專利名稱：從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工分離技術(shù)，特別是一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的工藝方法。
背景技術(shù)：
二元醇的生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法或發(fā)酵法，得到的二元醇大都為稀水溶液，濃縮脫水過(guò)程需要大量能量。
目前工業(yè)上使用的濃縮方法主要是一個(gè)單元的多級(jí)串聯(lián)濃縮。如附圖1所示，稀水溶液經(jīng)過(guò)多級(jí)串聯(lián)的塔，逐級(jí)濃縮，前一級(jí)塔頂出口蒸汽給后一級(jí)塔釜再沸器加熱。典型操作條件為第一級(jí)濃縮塔T-101塔6.5kg/cm2A操作，塔頂溫度157℃，塔釜166℃；第二級(jí)濃縮塔T-102塔3.0kg/cm2A操作，塔頂溫度133℃，塔釜140℃；第三級(jí)濃縮塔T-103塔1.3kg/cm2A操作，塔頂溫度106℃，塔釜116℃；第四級(jí)濃縮塔T-104塔0.15kg/cm2A操作，塔頂溫度54℃，塔釜87℃。
這種工藝方法，采用一個(gè)單元多級(jí)串聯(lián)濃縮，第四級(jí)濃縮塔塔釜要想得到濃度較高的多元醇濃縮液，相鄰兩級(jí)之間濃度差變化必然較大，導(dǎo)致熱集成操作需要較高的壓差以獲得熱集成所需的溫度差推動(dòng)力，造成第一級(jí)塔釜溫度較高。整個(gè)濃縮過(guò)程采用低品位熱源難以實(shí)現(xiàn)多級(jí)操作。
在一個(gè)熱集成串聯(lián)單元中完成整個(gè)濃縮過(guò)程存在以下缺點(diǎn)(1)整個(gè)濃縮過(guò)程所需能量均由第一級(jí)濃縮塔再沸器提供，對(duì)于大型裝置，換熱設(shè)備過(guò)于龐大，設(shè)備制造和安裝、布置存在一定困難。
(2)受公用工程條件及系統(tǒng)物性條件限制無(wú)法更多級(jí)熱集成操作，進(jìn)一步降低操作能耗。最后一級(jí)受冷卻水條件限制，無(wú)法進(jìn)一步降低操作壓力；第一級(jí)受二元醇熱穩(wěn)定性限制，不宜進(jìn)一步提高操作壓力。
(3)受熱集成溫差限制，整個(gè)濃縮過(guò)程壓差較大、溫差較小，多塔熱集成難以穩(wěn)定操作。
(4)第一級(jí)濃縮塔操作壓力較高，塔釜再沸器需要較高壓力等級(jí)的蒸汽或?qū)嵊妥鳛闊嵩?，無(wú)法利用系統(tǒng)自身可利用的低品位熱源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的工藝方法，可以克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)。這種工藝方法總體來(lái)說(shuō)是一種多級(jí)分步蒸餾的高效熱集成濃縮過(guò)程。它包括(1)采用2～8個(gè)濃縮單元串聯(lián)操作；(2)每個(gè)濃縮單元都采用2～6個(gè)串聯(lián)的塔實(shí)現(xiàn)熱集成濃縮操作；(3)每個(gè)濃縮單元中，前一級(jí)塔與后一級(jí)塔之間設(shè)置直連熱集成換熱器，即前一級(jí)塔底部出口的物料直接進(jìn)入熱集成換熱器的管程或殼程，前一級(jí)塔頂部出口的蒸汽直接作為后一級(jí)塔的加熱熱源，進(jìn)入熱集成換熱器的殼程或管程，實(shí)現(xiàn)相鄰前后兩個(gè)塔的熱集成操作；(4)在整個(gè)濃縮過(guò)程中，塔頂操作溫度范圍是30～190℃，塔釜操作溫度范圍是40～200℃；塔頂操作壓力范圍是0.05～12kg/cm2A。
所說(shuō)的多元醇含量為3～30％。
所說(shuō)的稀水溶液為低級(jí)多元醇水溶液，其中至少包含乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、1，4-丁二醇、丙三醇其中的一種，或者是包含上述兩種以上的低級(jí)多元醇。
所說(shuō)的熱集成換熱器管程或殼程被加熱的物料可以進(jìn)入后一級(jí)塔的塔釜或者塔釜以上某一位置。
所說(shuō)的每個(gè)濃縮單元中串聯(lián)的濃縮塔，在濃縮精度要求不高時(shí)，可以采用閃蒸罐或釜或氣液分離罐代替所說(shuō)的每個(gè)濃縮單元中串聯(lián)的濃縮塔。
