异戊二烯精制系统的节能方法与流程

1.本发明属于化学工程技术领域，尤其涉及一种异戊二烯精制系统的节能方法。


背景技术：

2.裂解碳五组分是石油烃高温裂解制乙烯过程中的副产物，含有30多种沸点相近的组分，其中利用价值较高且含量较多的组分有异戊二烯、环戊二烯、间戊二烯，三者约占裂解碳五的40～55％。传统分离异戊二烯的方法是采用萃取精馏法，即加入萃取溶剂(通常为乙腈，二甲基甲酰胺，n-甲基吡咯烷酮)，利用高极性的溶剂改变碳五各个组分的相对挥发度，从而将异戊二烯提取出来。
3.传统异戊二烯分离工艺中，先利用两级萃取精馏分离出比异戊二烯相对挥发度高及低的绝大部分碳五组分，再进行两级普通精馏，用于脱除萃取精馏无法分离的少量轻重杂质组分。但是，在普通精馏过程中，由于少量轻重杂质组分与异戊二烯相对挥发度差异小，分离困难，所以仍需要较大回流比来实现异戊二烯中杂质的分离，导致后续异戊二烯脱轻及脱重能耗较大。同时，在回收萃取溶剂或精制萃取溶剂的过程中，萃取剂回收精馏系统也需要较大蒸汽能耗，可见，现有的异戊二烯分离工艺存在能耗大、成本高等缺陷。
4.由此可见，基于现有异戊二烯分离工艺存在的上述缺陷，如何优化设计出一种适用于异戊二烯精制系统的节能方法是解决上述问题的关键。


技术实现要素：

5.针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种异戊二烯精制系统的节能方法，具有节能效果显著、成本低等特点，能够解决现有异戊二烯分离工艺存在能耗大、成本高等的技术问题。
6.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.本发明提供一种异戊二烯精制系统的节能方法，所述异戊二烯精制系统包括依次设置的脱轻塔、脱重塔和溶剂回收塔，所述脱轻塔、脱重塔和溶剂回收塔的塔顶和塔釜分别设置冷凝器和再沸器，包括：
8.所述脱重塔的塔顶压力为0.17-0.23mpag，塔顶温度为69-70℃，塔釜温度为89-90℃；溶剂回收塔的塔顶压力为0.12-0.18mpag，塔顶温度为102-105℃，塔釜温度为129-130℃；
9.将所述脱重塔塔顶部分需冷凝的气相物料输送至脱轻塔再沸器中，用于为脱轻塔再沸器提供热量，将所述溶剂回收塔塔顶部分需冷凝的气相物料输送至脱重塔再沸器中，用于为脱重塔再沸器提供热量。
10.作为优选，异戊二烯精制系统的节能方法，包括以下步骤：
11.来自萃取系统的粗异戊二烯进入脱轻塔脱除碳四轻组分；
12.脱除碳四轻组分的粗异戊二烯进入脱重塔脱除二聚物重组分，得到异戊二烯产品，所述脱重塔的塔顶压力为0.17-0.23mpag，塔顶温度为69-70℃，塔釜温度为89-90℃；
13.来自萃取系统的待回收萃取溶剂进入溶剂回收塔脱除水或溶剂重组分，所述溶剂回收塔的塔顶压力为0.12-0.18mpag，塔顶温度为102-105℃，塔釜温度为129-130℃；
14.其中，将所述脱重塔塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至所述脱轻塔再沸器中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至所述脱重塔作为回流液；所述溶剂回收塔塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至所述脱重塔再沸器中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至所述溶剂回收塔作为回流液。
15.作为优选，所述脱轻塔的塔顶压力为0.03-0.09mpag，塔顶温度为44-46℃，塔釜温度为59-60℃。
16.作为优选，脱重塔塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入脱重塔冷凝器，经冷凝后得到冷凝液，用作脱重塔回流液和异戊二烯产品。
17.作为优选，脱重塔塔顶经热量回收的气相物料占全部气相物料比例为30％～90％。
18.作为优选，未经热量回收的气相物料经冷凝后的冷凝液中，脱重塔回流液与异戊二烯产品的比例为(4～12):1。
