专利名称：一种萃取精馏分离芳烃的方法及萃取精馏装置的制作方法
技术领域：
本发明为一种利用萃取精馏从烃类混合物中分离芳烃的方法和一种使用该方法的萃取精馏装置。
背景技术：
目前，利用萃取精馏从烃类混合物中分离芳烃的工艺在工业上已广泛应用。该方法利用选择性溶剂对烃类各组分相对挥发度影响的不同，通过精馏操作实现芳烃与非芳烃分离。操作时原料从萃取精馏塔中部加入，选择性溶剂从塔的上部加入，非芳烃从塔顶脱除，塔底得到芳烃与溶剂的混合物，塔底含芳烃的溶剂再进入溶剂回收塔进行精馏，分离得到芳烃和溶剂，溶剂经过换热后返回萃取精馏塔循环使用。所用的选择性溶剂有甘醇类、环丁砜、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N-甲酰基吗啉(NFM)等。
采用不同的选择性溶剂及萃取精馏条件，人们已提出了许多萃取精馏分离芳烃的工艺。CN109143A公开了一种萃取精馏分离烃类混合物的方法，采用环丁砜或N-甲酰基吗啉或两者的混合物作为选择性溶剂，选择萃取精馏操作条件，使得萃取精馏塔在汽-液-液三相操作，并借助塔内设置的构件和填料，确保在汽-液-液三相之间可进行良好的传质。CN1085646C亦公开了一种萃取精馏分离芳烃的方法，采用环丁砜作为选择性溶剂，控制萃取精馏的操作条件，使得萃取精馏塔操作在临界互溶状态，即操作保持一个液相，将要达到而未达到两个液相的状态。CN1393507A提出了一种萃取精馏分离芳烃的方法及使用的复合溶剂，复合溶剂包括主溶剂、助溶剂和改性剂，主溶剂和改性剂分别选自环丁砜、N-甲基吡咯烷酮或N-甲酰基吗啉，但酸碱性相反；助溶剂选自C8～C11芳烃。助溶剂的作用是增加溶解能力，使萃取精馏塔操作在一个液相状态进行。
上述方法在萃取精馏塔操作条件下有单一液相和两个液相之分。萃取精馏塔操作处在一个液相状态时，可以采用常规板式塔结构，操作过程稳定，板式塔可长周期运行。萃取精馏塔操作在两个液相状态时，则可以选择溶剂选择性高、能耗低的操作条件，但设备上要求采用填料并设置特殊构件，以保证塔内汽-液-液三相之间良好的接触、传质，否则分离效果会很差，而且操作不稳定，严重时会出现暴沸冲塔，此外溶剂结焦及其他杂质在填料层的累积也会使分离效果变差，不能保证长周期运行。在实际生产中，装置稳定、长周期运行往往是决定其经济效益的关键因素，因而目前工业上的萃取精馏过程大多是在一个液相状态下操作。无论萃取精馏塔在何种状态下操作，萃取精馏塔顶非芳烃回流都是影响萃取精馏效果的不利因素。非芳烃回流的作用仅是回收其中的微量溶剂，但随着非芳烃回流增大，萃取精馏段溶剂浓度下降，对芳烃与非芳烃的选择性分离作用也随之下降，同时萃取精馏段更趋向于两个液相状态，加大了操作的不稳定性。
US5,310,480提出了一种非芳烃不回流的萃取精馏分离芳烃的方法，该法仅采用一台带再沸器的萃取精馏塔将原料中的芳烃与非芳烃分离，塔顶蒸出的气相首先经过旋风分离器离析出所夹带的溶剂液滴，气相再进入冷凝冷却器得到非芳烃液相产品，从萃取精馏塔中间侧线采出含芳烃、水和微量溶剂的气相与一股循环水一起进入旋风分离器，经过水洗和离心离析后的气相再进入冷凝冷却器得到芳烃液相产品。所用的溶剂为含水的环丁砜或甘醇类溶剂。该方法对于气相中的溶剂和非芳烃仅进行了一级汽液相平衡，因此非芳烃产品中溶剂含量偏高，不仅溶剂损失加大，而且影响非芳烃产品质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过萃取精馏从烃类混合物中回收分离芳烃的方法，该方法可有效提高萃取精馏的选择性和操作稳定性。
本发明所述的利用萃取精馏从烃类混合物中回收芳烃的方法，包括将烃类混合物从萃取精馏塔的中部引入，萃取精馏溶剂从萃取精馏塔的上部引入，并在该塔非芳烃回流段的底部设置热源进行加热，控制萃取精馏塔在萃取精馏条件下操作，塔顶非芳烃一部分回流，其余排出系统，塔底得到芳烃与溶剂的混合物进入溶剂回收塔进行精馏，分离得到芳烃和萃取精馏溶剂，再将分离后得到的溶剂引入萃取精馏塔循环使用。
本发明方法通过采用在萃取精馏塔非芳烃回流段底部适当加热的方法，使得进入萃取精馏段的液相基本是萃取精馏溶剂，从而有效避免塔顶的非芳烃回流进入萃取精馏段，最大限度地发挥萃取精馏段选择性溶剂分离芳烃和非芳烃的作用，提高萃取精馏溶剂的选择性和操作稳定性。
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施例方式
