技术领域本发明涉及一种分离戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物系的方法。
背景技术：
精馏是化学工业中使用范围最广的、高能耗的单元操作。精馏过程的能耗巨大，化工过程中40～70％的能耗用于分离，而精馏的能耗又占分离能耗的95％。能源价格的持续上涨使得精馏过程节能技术的研究具有重要的意义。对于三元或三元以上组分的分离，采用常规的多塔精馏能耗大，而隔板塔中精馏能够大大地降低能耗。目前全球有超过300座的隔板塔投入使用，Koch-Glitsh公司成功的将Algeciras的炼油厂的一座异己烷溶剂回收塔改造为隔板塔，相比于原有设备，隔板塔节能约40％。Kellogg和BP公司设计出适用于烷基重整工艺的隔板塔，在一个塔内实现精馏、汽提和溶剂回收多种过程，其相比于原有工艺的生产能力增加了一倍。I.J.Halvorsena等人在文献中具体介绍了Sargent隔板精馏塔的结构，其是在精馏塔中安装三块竖直隔板，将精馏塔分成预分馏段、中间段、公共精馏段、侧线采出段和公共提馏段共五部分；对于四组分混合物的进料侧为预分馏段，中间段的进料为预分馏段的两个产品流股，侧线采出侧称之为侧线采出段，中间塔段的三个产品流股为公共提馏段、侧线采出段和公共提馏段的进料流股，经分离，得到符合产品纯度要求的四组产品。用Sargent隔板精馏塔将四组分混合物分离为纯净产品只需要一个塔、一个再沸器、一个冷凝器及一个回流分配器，能耗和设备投资都得以降低。同时，Sargent塔结构复杂。由于混合物料的组分繁杂，不同塔中三块竖直隔板的位置很难确定，同时对于不同的进料流量和组成，各塔段的塔板数以及塔顶回流比，稍有变化就大大降低Sargent隔板精馏塔的效率，严重制约了其在不同物系分离中的应用。在戊烷、己烷、庚烷、辛烷四组分混合物系分离技术路线中，传统工艺至少需要三个精馏塔才能达到要求的分离效果，但这种方法工艺流程长，投资大，能耗高，占地面积大。本发明为Sargent隔板精馏塔分离戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物系的新工艺，得到符合分离要求产品的同时，优化了工艺路线，达到了降低能耗和减小设备投入的目的。
技术实现要素：
本发明所要解决的是传统三塔工艺流程中存在的戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物系分离流程复杂，分离纯度不高，投资大，能耗高的技术问题，提供一种新的分离戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物系的方法。该方法采用Sargent隔板精馏塔，并针对不同的进料流量和组成，固定预分馏段、中间段和侧线采出段的塔板数，通过设计优化公共精馏段和公共提馏段的塔板数以及塔顶回流比，都能够得到符合分离要求的产品以及实现节能的目的。该方法具有流程简单，分离效果好，能耗低，投资降低显著的优点。本发明的技术方案为：一种分离戊烷、己烷、庚烷和辛烷混合物系的方法，包括以下步骤：将含戊烷、己烷、庚烷和辛烷混合物系从预分馏段第20块塔板处进入Sargent隔板精馏塔，经过预分馏段的分离后，戊烷、己烷和庚烷的混合物从预分馏段顶部进入中间段第16块塔板，己烷、庚烷和辛烷的混合物从预分馏段底部进入中间段第36块塔板处；经过中间段的分离后，戊烷和己烷混合物从中间段顶部进入侧线采出段的第1块塔板和公共精馏段底部，己烷和庚烷混合物从中间段第31块塔板进入侧线采出段第35块塔板，庚烷和辛烷的混合物从中间段底部进入侧线采出段的第64块塔板处和公共提馏段顶部；经各段的分离后，最终在塔顶公共精馏段采出戊烷物流，在侧线采出段第16块塔板处侧线采出己烷物流，在侧线采出段第44块塔板处侧线采出庚烷物流，在塔底公共提馏段采出辛烷；其中，所述的Sargent隔板精馏塔中安装有三块竖直隔板，将精馏塔分成预分馏段、中间段、公共精馏段、侧线采出段和公共提馏段共五部分；所述的Sargent隔板精馏塔的预分馏段有30块塔板；所述Sargent隔板精馏塔的中间段和侧线采出段各有64块塔板；所述Sargent隔板精馏塔的己烷物流的采出位置为侧线采出段第16块塔板处；庚烷物流的采出位置为侧线采出段第44块塔板处；所述的Sargent隔板精馏塔的预分馏段从第1～30块塔板和中间段第16～45塔板之间设置第一块竖直隔板；中间段第1～30块塔板和侧线采出段第1～34块塔板之间设置第二块竖直隔板；中间段第32～64块塔板和侧线采出段第36～65块塔板之间设置第三块隔板；所述Sargent隔板精馏塔公共精馏段有5～50块塔板；所述Sargent隔板精馏塔公共提馏段有10～50块塔板；所述Sargent隔板精馏塔塔顶以浓度计的回流比为2～20；所述戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物系进料流量为20～800kmol/h；所述的原料物流中戊烷的含量为1～40％，己烷的含量为10～70％，庚烷的含量为10～70％，辛烷的含量为1～40％；所述的百分含量以摩尔百分含量计；采用Sargent隔板精馏塔分离后，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩尔分数均能达到99％以上。