专利名称：苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化工过程中苯胺合成与分离工艺，特别是涉及一种苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成方法和工艺。
背景技术：
苯胺作为一种有机中间体广泛应用于合成材料、橡胶助剂、染料、颜料、医药、农药及精细化工中间体的生产。尤其是作为MDI的生产原料，具有很大的市场潜力，由其制得的化工产品和中间体有300多种，开发利用前景十分广阔。目前研发的苯胺制备方法有硝基苯液相催化加氢工艺、固定床气相催化加氢及流化床气相催化加氢工艺，工业化生产普遍采用流化床气相催化加氢工艺，生产过程为硝基苯和过量氏在流化床内反应，反应后的混合气体经旋风分离器从床顶逸出，温度为220°C左右，经过两次冷凝至95°C左右，通过气液分离器脱氢；脱氢后液体再经三次冷却至50°C左右，在苯胺水分离器中进行分离，得到粗苯胺和苯胺废水；苯胺废水去回收苯胺汽提塔回收苯胺，苯胺废水经汽提塔回收苯胺后，底部废水去生化处理；粗苯胺进入初馏塔除去低沸点杂质，顶部去苯胺水分离器，底部送至精馏塔进行精馏，塔顶出苯胺成品，塔底为焦油。采用上述工艺可以得到99. 9%苯胺，但存在严重浪费热量问题，合成气需要经过两步冷凝，实现氢与其它组分的分离，脱氢后液体再经三次冷却至50°C左右，在苯胺水分离器中进行液液分离，得到粗苯胺和苯胺废水，冷凝和冷却过程不仅浪费大量的热量，同时需要大量冷却水；粗苯胺再经过初馏和精馏精制提纯，这个过程消耗大量的热能，并需要大量冷却水，能量利用不合理，原工艺如图1所示，包括初馏塔、精馏塔及回收塔，消耗能量见表 1所示，处理1吨氢-水-苯胺-焦油合成气的能耗为1. 53X loij/t，冷却水用量44. 5吨 /t。表1原工艺能量消耗情况
编号进料流量温度变化热量Ug/h)CC)(1 D'-KJ)合成汽459D, D 22 D/初馏塔2957,S50--140,并汽化1,576精馆塔2S86.550~123,并汽化2. 5S6回忟塔1237,550—120,并汽化2, 860消耗总热量Q7, D1
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，通过塔釜换热器和初馏塔进、出料换热器实现合成气与分离装置之间的换热，不仅实现热量回收和节约冷却用水，同时达到脱氢、脱水及苯胺精制的目的。完成上述发明任务的技术方案是
一种苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，所述的分离装置包括气液分离器、液液分离器、初馏塔、精馏塔和回收塔，合成气冷凝后进入气液分离器脱氢， 脱氢后液体经冷却进入液液分离器，液液分离后有机相进入初馏塔分离，初馏塔分离后的苯胺进入精馏塔精制，水相进入回收塔回收苯胺，其特征在于
所述的初馏塔采用侧线塔(16)，侧线塔(16)、精馏塔(17)和回收塔(18)分别设置塔釜换热器I 111(19、20、21)，侧线塔(16)进、出料设置换热器IV(22)和换热器V (23)； 合成气与分离装置之间的换热方案如下
(1)原料合成气(流股①)分为并联的三股流股(流股②、③、④)分别与侧线塔(16)、精馏塔(17)和回收塔(18)的塔釜换热器I III(19、20、21)进行换热；
(2)换热后的三股合成气合并后通过换热器IV(22)与侧线塔(16)的侧线出料(流股⑤) 进行换热；
(3)换热器IV(22)换热后的合成气通过换热器V (23)与来自液液分离器(37)下层有机相的进侧线塔进料(流股⑥)进行换热，再经冷凝器(29)冷凝后，送至气液分离器(36)；
(4)经气液分离器(36)脱氢后的液体再经冷却器(24)冷却后，送至液液分离器(37)。以工业生产中硝基苯气相催化加氢合成苯胺的典型工艺为例，分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，其换热方案为