本发明方法中萃取精馏塔溶剂入口至塔顶部分为萃取精馏塔的非芳烃回流段，溶剂入口以下为萃取精馏段。在非芳烃回流段，通过塔顶回流的非芳烃来使其中含有的少量溶剂与非芳烃分离，非芳烃在此段中蒸发并由于沸点低而自塔顶排出，萃取精馏溶剂则流入溶剂入口下的萃取精馏段。本发明方法在萃取精馏塔非芳烃回流段底部设置热源，适当提高回流段底部的温度，使得塔顶回流非芳烃仅存在于非芳烃回流段，基本避免了回流非芳烃流入萃取精馏段，提高了萃取精馏段溶剂浓度，从而增强了萃取精馏段选择性分离芳烃与非芳烃的作用，并可使萃取精馏段操作更稳定。
本发明方法中所述的萃取精馏溶剂选自环丁砜、二甘醇、三甘醇、四甘醇、N-甲酰基吗啉或N-甲基吡咯烷酮，也可以是包含主溶剂和助溶剂的复合溶剂，其中主溶剂选自环丁砜、二甘醇、三甘醇、四甘醇、N-甲酰基吗啉或N-甲基吡咯烷酮，助溶剂选自C8～C11芳烃中的任意一种或两种，此处的一种芳烃指具有同一碳数的芳烃，如C8芳烃既可是单一的C8芳烃，如乙苯、邻二甲苯，也可以是混合的C8芳烃，如含有不同异构体的混合二甲苯。所述复合溶剂中助溶剂的含量为5～30质量％。
所述萃取精馏塔的操作压力为0.1～0.35MPa，溶剂入塔温度为60～130℃，非芳烃回流段底部温度为100～160℃，优选120～150℃，塔底温度为140～180℃，理论塔板数为20～50，溶剂与原料质量流量之比(即溶剂比)为2.0～7.0。塔顶回流比为0.1～3.0。溶剂回收塔的塔顶压力为0.03～0.08MPa，塔底温度为170～180℃，理论塔板数为10～20，塔顶回流比为0.5～3.0。
所述非芳烃回流段底部流出的液体中溶剂含量大于60质量％，优选大于80质量％。
所述用于加热萃取精馏塔非芳烃回流段的热源可为来自萃取精馏系统外部的工程热源或利用萃取精馏系统循环溶剂的余热，优选使用再沸器进行加热。
本发明所述的利用萃取精馏从烃类混合物中回收芳烃的装置，包括彼此串连的萃取精馏塔和溶剂回收塔，所述萃取精馏塔的中部设有溶剂入口管，萃取精馏塔内溶剂入口管上方非芳烃回流段底部设有再沸器，萃取精馏塔的顶部设有非芳烃流出管和回流管，底部设有再沸器和芳烃流出管，芳烃流出管与溶剂回收塔的中部相连。
所述装置中，萃取精馏塔内的非芳烃回流段设有1～10级汽液接触塔板，使该段处的非芳烃与少量溶剂充分分离，以保证塔顶非芳烃中不含溶剂。
本发明所述的烃类混合物为含有5～10个碳原子的烃类，其中芳烃含量大于15质量％，优选大于30质量％。
下面结合图1说明本发明方法。含有芳烃的烃类混合物由管线1进入换热器3，换热后进入萃取精馏塔4中部，萃取精馏溶剂经管线2从上部进入萃取精馏塔4。萃取精馏塔在溶剂入口以上为非芳烃回流段，该段设有1～10级汽液接触塔板，其底部设有再沸器5，用于汽化回流非芳烃。萃取精馏塔底设置的再沸器提供热量，在塔内形成汽液逆流接触，烃类混合物中的非芳烃由塔顶管线6排出，进入冷凝器7冷凝、冷却后进入凝液罐8，其中一部分经管线9回流入萃取精馏塔4，其余部分作为非芳烃产品经管线10送出系统。塔底富集芳烃的溶剂经管线12进入溶剂回收塔13中部，塔底设再沸器20，在减压条件下进行蒸馏分离芳烃和溶剂，凝液罐17顶接真空系统16，维持溶剂回收塔在减压下操作。溶剂中含有的芳烃由塔顶经管线14排出，进入冷凝器15经冷凝、冷却进入凝液罐17，其中一部分经管线18回流入溶剂回收塔13，其余经管线19排出系统，溶剂由塔底管线21排出，经换热后由管线2循环回萃取精馏塔4。
下面通过实例进一步说明本发明，但本发明并不限于此。
实例1以C6馏分为萃取精馏原料，其组成见表1，按图1的流程分离其中的苯和非芳烃，所用的萃取精馏溶剂为环丁砜和邻二甲苯，各塔操作条件见表2，回收产品质量指标见表3。
对比例1按CN1393507A的方法分离C6馏分中的苯和非芳烃，即按实例1的方法分离苯和非芳烃，但萃取精馏塔非芳烃回流段底部不设再沸器，各塔操作条件见表2，回收产品质量指标见表3。
由表2实例1与对比例1的数据可看出，在萃取精馏塔非芳烃回流段采用中间再沸器后，非芳烃回流段底部温度由对比例1的102℃提高到135℃，使非芳烃回流段流入萃取精馏段的液相主要为溶剂，基本避免了非芳烃回流进入萃取精馏段，提高了萃取精馏段的选择性和操作稳定性，同时允许塔顶采用更多的非芳烃回流来提高溶剂回收效果，即回流比增加。表3数据显示，与对比例1相比，实例1所得芳烃产品纯度更高，收率更高，而且非芳烃产品中的溶剂含量大大降低，减少了溶剂损失。
实例2以C6～C8馏分为萃取精馏原料，其组成见表1，按图1的流程将其中的苯和甲苯与非芳烃分离，所用的萃取精馏溶剂为环丁砜，并加入1质量％的水。各塔操作条件见表2，回收产品质量指标见表3。
