專利名稱：一種采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法
技術領域：
本發明涉及石油化工領域，進一步地說，是涉及一種采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法。
背景技術：
碳五(簡稱⑶)餾分是石油化工煉油裝置、催化裂化裝置以及重質烴原料蒸氣裂解制乙烯過程中產生的副產物，碳五餾分中利用價值較高且含量較多的組分為異戊二烯 (IP)、環戊二烯(CPD)和間戊二烯(PD)，裂解碳五餾分中三者約占40% 60%。這些雙烯烴由于其特殊的分子結構，化學性質活潑，可以合成許多重要的高附加值產品，如香料、涂料、樹脂、合成橡膠，醫藥、農藥等，是化工利用的寶貴資源。隨著石油化工的發展，乙烯生產裝置大型化，副產碳五餾分加工利用的經濟效益和社會效益更是日益凸顯。然而，碳五餾分組成復雜，有二三十個沸點相近的組分，彼此之間又易形成二元及三元共沸物，加之碳五雙烯烴易于聚合，采用普通精餾的方法難以得到高純度高收率的產品，當前世界各國的主流工藝都是選擇萃取精餾方法進行碳五餾分的分
1 O目前國內外裂解碳五餾分分離均采用兩段萃取精餾的方法獲得聚合級異戊二烯產品，其中一個萃取系統完成碳五單烯烴、烷烴和碳五雙烯烴的分離，另一個萃取系統將異戊二烯物料中炔烴和環戊二烯除去，得到聚合級異戊二烯產品。萃取溶劑主要采用二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(ACN)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。國內僅有的一套2. 5萬噸/年碳五分離裝置亦采用兩段萃取精餾法，采用二甲基甲酰胺為萃取溶劑，這套裝置是我國自行研究建立的。圖1所示為典型的采用DMF兩段萃取精餾工藝的碳五餾分分離方法的工業實驗裝置流程圖，共包括5個單元，即原料預處理單元、第一萃取精餾單元、第二萃取精餾單元、間戊二烯和雙環戊二烯精制單元以及溶劑精制單元。預處理單元包括預脫輕、二聚反應、預脫重三部分。碳五餾分原料在預脫輕塔T-101中脫除原料中大部分炔烴等低沸點組分，然后進入二聚反應器R-101，原料中的大部分環戊二烯二聚為雙環戊二烯，由二聚反應器導出的原料進入預脫重塔T-102將雙環戊二烯、間戊二烯與異戊二烯初步分離。預脫重塔塔頂物料進入第一萃取精餾塔T-201，第一萃取精餾塔塔頂分離出碳五烷烴和單烯烴，塔釜溶解有異戊二烯的溶劑進入第一汽提塔T-202，溶劑解析后返回第一萃取精餾塔。解析出的異戊二烯、間戊二烯和環戊二烯等碳五餾分物料進入脫重塔T-203，在此異戊二烯進一步脫除環戊二烯和間戊二烯。脫重塔塔頂導出的粗異戊二烯則進入第二萃取精餾塔T-301，脫除少量的環戊二烯和異戊烯炔，第二萃取精餾塔塔釜導出的溶劑在第二汽提單元T-302得到解析后循環使用。第二萃取精餾塔塔頂的異戊二烯進入脫輕塔T-303進一步精制脫除丁炔-2得到聚合級異戊二烯產品。自預脫重塔和脫重塔塔釜采出的物料被送往間戊二烯和雙環戊二烯精制單元進行分離精制。在萃取精餾過程中需要抽出部分溶劑到溶劑精制單元進行精制以確保萃取精餾(尤其是二萃)的效果。
兩段萃取精餾工藝流程較長，操作復雜困難；萃取劑消耗量較大，需進行汽提回收，能耗高；萃取精餾塔設備龐大，設備投資大，操作費用高；分離過程中異戊二烯和間戊二烯由于二聚反應損失較多。為改進兩段萃取精餾工藝，科研人員開展了大量的研究工作。CNl 160033A所公開的將裂解C5餾分中的C5雙烯烴與其他的烷烴、烯烴等組分進行分離的工藝方法，其特點在于，在C5餾分進行萃取分離前，通過精餾首先將異戊烯烴、丁炔-2等炔烴脫除，使整個的C5分離工藝排除了炔烴爆炸的危險性，保證安全生產，減少了后序工藝的處理負荷以及萃取溶劑的使用量，提高整個生產流程的處理能力。CN1160034A所公開的將C5裂解餾分中的C5雙烯烴與其它的烷烴、烯烴等組分進行分離的工藝方法，其特點在于，在第一萃取系統內至少設置兩個汽提塔來脫除萃取系統中的水和二聚體，提高了循環溶劑的質量，能夠避免二聚物和水的局部累積，改善了解析塔的操作，保證了整個分離工藝的正常穩定。