新型精馏塔在分离C4烯烃与烷烃中的节能效果

新型精馏塔在分离新型精馏塔在分离 c4c4 烯烃与烷烃中烯烃与烷烃中 的节能效果的节能效果 本文根据作者长期从事化工分离工作的工程经验 通过对 新型精馏塔分离正丁烷和反 2 丁烯混合物的技术介绍 展示了 新型精馏塔相对于传统精馏塔极具优势的节能效果 萃取精馏是石油化学工业中重要的分离方法之一 发展至 今已有 60 多年的历史 其通过萃取剂的加入改变被分离组分间 的相对挥发度 从而使近沸点物系或共沸物体系得以分离 而 另一方面 大量萃取剂的加入也大大增加了此分离过程的能耗 如何降低该精馏过程的能耗已经成为当今工业非常普遍也非常 重要的研究课题 近年来 开发者们通过对传统精馏工艺的模 拟分析 优化设计 安装控制等方面的研究与技术改进 开发 出了一种新型的精馏塔 其可有效地减少分离过程能耗 在节 能和节省设备投资方面的优势十分明显 1 新型精馏塔新型精馏塔 新型的精馏塔就对传统精馏塔进行改造而形成的 在传统 精馏塔内部设一垂直隔板 将精馏塔分成下部公共提馏段 隔 板两边的精馏进料段和中间采出段 3 部分 形成新型精馏塔 新型精馏塔被垂直的分隔壁分成 6 个部分 公共精馏区 1 公共提馏区 6 及由分隔壁分开的相互平行的进料段和侧线产 品采出段 4 部分 其中进料段和侧线产品出料段又可以分为精 馏段 2 3 和提馏段 4 5 2 4 一般被称为预分馏段或副塔 整个 1 3 5 6 段被称为主塔 含多种物质的混合物从塔进料段的中间位置进入到塔内 在预分馏段 组分 a b 向塔上方移动 组分 b c 向塔下方移 动 公共精馏区完成 a b 的分离 纯组分 a 从塔顶采出 公 共提馏区完成 b c 的分离 纯组分 c 从塔釜采出 纯组分 b 从 主塔的中间采出 与传统分离三组分的两塔精馏相比 新型精 馏塔可节省 1 座精馏塔及其附属设备 如再沸器 冷凝器 回 流泵等 而且占地面积也相应减少 2 模拟分析研究模拟分析研究 2 1 总体介绍 c4 馏分是炼油厂副产 其含有丰富的 1 3 丁二烯 1 丁烯 顺 2 丁烯 反 2 丁烯 异丁烯 正丁烷 异丁烷等 其中 1 3 丁二烯可以通过萃取精馏的方式进行分离 萃余 c4 中的 烯烃可通过骨架异构转化为异丁烯 进而与甲醇反应生成甲基 叔丁基醚 为提高异构化过程的效率 需将萃余 c4 中的烷烃与 烯烃进行分离 由于正丁烷与反 2 丁烯的沸点相差仅为 1 38 工业上通常仍然采用萃取精馏的方法实现分离 常用的萃取剂 有二甲基甲酰胺 甲乙酮 吗啉等 以二甲基甲酰胺为萃取剂 采用 aspenplus 化工流程模拟 软件 对分隔壁萃取精馏塔分离正丁烷和反 2 丁烯混合物的过 程进行了模拟计算 以期获得支持该工艺可行性和节能降耗性 能的定量结果 2 2 工艺流程 新型萃取精馏塔有 3 个区域 萃取精馏段 溶剂回收段和 公共提馏段 主塔为萃取精馏段和公共提馏段 副塔为溶剂回 收段 c4 烃从主塔中部适当位置进料 萃取剂从主塔顶部进料 在萃取精馏段进行 c4 烃的分离 烷烃从主塔塔顶采出 在副塔 进行溶剂回收 烯烃从副塔塔顶采出 萃取剂从塔底采出后循 环使用 2 3 模拟分析 选择 c4中的正丁烷 反 2 丁烯为分离对象 溶剂选择二 甲基甲酰胺 进料量为 1t h 压力 0 5mpa 