分离和纯化沸点差小的混合物的方法与流程

本申请要求2017年8月25日提交的韩国专利申请第10-2017-0108105号的优先权的权益，其公开内容整体并入本文中作为本文的一部分。本发明涉及一种分离和纯化沸点差小的三种以上组分的混合物的方法。
背景技术：
：在化学工艺中，应当会经常分离和纯化三种以上组分的混合物。在这种情况下，在大多数分离和纯化工艺中经常使用沸点差蒸馏工艺。然而，当组分的沸点差小时，难以有效地进行分离和纯化工艺。图1示意性地示出了一般的三元分离和纯化工艺。在第一蒸馏塔(重馏分塔)中，在下部分离出重组分，在上部中收集要收集的产物和轻组分。将收集的产物和轻组分再次送至第二蒸馏塔(轻馏分塔)，在上部分离出轻组分，在下部产生产物。然而，当轻组分与重组分的主要组分之间的沸点差在15℃以内时，蒸馏塔分离变得困难，在其上需要额外的工艺能量，并且抑制了操作稳定性。因此，需要开发一种工艺，以使得用较少的能量从沸点差小的多组分混合物中以高产率收集所需产物。技术实现要素：技术问题本发明旨在提供一种节能工艺，该工艺可以有效地分离和纯化包含沸点差小的三种以上组分的混合物，并确保操作稳定性。技术方案在一个一般方面，一种混合物的纯化方法包括：将沸点彼此不同的三种以上组分的混合物供给到第一蒸馏塔以从第一蒸馏塔的下部获得重组分，并从第一蒸馏塔的上部获得包含轻组分和要收集的产物的上部馏分；以及将上部馏分供给到第二蒸馏塔以从第二蒸馏塔的下部收集富含产物的第一下部馏分，并从第二蒸馏塔的上部收集轻组分，其中，从第一蒸馏塔的上部收集的上部馏分所具有的热量通过第一热交换器供给到第二蒸馏塔的下部，在第一蒸馏塔的上部馏分在第一热交换器中将热量供给到从第二蒸馏塔的下部收集的第二下部馏分之后，将第一蒸馏塔的上部馏分的一部分作为进料流供给到第二蒸馏塔，将第一蒸馏塔的上部馏分的其余部分回流(r1)至第一蒸馏塔的上部，从第二蒸馏塔c2的上部收集的轻组分的一部分冷凝并回流(r2)至第二蒸馏塔c2，并且当第二蒸馏塔的上部回流r2与第一蒸馏塔的上部回流r1之比(r2/r1)为k时，k为1.05以上且1.5以下。根据示例性实施例，包含在沸点彼此不同的三种以上组分的混合物中的各组分的沸点差可以在15℃以内。第一蒸馏塔的操作压力可以比第二蒸馏塔的操作压力高3.5kgf/cm2以上。根据示例性实施例，第二蒸馏塔的从第一热交换器供给热量的第二下部馏分可以回流至第二蒸馏塔。根据示例性实施例，可以将第二蒸馏塔的第一下部馏分的一部分再加热然后回流。根据示例性实施例，第一蒸馏塔的所有上部馏分可以供给到第一热交换器，并且可以不在第一蒸馏塔的上部设置单独的冷凝器。根据示例性实施例，可以将从第一蒸馏塔的下部收集的重组分再加热，然后，可以用于通过第二热交换器预热供给到第一蒸馏塔的混合物，并收集。根据示例性实施例，可以将从第一蒸馏塔的下部收集然后再加热的重组分的一部分回流。有益效果根据本发明，在分离和纯化沸点差小的多组分的混合物的工艺中，可以确保节能和操作稳定性，同时可以使纯化效率最大化。附图说明图1示意性地示出了三元混合物的一般分离和纯化工艺。图2示意性地示出了根据本发明示例性实施例的工艺。图3是示出根据回流比的总能量的曲线图。图4是根据回流比的热交换量。图5是根据回流比的组成。具体实施方式在下文中，将参考图2至图5描述根据本发明的方法，由于附图仅是本发明的示例性实施例，因此不应将它们视为限制本发明的保护范围，本发明的保护范围从权利要求和整个说明书中是显然的。本发明涉及一种分离和纯化包含沸点差在15℃以内或10℃以内的三种以上组分的混合物的方法。本发明还可以用于从c4混合物的分离工艺中排出的残液-2流中以高纯度和高产率更经济地分离和纯化1-丁烯的方法。然而，本发明不限于这种用途，并且可以有效地用于沸点差小的多组分混合物的分离和纯化工艺。图2示出了根据本发明示例性实施例的方法。根据本发明的混合物的纯化方法包括：将包含沸点差小的三种以上组分的混合物10供给到第一蒸馏塔c1以从第一蒸馏塔c1的下部获得重组分13，并从上部收集第一蒸馏塔的包含要收集的产物的上部馏分12；以及将上部馏分12供给到第二蒸馏塔c2以从第二蒸馏塔c2的下部收集富含要收集的产物的第一下部馏分21，并从第二蒸馏塔的上部收集轻组分22，其中，从第一蒸馏塔c1的上部收集的上部馏分12所具有的热量通过第一热交换器e1供给到第二蒸馏塔c2的下部，并且当第二蒸馏塔的上部回流r2与第一蒸馏塔的上部回流r1之比(r2/r1)为k时，k为1.05以上且1.5以下，作为本发明的一个特征。