一种四塔三效分离提纯正丁烷的工艺方法及其装置
阅读说明：本技术 一种四塔三效分离提纯正丁烷的工艺方法及其装置 (Process method and device for separating and purifying n-butane through four-tower three-effect separation ) 是由 张兵 王志亮 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种四塔三效分离提纯正丁烷的工艺方法,分别由脱轻塔,高压脱中间沸点塔,中压脱中间沸点塔和脱重塔组成；中压脱中间沸点塔接有三个再沸器,其中一个再沸器接受外来热源,其余再沸器以高压脱中间沸点塔和脱重塔塔顶气相为热源；脱轻塔塔顶采出轻组分,塔釜采出分别进入高、中压脱中间沸点塔,通过调整进入高、中脱中间沸点塔的物料比实现能量匹配；通过调整高、中压脱中间沸点塔和脱重塔的压力,使高压脱中间沸点塔与脱重塔塔顶采出的气相温度与中压脱中间沸点塔再沸器温度形成温差,通过温差控制,使既满足传热需求又减小换热面积。采用本发明工艺设备成本低,操作安全,并能有效降低能耗,实现能源的多效利用。(The invention discloses a process method for separating and purifying n-butane by four-tower triple effect, which respectively comprises a light component removing tower, a high-pressure middle boiling point removing tower, a medium-pressure middle boiling point removing tower and a heavy component removing tower; the middle pressure stripping middle boiling point tower is connected with three reboilers, one of the reboilers receives an external heat source, and the rest of the reboilers take the gas phase at the top of the high pressure stripping middle boiling point tower and the heavy component stripping tower as the heat source; extracting light components from the top of the light component removal tower, respectively feeding the extracts from the tower kettle into a high-medium pressure middle boiling point removal tower, and realizing energy matching by adjusting the material ratio of the extracts fed into the high-medium middle boiling point removal tower and the middle-medium boiling point removal tower; the pressure of the high-pressure medium-pressure intermediate boiling point removing tower and the pressure of the medium-pressure heavy point removing tower are adjusted, so that the temperature difference is formed between the gas phase temperature