CN101108782A所公開的裂解碳五餾分中雙烯烴的分離方法，通過采用先將原料碳五餾分中異戊二烯與環戊二烯分離，環戊二烯進入熱二聚反應器生成雙環戊二烯而與間戊二烯分離的技術方案，用以解決二聚過程中異戊二烯和環戊二烯的聚合損失問題。在兩段萃取精餾碳五餾分分離工藝流程中，兩個萃取精餾單元(塔)是最為關鍵的部分，它對于碳五雙烯烴的最終收率，產品純度乃至整個裝置的處理量和能量消耗會產生很大影響，是整個碳五分離流程的靈魂所在。上述專利文獻從多種角度對兩段萃取精餾工藝流程進行改進和提高，但對萃取精餾單元(塔)本身的升級和改進卻鮮有涉及。現實情況是，萃取精餾相比于常規精餾而言，液相(萃取溶劑)循環量很大，萃取精餾塔和汽提塔的液相負荷很大，使得整個萃取精餾單元的能量消耗十分驚人；同時萃取精餾塔的塔板效率卻很低，僅為30-40%，為達到分離要求，需要的塔板數很多，在實際中通常是采用多塔串聯的方式實現目標組分的分離。整個流程中所需設備眾多，體積龐大，且操作復雜。兩段萃取精餾工藝中另一大問題碳五餾分在萃取精餾塔中(尤其是第二萃取精餾塔)的聚合。由于第二萃取精餾塔體系溫度高，進料中粗異戊二烯物料純度已達95%以上，碳五餾分在第二萃取精餾塔中停留時間較長而導致碳五餾分高溫聚合，所造成的異戊二烯的損失十分嚴重；同時聚合產物與溶劑體系作用所產生的黑渣子會造成塔板堵塞，極大地降低了塔板效率，當阻塞嚴重時需要停車清洗。總體上說，現有碳五分離兩段萃取精餾流程存在能耗高、溶劑消耗量大、萃取精餾流程易產生黑渣子、環境污染嚴重、運行維護成本高，操作復雜等缺點，因此對現有萃取精餾單元進行優化升級和技術改造就顯得非常必要，極具現實意義。

發明內容
為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法。針對現有碳五分離流程中萃取精餾單元存在的問題進行了改進和優化， 提高了異戊二烯產品的產量和收率，降低了能耗。超重力技術是70年代末英國帝國化學公司(ICI)提出的一項強化分離過程的專利，超重力機是利用超重力場(離心力場)強化三傳一反化工過程的新型設備。英文名稱Higee，也稱旋轉填充床，Rotating Packed Bed，縮寫 RPB。超重力技術利用旋轉產生的離心力模擬超重力場環境，極大地強化氣液間的接觸，增強傳質和反應效率，從而大幅度減小設備體積，降低設備投資，是一種典型的過程強化技術。超重力技術既可用于傳質分離過程，又可用于復相反應過程。它所處理的介質多種多樣，根據不同需要可以是氣-液兩相也可以是液-液兩相，還可以是氣-液-固三相， 可以是并流、逆流或錯流操作。與傳統的塔式設備相比超重力顯示出其獨特的優勢，即1.傳質強度高，可大幅度地減小設備體積，降低設備投資；2.停留時間短，適用于熱敏性物料的處理和選擇性吸收；3.不怕震動和傾斜，適用于在活動場所，如海上石油平臺上使用；4.不易起泡以及較高的離心力，適用于處理表面活性物質和高粘性物質；5.持液量小，適用于處理貴重物質；6.泛點高，適用于大氣量、高氣速的場合；7.填料不易堵塞，適用于處理含固體顆粒或雜質的體系；8.用于處理腐蝕性介質時，可大大節省價格昂貴的耐腐蝕材料；9.開停車容易，可在數分鐘內達到穩定狀態。本發明的目的是提供一種采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法。其中一段萃取精餾和二段萃取精餾采用超重力萃取精餾裝置進行萃取精餾，即用超重力萃取精餾裝置替代現有技術中的第一萃取精餾塔和第二萃取精餾塔；超重力萃取精餾裝置包括超重力精餾段、超重力提餾段和溶劑回收段；超重力精餾段和超重力提餾段由超重力機完成；溶劑回收段由超重力機或氣液分離裝置完成，優選由超重力機完成；所述方法包含以下步驟(1)氣相物料與來自超重力提餾段的蒸汽混合后在超重力精餾段與萃取劑逆流接觸；(2)萃取后的氣相物料進入溶劑回收段，氣相物料中夾帶的萃取劑被回收；(3)從溶劑回收段導出的物料，一部分進入后續程序，一部分經冷凝后進入溶劑回收段；(4)回收段的萃取劑與來自溶劑泵的萃取劑混合后依次進入超重力精餾段和超重力提餾段；(5)超重力提餾段液體出口導出的溶劑物料一部分進入后續溶劑汽提裝置；一部分經再沸器再沸后為超重力提餾段提供上升蒸汽。