专利名称：异丁烷、正丁烷和丁烯的分离提纯方法
技术领域：
本发明涉及一种异丁烷、正丁烷和丁烯的分离提纯方法。
背景技术：
碳四组分中1，3_ 丁二烯是合成橡胶的原料最早被分离应用，剩下的组分中异丁烯可以生产甲基叔丁基醚(MTBE)，正丁烯(I-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯)可以生产仲丁醇和甲乙酮。目前已有的碳四分离方法是先用萃取精馏得到丁二烯，剩下的碳四再与甲醇反应得到MTBE，剩余的碳四再萃取精馏得到正丁烯。萃取精馏塔塔顶产品为含异丁烷、正丁烷的烷烃混合物，该混合物通常被作为液化气烧掉了，其价值没有得到充分发挥，如正丁烷可以生产顺酐，异丁烷可以脱氢制异丁烯，也可以生产抛射剂或烷基化汽油，因此正丁烷与异丁烷的分离也有很好的工业应用前景，现有工艺一般采用普通精馏将正丁烷与异丁烷分离，能耗较高。
发明内容
本发明的任务是建立一种新的分离方法，即设计一种新的分离工艺，系统安排碳四各组分的分离顺序和分离工艺，达到提高碳四利用率和降低能耗的目的。异丁烷、正丁烷和丁烯的分离提纯方法，步骤是，A、混合碳四原料进脱碳三塔，碳三组分从脱碳三塔塔顶采出，碳四组分从脱碳三塔塔釜采出；B、碳三塔塔釜采出物进脱C5塔，碳五塔塔釜采出碳五组分，塔顶采出为碳四组分；C、碳五塔塔顶采出混合碳四进异丁烷塔中部进料，异丁烷塔循环溶剂从异丁烷塔上部进料，异丁烷塔塔顶部得到异丁烷，异丁烷塔塔釜采出物为溶剂、正丁烷、丁烯的混合物；D、异丁烷塔塔釜采出物直接进正丁烷塔中部；正丁烷塔循环溶剂从正丁烷塔顶部进料，正丁烷塔塔顶得到正丁烷，正丁烷塔塔釜采出物为丁烯和溶剂的混合物进汽提塔；E、正丁烷塔塔釜采出物进汽提塔中部，汽提塔顶部得到正丁烯，汽提塔塔釜得到循环溶剂；循环溶剂被分成两股物流，分别进异丁烷塔和正丁烷塔循环利用。前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，还包括以下步骤如果原料中含少量碳五，则可以在汽提塔精馏段设碳五侧线采出口，防止碳五在汽提塔中积累。前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，还包括以下步骤从汽提塔塔釜采出的溶剂进汽提塔中间再沸器、正丁烷塔中间再沸器、异丁烷塔中间再沸器、脱碳五塔中间再沸器、脱碳三塔中间再沸器、原料预热器以回收能量。前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，所述的溶剂为甲乙酮和氮-甲酰吗啉的混合溶剂，甲乙酮在该混合溶剂中的质量含量占10-90% (优选25-75%，更优选 50% )。
前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，所述的溶剂为甲乙酮和氮-甲基吡咯烷酮的混合溶剂，甲乙酮在该混合溶剂中的质量含量占10-90% (优选25-75%，更优选 50% )。前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、 乙腈或吗啉。前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，所述的溶剂为乙腈和氮-甲酰吗啉或氮-甲基吡咯烷酮的混合溶剂，乙腈在该混合溶剂中的质量含量占5-99. 5% (优选 15-75%，更优选 50% ) ο前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，所述的溶剂为乙腈和水的混合溶剂， 乙腈在该混合溶剂中的质量含量占90-99. 9 % (优选92-95 %，更优选94 % )。前面所述的分离提纯方法，优选的方案在于，所述的溶剂为吗啉和N-甲酰吗啉的混合溶剂，吗啉在该混合溶剂中的质量含量占5-99. 5% (优选15-75%，更优选50% )。本发明的技术优势是(I)正丁烷和异丁烷均采用萃取精馏的方法进行分离，异丁烷塔塔釜采出物可不需要单设汽提塔将碳四和溶剂分离，而是直接进正丁烷塔，这样做既减少了设备投资，又利用了萃取精馏的优点降低了能耗。(2)由汽提塔得到的不含碳四的循环溶剂被分成两股物流，分别进异丁烷塔和正丁烷塔，即由一个汽提塔完成了两个萃取精馏塔的碳四和溶剂的分离工作。(3)可以根据原料组成调整异丁烷塔和正丁烷塔各自的溶剂/碳四进料比，得到较高纯度的异丁烷和正丁烷以及正丁烯。(4)通常异丁烷塔可以用较低的溶剂/碳四进料比，因此异丁烷塔塔釜温度较低， 55-700C，可以用循环溶剂进行加热，能充分利用循环溶剂的显热，节省能耗。(5)本技术可以适应于含碳三、碳五含量较多的原料。(6)从汽提塔塔釜采出的溶剂进汽提塔中间再沸器、异丁烷塔中间再沸器、正丁烷塔中间再沸器、脱碳五塔中间再沸器、脱碳三塔中间再沸器、原料预热器可以降低能耗。
