CN216170039U - 一种节能减碳型的混合丁醛分离系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种节能减碳型的混合丁醛分离系统，包括：分离塔，以及与所述分离塔连接的精馏塔；所述分离塔侧壁设置有用于输送混合丁醛的进料管路；所述分离塔内设置有多段第一填料层；所述进料管路沿竖直方向位于任意相邻两段所述第一填料层之间；所述第一填料层上方设置有第一液体分布器，所述分离塔顶部设置有产物出口，所述产物出口连接有塔顶冷凝管路，所述塔顶冷凝管路包括依次连接的换热器、冷凝罐、第一冷却器和第一回流罐，所述第一回流罐分别与所述第一液体分布器和所述精馏塔相通。本实用新型的分离系统工艺简单，运行稳定，有效提高了混合丁醛分离效率和异丁醛的产品质量，同时能够节约能源，降低二氧化碳的排放量。
Description
技术领域
本实用新型涉及混合丁醛分离技术领域，具体而言，涉及一种节能减碳型的混合丁醛分离系统。
背景技术
异丁醛是一种重要的有机化工原料，常温下为无色液体，可燃，易挥发，具有强烈的刺激性气味。异丁醛衍生出很多许多精细化工产品，如：异丁醇、新戊二醇、甲基丙烯酸、异丁酸酯、异丁腈等。异丁醛的生产，一般在丁辛醇装置采用丙烯、合成气为原料，以铑/三苯基膦络合物为催化剂在羰基合成反应器中生成混合丁醛，混合丁醛的主要成分为质量比10:1的正、异丁醛混合物。常压下正丁醛沸点74℃，异丁醛沸点为64℃，沸点较为接近，分离极其困难。市场上异丁醛的产品纯度往往较低，不能满足下游生产的需要。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的第一目的在于提供一种节能减碳型的混合丁醛分离系统，该分离系统通过设置分离塔和精馏塔对混合丁醛进行两次分离，能够有效提高得到的异丁醛的纯度；通过在分离塔和精馏塔内分别设置多层第一填料层和第二填料层，有助于提高正丁醛与异丁醛的分离效率，从而提高异丁醛产品纯度；通过设置液体分布器，能够把液体物料均匀地分布于填料层顶部，有助于提高填料层的传质效率，保证填料层的操作弹性；同时，该系统通过将分离塔的塔顶再沸管路与精馏塔的塔底冷凝管路进行热耦合，利用分离塔的塔顶蒸汽为精馏塔提供热量，能够节约能源，减少二氧化碳的排放。
本实用新型的第二目的在于提供一种混合丁醛分离方法，该方法操作简单，分离效率高，通过应用上述分离系统，能够有效提高异丁醛产品纯度；同时，通过分离段和蒸馏段间的热耦合，利用混合丁醛分离产生的蒸汽为异丁醛的精馏提供热量，能够节约能源，减少二氧化碳的排放。
为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种节能减碳型的混合丁醛分离系统，包括：分离塔，以及与所述分离塔连接的精馏塔；所述分离塔侧壁设置有用于输送混合丁醛的进料管路；所述分离塔内设置有多段第一填料层；所述进料管路沿竖直方向位于任意相邻两段所述第一填料层之间；
所述第一填料层上方设置有第一液体分布器，所述分离塔顶部设置有产物出口，所述产物出口连接有塔顶冷凝管路，所述塔顶冷凝管路包括依次连接的换热器、冷凝罐、第一冷却器和第一回流罐，所述第一回流罐分别与所述第一液体分布器和所述精馏塔相通，以用于所述第一回流罐内的物料一部分去往所述分离塔，另一部分去往所述精馏塔；
所述精馏塔侧壁设置有与所述第一回流罐相连通的进料口，所述精馏塔内设置有多段第二填料层，所述进料口沿竖直方向位于任意相邻两段所述第二填料层之间；
所述第一填料层与所述第二填料层的比表面积均不小于600m2/m3，分离指标均不小于5块理论板/m。