对比例2取实例2的原料，按US5,310,480的方法分离其中的混合芳烃(苯、甲苯)和非芳烃，所用萃取精馏溶剂及各塔操作条件见表2，回收产品质量指标见表3。
由表2、表3数据可知，实例2采用非芳烃回流来回收非芳烃气相中的溶剂，并通过中间再沸器加热，基本避免了非芳烃回流对萃取精馏段造成的不利影响。对比例2非芳烃不回流，塔顶非芳烃蒸气首先经过旋风分离器除掉夹带的溶剂液滴，然后再进行冷凝冷却得到非芳烃产品，由于仅进行了一次热力学相平衡，非芳烃产品中溶剂含量高达170μg/kg，不仅损失溶剂，而且增大了产品的硫含量，严重影响非芳产品质量，而实例2的非芳产品中溶剂含量极低，基本不损失溶剂。
表1
表2
表3
权利要求
1.一种利用萃取精馏从烃类混合物中回收芳烃的方法，包括将烃类混合物从萃取精馏塔的中部引入，萃取精馏溶剂从萃取精馏塔的上部引入，并在该塔非芳烃回流段的底部设置热源进行加热，控制萃取精馏塔在萃取精馏条件下操作，塔顶非芳烃一部分回流，其余排出系统，塔底得到芳烃与溶剂的混合物进入溶剂回收塔进行精馏，分离得到芳烃和萃取精馏溶剂，再将分离后得到的溶剂引入萃取精馏塔循环使用。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的萃取精馏溶剂选自环丁砜、二甘醇、三甘醇、四甘醇、N-甲酰基吗啉或N-甲基吡咯烷酮。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的萃取精馏溶剂为包含主溶剂和助溶剂的复合溶剂，其中主溶剂选自环丁砜、二甘醇、三甘醇、四甘醇、N-甲酰基吗啉或N-甲基吡咯烷酮，助溶剂选自C8～C11芳烃中的任意一种或两种。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于复合溶剂中助溶剂的含量为5～30质量％。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述萃取精馏塔的压力为0.1～0.35MPa，溶剂入塔温度为60～130℃，非芳烃回流段底部温度为100～160℃，塔底温度为140～180℃，理论塔板数为20～50，溶剂与原料质量流量之比为2.0～7.0，塔顶回流比为0.1～3.0；溶剂回收塔的塔顶压力为0.03～0.08MPa，塔底温度为170～180℃，理论塔板数为10～20，塔顶回流比为0.5～3.0。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于所述非芳烃回流段底部的温度为120～150℃。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于非芳烃回流段底部流出的液体中溶剂含量大于60质量％。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的热源选自再沸器、来自萃取精馏系统外部的工程热源或利用萃取精馏系统循环溶剂的余热。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的烃类混合物为含有5～10个碳原子的烃类，其中芳烃含量大于15质量％。
10.一种利用萃取精馏从烃类混合物中回收芳烃的装置，包括彼此串连的萃取精馏塔和溶剂回收塔，所述萃取精馏塔的中部设有溶剂入口管，萃取精馏塔内溶剂入口管上方非芳烃回流段底部设有再沸器，萃取精馏塔的顶部设有非芳烃流出管和回流管，底部设有再沸器和芳烃流出管，芳烃流出管与溶剂回收塔的中部相连。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于所述萃取精馏塔内非芳烃回流段设有1～10级汽液接触塔板。
全文摘要
一种利用萃取精馏从烃类混合物中回收芳烃的方法，包括将烃类混合物从萃取精馏塔的中部引入，萃取精馏溶剂从萃取精馏塔的上部引入，并在该塔非芳烃回流段的底部设置热源进行加热，控制萃取精馏塔在萃取精馏条件下操作，塔顶非芳烃一部分回流，其余排出系统，塔底得到芳烃与溶剂的混合物进入溶剂回收塔进行精馏，分离得到芳烃和萃取精馏溶剂，再将分离后得到的溶剂引入萃取精馏塔循环使用。该方法可有效提高溶剂的选择性和操作稳定性。
文档编号C07C7/08GK1923772SQ20051009377
公开日2007年3月7日 申请日期2005年8月31日 优先权日2005年8月31日
发明者唐文成, 田龙胜, 赵明 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院