图1-2，制备高纯度异丁烷、正丁烷和丁烯的工艺流程简图
I-异丁烷塔；
2-正丁烷塔；
3-汽提塔；
4-混合碳四原料；
5-异丁烷塔循环溶剂进料；
6-异丁烷塔塔顶采出(异丁烷)；
7-异丁烷塔塔釜采出；
8-正丁烷塔溶剂进料；
9-正丁烷塔塔顶采出(正丁烷)；
10-正丁烷塔塔釜采出；
11-汽提塔塔顶采出(丁烯)；
12-汽提塔塔釜采出；13-脱碳二塔；14-碳三组分；15-脱碳三塔釜采出；16-碳五侧线采出；17-脱碳五塔；18-脱碳五塔塔釜采出；19-脱碳五塔塔顶采出；20-汽提塔中间再沸器；21-正丁烷塔中间再沸器；22-异丁烷塔中间再沸器；23-脱碳五塔中间再沸器；24-脱碳三塔中间再沸器；25-原料预热器。
具体实施例方式下面结合实施例和附图详细说明本发明的方案，但保护范围不被此限制。实施例I本发明异丁烷、正丁烷和丁烯的分离提纯方法，工艺流程基本可参考附图1，混合碳四原料4先进脱碳三塔13，碳三组分从脱碳三塔塔顶采出14，剩余碳四组分从脱碳三塔釜采出后进脱碳五塔17中部，脱碳五塔塔釜采出18为碳五组分，塔顶采出19为碳四组分引入异丁烷塔I中部进料，异丁烷塔循环溶剂5从异丁烷塔I上部进料，异丁烷塔 I塔顶部得到异丁烷6，异丁烷塔I塔釜采出物7直接进正丁烷塔2中部；正丁烷塔循环溶剂8从正丁烷塔2顶部进料，正丁烷塔2塔顶得到正丁烷4，正丁烷塔2塔釜采出物10进汽提塔3 ;汽提塔3顶部得到正丁烯11，汽提塔3塔釜得到循环溶剂12 ;循环溶剂12被分成两股物流5，8，分别进异丁烷塔I和正丁烷塔2，如果混合碳四原料中只含少量碳五组分，则在汽提塔精馏段设侧线采出口 16将积累的碳五采出，此时脱碳三塔塔釜采出15可以直接进异丁烷塔I。实施例2异丁烷、正丁烷和丁烯的分离提纯方法，工艺流程图可参考图1-2，混合碳四中含较多碳五组分，在脱碳三塔后再加脱碳五塔，混合碳四原料4先进脱碳三塔13，碳三组分从脱碳三塔塔顶采出14，混合碳四15从脱碳三塔釜采出后进脱C5塔17，碳五塔塔釜采出碳五组分18，塔顶采出混合碳四19进异丁烷塔I中部进料，异丁烷塔循环溶剂5从异丁烷塔I上部进料，异丁烷塔I塔顶部得到异丁烷6，异丁烷塔I塔釜采出物7直接进正丁烷塔2中部；正丁烷塔循环溶剂8从正丁烷塔2顶部进料，正丁烷塔2塔顶得到正丁烷4， 正丁烷塔2塔釜采出物10进汽提塔3 ;汽提塔3顶部得到正丁烯11，汽提塔3塔釜得到循环溶剂12 ;循环溶剂12被分成两股物流7，8，分别进异丁烷塔I和正丁烷塔2，如果混合碳四中含少量碳五组分，则在汽提塔精馏段设侧线采出口 15将积累的C5采出。所用溶剂为乙腈。所得异丁烷纯度95. I%，正丁烷纯度96.3%，正丁烯纯度95. 5%。如果混合碳四中含少量碳五组分，则在汽提塔精馏段设侧线采出口 16将积累的C5采出。表I所示为本实施例所得数据，所用溶剂为甲乙酮和N-甲酰吗啉化合物，二者比例为10-90%。实验所用设精馏塔内径50mm，装填三角填料。由表I可以看出，本工艺可以将含有异丁烷、正丁烷、I-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯各20%的碳四原料分离出异丁烷、 正丁烷、正丁烯(I-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯)三种产品，其纯度分别为95%、92%和 98%，而异丁烷塔塔釜温度只有59. 7°C，可以用循环溶剂或其它品味热源来加热。表I预分离萃取精馏工艺与原萃取精馏工艺比较
