一种大温差热敏性体系精馏装置及方法与流程

文档序号:16852227发布日期:2019-02-12 22:50阅读:733来源:国知局
一种大温差热敏性体系精馏装置及方法与流程

本发明属于化工分离工程领域,涉及石油化工行业中大温差热敏性物质分离技术领域,具体涉及大温差热敏性体系精馏装置及方法。



背景技术:

精馏是化学工业中应用最广泛的分离操作,它是一个复杂的传质传热过程,广泛应用于石油炼制、化学工业等各个方面。同时精馏是一个高能耗、高操作费用的过程,使用精馏的最大障碍就是能耗太高。

3-羟基丁醛是合成1,3-丁二醇的中间体,它是由乙醛在碱性催化剂存在的条件下,通过低温聚合而得。聚合液中含有乙醛,水,巴豆醛和3-羟基丁醛。3-羟基丁醛为热敏性物质,且沸点较高,而乙醛的沸点很低,因而该体系属于大温差、热敏体系。

传统大温差热敏性体系精馏装置分为多塔分离,装置简单,且由于存在热敏性物质,需控制塔釜温度,塔顶往往需要高品质冷却剂,公用工程费用增大。共沸物的分离一般采用萃取精馏与变压精馏两种工艺,萃取精馏需要加入第三组分(称为萃取剂或溶剂),以改变原有组分间的相对挥发度而得以分离,但加入第三组分往往既增大了原材料费用,同时需要增加塔设备将萃取剂回收,也增大了设备投资费用。变压精馏是根据共沸物组成对压力的敏感程度,采用压力不同的塔将共沸物一一分离,无需加入新组分新设备。



技术实现要素:

本发明提出一种大温差热敏性体系精馏四塔分离装置,即采用带中间冷凝器和塔系间热集成装置方法,本发明实测了热敏性物质的分解温度,根据沸点高低优化了分离序列,对能耗占比较大的三个精馏塔进行节能研究,充分利用装置内热量,可以节约能耗为25%左右,为评价装置能耗都折算成标准煤计算(具体参见实例)

本发明提供一种大温差热敏性体系精馏装置,装置流程包括脱乙醛塔1、脱轻塔2、脱水塔3、巴豆醛塔4、冷凝器5、冷凝器6、再沸器7、再沸器8、再沸器9、再沸器10、辅助再沸器11、辅助再沸器12、中间冷凝器13、中间冷凝器14、

冷凝器5、中间冷凝器13和再沸器7连接脱乙醛塔1,冷凝器6、中间冷凝器14、再沸器8和辅助再沸器11连接脱轻塔2,再沸器9和辅助再沸器12连接脱水塔3,再沸器10连接巴豆醛塔10。

本发明提供的大温差热敏性体系精馏装置及方法,具体步骤如下:

①乙醛-水-巴豆醛-3-羟基丁醛混合物在饱和液相下进入脱乙醛塔1,5为塔顶冷凝器,13为中间冷凝器,7为塔釜再沸器,塔顶物流经冷凝器5后,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔顶为乙醛,1塔上部精馏段物流经中间冷凝器13返回塔内,塔釜物流进入脱轻塔2。

②脱轻塔2塔顶物流进入冷凝器6,一部分返回塔内,一部分流进脱水塔3,2塔中部精馏段气相物流进入中间冷凝器14,返回塔内,塔釜物流进入再沸器8和辅助再沸器11,一部分返回塔内,一部分作为产品,8的热源是脱水塔3塔顶气相物流,塔釜物流为3-羟基丁醛产品。

③脱水塔3塔顶气相物流进入2塔再沸器8后,一部分返回塔顶,一部分进入巴豆醛塔4,塔釜物流进入再沸器9和辅助再沸器12,一部分返回塔内,一部分作为产品,9的热源是巴豆醛塔4的塔顶气相物流,塔釜物流为水。

④巴豆醛塔4塔顶气相物流进入3塔再沸器9后,一部分返回塔顶,一部分进入3塔进料处,与2塔顶冷凝物料一起进入3塔,塔釜物流进入再沸器10,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔釜物流为巴豆醛产品。