(1)215 225°C原料合成气(流股①)分为并联的三股流股(流股②、③、④)分别与侧线塔(16)、精馏塔(17)和回收塔(18)的塔釜换热器I III(19、20、21)进行换热，温度降至 175 185°C左右；
(2)175 185°C左右的合成气合并后通过换热器IV(22)与侧线塔(16)的侧线出料(流股⑤)进行换热，温度降至155 165°C左右；
(3 ) 155 165 °C左右的合成气通过换热器V (23 )与来自液液分离器(37 )下层有机相的侧线塔进料(流股⑥)进行换热，温度降至125 135°C左右，再经冷凝器(29)降至90 100°C左右，送至气液分离器；
(4)合成气脱氢后的液体再经冷却器(24)冷却至45 55°C左右，送至液液分离器 (37)。所述方法通过合成气与塔釜换热器及侧线塔进、出料换热器热交换途径冷凝后脱氢，并实现热量回收，脱氢后液体组分进行液液分离，有机相和水相采用侧线塔、精馏塔和回收塔分别进行苯胺的分离与回收，有机相(粗苯胺)首先在侧线塔上精馏分离，侧线出料为苯胺馏分，再经精馏塔精馏精制得到成品苯胺(99. 9%以上)，水相(苯胺废水)经苯胺回收塔精馏回收苯胺。所述的侧线塔、精馏塔和回收塔分别包括再沸器。本发明的热集成工艺中，各分离塔分别由塔釜换热器加热，并通过再沸器补充热量。回收塔塔底出料为140 150°C左右的回收苯胺，通过换热器(25)与来自液液分离器(37)上层水相的回收塔进料(11)进行换热，温度降至95 110°C左右，再与气液分离器脱氢后液体合并，经冷却器(24)冷却至45 55°C左右，送至液液分离器(37)。本发明的优点本发明采用苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，通过各精馏塔的塔釜换热器和侧线塔的进、出料换热器实现合成气与分离装置之间的换热，不仅实现热量回收，同时达到脱氢、脱水及苯胺精制的目的。本发明采用五次热交换和一次冷凝代替原有工艺两次冷凝和三次冷却，减少两次冷凝和三次冷却过程中热量损失和冷却水的用量，各分离塔分别由塔釜换热器加热，实现热量回收，显著降低生产所需能耗和冷却水用量，处理1吨氢-水-苯胺-焦油合成气的能耗由原有工艺1. 53 X IO6 KJ/ t降为0. 34X 106 KJ/t，能耗可降低77%以上，冷却水用量由44. 5吨/t降为11.8吨/t。 节能减排效果显著，具有良好的经济、环境和社会效益。下面结合附图，对本发明方法进行详细描述，本发明的保护范围不以具体实施方式
为限，而是由权利要求加以限定。
图1为现有技术中的流化床气相催化加氢工艺流程图，合成气经冷凝与冷却后进行气液分离和液液分离，分离塔包括初馏塔、精馏塔及回收塔。其中包括流化床反应器1、二步冷凝器2、气液分离器3、三步冷却器4、液液分离器5、冷凝器6、初馏塔7、再沸器8、冷凝器9、精馏塔10、再沸器11、冷凝器12、回收塔13及再沸器14。图2为本发明的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺流程图。其中包括侧线塔16、精馏塔17、回收塔18、换热器I 19、换热器II 20、换热器 III21、换热器IV 22、换热器V 23、冷却器对、换热器25、塔顶冷凝器洸、27J8、冷凝器四、内回流冷凝器30、再沸器31、32、33、侧线塔进料口 34、侧线塔出料口 35、气液分离器36及液液分离器37。
具体实施例方式一种苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，采用图2所示工艺流程。来自硝基苯气相催化加氢产生的合成气冷凝后气液分离脱氢，脱氢后液体经冷却进行液液分离，液液分离后产生的有机相和水相分别进行苯胺的分离与回收，分离装置包括气液分离器36、液液分离器37、侧线塔16、精馏塔17和回收塔18，侧线塔16、精馏塔17 和回收塔18分别设置塔釜换热器I III 19、20、21，合成气与分离装置之间的热集成工艺采用的换热方案如下
(1)约220°C的原料合成气(流股①)分为并联的三股流股(流股②、③、④)分别与侧线塔16、精馏塔17和回收塔18的塔釜换热器I III 19,20,21进行换热，温度降至180°C左右；