extracted from the top of the high-pressure intermediate boiling point removing tower and the heavy point removing tower and the temperature of a reboiler of the medium-pressure intermediate boiling point removing tower, and the heat transfer requirement is met and the heat exchange area is reduced through temperature difference control. The process has low equipment cost and safe operation, can effectively reduce energy consumption and realize multi-effect utilization of energy.)
技术领域
本发明涉及一种烷烃有机化合物的分离提纯工艺，尤其涉及一种正丁烷的分离提纯工艺。
背景技术
正丁烷是一中常用的有机化合物，其用作溶剂，制冷剂和有机合成原料，主要从油田气、湿天然气和裂化气中分离制得。但由于其混有甲烷，乙烷，丙烷，丁烯，戊烷等有机物，在分离上有较大难度，目前常用的分离方法有精馏法、吸附分离法，其中吸附分离法又分为汽提法，变温吸附法，二级吸附分离法，制备色谱法，吸附-精馏联合法，膜分离法。膜分离法虽然一次可以得到四种产品，但是产量和质量都不高；变温吸附法优点在于用一级吸附可以获得二种产品，但此法对原料要求只能含重质杂质，即吸附杂质；二级吸附分离法可以生产高纯正丁烷，且速度快，而且设备简单，操作方便，技术可靠，但是只适合用量少，纯度要求高的生产场合。由于膜受原料杂质影响较大，因此需对原料进行预处理，膜分离技术离工业化的要求相差较大，还需要进一步的开发和研究。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种利用多效精馏实现正丁烷分离节能的工艺方法，设备成本低，操作安全，并能有效降低能耗，实现能源的多效利用。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种四塔三效分离提纯正丁烷的工艺方法，包括四个塔，分别为一个脱轻塔，两个脱中间沸点塔和一个脱重塔；两个脱中间沸点塔中，其中一个是高压脱中间沸点塔，另一个是中压脱中间沸点塔；所述中压脱中间沸点塔的塔釜连接有三个再沸器，所述的三个再沸器分别为开车再沸器、中压塔耦合再沸器和脱重塔耦合再沸器，其中开车再沸器接受外来热源，中压塔耦合再沸器和脱重塔耦合再沸器均以来自于所述的高压脱中间沸点塔和所述的脱重塔塔顶采出的气相为热源；所述的脱轻塔用于脱除原料中的轻组分，所述脱轻塔塔釜采出的物料分为两路，一路进入所述高压脱中间沸点塔，另一路进入所述的中压脱中间沸点塔，通过调整进入所述高压脱中间沸点塔和中压脱中间沸点塔的物料比例实现能量的匹配；通过调整所述高压脱中间沸点塔、中压脱中间沸点塔和所述脱重塔的压力，使高压脱中间沸点塔与脱重塔塔顶采出的气相温度与所述中压脱中间沸点塔塔釜连接的第二再沸器和脱重塔耦合再沸器的温度之间形成温差，通过温差控制，在满足传热的需求的同时减小中压塔耦合再沸器和脱重塔耦合再沸器的换热面积。
进一步讲，本发明所述的四塔三效分离提纯正丁烷的工艺方法，其中：
进入到脱轻塔内的原料为来自石油气的正丁烷混合物，所述脱轻塔的操作压力P1＝1.7-2Mpa；所述脱轻塔塔釜采出的物料按照体积比为1:3分别进入所述高压脱中间沸点塔和中压脱中间沸点塔；所述中压脱中间沸点塔的操作压力P2＝0.65-0.8Mpa，所述高压脱中间沸点塔的操作压力P3＝2*P2；所述中压脱中间沸点塔和所述高压脱中间沸点塔塔釜产品均进入所述脱重塔内，所述脱重塔的操作压力P4＝1.1-1.4Mpa；所述高压脱中间沸点塔塔顶采出的物料经过与中压塔耦合再沸器换热后，作为副产物采出；所述中压脱中间沸点塔塔顶采出的物料为副产物；所述高压脱中间沸点塔和所述中压脱中间沸点塔的塔釜采出的物料均进入所述脱重塔，物料在所述脱重塔塔釜分离，所述脱重塔塔顶采出的物料经过与脱重塔耦合再沸器换热后获得产品正丁烷，同时，所述脱重塔塔釜采出副产物。