本发明具有以下有益效果：(1)本发明采用Sargent隔板精馏工艺。该工艺采用的Sargent隔板精馏塔中有三块垂直隔板，将精馏塔分为预分馏段、中间段、公共精馏段、侧线采出段和公共提馏段共五部分。轻组分戊烷从塔顶采出，中间组分己烷和庚烷由侧线采出段分别采出，重组分辛烷由塔釜采出，只需要一套塔系统就能实现四组分的分离。与常规精馏直接序列相比较，本发明减少了两台冷凝器和两台再沸器以及两套精馏塔，设备投资降低约20％。(2)采用本发明所述的技术，Sargent隔板精馏塔的产品纯度以浓度计均在99％以上，与传统工艺流程的产品纯度相同；采用Sargent隔板精馏塔不仅可以完成原流程的分离任务，并且与常规精馏直接序列相比，总换热负荷最高能够降低42.5％，具有较好的技术效果。附图说明图1是本发明的工艺流程图；图2是常规精馏直接序列的工艺流程图。图1中：1-公共提馏段；2-预分馏段；3-中间段；4-第一块竖直隔板；5-公共提馏段；6-塔顶冷凝器；7-第二块竖直隔板；8-侧线采出段；9-第三块竖直隔板；10-塔釜再沸器；F-戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物；D-轻组分戊烷；S1-中间组分己烷；S2-中间组分庚烷；W-重组分辛烷。图2中：11-塔I；12-塔II；13-塔Ⅲ；F-戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物；D1-塔顶出料戊烷；D2-塔顶出料己烷；D3-塔顶出料庚烷；W3-塔釜出料辛烷。下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：如图1所示，一种分离戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物系的方法，采用Sargent隔板精馏塔连续精馏，竖直隔板4、7和9将精馏塔分为五个工作段：预分馏段2、中间段3、公共精馏段1、侧线采出段8和公共提馏段5；预分馏段2有30块塔板，中间段3和侧线采出段8各有64块塔板。所述的Sargent隔板精馏塔的预分馏段2第1～30块塔板和中间段3第16～45塔板之间设置第一块竖直隔板4；中间段3第1～30块塔板和侧线采出段8第1～34块塔板之间设置第二块竖直隔板7；中间段3第32～64块塔板和侧线采出段8第36～65块塔板之间设置第三块隔板9。含戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物系的原料F从预分馏段2第20块塔板进入Sargent隔板精馏塔，在预分馏段2中完成戊烷和辛烷的非清晰分割，己烷和庚烷依据相对挥发度在顶部和底部自由分配，戊烷、己烷和庚烷的混合物从预分馏段2顶部进入中间段3第16块塔板，己烷、庚烷和辛烷的混合物从预分馏段2底部进入中间段3第36块塔板，在中间段3上部完成戊烷和庚烷的非清晰分割，下部完成己烷和辛烷的非清晰分割；戊烷和己烷混合物从中间段3顶部进入侧线采出段8的上部和公共精馏段1，己烷和庚烷混合物从中间段3第31块塔板进入侧线采出段8第35块塔板，庚烷和辛烷的混合物从中间段3底部进入侧线采出段8的下部和公共提馏段5；经过各段分离后，最终在塔顶公共精馏段1采出戊烷物流D，在侧线采出段8第16块塔板侧线采出己烷物流S1，在侧线采出段8第44块塔板侧线采出庚烷物流S2，在塔底公共提馏段5采出辛烷物流W,从而实现戊烷、己烷、庚烷、辛烷的分离。所述戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物F的进料流量为20～800kmol/h，物流中戊烷的含量为1～40％，己烷的含量为10～70％，庚烷的含量为10～70％，辛烷的含量为1～40％。所述Sargent隔板精馏塔公共精馏段有5～50块塔板，精馏塔公共提馏段有10～50块塔板，塔顶以浓度计的回流比为2～20。所述Sargent隔板精馏塔的操作压力为常压。采用Sargent隔板精馏塔分离后，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩尔分数均能达到99％以上。图2示出了常规精馏直接序列的工艺流程图。戊烷、己烷、庚烷、辛烷的混合物F进入塔I，在塔I中主要完成戊烷的分离，D1为塔顶出料戊烷。从塔底采出的混合物进入塔II，在塔II中完成己烷的分离，D2为塔顶出料己烷。从塔底采出的混合物进入塔Ⅲ，在塔Ⅲ中完成庚烷和辛烷的分离，D3为塔顶出料庚烷，W3为塔釜出料辛烷。实施例1采用图1所示的流程，待分离的戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物的进料量为40kmol/h，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩尔比为1:1:1:1。