其中所述超重力精餾萃取裝置壓力為0. 1 0. 4MPa，超重力提餾段再沸器溫度為 100 135°C，超重力萃取裝置的回流比為3 9，萃取劑與碳五物料的流量比為2 5 ；所述超重力提餾段中超重力機轉子轉速為450 1200r · mirT1，超重力精餾段中超重力機轉子轉速為400 1200r · mirT1，溶劑回收段中超重力機轉子轉速為400 600r · mirT1 ；為提高萃取效果，超重力精餾段和超重力提餾段的超重力機可以2 5臺串聯；以上所述的超重力機優選填料為絲網填料，空隙率為90% 98%，比表面積為200m2 · πΓ3 5000m2 · πΓ3。具體方案如下圖2所示為本發明中的超重力萃取精餾裝置，用以取代圖1中的第一萃取精餾塔 Τ-201和第二萃取精餾塔Τ-301，在本發明中，除萃取精餾塔外其余流程部分均不做任何改變，同圖1所示。下面結合圖2并以第二萃取精餾部分為例，具體說明超重力萃取精餾的實現過程。同普通精餾塔一樣，超重力精餾也分為提餾段和精餾段，對萃取精餾而言，考慮到增加了一個萃取過程，超重力萃取精餾裝置也相應的需要增加一個萃取劑回收單元。來自脫重塔塔頂的粗異戊二烯氣相進入超重力精餾段RPB-I氣體入口端，在填料中與高度分散、比表面不斷破碎更新的萃取溶劑逆流接觸，在此過程中，粗異戊二烯物料中環戊二烯和異戊烯炔不斷的被萃取精餾到萃取劑中，氣相中異戊二烯濃度得到一步步提升。同理，在超重力提餾段RPB-2部分，含有異戊二烯物料的萃取溶劑與來自再沸器 Η-101的蒸汽逆流接觸，在此過程中，萃取溶劑中的異戊二烯不斷氣化向氣相中轉移，萃取溶劑中的環戊二烯和異戊烯炔濃度則得到提升。在萃取精餾過從中，可能有少量萃取溶劑被氣相夾帶而出，考慮到此種情況，本發明中增加了溶劑回收段RPB-3，確保經過二萃的異戊二烯餾分不含萃取溶劑。該段即可由超重機完成，也可通過常規的氣液分離裝置完成，在本發明中前者為優選，后者可作為備選使用。從溶劑回收單元導出的物料一部分進入脫輕塔脫Τ-303除丁炔-2后即可得到聚合級異戊二烯產品，另一部分經C-101冷凝后進入溶劑回收單元作為整個萃取精餾裝置的回流使用。由超重力提餾段液體出口導出的溶劑物料一部分進入后續溶劑汽提裝置解析環戊二烯和異戊烯炔，同時回收溶劑；一部分進入再沸器Η-101為超重力提餾段提供上升蒸汽。本發明中設計超重力萃取精餾裝置工藝壓力為0. 1 0. 4MPa，提餾段再沸器溫度為100 135°C，超重力萃取裝置的回流比為3 9，萃取劑與碳五物料的流量比為2 5。提餾段超重力機轉子轉速為450 1200r · mirT1，精餾段超重力機轉子轉速為 400 1200r · mirT1，溶劑回收單元超重力機轉子轉速為400 600r · mirT1。擴展地，提餾段和精餾段單元根據轉速和轉子半徑不同可由2 5臺不等的超重力機串聯實現，即每一邏輯單元在物理上可以由多臺超重力機靈活組合。上述三部分超重力機所用的填料型號相同，均為絲網填料，空隙率為90% 98%，比表面積為 200m2 · πΓ3 5000m2 · πΓ3。在本發明中，萃取劑可以選擇碳五萃取精餾領域所使用的任何溶劑，如DMF、NMP, ACN 等。本發明與現有兩段法碳五餾分分離流程相比，具有以下優點1、超重力技術應用于萃取精餾領域，這一過程強化了傳質和傳熱，不僅可以同傳統塔器一樣實現分離純化功能，而且較傳統塔器而言具有更高的氣液比(碳五物料/萃取劑)，因此在萃取劑流量不變的條件下原料的處理量更大，或者說進料量不變的情況下萃取劑的用量(循環量)可大大降低，降低萃取精餾過程和汽提過程的能量消耗，達到節能降耗、降低生產運營成本的目的。2、在整個萃取精餾過程中，氣液在高溫的超重力場中的接觸時間或者說停留時間很短，碳五餾分的二聚反應得到極大抑制，解決了黑渣子問題，使整個碳五分離流程的運行穩定性得到明顯提升，提高了異戊二烯產品的產量和收率，同時溶劑汽提單元和溶劑精制單元操作和運行的苛刻度大大降低，能耗明顯降低。