参数脱碳三塔脱碳五塔异丁烷塔正丁烷塔汽提塔总理论板数3030808050碳四进料板1515505025溶剂进料板1313碳四进料量1000(g/h)溶剂进料量4084080(g/h)溶剂比0.67.5回流比15I522原料组成碳三O. 02异丁烷O. 18正丁烷O. 18I-丁烯O. 20反-2-丁烯0.20顺-2-丁烯0.20碳五0.02塔顶组成碳三O. 85O. 00O. 00O. 00O. 00异丁烷O. 10O. 17O. 96O. 05O. 00正丁烷O. 000.21O. 040.92O. 02I-丁烯O. 05O. 20O. 00O. 03O. 31反-2-丁烯O. 000.21O. 00O. 00O. 33顺-2-丁烯O. 000.21O. 00O. 00O. 33碳五O. 00O. 00O. 00O. 00O. 00塔釜组成(不含溶剂)碳三O. 00O. 00O. 00O. 00异丁烷O. 16O. 00O. 07O. 00正丁烷0.21O. 03O. 180.01I-丁烯O. 190.01O. 25O. 33
权利要求
1.异丁烷、正丁烷和丁烯的分离提纯方法，其特征在于，包括以下步骤A、混合碳四原料进脱碳三塔，碳三组分从脱碳三塔塔顶采出；B、混合碳四从脱碳三塔塔釜采出后进脱C5塔，碳五塔塔釜采出碳五组分；C、碳五塔塔顶采出混合碳四进异丁烷塔中部进料，异丁烷塔循环溶剂从异丁烷塔上部进料，异丁烷塔塔顶部得到异丁烷，异丁烷塔塔釜采出物直接进正丁烷塔中部；D、正丁烷塔循环溶剂从正丁烷塔顶部进料，正丁烷塔塔顶得到正丁烷，正丁烷塔塔釜采出物进汽提塔；E、汽提塔顶部得到正丁烯，汽提塔塔釜得到循环溶剂；循环溶剂被分成两股物流，分别进异丁烷塔和正丁烷塔循环利用。
2.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，如果混合碳四原料中含少量碳五组分，则在汽提塔精馏段设侧线采出口将积累的C5采出。
3.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，还包括以下步骤若混合原料只含少量C5则可以在汽提塔精馏段加碳五侧线采出。
4.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，还包括以下步骤从汽提塔塔釜采出的溶剂进汽提塔中间再沸器、正丁烷塔中间再沸器、异丁烷塔中间再沸器、脱碳五塔中间再沸器、脱碳三塔中间再沸器、原料预热器以回收能量。
5.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，所述的溶剂为甲乙酮和氮-甲酰吗啉的混合溶剂，甲乙酮在该混合溶剂中的质量含量占10-90%。
6.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，所述的溶剂为甲乙酮和氮-甲基吡咯烷酮的混合溶剂，甲乙酮在该混合溶剂中的质量含量占10-90%。
7.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、乙腈或吗啉。
8.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，所述的溶剂为乙腈和氮-甲酰吗啉或氮-甲基吡咯烷酮的混合溶剂，乙腈在该混合溶剂中的质量含量占5-99. 5%。
9.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，所述的溶剂为乙腈和水的混合溶剂，乙腈在该混合溶剂中的质量含量占90-99. 9%。
10.根据权利要求I所述的分离提纯方法，其特征在于，所述的溶剂为吗啉和N-甲酰吗啉的混合溶剂，吗啉在该混合溶剂中的质量含量占5-99. 5%。
全文摘要
本发明提供了异丁烷、正丁烷和丁烯的分离提纯方法，碳四原料先后进脱碳三塔、脱C5塔、异丁烷塔、正丁烷塔、汽提塔后得到高纯度异丁烷、正丁烷和丁烯。溶剂循环利用。其技术优势是，既减少了设备投资，又利用了萃取精馏的优点降低了能耗。
文档编号C07C9/12GK102603454SQ20111043353
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者任万忠, 王文华, 虞乐舜, 许文友, 赵旗, 陈小平 申请人:烟台大学