CN216536970U - 一种脱异丁烷塔节能分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脱异丁烷塔节能分离系统，该节能分离系统包括一个常规精馏塔、用于压缩塔顶蒸汽的热泵压缩机、塔顶冷凝器、塔底再沸器以及若干台中间再沸器。烷基化反应产物进入脱异丁烷塔进行分离，塔顶得到合格异丁烷，塔底混合物去系统外进行分离。在精馏过程中，利用热泵压缩机将精馏塔塔顶的部分蒸汽增压升温，作为多台中间再沸器的热源，降低整个装置的分离能耗；利用本实用新型提供的节能分离系统分离硫酸烷基化反应产物中的异丁烷时，能耗显著减低，与目前常规精馏塔直接分离相比较，可以节省能耗约35～50％。该节能分离系统也可以用于从包含异丁烷、正丁烷和重组分的混合物中分离异丁烷的场合。

Description

一种脱异丁烷塔节能分离系统

技术领域

本实用新型涉及烷基化油分离技术领域，具体而言，涉及一种脱异丁烷塔节能分离系统；也可以用于从包含异丁烷、正丁烷和重组分的混合物中分离异丁烷的场合。

背景技术

在石油炼制过程中，碳四烷基化是炼厂气加工的重要工艺过程，主要用于生产高辛烷值汽油调和组分。碳四烷基化装置是指在催化剂作用下，异丁烷和丁烯(或丙烯、丁烯、戊烯的混合物)发生反应，生成以异辛烷为主的烷基化油的工业设施。烷基化油具有辛烷值高、抗爆性好、蒸气压低、含硫低、不含烯烃和芳烃等特点，是理想的清洁汽油高辛烷值调和组分。

目前，国内烷基化油生产工艺多采用液体酸催化工艺，即以低碳烯烃(包括1-丁烯、2-丁烯、异丁烯等)和异丁烷为原料，在氢氟酸或浓硫酸催化下反应，脱酸后得到的烷基化产物中除了含有烷基化油产品外，还包括大量未反应的异丁烷和正丁烷，需对烷基化产物进行脱正丁烷和异丁烷处理，异丁烷作为反应原料循环使用，以增大反应体系的烷烯比，同时避免正丁烷在反应系统的累积。

硫酸烷基化是各种碳四烷基化技术中出现最早且至今仍在广泛使用的技术。硫酸烷基化技术使用的硫酸在安全性方面优于氢氟酸，且废酸问题得到了妥善解决，进入21世纪，随着中国汽油质量升级加快，对高辛烷值汽油调和组分的需求快速增长，因此近年来硫酸烷基化装置数量和加工能力得到快速发展。

硫酸烷基化装置分馏单元主要由脱异丁烷塔与脱正丁烷塔构成，两塔的塔釜温度均在100℃以上，一般采用1.0MPa蒸汽作为热源，分馏部分能耗约占整个装置总能耗的50～55％，其中脱异丁烷塔的能耗又占分馏部分能耗的80～95％。

中国专利CN108211405A公开了一种烷基化反应装置及烷基化反应分离方法，该方法在脱异丁烷塔增加一台中间再沸器、利用热泵技术来实现节能，由于中间再沸器取自塔盘的液体流量受限，且气化率不宜过高，节能效果有限。若是从集油箱中抽出液相，采用循环式再沸器，液相量不受限，但液相温位较高，压缩机功耗增加，节能效率下降。

鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种脱异丁烷塔的节能分离系统。

本实用新型是这样实现的:

本实用新型提供一种脱异丁烷塔的节能分离系统，其包括：常规精馏塔、蒸汽压缩机、调节阀、第一再沸器、第二再沸器、第三再沸器、第四再沸器、第五再沸器和冷凝器；

烷基化反应产物原料管线与常规精馏塔的原料进料口相连接，常规精馏塔塔釜的液相通过管道与第一再沸器的液相进口相连接，第一再沸器出口与常规精馏塔最下面一块塔板下方的气相进口相连接，常规精馏塔的塔底出料口与脱异丁烷塔塔底油管线相连接；

常规精馏塔塔顶蒸汽出口管线一分为二，一路与蒸汽压缩机的入口相连接，蒸汽压缩机出口管路一分为四，分别于第二再沸器、第三再沸器、第四再沸器、第五再沸器的热源入口相连接，第二再沸器、第三再沸器、第四再沸器、第五再沸器的热源出口管路汇合后与调节阀的进口相连，调节阀出口管线与常规精馏塔的塔顶蒸汽出口管线的另一路汇合后与冷凝器入口相连，冷凝器的出口管线一分为二，一路作为合格异丁烷出料管路，另一路与常规精馏塔的物料回流口相连。

