[发明专利]用于分离含乙苯和苯乙烯物流的精馏方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离含乙苯和苯乙烯物流的精馏方法，特别是关于一种从含乙苯、苯乙烯物流中同时分离精制乙苯和苯乙烯并节约投资和能量的精馏方法。 

背景技术

苯乙烯是最重要的烯烃之一，99％的苯乙烯都是通过乙苯脱氢生产工艺得到的。乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺技术主要有绝热脱氢工艺、等温脱氢工艺和脱氢选择性氧化工艺。其中最成熟、应用最广的是负压绝热脱氢工艺。苯乙烯生产过程的能耗主要集中在反应单元、精馏单元和公用工程部分(主要是冷却水和空冷器的能耗)。乙苯的脱氢反应是在较大的水比(～1.3)和高温度(～600℃)下进行的吸热反应，从反应器出来的反应产物中分离出纯的苯乙烯一般需要3～4个精馏塔。苯乙烯分离的3塔流程是先在第一精馏塔(粗苯乙烯塔)塔顶分离出乙苯及比乙苯沸点更低的轻组份，再通过第二精馏塔将乙苯与比乙苯沸点更低的轻组份分离，乙苯循环回反应器作为进料，第一精馏塔釜得到的粗苯乙烯在第三精馏塔中再精馏，并从塔顶得到苯乙烯产品，塔釜得到异丙苯、对二乙苯、叔丁基邻苯二酚、α-甲基苯乙烯、无硫阻聚剂、苯乙烯低聚物及焦油等重组份。由于苯乙烯在常温下即可以聚合，且温度每升高10℃其聚合速度即增加一倍，所以精馏分离苯乙烯的过程需要在高真空、高理论板数的精馏塔和大回流比条件下进行操作，能耗很大，而且需要消耗大量的冷却水。粗苯乙烯塔是能耗最大的塔，其低压蒸汽用量占整个苯乙烯生产装置的38％，冷却水用量占整个装置的33％，综合能耗占整个装置的30％。由于粗苯乙烯塔是在高真空下操作，所以塔顶的热品位较低，塔顶温度仅为71℃左右，难以利用，目前均采用水冷换热的方式，不回收该部分的热量。尽管粗苯乙烯塔采用了高效填料并在高真空下操作，由于乙苯和苯乙烯之间的沸点差仅为9℃，相对挥发对很低，现有的精馏工艺中粗苯乙烯塔的塔顶苯乙烯损失较大，最先进的水平也在1％左右，这部份苯乙烯在回收乙苯的过程中将随乙苯循环回反应器，不但使乙苯的纯度降低，而且在反应过程中聚合、结焦，使催化剂失活加快。粗苯乙烯塔釜的苯乙烯损失也很大，其中苯乙烯的重量百分浓度高达40％，需要增加另外的设备单元来回收其中的苯乙烯，进一步增加了投资和工艺的复杂性。 

针对粗苯乙烯塔顶的低温热量的回收，国内外都进行了大量的研究工作，提出了多种技术方案，其中包括：蒸汽喷射技术、直接蒸汽压缩的热泵技术、以水为压缩工质的间接循环热泵技术、双塔变压精馏节能技术、共沸热回收技术以及第二类溴化锂热泵技术。 

Sulzer报道了采用蒸汽喷射技术、蒸汽直接压缩的热泵精馏技术和以水为压缩工质的间接循环热泵技术进行粗苯乙烯精馏塔节能的技术(Hydrocarbon Processing，1998.12)。蒸汽喷射节能效果不明显，但投资低；直接蒸汽压缩的热泵精馏技术节能效果好，但需要增加压缩机。由于粗苯乙烯塔采用负压操作(塔顶绝压8～12KPa)，且回流比高达7左右，因此蒸汽压缩机的吸入口流量极大，需要巨型的压缩机且需要至少三级压缩，才能将塔顶热量回收。这种方案投资大，压缩机耗电高，限制了其应用价值，尤其对大型苯乙烯装置更能应用。CN102732也公开了类似的热泵精馏技术。采用以水为工质的间接热泵精馏技术虽然可以使压缩机的压缩比降低，但压缩机的投资仍然很大，因此该技术也未能得到广泛的使用。US4628136和CN108625公开了一种利用粗苯乙烯塔的塔顶蒸汽汽化反应器进料乙苯和水的共沸组成的混合物节能的技术，采用该技术时，粗苯乙烯塔顶压力需要增加到50～170KPa以保证塔顶换热器两侧有足够的温度差，这样可以使节约90％汽化乙苯与水的低压蒸汽。由于需要升高粗苯乙烯塔的操作压力，所以操作温度也会相应升高，若要避免苯乙烯过度聚合损失，需要增加阻聚剂的用量，这将部份抵消节能的经济效益。US6171449公开了一种变压精馏节能技术，其技术要点是先将来自反应器的混合物流中所含的甲苯及比甲苯沸点低的轻组份脱除，将剩余的物流按比例分成两股分别进入两个操作压力不同的精馏塔，用高压操作精馏塔的塔顶蒸汽作为低压操作精馏塔塔釜的热源，与普通的精馏工艺相比可节能40％～50％，但在这种精馏工艺中苯乙烯需要受热三次，增加了苯乙烯的聚合损失，同时增加了一个精馏塔，使流程变复杂，投资也大大增加了。 

以上各种技术方案虽然在一定程度上可以使苯乙烯精馏的能耗有所降低，但均没有改变苯乙烯需要受热2次以上的现状，而且设备台数没有减少，有些技术方案因回收热量还要增加设备投资。另外，这种多塔流程分离得到的乙苯纯度仅为97.5％左右，其中还含有一定量的苯乙烯，这些苯乙烯在循环回反应器之后会加速催化剂的失活，增加生产成本。