(2)换热后的三股合成气合并后通过换热器IV22与侧线塔16的侧线出料(流股⑤)进行换热，温度降至160°C左右；
(3)换热后的合成气通过换热器V23与来自液液分离器37下层有机相的进侧线塔进料(流股⑥)进行换热，温度降至130°C左右，再经冷凝器四降至95°C左右，送至气液分离器 36 ；(4)合成气在气液分离器36脱氢后，氢气(流股⑧)循环至催化加氢反应器再利用，液体再经冷却器M冷却至50°C左右，送至液液分离器37。侧线塔16、精馏塔17和回收塔18分别通过再沸器31、32、33补充加热。采用本发明的合成气与分离装置之间的热集成工艺进行苯胺的分离与回收，包括如下步骤
(1)开始时，500Kg/h合成气通过气液分离器36上部的冷凝器四深度冷凝至70°C，将脱氢后原料(流股⑩)放至液液分离器37中。(2)将液液分离器37下层有机相(流股⑥)放入侧线精馏塔16中，釜底液位控制
2/3左右，上层水相(苯胺废水，流股￠5)送至回收塔18，回收塔釜底液位达到2/3时，打开
侧线精馏塔16、精馏塔17及回收塔18塔顶冷凝器沈、27、观的冷却水，连续通入合成气(流股②、④)给侧线精馏塔16和回收塔18的塔釜换热器I 19和换热器III 21加热，控制合成气流量分别为2000Kg/h和M74Kg/h左右，并通过再沸器31、33补充热量。(3)控制侧线精馏塔真空度0. 07Mpa左右，当侧线精馏塔顶、底温度稳定，开始出料，顶温为68. 0 77. 1°C，侧线出料口温度为120. 0 127. 3°C、底温为143. 3 152. 0°C, 经侧线出料塔16分离后，塔顶物料(流股⑨)水含量达到99. 5%以上，侧线出料口苯胺(流股 ⑤)含量达到99%以上，一次得率达到99. 8%以上，侧线精馏塔釜底为含苯胺焦油(流股⑦)。(4)侧线出料口含99%苯胺(流股⑤)送至精馏塔17精制，塔项带有内回流冷凝器30，连续通入合成气(流股③)给精馏塔17的塔釜换热器II 20加热，控制合成气流量为 116Kg/h左右，并通过再沸器32补充热量；控制精馏塔17真空度0. 09Mpa左右，当精馏塔顶、底温度稳定，开始出料，顶温为65. 0 71. 0°C，底温为141. 0 149. 6°C，经精馏塔17
分离后，塔顶水含量达到99. 5%以上(流股 )，底部出料含99. 9%以上苯胺(流股 )。(5)液液分离器36上层水相(流股O )送至回收塔18，回收塔釜底液位达到2/3
时，打开回收塔18塔顶冷凝器观的冷却水，连续通入合成气(流股④)给回收塔18塔釜换热器III 21加热，控制合成气流量为M74Kg/h左右，并通过再沸器33补充热量，控制回收塔真空度0. 09Mpa左右，当塔顶、底温度稳定，开始出料，顶温为65. 0 71. 0°C，底温为141. 0
149. 6°C，经回收塔18分离后，塔顶水含量达到99. 5%以上(流股 )，底部出料含88. 8%以
上苯胺(流股 )，经换热器25与回收塔18进料(流股 ,来自液液分离器36上层水相) 换热后，与脱氢后液体合并送至液液分离器37。上述工艺流程中，不同部位装置采用表2和表3所示的进、出料温度条件，热集成过程中换热或冷却所需热量见表3所示。表2分离过程工艺条件
权利要求
1.一种苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，所述的分离装置包括气液分离器、液液分离器、初馏塔、精馏塔和回收塔，合成气冷凝后进入气液分离器脱氢，脱氢后液体经冷却进入液液分离器，液液分离后有机相进入初馏塔分离，初馏塔分离后的苯胺进入精馏塔精制，水相进入回收塔回收苯胺，其特征在于所述的初馏塔采用侧线塔(16)，侧线塔(16)、精馏塔(17)和回收塔(18)分别设置塔釜换热器1 111(19、20、21)，侧线塔(16)进、出料设置换热器^(22)和换热器乂(23);合成气与分离装置之间的换热方案如下(1)原料合成气(流股①)分为并联的三股流股(流股②、③、④)分别与侧线塔(16)、精馏塔(17)和回收塔(18)的塔釜换热器I III(19、20、21)进行换热；(2)换热后的三股合成气合并后通过换热器IV(22)与侧线塔(16)的侧线出料(流股⑤) 进行换热；(3)换热器IV(22)换热后的合成气通过换热器V (23)与来自液液分离器(37)下层有机相的进侧线塔进料(流股⑥)进行换热，再经冷凝器(29)冷凝后，送至气液分离器(36)；(4)经气液分离器(36)脱氢后的液体再经冷却器(24)冷却后，送至液液分离器(37)。
