CN105828899B - 对二甲苯厂中的加强热回收 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于对二甲苯制造厂中的加强热回收的方法和装置，其使用侧式冷凝器来回收高品质热量。通过将所述侧式冷凝器放置在包含低分子量气体的进料流的位置下方，回收的热量不含这些非冷凝性气体。当将冷凝的蒸气用于其他应用时，这些气体是不合乎需要的。

Description

对二甲苯厂中的加强热回收

与相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月17日提交的美国临时申请号61/917,061的优先权，所述临时申请整体通过参考并入本文。

技术领域

本公开涉及用于在对二甲苯制造期间加强热回收的方法和装置。这样的方法和装置包括侧式冷凝器，所述侧式冷凝器放置的位置使得从冷凝的蒸气形成的液体不含非冷凝性低分子量气体。

背景技术

在可用作纤维和聚合物树脂的聚酯的制造中使用对二甲苯。对二甲苯可以从几种原料制造，其中当前最重要的原料是从石脑油重整产生的重整产物。用于制造对二甲苯的两种主要方法使用结晶或选择性吸附。

两种类型的对二甲苯制造厂利用蒸馏塔或分馏塔的再沸器中的热量将塔进料分离成有用产物，包括对二甲苯。所述塔的进料可能来自于多种来源并且在各个不同位置处进入塔。分馏的产物是主要含有二甲苯异构体(包括对二甲苯)的料流，其被送往结晶或选择性吸附区段以回收对二甲苯。与选择性吸附相比，结晶对分馏产物料流中的杂质的敏感性低得多，而在选择性吸附中，这些杂质可以引起制造困难。因此，在结晶中使用的分馏可以利用单一塔，在所述塔中分馏产物料流可以作为侧馏料流被移除。

在两种方法中，驱动分馏所需的热量通常在再沸器中，或者在火焰加热器中或者通过与蒸汽的热交换来供应，并且在冷凝器中随着塔顶产物，通常通过空气和/或冷却水冷却来移除。如果分馏塔在接近环境条件下运行，在塔顶冷凝器中移除的热量通常温度或热量学性质过低而无用。两种类型的对二甲苯制造方法可以提高分馏塔的压力，使得在塔顶冷凝器中移除的热量的温度或热量学性质更高，并可用于对二甲苯制造厂的其他部分中。然而，提高塔压力增加了分馏设备的成本并降低分离效率。因此，对于回收在对二甲苯制造中使用的分馏中的热量而不提高塔压力以提高所述热量的温度或热量学性质，存在着需求。

位于分馏塔上的塔顶冷凝器下方的侧式冷凝器可以移除处于较高温度下的热量。重要的是应该注意到，对二甲苯制造厂的分馏塔的进料通常含有低分子量气体。侧式冷凝器的一个缺点在于通过对塔的侧式冷凝器产物进行冷凝而移除的热量含有低分子量气体。如果使用侧式冷凝器，存在着与这些低分子量气体的闪蒸相关的问题。因此，对于在对二甲苯制造过程中有效回收不含低分子量气体的热量的方法和装置，存在着需求。

发明内容

一方面，提供了一种用于在对二甲苯制造厂中回收热量的方法，所述方法包括：向分馏塔至少提供第一进料流；向所述分馏塔的再沸器供应热量，以将所述进料流分离成塔顶蒸气产物、塔顶液体产物、塔底产物和包含二甲苯的侧馏产物；以及使用侧式冷凝器回收热量，其中所述侧式冷凝器位于所述第一进料流下方。

另一方面，提供了一种用于在对二甲苯制造厂中回收热量的方法，所述方法包括：向分馏塔提供第一进料流和第二进料流，其中所述第一进料流通过低温分离器输入来提供，并且所述第二进料流通过高温分离器输入来提供；以及向所述分馏塔的再沸器供应热量，以将所述第一进料流和第二进料流分离成塔顶蒸气产物、塔顶液体产物、塔底产物和侧馏产物。所述方法还包括将所述侧馏产物供应到对二甲苯回收区段；以及使用侧式冷凝器回收热量，其中所述侧式冷凝器位于所述第二进料流下方1至10个塔板之间。

另一方面，提供了一种用于在对二甲苯制造厂中回收热量的装置，所述装置包含：用于向分馏塔提供第一进料流的低温分离器单元；用于向所述分馏塔提供第二进料流的高温分离器单元，其中所述分馏塔将所述第一进料流和第二进料流分离成塔顶蒸气产物、塔顶液体产物、塔底产物和侧馏产物；以及用于回收热量的侧式冷凝器，其中所述侧式冷凝器位于所述第二进料流下方。