19.作为优选，溶剂回收塔塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入溶剂回收塔冷凝器，经冷凝后得到冷凝液，用作溶剂回收塔回流液和新鲜萃取溶剂。
20.作为优选，溶剂回收塔经热量回收的气相物料占全部气相物料的比例为50％～100％。
21.作为优选，未经热量回收的气相物料冷凝后的冷凝液中，溶剂回收塔回流液与新鲜萃取溶剂的比例为(0.5～3):1。
22.作为优选，蒸汽能耗降低40％-42％，循环水消耗量降低60-65％。
23.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
24.1、本发明提出的异戊二烯精制系统的节能方法，通过异戊二烯精制系统的塔系升压改变冷凝液泡点，使其超过需要加热精馏塔釜再沸温度，将需要冷凝的塔顶气相送至需要加热的塔釜中，利用冷凝潜热加热需要气化的物料，由此既节省了塔釜气化所用热能源(蒸汽)同时节省塔顶冷凝需要的冷能源(循环水)；
25.2、本发明提出的异戊二烯精制系统的节能方法，经过升压后脱重塔塔顶气相温度高于需加热的脱轻塔塔釜液，经过升压后的溶剂回收塔气相温度高于需加热的脱重塔塔釜液，彼此产生的温度差足以完成热物料冷凝及冷物料气化所用的温差推动力，此外冷凝及气化利用了大量的潜热，此种节能方法所产生的节能效果显著；
26.3、本发明提出的异戊二烯精制系统的节能方法，利用异戊二烯精馏多塔系温差逐级升高(或降低)的趋势，将原先需要单独消耗热能源(蒸汽)及冷能源(冷却水)，集成为用异戊二烯精馏多塔换热系统，不同温位的塔顶气相与塔釜液热量交换，能量利用率高，节能效果明显；
27.4、本发明提出的异戊二烯精制系统的节能方法，蒸汽能耗降低40％-42％，循环水消耗量降低60-65％。
附图说明
28.图1为本发明实施例所提供的传统的异戊二烯精制系统结构示意图；
29.图2为本发明实施例所提供的优化后的异戊二烯精制系统结构示意图；
30.图3为本发明实施例所提供的脱重塔塔顶及塔釜温度随着压力变化的曲线。
31.以上各图中：
32.1、脱轻塔；2、脱重塔；3、溶剂回收塔；4、脱轻塔冷凝器；5、脱轻塔再沸器；6、脱重塔冷凝器；7、脱重塔再沸器；8、溶剂回收塔冷凝器；9、溶剂回收塔再沸器。
具体实施方式
33.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明实施例提供了一种异戊二烯精制系统的节能方法，所述异戊二烯精制系统包括依次设置的脱轻塔1、脱重塔2和溶剂回收塔3，所述脱轻塔1、脱重塔2和溶剂回收塔3的塔顶和塔釜分别设置冷凝器4、6、8和再沸器5、7、9，包括：
35.所述脱重塔2的塔顶压力为0.17-0.23mpag，塔顶温度为69-70℃，塔釜温度为89-90℃；溶剂回收塔3的塔顶压力为0.12-0.18mpag，塔顶温度为102-105℃，塔釜温度为129-130℃；
36.将所述脱重塔2塔顶部分需冷凝的气相物料输送至脱轻塔再沸器5中，用于为脱轻塔再沸器5提供热量，将所述溶剂回收塔3塔顶部分需冷凝的气相物料输送至脱重塔再沸器7中，用于为脱重塔再沸器7提供热量。
37.在一优选实施例中，异戊二烯精制系统的节能方法，包括以下步骤：
38.s1、来自萃取系统的粗异戊二烯进入脱轻塔1脱除碳四轻组分；
39.s2、脱除碳四轻组分的粗异戊二烯进入脱重塔2脱除二聚物重组分，得到异戊二烯产品，所述脱重塔2的塔顶压力为0.17-0.23mpag，塔顶温度为69-70℃，塔釜温度为89-90℃；
40.在上述s2步骤中，脱重塔2为板式塔，内设100-130块塔板；脱重塔2的塔顶压力具体可选取0.17mpag、0.18mpag、0.19mpag、0.20mpag、0.21mpag、0.22mpag、0.23mpag或根据实际需要选取上述范围内的任一数值均落在本发明的保护范围之内。
41.s3、来自萃取系统的待回收萃取溶剂进入溶剂回收塔3脱除水或溶剂重组分，所述溶剂回收塔3的塔顶压力为0.12-0.18mpag，塔顶温度为102-105℃，塔釜温度为129-130℃；