现有技术中，由于常压下正丁醛沸点74℃，异丁醛沸点为64℃，沸点较为接近，分离极其困难。市场上异丁醛的产品纯度往往较低，不能满足下游生产的需要。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种节能减碳型的混合丁醛分离系统，该系统通过设置分离塔和精馏塔对混合丁醛进行两次分离，能够有效提高产品纯度；通过在分离塔和精馏塔内分别设置多层第一填料层和第二填料层，并对第一填料层和第二填料层的比表面积和分离指标进行限定，能够提高理论板数，降低压降，从而使塔釜温度降低10℃以上，同时能够有效防止副产物的生成，提高分离效率，降低所需能耗；通过设置第一液体分布器和第二液体分布器，能够分别与第一填料层和第二填料层相配合，将回流的液体物料均匀分布在填料层顶部，有助于提高填料层的传质效率，保证填料层的操作弹性。
优选的，所述精馏塔底部设置有塔底再沸管路，所述塔底再沸管路入口与所述精馏塔底部的物料出口相连，出口与所述精馏塔的塔釜相连；所述塔底再沸管路与所述塔顶冷凝管路通过所述换热器相互耦合以使所述分离塔的塔顶蒸汽为所述精馏塔提供热量。这样设置能够使分离塔产物出口流出的物料气体与精馏塔塔底流出的液体进行换热，这种热耦合的设置方式能够有效节约能耗。
优选的，所述第一填料层下方设置有多层第一塔板，所述第一塔板沿竖直方向位于所述回流管路与所述分离塔侧壁相连的连接点上方。设置第一塔板能够与第一填料层配合，促进正丁醛与异丁醛的分离。
优选的，所述第二填料层下方设置有多层第二塔板，所述第二塔板沿竖直方向位于所述物料出口与所述精馏塔侧壁的连接点的上方。设置第二塔板能够与第二填料层配合，促进正丁醛与异丁醛的分离。
优选的，所述精馏塔顶部设置有异丁醛出口，所述异丁醛出口依次连接有冷凝器和第二回流罐，所述异丁醛出口排出的异丁醛经所述冷凝器冷凝后流入所述第二回流罐中。
优选的，所述第二回流罐的出口依次连接有第二冷却器和异丁醛储罐，所述第二回流罐的出口还连接有第二液体分布器；所述第二液体分布器位于所述第二填料层上方；所述第二回流罐中的异丁醛一部分经所述第二液体分布器回流至所述精馏塔中，另一部分经所述第二冷却器冷却后流入所述异丁醛储罐中。
优选的，所述分离塔塔底设置有回流管路，所述回流管路入口与所述分离塔塔底相连，出口与所述分离塔塔釜相连；所述回流管路上设置有塔釜再沸器。
优选的，所述精馏塔底部设置有正丁醛出口，所述正丁醛出口连接有正丁醛储罐。
优选的，所述分离塔塔底与所述正丁醛储罐相连，所述分离塔塔底与所述正丁醛储罐间设置有第三冷却器。
优选的，所述第一填料层与所述第二填料层均为无壁流规整填料层。
优选的，所述第一液体分布器与所述第二液体分布器均为无限点液体分布器。
优选的，所述冷凝罐上设置有不凝气出口，不凝气通过所述不凝气出口排出。
优选的，所述第一塔板与所述第二塔板为浮阀塔板。
事实上，本实用新型的混合丁醛分离系统相较于现有技术能够有效节能减碳。具体的，以0.8MPa(G)饱和蒸汽计算，生产一吨蒸汽的理论能耗(计算基准为0℃水)为662766kcal，按此计算，一吨蒸汽消耗标准煤为94.7kg标煤/吨蒸汽，蒸汽锅炉效率按70％计，则实际煤耗为135kg标煤/吨蒸气，而工业锅炉每燃烧一吨标准煤，就产生二氧化碳2620公斤，经换算，每生产一吨蒸汽会释放353.7kg二氧化碳。本实用新型的分离系统通过在整体采用热耦合工艺，利用分离塔产生的物料蒸汽对精馏塔进行供热，蒸汽单耗下降30-40％，二氧化碳产生量相应减少，从而有效减少碳排放。
本实用新型还提供了一种混合丁醛分离方法，包括：混合丁醛分离为正丁醛和异丁醛粗产物，异丁醛粗产物精馏得到异丁醛。