采用的Sargent隔板精馏塔预分馏段有30块塔板，中间段和侧线采出段各有64块塔板，公共精馏段有10块塔板，公共提馏段20块塔板，采出量为10kmol/h；己烷物流的采出位置为侧线采出段第16块塔板处，采出量为10kmol/h；庚烷物流的采出位置为侧线采出段第44块塔板处，采出量为10kmol/h；塔顶回流比11，操作压力为常压，塔径为3m。Sargent隔板精馏塔组分分离效果见表1，能耗结果列于表2。采用图2所示的流程，进料量和进料摩尔组成不变，塔I共有20块塔板，第10块板进料，回流比为3；塔II共有20块塔板，第10块板进料，回流比为4；塔Ⅲ共有20块塔板，第10块板进料，回流比为4；三塔的操作压力均为常压。为便于比较，能耗结果也列于表2。表1列出采用Sargent隔板精馏塔的分离效果产品纯度(浓度％)戊烷己烷庚烷辛烷公共精馏段D0.9990.001——侧线采出段S10.0010.999——侧线采出段S2——0.9990.001公共提馏段W——0.0010.999表2列出采用Sargent隔板精馏塔与常规精馏直接序列的能耗比较结果实施例2采用图1所示的流程，进料量不变的情况下，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩尔比变为1:2:2:1。采用的Sargent隔板精馏塔预分馏段有30块塔板，中间段和侧线采出段各有64块塔板，公共精馏段有40块塔板，公共提馏段30块塔板，采出量为6.67kmol/h；己烷物流的采出位置为侧线采出段第16块塔板处，采出量为13.33kmol/h；庚烷物流的采出位置为侧线采出段第44块塔板处，采出量为13.33kmol/h；塔顶回流比17.2，操作压力为常压，塔径为2.73m。Sargent隔板精馏塔组分分离效果见表3，能耗结果列于表4。采用图2所示的流程，进料量和进料摩尔组成不变，塔I共有34块塔板，第21块板进料，回流比为11.7；塔II共有30块塔板，第17块板进料，回流比为2.2；塔Ⅲ共有20块塔板，第7块板进料，回流比为2.7；三塔的操作压力均为常压。为便于比较，能耗结果也列于表4。表3列出采用Sargent隔板精馏塔的分离效果产品纯度(浓度％)戊烷己烷庚烷辛烷公共精馏段D0.9990.001——侧线采出段S10.0010.990.009—侧线采出段S2—0.0090.990.001公共提馏段W——0.0010.999表4列出采用Sargent隔板精馏塔与常规精馏直接序列的能耗比较结果实施例3采用图1所示的流程，进料量不变的情况下，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩尔比变为2:1:1:1。采用的Sargent隔板精馏塔预分馏段有30块塔板，中间段和侧线采出段各有64块塔板，公共精馏段有30块塔板，公共提馏段30块塔板，采出量为8kmol/h；己烷物流的采出位置为侧线采出段第16块塔板处，采出量为8kmol/h；庚烷物流的采出位置为侧线采出段第44块塔板处，采出量为8kmol/h；塔顶回流比6.4，操作压力为常压。塔径为2.76m。Sargent隔板精馏塔组分分离效果见表5，能耗结果列于表6。采用图2所示的流程，进料量和进料摩尔组成不变，塔I共有27块塔板，第13块板进料，回流比为3.4；塔II共有36块塔板，第23块板进料，回流比为4；塔Ⅲ共有20块塔板，第7块板进料，回流比为4.3；三塔的操作压力均为常压。为便于比较，能耗结果也列于表6。表5列出采用Sargent隔板精馏塔的分离效果产品纯度(浓度％)戊烷己烷庚烷辛烷公共精馏段D0.9980.002——侧线采出段S1—0.9990.001—侧线采出段S2—0.010.990.001公共提馏段W——0.0080.992表6列出采用Sargent隔板精馏塔与常规精馏直接序列的能耗比较结果实施例4采用图1所示的流程，待分离的戊烷、己烷、庚烷、辛烷混合物的进料量为600kmol/h，戊烷、己烷、庚烷、辛烷的摩尔比为1:2:1:2。采用的Sargent隔板精馏塔预分馏段有30块塔板，中间段和侧线采出段各有64块塔板，公共精馏段有10块塔板，公共提馏段20块塔板，采出量为200kmol/h；己烷物流的采出位置为侧线采出段第16块塔板处，采出量为200kmol/h；庚烷物流的采出位置为侧线采出段第44块塔板处，采出量为100kmol/h；塔顶回流比11.7，操作压力为常压，塔径为9.77m。Sargent隔板精馏塔组分分离效果见表7，能耗结果列于表8。采用图2所示的流程，进料量和进料摩尔组成不变，塔I共有20块塔板，第10块板进料，回流比为3；塔II共有20块塔板，第10块板进料，回流比为4；塔Ⅲ共有20块塔板，第10块板进料，回流比为4；三塔的操作压力均为常压。为便于比较，能耗结果也列于表8。表7列出采用Sargent隔板精馏塔的分离效果产品纯度(浓度％)戊烷己烷庚烷辛烷公共精馏段D0.9990.001——侧线采出段S1—0.9950.005—侧线采出段S2—0.0090.990.001公共提馏段W——0.0010.999表8列出采用Sargent隔板精馏塔与常规精馏直接序列能耗比较的结果本发明未述事宜为公知技术。