所說(shuō)的前后兩級(jí)塔之間的直連熱集成換熱器可以是1臺(tái)，或采用2～3臺(tái)并聯(lián)操作。
所說(shuō)的稀水溶液濃縮過(guò)程中的熱源是采用系統(tǒng)內(nèi)部多元醇精制過(guò)程中的低品位物料蒸汽或由它產(chǎn)生的低品位蒸汽，或者采用蒸汽、導(dǎo)熱油等其他熱源。
所說(shuō)的濃縮單元的最后一個(gè)單元采用兩塔熱集成操作，一塔在常壓條件下操作，塔釜仍采用系統(tǒng)內(nèi)部低品位熱源加熱，兩塔之間熱集成換熱器管程或殼程被加熱的物料直接進(jìn)入后一級(jí)塔的塔釜或塔釜以上某一位置，后一級(jí)塔釜根據(jù)二元醇濃縮最終濃度控制指標(biāo)設(shè)置一臺(tái)塔釜再沸器。
本發(fā)明提供的從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的工藝方法，將稀水溶液濃縮過(guò)程分為2～8個(gè)串聯(lián)的濃縮單元來(lái)完成整個(gè)濃縮過(guò)程，每個(gè)濃縮單元內(nèi)部又由2～6臺(tái)濃縮塔串聯(lián)操作，經(jīng)過(guò)這樣的2～8個(gè)濃縮單元的分段濃縮后，得到多元醇濃縮液。這種串聯(lián)的分段熱集成濃縮工藝，相對(duì)減小的單個(gè)設(shè)備的規(guī)模，能量分段均勻供給，克服了常規(guī)方法中能量均由第一級(jí)濃縮塔再沸器提供、設(shè)備龐大、大型設(shè)備制造和安裝等問(wèn)題。并且由于這種分段濃縮工藝，除最后一個(gè)濃縮單元外，其他各個(gè)濃縮單元各相鄰濃縮塔塔釜物料之間的濃度變化都較小，因此熱集成所需的壓差變化不大，使得每個(gè)濃縮單元的第一濃縮塔塔可以在較低操作壓力下操作、釜溫度不高，可以采用較低品位熱源來(lái)加熱。對(duì)于混合多元醇分離過(guò)程，整個(gè)濃縮過(guò)程的能量可以全部由后續(xù)多元醇精制過(guò)程產(chǎn)生的低品位塔頂物料蒸汽供給，或者由低品位塔頂物料蒸汽產(chǎn)生低壓蒸汽供給，極大地降低了整個(gè)濃縮過(guò)程的操作能耗。
本發(fā)明提供的這種直連熱集成換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于穩(wěn)定操作的優(yōu)點(diǎn)。普通多塔熱集成工藝中，一般前一級(jí)塔頂蒸汽給后一級(jí)塔釜再沸器加熱。對(duì)于附圖1所示的四塔熱集成工藝，熱集成換熱器(E-102、E-103、E-104)管程與殼程之間的換熱溫差較低，容易造成集成換熱的塔釜再沸器啟動(dòng)困難或操作不穩(wěn)定。本發(fā)明提供的直連熱集成換熱器克服了上述缺陷，它依靠前后兩級(jí)之間的壓差，溫度、壓力較高的前一級(jí)塔釜物料在直連熱集成換熱器入口之前已經(jīng)先閃蒸出一部分氣相，同時(shí)物料溫度降低，然后與直連熱集成換熱器殼程內(nèi)前一級(jí)塔頂蒸汽換熱，完成一級(jí)熱集成操作過(guò)程。由于直連熱集成換熱器進(jìn)出口本身具有一定的壓差，并且前一級(jí)塔釜物料在進(jìn)入直連熱集成換熱器之前已經(jīng)含有部分氣相(經(jīng)過(guò)降壓閃蒸)，因此不存在普通塔釜再沸器需要預(yù)熱段及啟動(dòng)困難的問(wèn)題，成為一種具有強(qiáng)制推動(dòng)力的換熱結(jié)構(gòu)，使熱集成操作更加穩(wěn)定。
本發(fā)明整個(gè)濃縮過(guò)程都可以在真空到常壓范圍內(nèi)進(jìn)行，所需加熱熱源都可由系統(tǒng)內(nèi)部低品位熱源提供，具有顯著的節(jié)能效果。本發(fā)明還利用每個(gè)濃縮單元內(nèi)部多級(jí)串聯(lián)的各塔之間的壓差分布，采用了直連熱集成換熱結(jié)構(gòu)，使工藝流程更簡(jiǎn)單、操作更穩(wěn)定。


圖1是一種典型的從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的四塔熱集成工藝流程。
圖2是本發(fā)明提供的一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝流程。
圖3是本發(fā)明提供的一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝流程。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝方法，具體實(shí)施方案參照附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。