优选的，混合丁醛的分离温度为100-140℃，压力为0.1-0.5MPa；异丁醛粗产物的精馏温度为80-100℃，压力为0.005-0.2MPa。进一步的，混合丁醛的分离温度为113℃，压力为0.25MPa，异丁醛粗产物的精馏温度为91℃，压力为0.011MPa。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型的节能减碳型的混合丁醛分离系统通过设置分离塔和精馏塔对混合丁醛进行两次分离，能够有效提高产品纯度；
(2)通过在分离塔和精馏塔内分别设置多层第一填料层和第二填料层，能够提高理论板数，降低压降，从而使塔釜温度降低10℃以上，同时能够有效防止副产物的生成，提高分离效率，降低所需能耗；
(3)通过设置第一液体分布器和第二液体分布器，能够分别与第一填料层和第二填料层相配合，将混合丁醛均匀分布在填料层顶部，有助于提高填料层的传质效率，保证填料层的操作弹性；
(4)通过将分离塔的塔顶再沸管路与精馏塔的塔底冷凝管路进行热耦合，利用分离塔的塔顶蒸汽为精馏塔提供热量，能够节约能源，减少二氧化碳的排放。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实用新型实施例1所提供的节能减碳型的混合丁醛分离系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1中塔理论板数对塔釜异丁醛含量影响曲线；
图3为本实用新型实施例1中回流比对塔釜异丁醛含量影响曲线。
其中：
10-分离塔； 101-第一液体分布器；
102-第一填料层； 103-第一塔板；
104-产物出口； 105-回流管路；
20-塔釜再沸器； 30-第三冷却器；
40-第一回流罐； 50-第一冷却器；
60-冷凝罐； 70-换热器；
80-精馏塔； 801-异丁醛出口；
802-第二液体分布器； 803-第二填料层；
804-第二塔板； 805-物料出口；
806-正丁醛出口； 90-正丁醛储罐；
100-冷凝器； 110-第二回流罐；
120-第二冷却器； 130-异丁醛储罐；
140-进料管路。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例1
参阅图1所示，本实施例提供了一种节能减碳型的混合丁醛分离系统，包括：分离塔10、以及与分离塔10连接的精馏塔80；分离塔10侧壁设置有用于输送混合丁醛的进料管路140；分离塔10内设置有多层第一填料层102；进料管路140沿竖直方向位于任意相邻两段第一填料层102之间；具体的，进料管路140沿竖直方向位于最上方的两段第一填料层102之间；
其中，第一填料层102下方设置有多层第一塔板103，第一塔板103沿竖直方向位于回流管路105与分离塔10侧壁相连的连接点上方。
分离塔10塔底设置有回流管路105，回流管路105入口与分离塔10塔底相连，出口与分离塔10塔釜相连；回流管路105上设置有塔釜再沸器20。
继续参阅图1，第一填料层102上方设置有第一液体分布器101，分离塔10顶部设置有产物出口104，产物出口104连接有塔顶冷凝管路，塔顶冷凝管路包括依次连接的换热器70、冷凝罐60、第一冷却器50和第一回流罐40，第一回流罐40分别与第一液体分布器101和精馏塔80相连通；第一回流罐40中的物料一部分经第一液体分布器101回流至分离塔10中，另一部分流入精馏塔80中。
其中，冷凝罐60上设置有不凝气出口，不凝气通过不凝气出口排出。
具体的，精馏塔80侧壁设置有与第一回流罐40相连通的进料口，精馏塔80内设置有多段第二填料层803，进料口沿竖直方向位于任意相邻两段第二填料层803之间；进一步的，进料口沿竖直方向位于最上方的两段第二填料层803之间。