也就是说，在第一蒸馏塔c1的上部馏分12在第一热交换器e1中将热量供给到从第二蒸馏塔c2的下部收集的第二下部馏分23之后，第一蒸馏塔的上部馏分的一部分12-1作为进料流供给到第二蒸馏塔c2，第一蒸馏塔的上部馏分的其余部分12-2回流(r1)至第一蒸馏塔c1的上部。另外，从第二蒸馏塔c2的上部收集的轻组分22的一部分由冷凝器con冷凝以回流(r2)至第二蒸馏塔c2。当k值小于上述范围时，出现非冷凝热源从而降低操作稳定性，并且在严重的情况下，产物可能不满足期望的标准。另外，当k值大于上述范围时，第二蒸馏塔所需的热源增加而多于必须量，使得总卡路里增加而多于传统工艺的总卡路里，因此，在第一蒸馏塔的上部使用热源可能没有意义。k值的优选范围可以是1.05以上且1.5以下，或1.3以下，或1.1以下。同时，第一蒸馏塔的操作压力可以比第二蒸馏塔的操作压力高3.5kgf/cm2以上。这是因为证实了第一蒸馏塔的冷凝温度有利于双效蒸馏(dec)以具有足够的压力来加热第二蒸馏塔。优选的范围是3.5kgf/cm2至5.5kgf/cm2，或3.5kgf/cm2至5.0kgf/cm2，或4.0kgf/cm2至5.5kgf/cm2，或4.0kgf/cm2至5.0kgf/cm2。另外，第二蒸馏塔c2的从第一热交换器e1供给热量的第二下部馏分23回流至第二蒸馏塔c2。另外，第二蒸馏塔c2的第一下部馏分21的一部分25可以通过再热器b2再加热然后回流至第二蒸馏塔c2。有利的是，第二蒸馏塔c2的下部馏分被分成第一下部馏分21和第二下部馏分23并分别注入热交换器，这是因为当第二蒸馏塔所需的卡路里不从再热器b2供给以及启动初始工艺时可以使用热量。根据示例性实施例，第一蒸馏塔c1的所有上部馏分12可以供给到第一热交换器e1，并且可以不在第一蒸馏塔c1的上部设置单独的冷凝器。也就是说，可以使用第一热交换器通过双效蒸馏(dec)省略冷凝器。从第一蒸馏塔c1的下部收集的重组分11可以通过再热器b1再加热，然后用于通过第二热交换器e2预热供给到第一蒸馏塔c1的混合物10，然后收集。这里，从第一蒸馏塔c1的下部收集然后由再热器b1再加热的重组分的一部分15可以回流至第一蒸馏塔c1。根据本发明的方法在具有30％以上节能效果，在节能效果方面非常好。[示例]在下文中，将描述本发明的示例、[示例1至示例4]使用图2所示的工艺对具有下表1中所示性质的混合物进行1-丁烯纯化。工艺条件和结果在表2中示出。[表1]组分质量分数c3’s0.48％c4石蜡29.18％丁烯-143.73％异丁烯0.25％c4烯烃25.94％c5’s0.42％总和100％[比较例1]使用图1所示的工艺在表2所示的条件下进行纯化工艺。[比较例2至比较例4]除了如表2所示改变回流比k之外，进行了图2的纯化工艺。[表2]从以上结果可以看出，当k值小于1.05时，在第一蒸馏塔的上部出现蒸汽非冷凝热源(qnc)从而降低操作稳定性，并且在严重的情况下，产物可能不满足期望的标准(比较例2和比较例3)。另外，当k值大于1.5时，第二蒸馏塔所需的热源增加而多于必须量，使得总卡路里增加而多于传统工艺的总卡路里，因此，发现在第一蒸馏塔的上部使用热源没有意义(比较例4)。从示例1至示例4确认，当k值大于1.05时，确保了操作稳定性和产物标准，因此第二蒸馏塔所需的热源(qlp)趋于增加。另外，在示例1至示例4中，第一蒸馏塔c1和第二蒸馏塔c2之间的上部压力差为3.5kgf/cm2以上，因此，发现可以进行热交换并节约能量。图3至图5分别是分析根据k值的总能量、热交换量和组成的曲线图。仅改变了第二蒸馏塔的回流比，同时保持第一蒸馏塔的操作条件相同。如图3至图5所示，供给卡路里qc是恒定的，这表示可供给到第二蒸馏塔的热源是有限的。在k值小于1.05的部分中，总能量(总q)具有恒定值，并且在k值大于1.05的部分中，总q趋于增加。在k值小于1.05的部分中，供给卡路里qc大于所需的卡路里qr，因此，所需的工艺能量保持在恒定值。在k值大于1.05的部分中，供给卡路里qc小于所需的卡路里qr，因此，所需的工艺能量增加。在k值小于1.05的部分中，出现非冷凝卡路里(qnc)，因此，可以看出第一蒸馏塔上部的蒸汽没有完全冷凝，并且工艺操作变得不稳定。在k值大于1.05的部分中，出现lp所需的卡路里(qlp)，使得第二蒸馏塔所需的效用增加并且总q增加。当k值增加时，产物的组成趋于增加，当k值为0.95以上时，标准是合适的。如上所述，已经描述了本发明的优选示例性实施例，但是本发明的范围不限于此，并且已经在特定部分中详细描述了本发明，并且显然，这种特定技术对于本领域技术人员仅是优选实施例，而不由此限制本发明的范围。因此，本发明的实质范围将由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页1 2 3