本实用新型具有以下有益效果:

本实用新型提供一种脱异丁烷塔的节能分离系统，利用该系统，在得同等纯度的合格异丁烷产品和塔底油时，具有以下技术优势：

(1)、与现有流程相比，通过热泵技术利用塔顶气相潜热作为中间再沸器热源，节能塔底蒸汽耗量。

(2)、与传统一台中间再沸器热泵工艺相比，利用多台中间再沸器，分步输入热量，使塔内温度变化较为平缓；中间再沸器采用一次通过式，尽可能降低再沸器的入口温度，降低压缩机功耗，可用气化潜热更多，节能比例更高。

综上两方面优势，与目前常规脱异丁烷塔系统相比较，可以节省能耗约35～50％。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例示意图，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为对比例中提供的现有烷基化装置脱异丁烷塔流程示意图；

图2为实施例中提供的烷基化装置脱异丁烷塔的节能分离系统流程示意图一，编号：常规精馏塔-T1、蒸汽压缩机-C1、调节阀-V1、第一再沸器 -H1、第二再沸器-H2、第三再沸器-H3、第四再沸器-H4、第五再沸器-H5、冷凝器-E1；

图3为实施例中提供的烷基化装置脱异丁烷塔的节能分离系统流程示意图二，编号：常规精馏塔-T1、蒸汽压缩机-C1、蒸汽压缩机-C2、调节阀 -V1、调节阀-V2、第一再沸器-H1、第二再沸器-H2、第三再沸器-H3、第四再沸器-H4、第五再沸器-H5、冷凝器-E1。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行较为清楚、完整地描述。

显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种脱异丁烷塔的节能分离系统，用于硫酸烷基化反应产物分离时将异丁烷脱除。具体实施方式是这样的：

实施例可以采用本实用新型提供的图2所示的脱异丁烷塔的节能分离系统，该分离系统包括：常规精馏塔T1、蒸汽压缩机C1、调节阀V1、第一再沸器H1、第二再沸器H2、第三再沸器H3、第四再沸器H4、第五再沸器H5、冷凝器E1。

烷基化反应产物原料管线与常规精馏塔T1的原料进料口相连接，常规精馏塔T1塔釜的液相通过管道与第一再沸器H1的液相进口相连接，第一再沸器H1出口与常规精馏塔T1最下面一块塔板下方的气相进口相连接，常规精馏塔T1的塔底出料口与脱异丁烷塔塔底油管线相连接；

常规精馏塔T1塔顶蒸汽出口管线一分为二，一路与蒸汽压缩机C1的入口相连接，蒸汽压缩机C1出口管路一分为四，分别于第二再沸器H2、第三再沸器H3、第四再沸器H4、第五再沸器H5的热源入口相连接，第二再沸器H2、第三再沸器H3、第四再沸器H4、第五再沸器H5的热源出口管路汇合后与调节阀V1的进口相连，调节阀V1出口管线与常规精馏塔T1 的塔顶蒸汽出口管线的另一路汇合后与冷凝器E1入口相连，冷凝器E1的出口管线一分为二，一路作为合格异丁烷出料管路，另一路与常规精馏塔T1的物料回流口相连。

实施例也可以采用本实用新型提供的图3所示的脱异丁烷塔的节能分离系统，该分离系统包括：常规精馏塔T1、蒸汽压缩机C1、蒸汽压缩机 C2、调节阀V1、调节阀V2、第一再沸器H1、第二再沸器H2、第三再沸器H3、第四再沸器H4、第五再沸器H5、冷凝器E1。

烷基化反应产物原料管线与常规精馏塔T1的原料进料口相连接，常规精馏塔T1塔釜的液相通过管道与第一再沸器H1的液相进口相连接，第一再沸器H1出口与常规精馏塔T1最下面一块塔板下方的气相进口相连接，常规精馏塔T1的塔底出料口与脱异丁烷塔塔底油管线相连接；