附图说明

图1是用于生产对二甲苯的包含侧式冷凝器的装置。

图2是用于生产对二甲苯的装置中的侧式冷凝器。

具体实施方式

本公开提供了在对二甲苯制造厂的分馏塔中的再沸器与塔顶冷凝器之间的位置处使用侧式冷凝器来回收热量的方法和装置。这引起在更高温度下的热回收，产生品质更高的热量，其可以在石油化学工厂或炼油厂中的其他地方使用。这与现有技术相比具有显著的能效优势，因为以前被丢弃到空气和/或水中的低品质热量现在以较高品质被回收，使得它可用于其他应用。

图1示出了具有加强热回收的用于生产对二甲苯的装置。第一进料流101、第二进料流102和第三进料流103可以被提供到分馏塔104。第一进料流101可以通过低温分离器单元提供，并且第二进料流102可以通过高温分离器单元提供。第一进料流101和第二进料流102可能包含二甲苯、低分子量气体和重芳香族化合物。例如，第一进料流101和第二进料流102可能包含约80至90％之间的C8芳香族化合物、约5至10％之间的苯和甲苯以及约5至10％之间的C9+芳香族化合物例如三甲苯和甲基乙基苯。本领域技术人员将会认识到，指示符“CX”是指包含X个碳原子的化合物，“CX+”是指包含X个或更多碳原子的化合物，“CX-”是指包含X个或更少碳原子的化合物。存在三种二甲苯的异构体：邻二甲苯(oX)、间二甲苯(mX)和对二甲苯(pX)。C8芳香族化合物包含所述三种二甲苯异构体和乙苯(EB)。

第一进料流101可以处于约125至175摄氏度之间、优选为约150摄氏度的温度下。第二进料流102可以处于高于175摄氏度、优选为约200摄氏度的温度下。第三进料流103是所述对二甲苯制造厂的进料流。该料流可以包含几种来源，通常为来自于石脑油重整器的重的重整产物和来自于烷基转移单元的甲苯塔底产物。参见例如《石油精炼方法手册》(Handbook of Petroleum Refining Processes)，R.A.Meyers主编，Mc-Graw-Hill，2004。料流103可以包含约60％的C8芳香族化合物和约40％的C9+芳香族化合物，并且可以处于约200至250摄氏度之间、优选为约230摄氏度的温度下。

分馏塔104可以包含多个塔板、塔顶冷凝器105、再沸器106和侧式冷凝器107。分馏塔104可能产生液体侧馏产物108、蒸气侧馏产物109、塔顶产物110和塔底产物111。液体侧馏产物108和蒸气侧馏产物109可能包含二甲苯，例如对二甲苯。液体侧馏产物108和蒸气侧馏产物109也可能包含少量甲苯和C9芳香族化合物。在某些实施方式中，液体侧馏产物108和蒸气侧馏产物109可能包含约90至约98％之间的C8芳香族化合物(混合二甲苯)。塔顶产物110可以被分离成塔顶蒸气产物112和塔顶液体产物113。塔顶蒸气产物112可能包含苯、氢气、乙烷和其他轻的烃类气体。塔顶蒸气产物112可以作为燃料被提供到再沸器106。塔顶液体产物113可能包含苯、甲苯和C8芳香族化合物。塔底产物111可能包含重芳香族化合物例如C9+芳香族化合物。塔顶产物110可以处于约110至150摄氏度之间、优选为约130摄氏度的温度下。塔底产物111可以处于约210至260摄氏度之间、优选为约240摄氏度的温度下。

塔顶产物110可以在塔顶冷凝器105中冷凝以产生冷凝的塔顶产物114。冷凝的塔顶产物114可以被提供到蒸气-液体分离器115以产生塔顶蒸气产物112和塔顶液体产物113。塔顶冷凝器105可以具有低于约35Mmkcal/h、优选地低于20Mmkcal/h的负荷。侧式冷凝器107可以回收蒸气侧馏产物109中的热量。第一进料流101可以位于第二进料流102上方，第二进料流102可以位于第三进料流103上方。侧式冷凝器107可以位于第一进料流101下方。例如，侧式冷凝器107可以位于第二进料流102与第三进料流103之间，优选地位于第二进料流102下方1至10个塔板之间，更优选地位于第二进料流102下方1至5个塔板之间。当第二进料流102来自于高温分离器单元时，它可能含有残留量的低分子量气体例如非冷凝性烃类(例如氢气、乙烷)。通过将侧式冷凝器107置于第二进料流下方，这些低分子量气体将不存在于蒸气侧馏产物109中。这允许在侧式冷凝器中回收热量而不形成蒸气产物，由此避免了昂贵的压缩成本或浪费的排气。

