Способ разделения бинарных или многокомпонентных смесей

 

Изобретение касается переработки многокомпонентных смесей, в частности разделения бинарных или многокомпонентных смесей, которое может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, например, для выделения бутилен-дивинильной и бутановых фракций. Снижение энергозатрат и повышение производительности процесса достигаются за счет обеспечения стабильной работы ректификационных колонн определенными приемами. Разделение бинарных или многокомпонентных смесей ведут на ректификационной колонне, где флегму подают периодическими циклами с максимальным расходом ее на орошение 84,2-110 мас.% и минимальным 31,3- 63,0 мас.% от расчетной величины расхода флегмы и периодом цикла 60- 100 с. Ректификационная установка содержит пневматический клапан с мембранным пневмоприводом. Сырье, поступающее на разделение, вводят в среднюю часть колонны. Использование указанного приема подачи флегмы обеспечивает при разделении, например, бутилен-дивинильной фракции, фракции С₄, и выше в производстве концентрированного этилена нагрузку на колонну по сырью 7 против 5 т/ч, расход пара 1,664 против 1,564 т/ч, среднее флегмовое число 2,25 против 3,7, содержание высококипящих компонентов в дистилляте 0,7 против 0,8%, отбор дистиллята 3 против 2,6 т/ч, а также стабильность процесса. 1 ил., 7 табл.