42.在上述s3步骤中，溶剂回收塔3为板式塔，内设30-50块塔板，溶剂回收塔3的塔顶压力具体可选取0.12mpag、0.13mpag、0.14mpag、0.15mpag、0.16mpag、0.17mpag、0.18mpag或根据实际需要选取上述范围内的任一数值均落在本发明的保护范围之内；塔顶温度具体可选取102℃、103℃、104℃、105℃或根据实际需要选取上述范围内的任一数值均落在本发明的保护范围之内。
43.其中，将所述脱重塔2塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至所述脱轻塔再沸器5中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至所述脱重塔2作为回流液；所述溶剂回收塔3塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至所述脱重塔再沸器7中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至所述溶剂回收塔3作为回流液。
44.此外，本发明实施例还对脱重塔2和溶剂回收塔3的压力、温度等关键参数进行了相关试验，并以脱重塔2为例，绘制了脱重塔2塔顶及塔釜温度随着压力变化的曲线如图3所示，呈现出正相关关系，即压力越高，温度越高。此外，将压力升高时，为了保证传热效果，加热物质需要与被加热物质保持不少于10℃的温度差，基于以上前提，对原流程做上述调整。
45.进一步地，在图3中曲线i为脱重塔2塔釜温度与压力曲线，曲线i i为脱重塔2塔顶温度与压力曲线，a为调整后的塔釜温度，b为调整后的塔顶温度，c为原设计方案的温度与压力参数，d为脱轻塔再沸器5的温度参数，e为温度差(即传热推动力)。
46.在一优选实施例中，所述脱轻塔1的塔顶压力为0.03-0.09mpag，该塔为板式塔，内设50-80块塔板，塔顶温度为44-46℃，塔釜温度为59-60℃。
47.在上述优选实施例中，脱轻塔的塔顶压力具体可选取0.03mpag、0.04mpag、0.05mpag、0.06mpag、0.07mpag、0.08mpag、0.09mpag或根据实际需要选取上述范围内的任一数值均落在本发明的保护范围之内，塔顶温度具体可选取44℃、45℃、46℃或根据实际需要选取上述范围内的任一数值均落在本发明的保护范围之内。
48.在一优选实施例中，脱重塔2塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入脱重塔冷凝器6，经冷凝后得到冷凝液，用作脱重塔回流液和异戊二烯产品。
49.在一优选实施例中，脱重塔2塔顶经热量回收的气相物料占全部气相物料比例为30％～90％。
50.在一优选实施例中，未经热量回收的气相物料经冷凝后的冷凝液中，脱重塔回流液与异戊二烯产品的比例为(4～12):1。
51.在一优选实施例中，溶剂回收塔3塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入溶剂回收塔冷凝器8，经冷凝后得到冷凝液，用作溶剂回收塔回流液和新鲜萃取溶剂。
52.在一优选实施例中，溶剂回收塔3经热量回收的气相物料占全部气相物料的比例为50％～100％。
53.在一优选实施例中，未经热量回收的气相物料冷凝后的冷凝液中，溶剂回收塔回流液与新鲜萃取溶剂的比例为(0.5～3):1。
54.在一优选实施例中，蒸汽能耗降低40％-42％，循环水消耗量降低60-65％。
55.为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的异戊二烯精制系统的节能方法，下面将结合具体实施例进行描述。
56.实施例1
57.本实施例提供了一种异戊二烯精制系统的节能方法，具体为：
58.(1)来自萃取系统的粗异戊二烯进入脱轻塔1脱除碳四轻组分，其中，脱轻塔1的塔顶压力为0.03mpag，塔顶温度为44℃，塔釜温度为59℃，塔顶设置脱轻塔冷凝器4，塔顶气相经冷凝后一分部分作为回流液返回脱轻塔1塔顶部，另一部分作为塔顶轻组分采出液，送出装置，塔釜设置脱轻塔再沸器5，用于提供塔正常运行时的上升气相；