第二填料层803下方设置有多层第二塔板804，第二塔板804沿竖直方向位于物料出口805与精馏塔80侧壁的连接点的上方。
精馏塔80底部设置有塔底再沸管路，塔底再沸管路入口与精馏塔80底部的物料出口805相连，出口与精馏塔80的塔釜相连；塔底再沸管路与塔顶冷凝管路通过换热器70相互耦合以使分离塔的塔顶蒸汽为精馏塔提供热量。
精馏塔80顶部设置有异丁醛出口801，异丁醛出口801依次连接有冷凝器100和第二回流罐110，异丁醛出口801排出的异丁醛经冷凝器100冷凝后流入第二回流罐110中。第二回流罐110的出口依次连接有第二冷却器120和异丁醛储罐130，第二回流罐110的出口还连接有第二液体分布器802；第二液体分布器802位于第二填料层803的上方；第二回流罐110中的异丁醛一部分经第二液体分布器802回流至精馏塔80中，另一部分经第二冷却器120冷却后流入异丁醛储罐130中。
在本实施例中，精馏塔80底部设置有正丁醛出口806，正丁醛出口806连接有正丁醛储罐90。分离塔10塔底与正丁醛储罐90相连，分离塔10塔底与正丁醛储罐90间设置有第三冷却器30。
为保证分离效果，第一填料层102与第二填料层803的比表面积均不小于600m2/m3，分离指标均不小于5块理论板/m；具体的，本实施例中的第一填料层102与第二填料层803的比表面积为600m2/m3，分离指标为5块理论板。
本实施例中，第一填料层102与第二填料层803均为无壁流规整填料层，具体为无壁流规整填料层SP-B2；第一塔板103与第二塔板804均为浮阀塔板，具体为浮阀塔板SVT；第一液体分布器101与第二液体分布器802均为无限点液体分布器，具体为无限点液体分布器LD-II。
反应时，混合丁醛通过进料管路140进入分离塔10中，异丁醛粗产物经换热器70、冷凝罐60和第一冷却器50冷却后进入第一回流罐40中，第一回流罐40中的异丁醛粗产物一部分回流至分离塔10中继续分离，另一部分进入精馏塔80中精馏。
分离塔10分离出的正丁醛一部分经回流管路105加热气化回流至分离塔10中，另一部分经第三冷却器30冷却后流入正丁醛储罐90中。
精馏塔80对异丁醛粗产物进行精馏提纯，提纯得到的异丁醛经冷凝器100冷凝后进入第二回流罐110，一部分回流至精馏塔80内继续精馏，另一部分经第二冷却器120冷却后流入异丁醛储罐130中；
精馏塔80分离出的正丁醛一部分经换热器70加热后流回精馏塔80中，另一部分流入正丁醛储罐90中。
以混合丁醛进料组成为基础进行工艺模拟计算，理论塔板数和回流比对塔釜异丁醛含量影响曲线见图2-3。从图中可以发现，塔釜中异丁醛含量对理论塔板数非常敏感，而当操作回流比大于2.6时，塔釜中异丁醛含量对回流比不敏感。因此，在塔高不变的情况下，通过使用填料层提高理论板数，能够有效提高混合丁醛的分离效率，提高异丁醛的产品纯度。
实施例2
本例与实施例1的区别仅在于不设置第一塔板103和第二塔板804。
对比例1
本例与实施例1的区别仅在于将第一填料层102与第二填料层803替换为塔板。
实验例
分别使用实施例1-2和对比例1中的分离系统对混合丁醛进行分离，对分离塔塔釜异丁醛含量和精馏塔塔顶分离出的异丁醛纯度进行测试统计，结构如下表。
其中，表1中分离塔内温度为100℃，压力为0.1MPa；精馏塔内的温度为80℃，压力为0.005MPa。
表2中分离塔内温度为113℃，压力为0.25MPa；精馏塔内的温度为91℃，压力为0.011MPa。
表3中分离塔内温度为140℃，压力为0.5MPa；精馏塔内的温度为100℃，压力为0.2MPa。
表1
表2
表3