圖1是一種典型的從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的四塔熱集成工藝流程。稀水溶液原料先進(jìn)入第一濃縮塔T-101，T-101塔釜采用中壓蒸汽加熱，T-101塔釜物料去第二濃縮塔T-102，T-101塔頂蒸汽給T-102塔釜再沸器E-102加熱。T-102塔釜物料去第三濃縮塔T-103，T-102塔頂蒸汽給T-103塔釜再沸器E-103加熱。T-103塔釜物料去第四濃縮塔T-104，T-103塔頂蒸汽給T-104塔釜再沸器E-104加熱，E-105為T-104塔頂冷凝器。整個(gè)二元醇稀水溶液濃縮過(guò)程采用四級(jí)(四塔)串聯(lián)熱集成工藝。
圖2是本發(fā)明提供的一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝流程，整個(gè)濃縮過(guò)程分為2個(gè)濃縮單元串聯(lián)操作，第一個(gè)濃縮單元為三塔熱集成操作，第二個(gè)濃縮單元為兩塔塔熱集成操作。
典型操作條件如下T-101塔1.1kg/cm2A操作，塔頂溫度102℃，塔釜108℃；T-102塔0.48kg/cm2A操作，塔頂溫度80℃，塔釜85℃；T-103塔0.13kg/cm2A操作，塔頂溫度50℃，塔釜60℃；T-104塔1.0kg/cm2A操作，塔頂溫度100℃，塔釜110℃；T-105塔0.13kg/cm2A操作，塔頂溫度50℃，塔釜128℃。
經(jīng)過(guò)上述五塔濃縮后的多元醇濃縮液經(jīng)過(guò)再脫水、脫重組分過(guò)程后去多元醇精制系統(tǒng)。多元醇精制受多元醇熱穩(wěn)定性條件限制，一般在真空條件下采用高效精餾塔完成混合多元醇的分離純化過(guò)程。以乙二醇、丙二醇精制為例，一般塔頂操作壓力約0.15kg/cm2A，塔頂溫度約134～140℃，塔釜溫度160℃左右。此精制過(guò)程中塔頂物料蒸汽可產(chǎn)生大量低壓蒸汽，或者可以直接作為熱源為其他過(guò)程提供能量。這部分較低品位的能量在以往多元醇稀水溶液濃縮、精制過(guò)程中，由于塔底都需要較高品位熱源而無(wú)法集中利用。
圖2是提供的一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝流程，2個(gè)濃縮單元串聯(lián)操作，第一個(gè)濃縮單元三塔熱集成操作，第二個(gè)濃縮單元兩塔塔熱集成操作。詳細(xì)說(shuō)明如下稀水溶液原料1先進(jìn)入第一濃縮單元的第一濃縮塔T-101，T-101塔釜再沸器E-101采用后續(xù)多元醇精制部分塔頂物料蒸汽加熱、或者采用后續(xù)多元醇精制部分塔頂物料產(chǎn)生的低壓蒸汽加熱。T-101塔釜物料6去直連熱集成換熱器E-102底部管程，由于T-101塔1.1kg/cm2A操作、T-102塔0.48kg/cm2A操作，兩塔之間存在約0.6kg/cm2壓差，來(lái)自T-101塔釜高溫物料6(108℃)在E-102底部減壓閃蒸后，壓力降至0.5kg/cm2A、溫度降至86℃，然后與E-102殼程T-101塔頂蒸汽2(102℃)換熱，E-102管程出口物料7進(jìn)入第二濃縮塔T-102塔釜。T-101塔頂蒸汽凝液3一部分作為T-101塔回流5，另一部分作為含輕組分廢水4采出。
與上述過(guò)程類似的，T-102塔頂蒸汽8進(jìn)入直連熱集成換熱器E-103殼程，T-102塔頂蒸汽凝液9一部分作為T-102塔回流11，另一部分作為廢水10采出(基本不含輕組分)。T-102塔釜物料12去直連熱集成換熱器E-103底部管程，經(jīng)減壓閃蒸、換熱后物料13進(jìn)入第三濃縮塔T-103塔釜。
T-103塔頂蒸汽14經(jīng)塔頂冷凝器E-104冷凝后，一部分作為T-103塔回流16，另一部分作為廢水15采出。T-103塔釜物料17去第二濃縮單元。
經(jīng)過(guò)第一濃縮單元初步濃縮后的物料17進(jìn)入第二濃縮單元的T-104塔，T-104塔底部再沸器E-105采用采用后續(xù)多元醇精制部分塔頂物料蒸汽加熱、或者采用后續(xù)多元醇精制部分塔頂物料產(chǎn)生的低壓蒸汽加熱。T-104塔頂蒸汽18進(jìn)入直連熱集成換熱器E-106殼程，T-104塔頂蒸汽凝液19一部分作為T-104塔回流21，另一部分作為廢水20采出。T-104塔釜物料22去直連熱集成換熱器E-106底部管程，經(jīng)減壓閃蒸、換熱后物料23進(jìn)入T-105下部。