原料组成 反 2 丁 烯 88 3 w 正丁烷 11 7 w 分离要求 正丁烷纯度大于 99 0 w 反 2 丁烯纯度大于 99 9 w 采用 aspenplus 软件中 的 multifrac 模块进行模拟计算 选取 wilson 方程为相平衡模型 分析溶剂比 回流比 汽相分配比等操作条件对分离效果及能 耗的影响 3 模拟结果研究模拟结果研究 3 1 溶剂比的影响 萃取剂与 c4 原料的质量比对产品纯度及热负荷有较大影 响 溶剂比在 1 5 3 0 之间时 增大溶剂比 产品纯度显著提 高 此时溶剂浓度与萃取效果正相关 当溶剂比达到 3 0 时 可分离得到符合分离要求的产品 此后继续增大溶剂比 产品 纯度变化不大 塔板上的溶剂浓度是影响萃取效果的因素 但溶剂比越大 使用的溶剂量就越多 塔内气液相流量及热负荷也会增大 能 耗及投资费用也就越高 所以最小溶剂比约为 2 5 3 2 回流比的影响 回流比是影响产品纯度及热负荷的主要因素 新型萃取精 馏塔的回流比可以调节产品纯度及能耗 回流比增大 产品纯 度会呈明显增加的趋势 同时热负荷也增加 当回流比大于 3 5 后 产品纯度已基本不变 而回收的溶剂纯度略有下降 所以 合适的回流比约为 3 5 3 3 汽相分配比的影响 新型萃取精馏塔只有一个再沸器提供主副塔的上升蒸气 在分隔壁的两边需考虑上升蒸气的分配 定义汽相分配比为进 入副塔的蒸气质量与进入主塔蒸气质量之比 汽相分配比是影 响产品纯度及热负荷的主要因素 当汽相分配比小于 2 0 时 副塔会出现干塔情况 汽相分 配比等于 2 0 是副塔正常操作与干塔之间的临界点 产品纯度 较差 当副塔正常操作后 汽相分配比对产品纯度影响不明显 但对全塔热负荷有很大的影响 进入副塔的蒸气量越多 则需 要再沸器提供更多的热量来维持主塔与副塔的运转 因此 增 大汽相分配比 再沸器热负荷显著上升 3 4 与常规萃取精馏工艺的比较 与常规萃取精馏工艺相比 新型精馏塔萃取塔釜再沸器可 节能 17 31 塔顶冷凝器可节能 25 81 具有明显的节能效果 3 5 新型精馏塔节能原因分析 新型精馏塔节能的原因主要在于能够减少常规精馏塔内的 返混现象 常规萃取精馏塔内液相各组分浓度沿塔高的分布 中间组 分反 2 丁烯的浓度随塔板数的增加而逐渐增大 但到塔釜最后 一块板时 浓度反而下降 产生了返混现象 实际生产中如果 增大萃取精馏塔塔板数 这种中间组分在塔釜浓度降低的现象 将表现得更为明显 最终塔釜中的反 2 丁烯以较低液相浓度进 入溶剂回收塔 重新被提纯 在新型精馏塔中 由主塔进入副塔的物流为汽相 当汽相 中反 2 丁烯的浓度最大时 即有一部分进入副塔继续分离其中 的溶剂 从而得到符合要求的丁烯产品 避免了返混 返混效 应是精馏过程热力学效率低下的重要原因 消除返混效应可以 大幅度提高分离效率 所以新型萃取精馏塔比常规萃取精馏节 能 如果从副塔底部塔板流出的液相物流中 反 2 丁烯含量约 为 83 3 w 而同一位置主塔塔板上的反 2 丁烯含量约为 36 6 w 二者混合势必造成一定的能量损失 由于副塔下降 液流量较少 因此这部分能量损失远小于常规萃取精馏塔返混 带来的能量消耗 因此 新型精馏塔虽不能完全避免能量的损 耗 但其节能效果与常规萃取精馏塔相比仍然明显 根据 aspenplus 模