状的侧壁和设置在侧壁上部的帽状结构组成，所述帽罩垂直设置于塔板上。
所述塔板结构可采用现有技术中通常的结构，如：圆形、梯形等；帽罩形状与塔板结构相同，罩侧壁开孔形状为圆形、方形或者百叶窗形等。一个塔板上可以有多个罩，罩孔数量由塔板汽液相负荷而定。
所述反应精馏塔包括：预脱重塔和预脱轻塔。
垂直筛板类塔板是一种大处理能力塔板，开孔的塔板和侧壁开孔的帽罩构成，其操作原理为气体通过板孔喷射，产生伯努利效应，在板孔附近形成低压区，将塔板上的液体卷吸、提升到帽罩中，实现汽液分散、传质过程，然后气体携带着被分散的液相由管壁的开孔水平喷出，实现相分离。
本实用新型发明主要应用于碳五预分离系统的预脱轻塔和预脱重塔。预脱轻塔的目的是脱除C4和炔烃等碳五轻组分,该塔塔板数为70～150，塔操作压力0.2～0.3MPa,塔顶温度为40～60℃，塔釜温度80-120℃，回流比15～30。该塔下部温度75℃以上区域可以采用垂直筛板类塔板，具体根据原料及板数设定，即部分塔段具有反应精馏的功能。从预脱轻塔釜出来的物料进入预脱重塔。
预脱重塔采用两种塔内件，塔的精馏段采用普通浮阀、筛板塔盘或垂直筛板类塔板的一种，塔的提馏段采用垂直筛板类塔板，具体普通塔盘和垂直筛板类塔板的设置数量由进料组成及塔板数而定。依据原料组成及状况,调整塔盘结构设计，控制液相在塔内的停留时间在1～4小时。
所采用的垂直筛板类塔板是一种传质构件，由开孔的塔板和侧壁开孔的帽罩构成，其操作原理为气体通过板孔喷射，产生伯努利效应，在板孔附件形成低压区，将塔板上的液体卷吸、提升到帽罩中，实现汽液分散、传质过程，然后气体携带着被分散的液相由管壁上的开孔水平喷出，实现汽液相分离。其中塔板结构为圆形、梯形等，帽罩形状与塔板结构相同，罩侧壁开孔形状为圆形、方形或者百叶窗形等。一个塔板上可以有多个开孔和帽罩，帽罩上孔的数量由塔板汽液相负荷而定，一般20～100个。
预脱重塔塔盘数70～150，塔操作压力0.02～0.15MPa,塔顶温度为40～60℃，塔釜温度80-120℃，回流比1～10。
由预脱重塔顶采出的物料进入萃取系统进一步精馏分离得到聚合级异戊二烯产品；由预脱重塔釜采出的物料进入间戊二烯、双环戊二烯分离单元，进一步提纯分别得到间戊二烯和双环戊二烯产品。
萃取精馏塔中的溶剂选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙腈、N-甲基吡咯烷酮和乙腈水溶液中的至少一种。
预脱轻塔和预脱重塔在阻聚剂存在下精馏，其中所述阻聚剂选自邻-硝基苯酚、叔丁基邻苯二酚、二乙羟胺或二羟基二氢肉桂酸中的至少一种。
将垂直筛板塔板技术进入引入本装置后，就可以在预脱轻塔的部分塔板和预脱重塔实现反应精馏的效果，主要体现在以下几个方面：
1）取消热二聚反应器。为了达到热二聚反应要求的转化率，得到所需的双环戊二烯产品，传统碳五装置中的二聚反应器器以及进料和段间的冷却器，占地大。取消热二聚反应器及换热器可缩小装置占地和节省投资。
2）热二聚反应在塔内受控制的操作温度和操作压力下进行缓慢的放热反应，所放出的热量被分离过程及时吸收，有利于轻重组分的气液分离，同时有利于减少再沸器蒸汽用量和塔顶冷凝器的冷却水用量，对降低装置能耗起到积极作用。反应精馏的应用可使预分离系统的能耗下降3～4%。
3）提高双环戊二烯产品收率大约3～5%。
热二聚反应选择性提高，降低了共二聚体副产物的生成量，提高异戊二烯收率2%以上。
附图说明
图1现有技术碳五分离装置传统预分离系统示意图
图2本实用新型的碳五分离装置预分离系统示意图
图3垂直筛板结构示意图
附图标记说明：
1预脱轻塔；2第一二聚反应进料冷却器；3第一二聚反应器；
4第二二聚反应进料冷却器；5第二二聚反应器；6预脱重塔；
7塔板；8板孔；9罩体底隙；10帽罩；11罩孔
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
实施例：
如图2,3所示，一种应用于碳五分离的反应精馏塔。
所述反应精馏塔内部分或全部塔板采用垂直筛板类塔板。
所述垂直筛板类塔板包括：开孔的塔板7和侧壁开孔的帽罩10；所述帽罩10由平板状的侧壁和设置在侧壁上部的帽状结构组成，所述罩帽10垂直设置于塔板7上。
所述反应精馏塔包括：预脱重塔和预脱轻塔。
预脱轻塔自进料板以下全部采用垂直筛板类塔板，预脱重塔全部采用垂直筛板类塔板。塔板开孔为梯形，帽罩形状为梯形，侧壁开Ф12mm的圆孔，孔数为50。
裂解碳五首先进入预脱轻塔，该塔塔板数为75，塔操作压力0.2～0.3MPa,塔顶温度为55，塔釜温度87，回流比25。该塔精馏段采用常规浮阀，提馏段全部采用垂直筛板类塔板，具有反应精馏功能。从预脱轻塔釜出来的物料进入预脱重塔。预脱重塔全部塔采用垂直筛板类塔板。
预脱重塔塔盘数110，塔操作压力0.05～0.1MPaG，塔顶温度为45℃，塔釜温度80℃，回流比4。
根据原料组成及状况,调整塔盘结构设计，控制液相在塔内的停留时间在2.5～3小时。
由预脱重塔顶采出的物料进入萃取系统进一步精馏分离得到聚合级异戊二烯产品；由预脱重塔釜采出的物料进入间戊二烯、双环戊二烯分离单元，进一步提纯分别得到间戊二烯和双环戊二烯产品。
Claims (5)
1.一种应用于碳五分离的反应精馏塔，其特征在于：
所述反应精馏塔内部分或全部塔板采用垂直筛板类塔板。
2.如权利要求1所述的反应精馏塔，其特征在于：
所述垂直筛板类塔板包括：开孔的塔板和侧壁开孔的帽罩；
所述帽罩由平板状的侧壁和设置在侧壁上部的帽状结构组成，所述帽罩垂直设置于塔板上。
3.如权利要求1所述的反应精馏塔，其特征在于：
所述塔板为圆形或梯形；
所述帽罩为圆形或梯形。
4.如权利要求1所述反应精馏塔，其特征在于：
所述帽罩侧壁开孔形状为圆形、方形或者百叶窗形。
5.如权利要求1~4之一所述的反应精馏塔，其特征在于：
所述反应精馏塔包括：预脱重塔和预脱轻塔。
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