使用侧式冷凝器107回收的热量116可以处于低于约200摄氏度的温度下。在可选实施方式中，使用侧式冷凝器107回收的热量116可以处于约190至210摄氏度之间的温度下。在回收热量116中，侧式冷凝器107将蒸气侧馏产物109冷凝以形成冷凝的液体侧馏产物117，所述冷凝的液体侧馏产物117可以与液体侧馏产物108合并以产生合并的侧馏产物118。热量116可以用在对二甲苯过程上游的任何过程中，例如芳香族化合物综合设施、石油化学工厂或炼油厂中的其他位置。例如，如果对二甲苯制造厂位于芳香族化合物综合设施中，则热量116适合于向重整产物分离器或甲苯塔供应热量。参见例如《石油精炼方法手册》(Handbook of Petroleum Refining Processes)，R.A.Meyers主编，Mc-Graw-Hill，2004。或者，热量116可用于制造蒸汽。该蒸汽可以在邻近设施或社区中用于加热。此外，该蒸汽可用于驱动扩展器和制造电力。合并的侧馏产物118可以被提供到对二甲苯回收区段以便回收对二甲苯。所述对二甲苯回收区段可以包含结晶单元。

图2示出了本公开的侧式冷凝器。分馏塔201将蒸气侧馏料流202提供到侧式冷凝器203。侧式冷凝器203可以产生第一冷凝的侧馏料流204和有用的热量。第一冷凝的侧馏料流204可以被提供到冷凝液罐205以产生冷凝的侧馏料流206。冷凝的侧馏料流206可以通过泵207和第一流动控制阀208泵送到对二甲苯回收区段。

可以使用各种不同的冷凝器***来控制分馏塔201中的压力。实例包括满液式冷凝器***、热蒸气旁通***和冷却水节流***。参见例如Lieberman,N.P.和Lieberman,E.T.，《过程设备的工作指南》(A Working Guide to Process Equipment)，McGraw-Hill1997。所述压力取决于侧式冷凝器203暴露到来自于侧馏料流202的饱和蒸气的表面积。在满液式冷凝器***中，冷凝液罐205充满运行，即来自于回流泵207的流量受限，因此提高了侧式冷凝器203中的液位，减少了可用于冷凝的热转移表面积并提高了分馏塔201的压力。

实施例

在下面的实施例1和2中示出了来自于对二甲苯单元的Aspen Plus计算机模拟的模拟结果。

实施例1：提高蒸气侧馏物流速对负荷、温度和浓度的影响

本实施例示出了提高蒸气侧馏物流速对冷凝器和再沸器负荷、冷凝温度和液体侧馏物中甲苯浓度的影响。结果示出在下面的表1中。对于基础模拟来说，二甲苯回收塔的冷凝器和再沸器负荷分别为约34.6和55.9Mmkcal/hr。模拟号1、2和3将提高的蒸气流速用于侧馏物冷凝器。随着蒸气流速提高，蒸气侧馏物冷凝器的负荷提高，这提供了有用功。此外，塔顶冷凝器负荷降低，节约了能量。随着蒸气流速提高，塔的再沸器负荷和甲苯浓度仅仅轻微提高。蒸气不到达塔的顶部，甲苯在所述顶部被移除。对于可以被移除的热量的量存在限制。令人吃惊的是，大量热量可以从塔移除并转变成有用功，而不显著提高塔的再沸器负荷和液体侧馏物中的甲苯浓度。