圖1傳統的碳五餾分萃取精餾流程2本發明所述的超重力萃取精餾裝置圖附圖標記說明T-101預脫輕塔；R-101 二聚反應器；T-102預脫重塔；T-201第一萃取精餾塔； T-202第一汽提單元；T-203脫重塔；T-301第二萃取精餾塔；T-303脫輕塔；T-302第二汽提單元；T-401碳五蒸出塔；T-402間戊二烯精制塔；T-403雙環戊二烯精制塔；E-501溶劑再生塔；V-501焦質稀釋塔；T-501溶劑精制塔RPB-I超重力精餾段；RPB-2超重力提餾段； RPB-3溶劑回收段；P-101溶劑泵；C-101冷凝器；H-101再沸器
具體實施例方式下面結合實施例，進一步說明本發明。實施例結合圖1、圖2進行具體說明。實施例中用超重力萃取精餾裝置取代現有技術中的萃取精餾塔，具體由超重力萃取精餾裝置一段取代第一萃取精餾塔T-201，超重力萃取精餾裝置二段取代第二萃取精餾塔 T-301 ；原料碳五餾分首先進入預脫輕塔T-101，大部分炔烴、碳四和異戊烷等組分從預脫輕塔T-101頂脫除，塔釜采出物料送往二聚反應器R-101。預脫輕塔T-101塔板數為90，回流比為18，控制預脫輕塔T-101塔頂異戊二烯含量不超過1%。自預脫輕塔T-101塔釜采出物料在二聚反應器R-101中進行二聚反應，物料中的環戊二烯轉化為雙環戊二烯，反應壓力控制在1.2MPa，反應溫度86°C，控制環戊二烯轉化率達到90-95%。碳五餾分經二聚反應后進入預脫重塔T-102，從塔釜采出脫除雙環戊二烯、間戊二烯等重組分，從塔頂采出異戊二烯物料，預脫重塔T-102塔板數為90，塔頂回流比為10，控制間戊二烯、環戊二烯和雙環戊二烯塔釜收率不低于90%，異戊二烯收率大于95%。來自預脫重塔T-102塔頂的物料進入超重力萃取精餾裝置一段，于超重力精餾段氣體出口端脫除碳五烷烴和單烯烴組分，含有異戊二烯的溶劑由超重力提餾段液體出口端采出后進入第一汽提單元T-202解析出碳五餾分。控制萃取精餾裝置一段的回流比為3，萃取劑與碳五物料的流量比4，超重力萃取精餾裝置一段的塔板數為120，操作壓力為0. 2MPa，超重力提餾段再沸器的溫度110°C，精餾段、提餾段超重力機轉子轉速為650r · mirT1，溶劑回收段采用的是超重力機，轉子轉速為600r · mirT1，精餾段、提餾段和溶劑回收段超重力機所用的填料型號相同，均為絲網填料，空隙率為93%，比表面積為 900m2 · πΓ3。第一汽提單元Τ-202塔板數為45，塔內壓力為0. 02MPa，塔釜溫度150°C，回流比 2。由第一汽提單元T-202塔頂解析出的碳五餾分進入脫重塔T-203，塔釜分離出含間戊二烯、雙環戊二烯等重組分的物料。脫重塔T-203塔板數為120，塔內壓力為0. 2MPa, 回流比為15，控制脫重塔T-203塔頂異戊二烯收率不低于97%，塔釜間戊二烯、雙環戊二烯收率達98-99%。脫重塔T-203塔頂物料進入超重力萃取精餾裝置二段，脫除少量的環戊二烯和炔烴后由超重力精餾段氣體出口端采出，由超重力提餾段液體出口端采出的含環戊二烯和炔烴的溶劑進入第二汽提單元T-302解析后循環使用。超重力萃取精餾裝置二段塔板數為 130，操作壓力為0. 2MPa,回流比為5，超重力提餾段再沸器的溫度125°C，萃取劑與碳五物料的流量比為3，精餾段、提餾段超重力機轉子轉速為650r · mirT1，溶劑回收段采用的是超重力機，轉子轉速為600r mirT1，精餾段、提餾段和溶劑回收段超重力機所用的填料型號相同，均為絲網填料，空隙率為93%，比表面積為900m2 · m_3。第二汽提塔T-302 常壓汽提部分塔板數為40，塔釜溫度為150°C，回流比為4 ；減壓汽提部分塔板數為40，塔釜溫度為90°C，回流比45。經超重力萃取精餾裝置二段采出的物料進入脫輕塔T-303脫除輕組分，在塔釜側線處得到聚合級異戊二烯，純度為99. 5%。脫輕塔T-303塔板數為110，塔內壓力為0. 2MPa, 塔頂回流比為50，塔釜溫度為70°C。間戊二烯精制單元T-402、雙環戊二烯精制單元T-403以及溶劑精制部分與我國現有碳五餾分分離裝置大體相同，在此不具體敘述，這部分設備可不放入主流程中，本領域科研人員可根據具體情況進行設計計算。表1聚合級異戊二烯產品組成