所述高压脱中间沸点塔和所述脱重塔的塔顶热负荷之和高于所述中压脱中间沸点塔塔釜相连的中压塔耦合再沸器和脱重塔耦合再沸器的热负荷，且中压塔耦合再沸器和脱重塔耦合再沸器的温度分别与所述中压脱中间沸点塔有10-15℃温度差，既满足传热需求，且有效减小再沸器的面积。
同时本发明中还提出了实现上述分离提纯正丁烷工艺方法的装置，该装置包括四个塔，分别为一个脱轻塔，两个脱中间沸点塔和一个脱重塔；两个脱中间沸点塔中，其中一个是高压脱中间沸点塔，另一个是中压脱中间沸点塔；所述脱轻塔的塔顶连接有脱轻塔冷凝器，所述脱轻塔的塔釜连接有接受外来热源的脱轻塔再沸器，所述脱轻塔塔釜的物料采出口分为两路后分别连接至所述的高压脱中间沸点塔和中压脱中间沸点塔；所述高压脱中间沸点塔的塔釜连接有接受外来热源的高压脱中间沸点塔再沸器；所述中压脱中间沸点塔的塔顶连接有中压脱中间沸点塔冷凝器，所述中压脱中间沸点塔的塔釜并联有三个再沸器，该三个再沸器包括接受外来热源的开车再沸器、接收来自于所述的高压脱中间沸点塔塔顶采出的气相热源的中压塔耦合再沸器和接收来自于所述的脱重塔塔顶采出的气相热源的脱重塔耦合再沸器；所述高压脱中间沸点塔的釜底物料采出口和所述的中压脱中间沸点塔的釜底物料采出口均连接至所述脱重塔；所述脱重塔的釜底连接有接受外来热源的脱重塔再沸器；所述脱轻塔冷凝器的壳程液相出口连接至轻组分储存罐；所述脱重塔釜底物料采出口、所述中压塔耦合再沸器的壳程液相出口、所述中压脱中间沸点塔冷凝器的壳程液相出口均连接至副产物储存罐；所述脱重塔耦合再沸器的壳程口连接至正丁烷储存罐。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明相较于传统的正丁烷分离方法，能有效降低能耗，实现能源的多效利用；
(2)本发明相较于热泵精馏，能有效降低塔的操作压力，能降低塔的操作压力，较少设备投资及操作风险。
(3)本发明能通过调整高压脱中间沸点塔、脱重塔与中压脱中间沸点塔之间的压力来控制塔高压脱中间沸点塔与脱重塔塔顶蒸汽与中压脱中间沸点塔的再沸器温度形成一定温差，通过温差控制换热器的面积。
附图说明
图1是本发明四塔三效分离提纯正丁烷的工艺流程图。
图中：
1-脱轻塔 2-高压脱中间沸点塔 3-中压脱中间沸点塔
4-脱重塔 5-塔板 6-高压脱中间沸点塔再沸器
7-开车再沸器 8-中压塔耦合再沸器 9-脱重塔耦合再沸器
10-脱重塔再沸器 11-脱轻塔冷凝器 12-中压脱中间沸点塔冷凝器
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种四塔三效分离提纯正丁烷的工艺方法，实现该工艺需要四个塔，分别为一个脱轻塔1，两个脱中间沸点塔和一个脱重塔4；两个脱中间沸点塔中，其中一个是高压脱中间沸点塔2，另一个是中压脱中间沸点塔3；所述中压脱中间沸点塔3的塔釜连接有三个再沸器，所述的三个再沸器分别为开车再沸器7、中压塔耦合再沸器8和脱重塔耦合再沸器9，其中开车再沸器7接受外来热源，中压塔耦合再沸器8和脱重塔耦合再沸器9均以来自于所述的高压脱中间沸点塔2和所述的脱重塔4塔顶采出的气相为热源。
所述的脱轻塔1用于脱除原料中的轻组分，所述脱轻塔1塔釜采出的物料分为两路，一路进入所述高压脱中间沸点塔2，另一路进入所述的中压脱中间沸点塔3，通过调整进入所述高压脱中间沸点塔2和中压脱中间沸点塔3的物料比例实现能量的匹配；通过调整所述高压脱中间沸点塔2、中压脱中间沸点塔3和所述脱重塔4的压力，使高压脱中间沸点塔2与脱重塔4塔顶采出的气相温度与所述中压脱中间沸点塔3塔釜连接的中压塔耦合再沸器8和脱重塔耦合再沸器9温度之间形成合理的温差，本发明中，中压塔耦合再沸器8和脱重塔耦合再沸器9的温度分别与所述中压脱中间沸点塔有10-15℃温度差，通过温差控制，在满足传热的需求的同时减小再沸器的换热面积。