59.(2)脱除碳四轻组分的粗异戊二烯进入脱重塔2脱除二聚物重组分，在塔顶得到异戊二烯产品，脱重塔2的塔顶压力为0.17mpag，塔顶温度为69℃，塔釜温度为89℃；
60.(3)来自萃取系统的待回收萃取溶剂进入溶剂回收塔3脱除水或溶剂重组分，溶剂回收塔3的塔顶压力为0.12mpag，塔顶温度为102℃，塔釜温度为129℃；
61.其中，将脱重塔2塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至脱轻塔再沸器5中回收
热量后得到冷凝液，并重新返回至脱重塔2作为回流液，脱重塔2塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入脱重塔冷凝器6，经冷凝后得到冷凝液，用作脱重塔回流液和异戊二烯产品；
62.溶剂回收塔3塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至脱重塔再沸器7中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至溶剂回收塔3作为回流液，溶剂回收塔3塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入溶剂回收塔冷凝器8，经冷凝后得到冷凝液，用作溶剂回收塔回流液和新鲜萃取溶剂。
63.实施例2
64.本实施例提供了一种异戊二烯精制系统的节能方法，具体为：
65.(1)来自萃取系统的粗异戊二烯进入脱轻塔1脱除碳四轻组分，其中，脱轻塔1的塔顶压力为0.09mpag，塔顶温度为46℃，塔釜温度为60℃，塔顶设置脱轻塔冷凝器4，塔顶气相经冷凝后一分部分作为回流液返回脱轻塔1塔顶部，另一部分作为塔顶轻组分采出液，送出装置，塔釜设置脱轻塔再沸器5，用于提供塔正常运行时的上升气相；
66.(2)脱除碳四轻组分的粗异戊二烯进入脱重塔2脱除二聚物重组分，在塔顶得到异戊二烯产品，脱重塔2的塔顶压力为0.23mpag，塔顶温度为70℃，塔釜温度为90℃；
67.(3)来自萃取系统的待回收萃取溶剂进入溶剂回收塔3脱除水或溶剂重组分，溶剂回收塔3的塔顶压力为0.18mpag，塔顶温度为105℃，塔釜温度为130℃；
68.其中，将脱重塔2塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至脱轻塔再沸器5中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至脱重塔2作为回流液，脱重塔2塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入脱重塔冷凝器6，经冷凝后得到冷凝液，用作脱重塔回流液和异戊二烯产品；
69.溶剂回收塔3塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至脱重塔再沸器7中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至溶剂回收塔3作为回流液，溶剂回收塔3塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入溶剂回收塔冷凝器8，经冷凝后得到冷凝液，用作溶剂回收塔回流液和新鲜萃取溶剂。
70.实施例3
71.本实施例提供了一种异戊二烯精制系统的节能方法，具体为：
72.(1)来自萃取系统的粗异戊二烯进入脱轻塔1脱除碳四轻组分，其中，脱轻塔1的塔顶压力为0.06mpag，塔顶温度为45℃，塔釜温度为59℃，塔顶设置脱轻塔冷凝器4，塔顶气相经冷凝后一分部分作为回流液返回脱轻塔1塔顶部，另一部分作为塔顶轻组分采出液，送出装置，塔釜设置脱轻塔再沸器5，用于提供塔正常运行时的上升气相；
73.(2)脱除碳四轻组分的粗异戊二烯进入脱重塔2脱除二聚物重组分，在塔顶得到异戊二烯产品，脱重塔2的塔顶压力为0.20mpag，塔顶温度为69℃，塔釜温度为89℃；
74.(3)来自萃取系统的待回收萃取溶剂进入溶剂回收塔3脱除水或溶剂重组分，溶剂回收塔3的塔顶压力为0.15mpag，塔顶温度为103℃，塔釜温度为130℃；