表1-提高蒸气侧馏物流速对负荷、温度和浓度的影响

实施例2：降低蒸气侧馏物移除位置对冷凝温度、再沸器负荷和侧馏物组成的影响

本实施例示出了侧馏物的位置对蒸气侧馏物温度、塔的再沸器负荷和液体侧馏物组成的影响。在每个模拟中塔级的总数保持恒定。结果示出在下面的表2中。这些结果始于进料流102进入塔之处下方两个塔级处。非常令人吃惊的是，在进料流102进入塔之处下方仅仅两个塔级处，蒸气相中低分子量气体的浓度就如此之低。当侧馏物在塔中进一步向下放置(即在侧馏物和来自于高温分离器的进料流下方更多塔级处)时，温度升高，这提高了可利用的热量的品质。然而，这也提高了塔的再沸器负荷，这是因为从塔的更下方移除蒸气在塔的底部处提供了更少的塔级进行分离。可能也可以增加塔级的数量并消除这种再沸器负荷的提高，但是增加塔级数量提高了资本成本。预期不可能在再沸器负荷提高非常少的情况下移除侧馏物蒸气，这是因为据预期，为了使蒸气相中低分子量气体的浓度足够低，在进料流102进入塔之处下方需要多得多的塔级。

本实施例还显示，随着在塔的更下方移除蒸气，液体侧馏物中的C9+材料的量增加。同样地，这是因为在塔的更下方移除蒸气在塔的底部处提供了更少的塔级进行分离。因此，更多的C9+被带到塔顶。对于基于结晶的对二甲苯过程来说，低的C9+浓度是可以接受的。高于约2.4重量％的C9+浓度将显著提高对二甲苯厂的资本和运行成本。重要的是注意到，基于选择性吸附的对二甲苯过程不能耐受结晶区段的进料中的这些C9+芳香族化合物水平。

表2-降低蒸气侧馏物移除位置对冷凝温度、再沸器负荷和侧馏物组成的影响

Claims (12)

1.一种用于在对二甲苯制造厂中回收热量的方法，所述方法包括：

向分馏塔提供第一进料流，其中所述进料流包含C8芳香族化合物；

向所述分馏塔的再沸器供应热量，以将所述进料流分离成包含苯的塔顶产物、包含C9+芳香族化合物的塔底产物、包含二甲苯的液体侧馏产物和包含二甲苯的蒸气侧馏产物；

通过在第一进料流下方的蒸气侧馏出口从所述分馏塔抽取蒸气侧馏产物并通过使用侧式冷凝器冷凝所述蒸气侧馏产物从所述蒸气侧馏产物回收热量，其中所述侧式冷凝器位于所述第一进料流下方，以及

通过在蒸气侧馏出口上方的液体侧馏出口从所述分馏塔抽取液体侧馏产物。

2.权利要求1的方法，其还包括向所述分馏塔提供第二进料流和第三进料流。

3.权利要求2的方法，其中所述侧式冷凝器位于所述第二进料流与所述第三进料流之间。

4.权利要求2的方法，其中所述侧式冷凝器位于所述第二进料流下方1至10个塔板之间。

5.权利要求1的方法，其中使用所述侧式冷凝器回收的热量处于低于200摄氏度的温度下。

6.权利要求1的方法，其中使用所述侧式冷凝器回收的热量处于190摄氏度至210摄氏度之间的温度下。

7.权利要求1的方法，其中所述侧馏产物包含90%至98%的C8芳香族化合物。

8.权利要求1的方法，其还包括向对二甲苯回收区段供应所述侧馏产物。

9.权利要求8的方法，其中所述对二甲苯回收区段包含结晶单元。

10.权利要求1的方法，其还包括冷凝所述蒸气侧馏产物以形成冷凝物。

11.权利要求10的方法，其中将所述冷凝物和液体侧馏产物合并以形成合并的侧馏产物。

12.一种用于在对二甲苯制造厂中回收热量的方法，所述方法包括：

向分馏塔提供第一进料流和第二进料流，其中所述第一进料流通过低温分离器输入来提供，并且所述第二进料流通过高温分离器输入来提供；

向所述分馏塔的再沸器供应热量，以将所述第一进料流和第二进料流分离成包含苯的塔顶蒸气产物、包含苯的塔顶液体产物、包含C9+芳香族化合物的塔底产物、包含二甲苯的液体侧馏产物和包含二甲苯的蒸气侧馏产物；

在第一进料流下方从所述分馏塔抽取蒸气侧馏产物并通过使用侧式冷凝器冷凝所述蒸气侧馏产物从所述蒸气侧馏产物回收热量，其中所述侧式冷凝器位于所述第二进料流下方1至10个塔板之间；以及

通过在蒸气侧馏出口上方的液体侧馏出口从所述分馏塔抽取液体侧馏产物，以及向对二甲苯回收区段供应所述液体侧馏产物。

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