權利要求
1.一種采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于所述方法中一段萃取精餾和二段萃取精餾采用超重力萃取精餾裝置進行萃取精餾。
2.如權利要求1所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于 所述超重力萃取精餾裝置包括超重力精餾段、超重力提餾段和溶劑回收段；所述超重力精餾段和超重力提餾段由超重力機完成； 所述溶劑回收段由超重力機或氣液分離裝置完成。
3.如權利要求2所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于 所述溶劑回收段由超重力機完成。
4.如權利要求1 3之一所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，包含以下步驟(1)氣相物料與來自超重力提餾段的蒸汽混合后在超重力精餾段與萃取劑逆流接觸；(2)萃取后的氣相物料進入溶劑回收段，氣相物料中夾帶的萃取劑被回收；(3)從溶劑回收段導出的物料，一部分進入后續程序，一部分經冷凝后進入溶劑回收段；(4)回收段的萃取劑與來自溶劑泵的萃取劑混合后依次進入超重力精餾段和超重力提餾段；(5)超重力提餾段液體出口導出的溶劑物料一部分進入后續溶劑汽提裝置；一部分經再沸器再沸后為超重力提餾段提供上升蒸汽。
5.如權利要求4所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于 所述超重力精餾萃取裝置壓力為0. 1 0. 4MPa,超重力提餾段再沸器溫度為100 135°C，超重力萃取裝置的回流比為3 9，萃取劑與碳五物料的流量比為2 5。
6.如權利要求4所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于 所述超重力提餾段中超重力機轉子轉速為450 1200r · mirT1，超重力精餾段中超重力機轉子轉速為400 1200r · mirT1。
7.如權利要求3所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于 所述溶劑回收段中超重力機轉子轉速為400 600r · mirT1。
8.如權利要求4所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于 所述超重力精餾段和超重力提餾段的超重力機為2 5臺串聯。
9.如權利要求5 8之一所述的采用超重力萃取精餾裝置的碳五餾分分離方法，其特征在于所述超重力機的填料為絲網填料，空隙率為90% 98%，比表面積為200m2 · m_3 5000m2 · πΓ3。
全文摘要
本發明公開了一種采用超重力萃取精餾裝置分離碳五餾分的方法。其中一段萃取精餾和二段萃取精餾采用超重力萃取精餾裝置進行萃取精餾，該裝置包括超重力精餾段、超重力提餾段和溶劑回收段；(1)氣相物料與來自超重力提餾段的蒸汽混合后在超重力精餾段與萃取劑逆流接觸；(2)萃取后的氣相物料進入溶劑回收段；(3)從溶劑回收段導出的物料一部分進入后續程序，一部分經冷凝后進入溶劑回收段；(4)回收段的萃取劑與來自溶劑泵的萃取劑混合后依次進入超重力精餾段和超重力提餾段；(5)超重力提餾段液體出口導出的溶劑物料一部分經再沸器再沸后為超重力提餾段提供上升蒸汽。本發明所述方法可以提高了異戊二烯產品的產量和收率，降低能耗。
文檔編號C07C7/08GK102485708SQ20101057176
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者張文勝, 戴偉, 曾東, 李振虎, 李文銘, 郝國鈞 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院