75.其中，将脱重塔2塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至脱轻塔再沸器5中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至脱重塔2作为回流液，脱重塔2塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入脱重塔冷凝器6，经冷凝后得到冷凝液，用作脱重塔回流液和异戊二烯产品；
76.溶剂回收塔3塔顶部分需冷凝的气相物料经管路输送至脱重塔再沸器7中回收热量后得到冷凝液，并重新返回至溶剂回收塔3作为回流液，溶剂回收塔3塔顶剩余部分未经热量回收的气相物料进入溶剂回收塔冷凝器8，经冷凝后得到冷凝液，用作溶剂回收塔回流液和新鲜萃取溶剂。
77.对比例1
78.本对比例提供了一种传统异戊二烯的精制方法，具体为：
79.(1)粗异戊二烯自萃取系统来，首先进入脱轻塔1(该塔为板式塔，内设50-80块塔板)脱除粗异戊二烯中微量碳四轻组分，塔顶操作压力为0.03-0.09mpag，温度为44-46℃，塔顶设置脱轻塔冷凝器4，塔顶气相经冷凝后一分部分作为回流液返回脱轻塔1塔顶部，一部分作为塔顶轻组分采出液，送出装置，塔釜设置脱轻塔再沸器5，用于提供塔正常运行时的上升气相；
80.(2)经脱轻塔1脱除轻组分的粗异戊二烯送至脱重塔2(该塔为板式塔，内设100-130块塔板)脱除粗异戊二烯中的少量二聚物重组分，塔顶操作压力为0.05-0.11mpag，温度为50-51℃，在塔顶得到异戊二烯产品，脱重塔2顶设置脱重塔冷凝器6，塔顶气相经冷凝后一分部分作为回流液返回脱重塔2塔顶部，一部分作为塔顶异戊二烯产品送出装置，塔釜设置脱重塔再沸器7，用于提供塔正常运行时的上升气相；
81.(3)自萃取系统来的待回收精制的萃取溶剂，进入溶剂回收塔3(该塔为板式塔，内设30-50块塔板)脱除溶剂中水或溶剂重组分，塔顶操作压力为0.01-0.05mpag，温度为78-80℃，塔顶气相经冷凝后一分部分作为回流液返回溶剂回收塔3顶部，一部分作为新鲜萃取溶剂返回萃取系统,溶剂回收塔3塔设置溶剂回收塔冷凝器8，塔顶气相经冷凝后一分部分作为回流液返回溶剂回收塔3塔顶部，一部分作为塔顶回收的溶剂返回萃取系统继续使用，塔釜设置溶剂回收塔再沸器9，用于提供塔正常运行时的上升气相。
82.性能测试
83.本发明依照实施例1-3和对比例所述的方法分别进行了异戊二烯精制，并对所得异戊二烯和回收溶剂进行质量比对，具体如下：
84.表1对比例1传统异戊二烯精制方法的用能参数
[0085][0086]
表2对比例1传统异戊二烯精制方法所得异戊二烯和回收溶剂质量
[0087][0088]
表3实施例1-3改良后异戊二烯精制系统的节能方法用能参数
[0089][0090]
表4实施例1-3改良后异戊二烯精制系统的节能方法所得异戊二烯和回收溶剂质量
[0091][0092]
基于上述实验结果，首先从异戊二烯和回收溶剂产品质量角度分析，与对比例1所提供的传统异戊二烯精制方法相比，利用本发明所提供的新型节能方法制备得到的异戊二烯以及回收溶剂的产品质量与对比例1保持一致，可见，本发明所提供的新型节能方法完全满足塔生产分离的要求。
[0093]
其次，从节能角度分析，与对比例1所提供的传统异戊二烯精制方法相比，在保证各塔分离效果，产品质量与传统流程一致的前提下，本发明所提供的节能方法能显著降低能量消耗，具体数据如下：
[0094]
(1)热能量(蒸汽)降低：(13.52～27.05)-(7.99～15.98)/13.52～27.05＝40.9％
[0095]
(2)冷能量(循环水)降低：(571～1142)-(223～446)/571～1142＝61.0％
[0096]
由上述数据可知，利用本发明所提供的节能方法的热能量以及冷能量降低量非常客观，节能效果十分明显。
[0097]
最后，从经济效益出发，本发明所提供的新型节能方法在与传统精制方法相比固定资产投资基本无变化的基础上，每年节省能量消耗产值约为1190～2381万元。