精馏塔可为板式塔或填料塔,每座塔由精馏段和提馏段组成,四座精馏塔的理论板数分别为:7-10、6-12、12-16、7-12。中间冷凝器的安装位置分别为脱乙醛塔第五块和脱轻的第二块。得到乙醛、3-羟基丁醛、巴豆醛产品。

本发明的有益效果在于:

①由于存在热敏性物质3-羟基丁醛,脱乙醛塔和脱轻塔塔釜温度均不得超过其分解温度65℃,从而确定其操作压力均为负压,塔顶需要冷冻盐水冷却,增加了操作费用,基于该两塔精馏段内的温度分布有温差突然陡增的特点,采用带中间冷凝器的精馏工艺,减少了高品位冷却剂的用量。

②水与巴豆醛形成二元共沸,因此无法用常规的精馏方法加以分离。不同操作压力下水与巴豆醛的共沸组成差异明显,可知,水与巴豆醛的共沸组成随压力的变化比较敏感,压力由80kpa升至500kpa,共沸组(巴豆醛含量)成由43.86%降至38.65%,因此可采用变压精馏的方法分离水与巴豆醛,高压塔的操作压力规定为500kpa,低压塔的操作压力80kpa。由于80kpa下水与巴豆醛的共沸温度约为77.11℃,因此塔顶可采用冷却水冷凝,也可以与低温塔进行热量集成。

③传统精馏中塔釜消耗大量的水蒸气,从而导致生产成本高,而该装置充分利用塔顶余热,作为塔釜热源。脱水塔塔顶比脱轻塔塔釜温度高14.5℃、巴豆醛塔塔顶比脱水塔塔釜高50.9℃,因此采用脱水塔塔顶与脱轻塔塔釜、巴豆醛塔的塔塔顶与脱水塔的塔塔釜进行热集成,与常规精馏相比节省能耗24.51%,达到降低能耗的目的。

附图说明

图1为本发明的流程图

图中标号如下:1-脱乙醛塔,2-脱轻塔,3-脱水塔,4-巴豆醛塔,5、6冷凝器,7、8、9、10-再沸器,11、12辅助再沸器,13、14中间冷凝器。

具体实施方案

结合附图对本发明作详细的叙述:

本发明中3-羟基丁醛是热敏性物质,实验测定其分解温度为65℃,含有该物质的脱乙醛塔和脱轻塔釜均不得超过此分解温度,从而确定其操作压力均为负压,塔顶需要冷冻盐水冷却,增加了操作费用,基于该两塔精馏段内的温度分布有突变的特点,采用带中间冷凝器的精馏工艺,减少了高品位冷却剂的用量。

在常规精馏过程中,所需的热量全部由外部加热介质通过再沸器输入,多余的热量由塔顶冷凝器的冷却介质移走,导致了对能量的需求大大增加。本发明的带中间冷凝器的热集成变压精馏工艺通过借助中间冷凝器、变压分离实现塔自身热量供应,节省了大量的热公用工程和冷公用工程的消耗量,实现了节能降耗的目的。

乙醛-水-巴豆醛-3-羟基丁醛混合物在饱和液相下进入脱乙醛塔1,塔顶物流经冷凝器5后,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔顶为乙醛,1塔上部精馏段物流经中间冷凝器13返回塔内,塔釜物流进入脱轻塔2。脱轻塔2塔顶物流进入冷凝器6,一部分返回塔内,一部分流进脱水塔3,2塔中部精馏段气相物流进入中间冷凝器14,返回塔内,塔釜物流进入再沸器8和辅助再沸器11,一部分返回塔内,一部分作为产品,8的热源是脱水塔3塔顶气相物流,塔釜物流为3-羟基丁醛产品。脱水塔3塔顶气相物流进入2塔再沸器8后,一部分返回塔顶,一部分进入巴豆醛塔4,塔釜物流进入再沸器9和辅助再沸器12,一部分返回塔内,一部分作为产品,9的热源是巴豆醛塔4的塔顶气相物流,塔釜物流为水。巴豆醛塔4塔顶气相物流进入3塔再沸器9后,一部分返回塔顶,一部分进入3塔进料处,与2塔顶冷凝物料一起进入3塔,塔釜物流进入再沸器10,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔釜物流为巴豆醛产品。

实例1:

采用附图1所示的装置流程,原料混合物中含有乙醛25%(质量分数,下同),水45%,巴豆醛8%,3-羟基丁醛22%,进料量为5000kg/hr,在饱和液相下进入脱乙醛塔1,塔顶物流经冷凝器5后,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔顶为乙醛,乙醛总流量为1250kg/hr(质量分数为99.8%),1塔上部精馏段物流经中间冷凝器13返回塔内,塔釜物流进入脱轻塔2。脱轻塔2塔顶物流进入冷凝器6,一部分返回塔内,一部分流进脱水塔3,2塔中部精馏段气相物流进入中间冷凝器14,返回塔内,塔釜物流进入再沸器8和辅助再沸器11,一部分返回塔内,一部分作为3-羟基丁醛产品,流量为1100kg/hr,8的热源是脱水塔3塔顶气相物流。脱水塔3塔顶气相物流进入2塔再沸器8后,一部分返回塔顶,一部分进入巴豆醛塔4,塔釜物流进入再沸器9和辅助再沸器12,一部分返回塔内,一部分采出,9的热源是巴豆醛塔4的塔顶气相物流,塔釜物流为水,总流量为2235kg/hr。巴豆醛塔4塔顶气相物流进入3塔再沸器9后,一部分返回塔顶,一部分进入3塔进料处,与2塔顶冷凝物料一起进入3塔,塔釜物流进入再沸器10,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔釜物流为巴豆醛产品,流量为100kg/hr。

巴豆醛-水-3-羟基丁醛-巴豆醛饱和液体进料,1、2、3、4各塔理论板数分别为:10、12、16、12,操作压力分别为:35kpa、1kpa、80kpa、500kpa。精馏塔直径分别为:0.74m、1.45m、0.82m、0.64m。所用填料为带孔板波纹填料。塔1和塔2中间冷凝器塔板汽相抽出量分别为20kmol·h-1、130kmol·h-1

经过分析计算,该进料组成下常规装置能耗约3960.84kw,转化为标煤为:

而热集成精馏装置将塔顶蒸汽的潜热用于塔底加热,可以节能能耗,能耗约为2989.92kw,转化为标煤为:

能耗降低:

实例2:

采用附图1所示的装置流程,原料混合物中含有乙醛28%(质量分数,下同),水40%,巴豆醛10%,3-羟基丁醛22%,进料量为5000kg/hr,在饱和液相下进入脱乙醛塔1,塔顶物流经冷凝器5后,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔顶为乙醛,乙醛总流量为1325kg/hr(质量分数为99.8%),1塔上部精馏段物流经中间冷凝器13返回塔内,塔釜物流进入脱轻塔2。脱轻塔2塔顶物流进入冷凝器6,一部分返回塔内,一部分流进脱水塔3,2塔中部精馏段气相物流进入中间冷凝器14,返回塔内,塔釜物流进入再沸器8和辅助再沸器11,一部分返回塔内,一部分作为3-羟基丁醛产品,流量为1100kg/hr,8的热源是脱水塔3塔顶气相物流。脱水塔3塔顶气相物流进入2塔再沸器8后,一部分返回塔顶,一部分进入巴豆醛塔4,塔釜物流进入再沸器9和辅助再沸器12,一部分返回塔内,一部分采出,9的热源是巴豆醛塔4的塔顶气相物流,塔釜物流为水,总流量为2100kg/hr。巴豆醛塔4塔顶气相物流进入3塔再沸器9后,一部分返回塔顶,一部分进入3塔进料处,与2塔顶冷凝物料一起进入3塔,塔釜物流进入再沸器10,一部分返回塔内,一部分作为产品,塔釜物流为巴豆醛产品,流量为110kg/hr。

巴豆醛-水-3-羟基丁醛-巴豆醛饱和液体进料,1、2、3、4各塔理论板数分别为:11、14、18、13,操作压力分别为:40kpa、1kpa、80kpa、500kpa。精馏塔直径分别为:0.83m、1.64m、0.93m、0.68m。所用填料为带孔板波纹填料。塔1和塔2中间冷凝器塔板汽相抽出量分别为25kmol·h-1、132kmol·h-1

经过分析计算,该进料组成下常规装置能耗约4164.35kw,转化为标煤为:

而热集成变压精馏装置将塔顶蒸汽的潜热用于塔底加热,可以节能能耗,能耗约为3119.78kw,转化为标煤为:

能耗降低:

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