用于前脱丙烷乙烯流程中碳三、碳四和碳五的完全能量耦合分离系统及操作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于前脱丙烷乙烯流程中碳三、碳四和碳五的完全能量耦合分离系统及分离方法。针对原料中Ｃ４组分含量较多，即原料中Ｃ４组分含量分别大于Ｃ３和Ｃ５＋组分的情况，将前脱丙烷乙烯流程中低压脱丙烷塔和脱丁烷塔进行完全能量集成，在一个隔板塔中完成完全能量耦合精馏塔分离，或通过热力学等价的完全能量耦合精馏塔序列完成分离。从而可以减少流程中换热器的数量，显著降低该混合物分离过程的设备投资和能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精馏
，特别是涉及一种用于前脱丙烷乙烯流程中碳三、碳四和碳五的完全能量耦合分离系统及操作方法，可实现碳三、碳四及碳五馏分在一个具有完全能量耦合的精馏塔或精馏塔序列中完成分离，可以显著降低该混合物分离过程的设备投资和能耗。
技术介绍
在前脱丙烷乙烯流程(G. M. Clancy and R. W. Townsend， Ethylene PlantFractionation, Chemical Engineering Progress, 1971， 67 (2) :41-44)生产过禾呈中，裂角牟气经过急冷、压縮、碱洗、干燥后，再经深冷进入高压脱丙烷塔，在提馏段乙烷及更轻组分与其它重组分分离，重组分在塔底液相流股中主要为碳三、碳四及碳五组分。该碳三、碳四及碳五组分混合物进入低压脱丙烷塔，塔顶将碳三脱除，塔底的碳四及碳五混合物进入脱丁烷塔。脱丁烷塔塔顶得到碳四混合物，塔底为碳五混合物。上述流程中，低压脱丙烷塔和脱丁烷塔均采用传统精馏塔，每个塔分别需要一个冷凝器和一个再沸器，分离过程采用先分离轻组分再分离重组分的直接分离序列结构。 目前国内外对具有能量耦合的精馏塔(隔板塔)的研究较多，专利US1915681比较早的提出应用完全能量耦合隔板塔对石油裂化产物进行分离；专利US2471134应用完全能量耦合隔板塔对甲烷、乙烷、丙烷、丁烷进行了分离；专利US5339648 (CN1099472)使用完全能量耦合隔板塔设计了空气分离流程；专利CN1385408A应用完全能量耦合隔板塔设计了 a ， P-不饱和高碳醇的制备及分离流程;专利US7169267B3(CN1469765A)针对C5+切取馏分蒸馏分离提出了用完全能量耦合隔板塔的方法及装置；其他应用完全能量耦合隔板塔进行化合物分离的专利还有CN1169421、 US6387222B1、 US6417420B1、US654907B1、 CN1427832A、 US6726835B2、 US6762334B1、 CN1474794A、 CN1484627A、US6846389B2、 US6887434B2、 US7132038B2、 CN1867539A、 CN1582266A、 CN1609093A、CN1678600A、 CN1288141A、 CN1789223A、 CN1809520A、 CN1845890A、 CN1896047A、US7211701B2、 CN1918090A、 CN101006073A、 CN101244982、 CN101298412A、 CN101328119A、US7329330B2 (CN1484627A) 、 CN101357887、 CN101367723A、 CN101367724A、 CN10136773A、CN101417930A。对能量耦合隔板塔进行内部结构设计的专利有US5785819、 US5914012、US5902460、 US6250106B1、 US6645350B1、 US7234691B2。 专利US4230533、 US6551465B1、US6558515B1、 US7267746B1对能量耦合隔板塔进行了控制设计。专利CN1609107A、CN101362692A、 CN101367710A、 CN101516830A、 US6291734B1应用具有间接序列结构的部分能量耦合精馏塔进行分离操作。此外，专利CN1723065A和CN101028987应用直接序列结构部分能量耦合精馏塔进行了萃取分离。以上有关能量耦合隔板塔应用于实际工业乙烯流程中产品分离的，只有专利US6291734，其对乙烯流程中碳三、碳四及碳五的分离做了能量耦合精馏的设计，但该工艺仅应用了间接分离序列结构的部分能量耦合精馏塔。而该种间接分离序列结构只有当原料中(V组分含量较多时才具有节能优势。否则直接分离序列的部 分能量耦合结构或全部能量耦合结构会更有优势。