2.根据权利要求1所述的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，其特征在于，所述的换热方案为(1)215 225°C原料合成气(流股①)分为并联的三股流股(流股②、③、④)分别与侧线塔(16)、精馏塔(17)和回收塔(18)的塔釜换热器I III(19、20、21)进行换热，温度降至 175 185°C ；(2)175 185°C的合成气合并后通过换热器IV(22)与侧线塔(16)的侧线出料(流股 ⑤)进行换热，温度降至巧5 165°C ；(3 ) 155 165 °C的合成气通过换热器V (23 )与来自液液分离器(37 )下层有机相的侧线塔进料(流股⑥)进行换热，温度降至125 135°C，再经冷凝器(29)降至90 100°C，送至气液分离器；(4)合成气脱氢后的液体再经冷却器(24)冷却至45 55°C，送至液液分离器(37)。
3.根据权利要求1或2所述的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，其特征在于，所述的侧线塔(16)、精馏塔(17)和回收塔(18)通过再沸器(31、32、33) 补充热量。
4.根据权利要求2所述的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，其特征在于，回收塔(18)塔底出料为140 150°C的回收苯胺，通过换热器(25)与来自液液分离器(37)上层水相的回收塔进料(11)进行换热，温度降至95 110°C，再与气液分离器(36)脱氢后液体合并，经冷却器(24)冷却至45 55°C，送至液液分离器(37)。
5.根据权利要求2所述的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，其特征在于，所述的侧线塔(16)顶温为68. 0 77. TC，侧线出料温度为120. 0 127. 3°C、底温为 143. 3 152. 0°C。
6.根据权利要求2所述的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，其特征在于，所述的精馏塔(17)顶温为65. 0 71. 0°C，底温为141. 0 149. 6°C。
7.根据权利要求2所述的苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，其特征在于，所述的回收塔(18)顶温为65. 0 71. 0°C，底温为141. 0 149. 6°C。
全文摘要
一种苯胺合成和分离过程中合成气与分离装置之间的热集成工艺，通过分离塔设置的塔釜换热器和进、出料换热器实现合成气与分离装置之间换热，不仅实现热量回收，同时达到脱氢、脱水及苯胺精制的目的。本发明采用五次热交换和一次冷凝代替原有工艺两次冷凝和三次冷却，减少两次冷凝和三次冷却过程中热量损失和冷却水的用量，各分离塔分别利用塔釜换热器回收热量加热，显著降低生产所需能耗和冷却水用量，处理1吨氢-水-苯胺-焦油合成气的能耗由原有工艺1.53×106kJ/t降为0.34×106kJ/t，能耗可降低77%以上，冷却水用量由44.5吨/t降为11.8吨/t。
文档编号C07C209/84GK102408341SQ20111031522
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者董秀梅, 詹其伟, 顾正桂 申请人:江苏沿江化工资源开发研究院有限公司