常规精馏塔T1塔顶蒸汽出口管线一分为三，第一路与蒸汽压缩机C1 的入口相连接，蒸汽压缩机C1出口管路一分为二，分别于第二再沸器H2、第三再沸器H3热源入口相连接，第二再沸器H2、第三再沸器H3的热源出口管路汇合后与调节阀V1的进口相连；第二路与蒸汽压缩机C2的入口相连接，蒸汽压缩机C2出口管路一分为二，分别于第四再沸器H4、第五再沸器H5热源入口相连接，第四再沸器H4、第五再沸器H5的热源出口管路汇合后与调节阀V2的进口相连；调节阀V1的出口管线、调节阀V2 出口管线与常规精馏塔T1的塔顶蒸汽出口管线的第三路汇合后与冷凝器 E1入口相连，冷凝器E1的出口管线一分为二，一路作为合格异丁烷出料管路，另一路与常规精馏塔T1的物料回流口相连。

常规精馏塔T1塔顶冷凝器的冷却介质可以选用空气或循环冷却水。

常规精馏塔T1塔底的第一再沸器H1的加热介质为高品位热源，譬如低压蒸汽或导热油等。

常规精馏塔T1的塔板数为60-100，进料口位于常规精馏塔的中上部。

常规精馏塔T1的提馏段有第二再沸器H2、第三再沸器H3、第四再沸器H4、第五再沸器H5，四台中间再沸器为使用塔顶增压升温后的塔顶蒸汽做热源的一次通过式再沸器，四台中间再沸器可以一次性全部使用，也可以部分使用，优选2～3台。

作为本实用新型优选的方式，常规精馏塔T1最下方的中间再沸器也可以采用热媒水或凝结水等低品位热源。此时该中间再沸器可以采用循环式再沸器。

作为本实用新型优选的方式，常规精馏塔T1塔顶温度在40-60℃之间。常规精馏塔T1的塔顶的蒸汽利用率在60％-100％之间，优选60％～90％。

采用以上的脱异丁烷塔节能分离系统操作流程如下：烷基化反应产物作为原料从常规精馏塔的中上部进入，在常规精馏塔的塔顶得到合格的循环用异丁烷产品；常规精馏塔塔釜液相去后续分离。

用热泵(蒸汽压缩机)将常规精馏塔的部分乃至全部塔顶蒸汽增压提高温度，经中间再沸器换热后全部液化变为饱和液体，再经过调节阀(或其它减压设备)减压降温、部分汽化，然后与未增压升温的气相混合，经过冷凝器冷凝全部变为液相，一部分作为回流液返回塔内，一部分作为循环用合格异丁烷采出。

作为本实用新型优选的方式之一，换热后得到的饱和液体也可以靠自压直接返回塔顶回流口，也可以去压缩机前分液罐气液分相，液相返回至塔顶回流口，多余气相去冷凝器冷凝。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

本实用新型的目的在于实现分离目标的同时，提高可实施性，最大化的节省能耗，降低操作费用。

以某炼厂烷基化装置为例，原料(烷基化反应产物)组成如表1所示。

表1烷基化反应产物的组成

成分	质量分数
		丙烷	0.0040
异丁烷	0.5382
		正丁烷	0.0907
异戊烷	0.0158
		正戊烷	0.0000
2,3-二甲基丁烷	0.0121
		2-甲基戊烷	0.0044
2,4-二甲基戊烷	0.0092
		2,3-二甲基戊烷	0.0066
2，2，4－三甲基戊烷	0.2909
		2－甲基,3－乙基戊烷	0.0282

用实施例(图2)和对比例(图1)对其进行分离，要求循环用异丁烷摩尔分数达到90％，正丁烷产品摩尔分数达到85％，烷基化油产品中正丁烷含量摩尔分数为8％。

常规精馏塔T1塔底第一再沸器H1的加热介质采用1.0MPa饱和蒸汽，价格以220元/吨计。冷凝器E1的冷却介质用循环冷却水，价格以0.2元/ 吨计，入口温度30℃，出口温度40℃，工业用电按照0.7元/kwh计算。

对比例

采用现有烷基化装置脱异丁烷塔流程，如图1所示。

硫酸烷基化反应产物原料在泡点状态下，以84300kg/h的质量流率从适当位置进入常规精馏塔T1，塔顶馏出物为合格的循环用异丁烷，塔底得到塔底油(主要为正丁烷与烷基化油混合物)。流程充分优化后计算结果如下：