Изобретение относится к способам разделения бинарных и многокомпонентных смесей путем ректификации и может найти применение в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, например, при выделении бутилендивинильной фракции, фракции С₄ и выше на установках получения концентрированного этилена при выделении ацетона, этилового спирта, масляных альдегидов и других продуктов из смесей компонентов, содержащих указанные продукты. Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение производительности процесса разделения при получении целевых продуктов высокого качества путем обеспечения стабильной работы ректификационной колонны за счет подачи флегмы периодическими циклами с максимальным расходом флегмы на орошение 84,3- 110 маc. минимальным расходом 31,3-63,0 маc. от расчетной величины расхода флегмы и периодом цикла 60-100 с. Способ согласно изобретению может осуществляться по схеме, приведенной на чертеже. Разделение бинарных или многокомпонентных смесей проводят в ректификационной установке, которая содержит колонну 1, снабженную тарелками 2 с переливом, линию 3 подвода сырья, теплообменник и для подогрева сырья, теплообменник 5 для подогрева кубового остатка, линию 6 для отбора кубового остатка, дефлегматор 7, распределительную емкость 8 для отбора флегмы, линию 9 для отбора дистиллята, линию 10 для подачи флегмы на орошение, устройство 11 для подачи флегмы на орошение колонны 1 периодическими циклами. Установка содержит регулирующий пневматический клапан с мембранным пневмоприводом (на чертеже не показан) В качестве генератора цикличности могут быть использованы широко известные блоки пневматических унифицированных систем серии АУС или УСЭППА программный задатчик, пневмореле времени или аналого-цифровой вычислительный комплекс с заданием на аналоговой машине вида сигнала с последующим преобразованием его в пневмосигнал. Установка работает следующим способом. Сырье, подлежащее ректификации, поступает в среднюю часть колонны 1 на тарелку питания. За счет многократного контакта между паром и жидкостью происходит массотеплопередача, в результате чего жидкость, обогащенную высококипящими компонентами, отбирают в виде кубового остатка на последующую переработку или в качестве готового продукта, а пары, которые обогащены низкокипящими компонентами, поступают в дефлегматор 7, откуда часть флегмы в виде готового продукта (дистиллята) направляется к потребителю, а часть вновь возвращается в колонну на орошение через устройство 11 для подачи периодическими циклами. П р и м е р 1 (сравнительный). Исходные данные показатели ректификационной колонны получения бутилен-дивинильной фракции, фракции С₄ и выше в производстве концентрированного этилена: Число тарелок в колонне, шт 41 Диаметр колонны, мм 1600 Расстояние между тарелками, мм 550 Нагрузка на колонну по сырью, т/ч 5,0 Давление в колонне, атм 4,2 Температура в колонне, ^oС верха 37 низа 38 Режим подачи флегмы Непрерывный постоянный Получили:
Отбор дистиллята, т/ч 2,6
Расход пара в кипятильнике (кубе), т/ч 1,664
Расход флегмы, т/ч 9,6
Среднее флегмовое число 3,7
Содержание высококипящих компонентов в дистилляте, об. 0,8
Покомпонентный материальный баланс разделения приведен в табл.1. Колонна работает неcтабильно (перепад давления по высоте колонны и уровень жидкости в кубе колонны колеблются относительно своих средних величин на 80%). П р и м е р 2. Исходные данные примера 1. Режим подачи флегмы Периодическими циклами
Период цикла, с 60
Нагрузка на колонну по сырью, т/ч 7,0
Отбор дистиллята, т/ч 3,0
Расход пара, т/ч 1,564
Расход флегмы минимальный и максимальный, т/ч 3,0-10,5
То же, мас. от расчетной величины расхода флегмы 31,3-110,0
Среднее флегмовое число 2,25
Содержание высококипящих компонентов в дистилляте, об. 0,7
Покомпонентный материальный баланс разделения приведен в табл. 1. Перепад давления в колонне и уровень жидкости в кубе колеблются в пределах 10% относительно средних величин. В данном примере и последующих расчетная величина расхода флегмы равна расходу флегмы при непрерывной ее подаче. П р и м е р 3. Исходные данные примера 1. Режим подачи флегмы Периодическими циклами
Период цикла, с 70
Нагрузка на колонну по сырью, т/ч 7,0
Отбор дистиллята, т/ч 3,2
Расход пара, т/ч 1,34
Расход флегмы минимальный и максимальный, т/ч 3,2-9,5
То же, мас. от расчетной величины расхода флегмы 33,4-99,0
Среднее флегмовое число 1,98
Содержание высококипящих компонентов в дистилляте, об. 0,58
Покомпонентный баланс разделения приведен в табл. 1. Колонна работает стабильно. Перепад давления по колонне и уровень жидкости в кубе колеблются в пределах 5% относительно своих средних величин. П р и м e р 4. Исходные данные примера 1. Режим подачи флегмы Периодическими циклами
Период цикла, с 9,0
Нагрузка на колонну по сырью, т/ч 7,0
Отбор дистиллята, т/ч 3,8
Расход пара, т/ч 1,24
Расход флегмы минимальный и максимальный, т/ч 3,5-8,5
То же, маc. от расчетной величины расхода флегмы 36,5-88,5
Среднее флегмовое число 1,58
Содержание высококипящих компонентов в дистилляте, об. 0,42