实现上述工艺的有关设备的连接形式是：所述脱轻塔1的塔顶连接有脱轻塔冷凝器11，所述脱轻塔1的塔釜连接有接受外来热源的脱轻塔再沸器5，所述脱轻塔1塔釜的物料采出口分为两路后分别连接至所述的高压脱中间沸点塔2和中压脱中间沸点塔3。所述高压脱中间沸点塔2的塔釜连接有接受外来热源的高压脱中间沸点塔再沸器6；所述中压脱中间沸点塔3的塔顶连接有中压脱中间沸点塔冷凝器12，所述中压脱中间沸点塔3的塔釜并联有三个再沸器，该三个再沸器包括接受外来热源的开车再沸器7、接收来自于所述的高压脱中间沸点塔2塔顶采出的气相热源的中压塔耦合再沸器8和接收来自于所述的脱重塔4塔顶采出的气相热源的脱重塔耦合再沸器9；所述高压脱中间沸点塔2和所述脱重塔4的塔顶热负荷之和高于所述中压脱中间沸点塔3塔釜再沸器的热负荷，且二者的温度与中压脱中间沸点塔有合理的温度差，在满足传热的需求，且有效减小再沸器的换热面积。所述高压脱中间沸点塔2的釜底物料采出口和所述的中压脱中间沸点塔3的釜底物料采出口均连接至所述脱重塔4；所述脱重塔4的釜底连接有接受外来热源的脱重塔再沸器10。所述脱轻塔冷凝器11的壳程液相出口连接至轻组分储存罐；所述脱重塔4釜底物料采出口、所述中压塔耦合再沸器8的壳程液相出口、所述中压脱中间沸点塔冷凝器12的壳程液相出口均连接至副产物储存罐。所述脱重塔耦合再沸器9的壳程口连接至正丁烷储存罐。
本发明工艺中，脱轻塔1主要作用是脱除物料中的丙烷C3及更轻的组分。两个脱中间沸点塔(高压脱中间沸点塔2和中压脱中间沸点塔3)主要作用是将物料中的异丁烷等中间组分即副产物脱除；利用脱重塔的塔顶蒸汽及高压脱中间沸点塔的塔顶蒸汽为中压脱中间沸点塔提供热源，实现能源的多级利用。通过调整三塔(脱轻塔1、高压脱中间沸点塔和中压脱中间沸点塔)的压力，使高压脱中间沸点塔及脱重塔塔顶温度与中压脱中间沸点塔塔釜温度有合适的温差，能够有效的传递热能，减少再沸器的面积。本发明工艺中，三塔压力的调整主要是：进入到脱轻塔1内的原料为来自石油气的正丁烷混合物，所述脱轻塔1的操作压力P1＝1.7-2Mpa；所述中压脱中间沸点塔3的操作压力P2＝0.65-0.8Mpa，所述高压脱中间沸点塔2的操作压力P3＝2*P2；所述中压脱中间沸点塔3和所述高压脱中间沸点塔2釜产品均进入所述脱重塔4内，所述脱重塔4的操作压力P4＝1.1-1.4Mpa。通过调整两个脱中间沸点塔的物料处理量使高压脱中间沸点塔与脱重塔塔顶气相热负荷与中压脱重塔再沸器负荷相匹配，从而实现能量的匹配，本发明工艺中，所述脱轻塔1塔釜采出的物料按照体积比为1:3分别进入所述高压脱中间沸点塔2和中压脱中间沸点塔3。所述高压脱中间沸点塔2塔顶采出的物料经过与中压塔耦合再沸器8换热后，作为副产物采出；所述中压脱中间沸点塔3塔顶采出的物料为副产物；所述高压脱中间沸点塔2和所述中压脱中间沸点塔3的塔釜采出的物料均进入所述脱重塔4，物料在所述脱重塔4塔釜分离，所述脱重塔4塔顶采出的物料经过与脱重塔耦合再沸器9换热后获得产品正丁烷，同时，所述脱重塔4塔釜采出副产物。
实施例：下面以原料为来自石油气的正丁烷混合物为例，使用本发明工艺进行正丁烷的分离和提纯，具体过程如下：
在分离某来自石油气的正丁烷混合物进入到脱轻塔1内，所述脱轻塔1的操作压力为1.7Mpa，在该塔内将将物料中绝大多数的轻组分分离出去，所述脱轻塔1塔釜采出的物料按照体积比分为两部分分别进入所述高压脱中间沸点塔2和中压脱中间沸点塔3，其中进入中压脱中间沸点塔3的物料占比0.72，剩余部分进入到高压脱中间沸点塔2内，所述中压脱中间沸点塔3的操作压力为0.65Mpa，所述高压脱中间沸点塔2的操作压力为1.3Mpa；所述中压脱中间沸点塔3和所述高压脱中间沸点塔2塔釜产品均进入所述脱重塔4内，所述脱重塔4的操作压力为1.1Mpa，即脱重塔4同样是高压塔。在上述的进料比例分配及操作压力作用下，高压脱中间沸点塔2和脱重塔4的塔顶热负荷之和高于中压脱中间沸点塔3塔釜相连的的中压塔耦合再沸器8和脱重塔耦合再沸器9的热负荷，且二者的温度与中压脱中间沸点塔有15℃的温度差，既可以满足传热的需求，也可以有效的减小再沸器的换热面积。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
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