常规精馏塔T1的第一再沸器H1的加热量为9367.55kw，耗用1.0MPa 蒸汽量为15.64吨/时。

常规精馏塔T1的塔顶冷凝器E1的冷负荷为-8065.83kw，循环冷却水消耗量为696.28吨/时。

合计能耗为1136.6kgoe/h。

实施例

采用本实用新型所提供的脱异丁烷塔节能分离系统，如图2所示，选用两台中间再沸器，即第一再沸器H1和第二再沸器H2。

硫酸烷基化反应产物原料在泡点状态下，以84300kg/h的质量流率从常规精馏塔T1适当位置进料，采用合适的塔结构与优化操作条件，产品质量达标。计算结果如下：

第一再沸器H1的加热量为4491.85kw，耗用蒸汽量为7.5吨/时。

压缩机C1功耗为768.48kw。

冷凝器E1的能耗为-3919.7kw，冷却水消耗量为338.36吨/时。

合计能耗为714.4kgoe/h。

以上实施例与对比例的能耗和操作费用对比如表2所示：

表2实施例与对比例的能耗和操作费用

对比项	对比例	实施例	节省值	节省比例
					能耗(kgoe/h)	1136.6	714.4	422.2	37.15％
操作费用(元/h)	3580.1	2255.6	1324.5	37.0％

通过对比可以发现脱异丁烷塔节能分离系统能耗和操作费用均有显著的降低。

由此可见，脱异丁烷塔节能分离系统相比现有硫酸烷基化装置脱异丁烷塔流程，增加了热泵部分及中间再沸器等，总体投资有所增加。但由于其操作费用大幅降低，通过经济核算，七个月时间即可收回投资。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种脱异丁烷塔节能分离系统，其特征在于，其包括：常规精馏塔(T1)、蒸汽压缩机(C1)、调节阀(V1)、第一再沸器(H1)、第二再沸器(H2)、第三再沸器(H3)、第四再沸器(H4)、第五再沸器(H5)和冷凝器(E1)；

烷基化反应产物原料管线与所述常规精馏塔(T1)的原料进料口相连接，所述常规精馏塔(T1)塔釜的液相通过管道与所述第一再沸器(H1)的液相进口相连接，所述第一再沸器(H1)出口与所述常规精馏塔(T1)最下面一块塔板下方的气相进口相连接，所述常规精馏塔(T1)的塔底出料口与脱异丁烷塔塔底油管线相连接；

所述常规精馏塔(T1)塔顶蒸汽出口管线一分为二，一路与所述蒸汽压缩机(C1)的入口相连接，所述蒸汽压缩机(C1)出口管路一分为四，分别于所述第二再沸器(H2)、所述第三再沸器(H3)、所述第四再沸器(H4)、所述第五再沸器(H5)的热源入口相连接，所述第二再沸器(H2)、所述第三再沸器(H3)、所述第四再沸器(H4)、所述第五再沸器(H5)的热源出口管路汇合后与所述调节阀(V1)的进口相连，所述调节阀(V1)出口管线与常规精馏塔(T1)的塔顶蒸汽出口管线的另一路汇合后与所述冷凝器(E1)入口相连，所述冷凝器(E1)的出口管线一分为二，一路作为合格异丁烷出料管路，另一路与所述常规精馏塔(T1)的物料回流口相连。

2.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于，所述常规精馏塔(T1)的塔底有第一再沸器(H1)，该再沸器为使用高品位热源作为加热介质的循环式再沸器。

3.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于，所述常规精馏塔(T1)的进料口下方有四台中间再沸器，分别为第二再沸器(H2)、第三再沸器(H3)、第四再沸器(H4)、第五再沸器(H5)，需要时中间再沸器的台数再增加；上述四台中间再沸器为使用塔顶增压升温后的塔顶蒸汽做热源的一次通过式再沸器。

4.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于，所述常规精馏塔(T1)最下方的中间再沸器采用低品位热源，此时该中间再沸器采用循环式再沸器。

5.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于，所述蒸汽压缩机为一台或两台，采用两台压缩机时，其中一台压缩机压缩后的塔顶蒸汽用于上部中间再沸器的热源，另一台压缩机压缩后的塔顶蒸汽用于下部中间再沸器的热源。

6.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于，经所述蒸汽压缩机(C1)增压升温后的塔顶蒸汽在中间再沸器换热后形成的饱和液相经过所述调节阀(V1)减压降温后，进入所述冷凝器(E1)冷凝后返回塔顶作为液相回流，或靠自压直接返回塔顶回流口。

7.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于，所述常规精馏塔(T1)的塔板数为60-100，进料口位于常规精馏塔的中上部。

8.根据权利要求1或4所述的分离系统，其特征在于，冷凝器(E1)为使用空气或冷却水作为冷凝介质的冷凝器。

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