Покомпонентный баланс разделения приведен в табл. 1. Колонна работает стабильно [колебание перепада давления по колонне незначительное (1%), уровень жидкости в кубе изменяется в пределах 5% относительно средней величины. П р и м е р 5. Исходные данные примера 1. Режим подачи флегмы Периодическими циклами
Период цикла, с 100
Нагрузка на колонну по сырью, т/ч 7,0
Отбор дистиллята, т/ч 3,2
Расход пара, т/ч 1,52
Расход флегмы минимальный и максимальный, т/ч 3,5-8,5
То же, маc. от расчетной величины расхода флегмы 36,5-88,5
Среднее флегмовое число 1,88
Содержание высококипящих компонентов в дистилляте, об. 0,57
Покомпонентный баланс разделения приведен в табл. 1. Колонна работает стабильно (колебание перепада давления по колонне относительно средней величины 1% уровень жидкости в кубе изменяется в пределах 5%
Таким образом, из приведенных примеров 1-5 видно, что по предложенному способу обеспечивается увеличение производительности колонны по питанию (дистилляту) более чем на 40% снижается флегмовое число более чем в 2 раза, что позволяет без увеличения диаметра колонны и типа существующих тарелок повысить производительность колонны, снизить энергозатраты (расход пара в кипятильнике) от 6 до 38% и улучшить качество дистиллята (содержание высококипящих компонентов снижается более чем в 2 раза), колебания перепада давления по колонне и уровня жидкости в кубе незначительны, т.е. происходит саморегулирование системы. П р и м е р 6. Выделение этан-этиленовой фракции проводят в колонне диаметром 1200 мм (число тарелок 41 шт.) при давлении в колонне 28 атм. Параметры процесса и полученные результаты приведены в табл.2. Из данного примера видно, что содержание C₃--углеводородов в дистилляте по предложенному способу снижается до нуля. П р и м е р 7. Выделение ацетона проводят в колонне диаметром 2400 мм, имеющей 98 тарелок, при атмосферном давлении в колонне. Параметры процесса и полученные результаты приведены в табл.3. П р и м е р 8. Выделение этилового спирта проводят в колонне диаметром 2600 мм числом тарелок 48 шт. при атмосферном давлении в колонне. Параметры процесса и полученные результаты приведены в табл.4
П р и м е р 9. Проводят выделение масляных альдегидов в колонне диаметром 3200 мм с числом тарелок 100 шт. при атмосферном давлении в колонне. Параметры процесса и полученные результаты приведены в табл.5. П р и м е р 10. Выделение гексанола проводят в колонне диаметром 1800 мм с числом тарелок 20 шт. при остаточном давлении в колонне 150 мм рт.ст. Параметры процесса и полученные результаты приведены в табл.6. П р и м е р 11 (сравнительный). Из исходной фракции состава по примерам 1-5 в условиях примера 2 проводят выделение бутилен-дивинильной фракции с тем отличием, что период цикла орошения составляет 55 с. При этом отбор дистиллята составляет 3 т/ч. Дистиллят содержит, об. пропилен 0,52, пропан 0,07, изобутан 1,3,н-бутан 4,73, бутилен и дивинил (в сумме) 92,53, углеводороды C₅ и выше 0,85. Расход пара в кипятильнике 1,76 т/ч. По сравнению с примером 1 содержание нежелательных высококипящих компонентов увеличивается с 0,8 до 0,85 об. Перепад давления в колонне и уровень жидкости в кубе колеблются в пределах 50% относительно средних величин. П р и м е р 12 (сравнительный). Из исходной фракции состава по примерам 1-5 в условиях примера 5 с тем отличием, что период цикла орошения увеличивают до 110 с, проводят выделение бутилен-дивинильной фракции. Отбор дистиллята составляет 3,2 т/ч. Дистиллят содержит, об. пропилен 0,52, пропан 0,07, изобутан 1,3, н-бутан 4,73, бутилены и дивинил (в сумме) 92,58, углеводороды С₅ и выше 0,8. Расход пара в кипятильнике 1,78 т/ч. Содержание примесей высококипящих компонентов в дистилляте не уменьшается по сравнению с известным способом (см. пример 1) и составляет 0,8 об. Перепад давления и уровень жидкости в кубе колеблются в пределах 50%
Из приведенных примеров 11 и 12 видно, что при продолжительности цикла 55 и 110 с качество дистиллята ухудшается, расход греющего пара не сокращается, колонна работает нестабильно. П р и м е р 1З. Выделение бутилендивинильной фракции проводят анaлогично примеру 4 при оптимальной продолжительности цикла орошения 90 с с тем отличием, что уменьшают минимальный расход подачи флегмы и увеличивает максимальный расход подачи флегмы. Параметры и результаты процесса в сравнении с известным способом приведены в табл.7. Как видно из данного примера, содержание высококипящих компонентов в дистилляте увеличивается. Колонна работает при этом нестабильно. Перепад давления и уровень жидкости в кубе колеблются в пределах 50% ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4 ТТТ5 ТТТ6 ТТТ7 ТТТ8 ТТТ9

Формула изобретения

Способ разделения бинарных или многокомпонентных смесей в ректификационной колонне с получением дистиллята и кубового остатка, включающий подачу флегмы в колонну на орошение, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения производительности процесса разделения, подачу флегмы осуществляют периодическими циклами с максимальным расходом ее на орошение 84,2-110,0 маc. и минимальным 31,3-63,0 маc. от расчетной величины расхода флегмы и периодом цикла 60 100 c.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11