可见，本实用新型的分离系统能够实现对异丁醛的高效分离，分离出的异丁醛纯度满足行业标准HG/T4965-2016中异丁醛优等品纯度大于99.2wt％的指标，解决了异丁醛纯度低的问题，并且工艺简单，运行稳定。相比于传统工艺，装置产能可提升30％，蒸汽单耗下降30-40％，能耗下降35-45％。
总之，本实用新型的分离系统工艺简单，运行稳定，有效提高了混合丁醛分离效率和异丁醛的产品质量，同时能够节约能源，降低二氧化碳的排放量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种节能减碳型的混合丁醛分离系统，其特征在于，包括：分离塔，以及与所述分离塔连接的精馏塔；所述分离塔侧壁设置有用于输送混合丁醛的进料管路；所述分离塔内设置有多段第一填料层；所述进料管路沿竖直方向位于任意相邻两段所述第一填料层之间；
所述第一填料层上方设置有第一液体分布器，所述分离塔顶部设置有产物出口，所述产物出口连接有塔顶冷凝管路，所述塔顶冷凝管路包括依次连接的换热器、冷凝罐、第一冷却器和第一回流罐，所述第一回流罐分别与所述第一液体分布器和所述精馏塔相通，以用于所述第一回流罐内的物料一部分去往所述分离塔，另一部分去往所述精馏塔；
所述精馏塔侧壁设置有与所述第一回流罐相连通的进料口，所述精馏塔内设置有多段第二填料层，所述进料口沿竖直方向位于任意相邻两段所述第二填料层之间；
所述第一填料层与所述第二填料层的比表面积均不小于600m2/m3，分离指标均不小于5块理论板/m。
2.根据权利要求1所述的混合丁醛分离系统，其特征在于，所述精馏塔底部设置有塔底再沸管路，所述塔底再沸管路入口与所述精馏塔底部的物料出口相连，出口与所述精馏塔的塔釜相连；所述塔底再沸管路与所述塔顶冷凝管路通过所述换热器相互耦合以使所述分离塔的塔顶蒸汽为所述精馏塔提供热量。
3.根据权利要求1所述的混合丁醛分离系统，其特征在于，所述分离塔塔底设置有回流管路，所述回流管路入口与所述分离塔塔底相连，出口与所述分离塔塔釜相连；所述回流管路上设置有塔釜再沸器；所述第一填料层下方设置有多层第一塔板，所述第一塔板沿竖直方向位于所述回流管路与所述分离塔侧壁相连的连接点上方。
4.根据权利要求2所述的混合丁醛分离系统，其特征在于，所述第二填料层下方设置有多层第二塔板，所述第二塔板沿竖直方向位于所述物料出口与所述精馏塔侧壁的连接点的上方。
5.根据权利要求1所述的混合丁醛分离系统，其特征在于，所述精馏塔顶部设置有异丁醛出口，所述异丁醛出口依次连接有冷凝器和第二回流罐，所述异丁醛出口排出的异丁醛经所述冷凝器冷凝后流入所述第二回流罐中。
6.根据权利要求5所述的混合丁醛分离系统，其特征在于，所述第二回流罐的出口依次连接有第二冷却器和异丁醛储罐，所述第二回流罐的出口还连接有第二液体分布器；所述第二液体分布器位于所述第二填料层上方；所述第二回流罐中的异丁醛一部分经所述第二液体分布器回流至所述精馏塔中，另一部分经所述第二冷却器冷却后流入所述异丁醛储罐中。
7.根据权利要求1所述的混合丁醛分离系统，其特征在于，所述精馏塔底部设置有正丁醛出口，所述正丁醛出口连接有正丁醛储罐。
8.根据权利要求7所述的混合丁醛分离系统，其特征在于，所述分离塔塔底与所述正丁醛储罐相连，所述分离塔塔底与所述正丁醛储罐间设置有第三冷却器。
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| CN115006862B (zh) * | 2022-06-15 | 2023-10-17 | 浙江卫星能源有限公司 | 一种节能的高纯度正丁醇提取系统及方法 |
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