技术实现思路
本专利技术针对前脱丙烷乙烯流程中低压脱丙烷塔和脱丁烷塔，对进料组成中C4组分 含量较多的状况，给出了完全能量耦合精馏塔或与之热力学等价的完全能量耦合的精馏塔 序列完成分离任务，以适应实际工业生产状况的需要。 本专利技术的技术方案如下 本专利技术的用于前脱丙烷乙烯流程中碳三、碳四和碳五完全能量耦合的分离系统， 针对原料中C4组分含量较多，即原料中C4组分含量分别大于C3和C5+组分含量的情况，将 低压脱丙烷塔和脱丁烷塔进行完全能量集成，在一个隔板塔中完成完全能量耦合精馏塔分 离，或通过热力学等价的完全能量耦合精馏塔序列完成分离。 本专利技术的在一个隔板塔6中完成完全能量耦合精馏塔分离的系统是隔板塔6内 分为4个区域，塔内设置有一垂直壁5，将塔分成四个区域，区域l、区域2(包括区域2a和 2b)、区域3和区域4 ;区域1是指进料一侧，从垂直壁5上端对应的塔板处至垂直壁下端对 应的塔板处；区域2a是指侧线采出一侧，从垂直壁5上端对应的塔板处至侧线采出的塔板 处；区域2b是指侧线采出一侧，从侧线采出的塔板处至垂直壁5下端对应的塔板处，区域 2a和区域2b共同构成区域2 ;区域3是指从塔顶第一块板至垂直壁5上端对应的塔板处； 区域4是指垂直壁5下端对应的塔板处至塔底最后一块塔板处。原料从区域1的塔板处进 料，区域1实现C3和C5+组分的分离；区域3和区域2a实现C3和C4组分的分离，C3组分从 区域3塔顶部采出；区域2b和区域4实现C4组分和C5+组分的分离，C4组分从区域2经侧 线11采出，C5+组分从区域4的塔底部采出；隔板塔6塔顶设有一个冷凝器8用于区域3流 出的气相物流冷凝，冷凝器8连接有回流罐9，为区域3提供回流液及塔顶产品，塔底设有一 个再沸器12用于为全塔提供上升蒸汽。 完全能量耦合精馏塔分离系统的操作方法是，隔板塔塔顶操作压力为0. 520 0. 720MPa，区域3的塔板数为10 25，顶部温度-6. 0 5. 0，回流比5. 0 9. 0 ;区域1和区域2的塔板数分别为15 30，区域4的塔板数为25 35 ;进料位置为区域1的第8 15块塔板处，C4组分采出位置为区域2的第3 6块塔板处。 通过热力学等价的完全能量耦合精馏塔序列完成分离的系统有多种形式，本专利技术 采用如下设计系统 用通过气、液相流股相互连接的两个完全能量耦合精馏塔替代隔板塔，即预分馏 塔18和主精馏塔19 ;仅有主精馏塔19设有塔顶冷凝器8和塔底再沸器12，塔顶冷凝器8 连接有回流罐9 ;原料从预分馏塔18进料，塔顶采出一气相流股14、塔底采出液相流股17 分别进入主精馏塔19相应的两个进料板，同时由主精馏塔19相应的两个进料板位置分别 采出液相流股15和气相流股16作为预分馏塔18的塔顶回流和塔底上升蒸汽。预分馏塔 18作为区域1实现C3与C5+组分的分离；主精馏塔19塔顶第一块板至该塔上端进料板处为 区域3，主精馏塔19上端进料板至侧线11产品采出位置为区域2a，区域3和区域2a实现 C3和C4组分的分离，C3组分从区域3塔顶部采出；主精馏塔19侧线11产品采出位置至下 端进料板为区域2b，主精馏塔19下端进料板至塔底最后一块塔板为区域4，区域2b和区域4实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于前脱丙烷乙烯流程中碳三、碳四和碳五的完全能量耦合分离系统，针对原料中Ｃ↓［４］组分含量较多，即原料中Ｃ↓［４］组分含量分别大于Ｃ↓［３］和Ｃ↓［５＋］组分的情况，其特征是将低压脱丙烷塔和脱丁烷塔进行完全能量集成；在一个隔板塔中完成完全能量耦合精馏塔分离；或通过热力学等价的完全能量耦合精馏塔序列完成分离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗祎青，袁希钢，龚超，余爱平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]