T-105塔頂蒸汽24經(jīng)塔頂冷凝器E-108冷凝后，一部分作為T-105塔回流26，另一部分作為廢水25采出。T-105塔釜再沸器E-107采用中壓蒸汽加熱。
圖3是本發(fā)明提供的一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝流程。
整個(gè)濃縮過(guò)程分為3個(gè)濃縮單元串聯(lián)操作，第一和第二個(gè)濃縮單元三塔熱集成操作，第三個(gè)濃縮單元兩塔塔熱集成操作。前兩個(gè)濃縮單元操作過(guò)程與圖2所示的第一濃縮單元操作過(guò)程相同，第三濃縮單元操作過(guò)程與圖2所示的第二濃縮單元操作過(guò)程相同。
對(duì)比實(shí)施例按10萬(wàn)噸/年二元醇裝置，原料多元醇稀水溶液濃度按15％，原料量按110噸/小時(shí)計(jì)算，按本發(fā)明提供的從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝方法與普通四塔熱集成濃縮工藝進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比操作條件及節(jié)能效果如下普通四塔熱集成濃縮工藝如附圖1所示，典型操作條件及操作能耗如下T-101塔6.5kg/cm2A操作，塔頂溫度157℃，塔釜166℃；T-102塔3.0kg/cm2A操作，塔頂溫度133℃，塔釜140℃；T-103塔1.3kg/cm2A操作，塔頂溫度106℃，塔釜116℃；T-104塔0.15kg/cm2A操作，塔頂溫度54℃，塔釜87℃。
整個(gè)濃縮系統(tǒng)僅T-101塔底再沸器E-101需要中壓蒸汽加熱，中壓蒸汽耗量為33噸/小時(shí)。
本專利提供的典型節(jié)能工藝方法如附圖2所示，典型操作條件及操作能耗如下T-101塔1.1kg/cm2A操作，塔頂溫度102℃，塔釜108℃；T-102塔0.48kg/cm2A操作，塔頂溫度80℃，塔釜85℃；T-103塔0.13kg/cm2A操作，塔頂溫度50℃，塔釜60℃；T-104塔1.0kg/cm2A操作，塔頂溫度100℃，塔釜110℃；T-105塔0.13kg/cm2A操作，塔頂溫度50℃，塔釜128℃。
整個(gè)濃縮系統(tǒng)僅T-105塔底再沸器E-107需要中壓蒸汽加熱，中壓蒸汽耗量為4.5噸/小時(shí)。T-101塔底再沸器E-101、T-104塔底再沸器E-105所需熱源均由后續(xù)多元醇精制部分塔頂物料蒸汽加熱、或者采用后續(xù)多元醇精制部分塔頂物料產(chǎn)生的低壓蒸汽加熱。
本專利提供的從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的節(jié)能工藝方法與上述普通四塔熱集成濃縮工藝相比每小時(shí)可節(jié)省中壓蒸汽33-4.5＝28.5噸/小時(shí)。
每年可節(jié)省中壓蒸汽28.5噸/小時(shí)×8000小時(shí)/年＝228000噸/年。
具有顯著經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)多元醇的工藝方法，其特征在于(1)采用2～8個(gè)濃縮單元串聯(lián)操作；(2)每個(gè)濃縮單元都采用2～6個(gè)串聯(lián)的塔實(shí)現(xiàn)熱集成濃縮操作；(3)每個(gè)濃縮單元中，前一級(jí)塔與后一級(jí)塔之間設(shè)置直連熱集成換熱器，即前一級(jí)塔底部出口的物料直接進(jìn)入熱集成換熱器的管程或殼程，前一級(jí)塔頂部出口的蒸汽直接作為后一級(jí)塔的加熱熱源，進(jìn)入熱集成換熱器的殼程或管程，實(shí)現(xiàn)相鄰前后兩個(gè)塔的熱集成操作；(4)在整個(gè)濃縮過(guò)程中，塔頂操作溫度范圍是30～190℃，塔釜操作溫度范圍是40～200℃；塔頂操作壓力范圍是0.05～12kg/cm2A。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的工藝方法，其特征在于所說(shuō)的多元醇含量為3～30％。
3.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的工藝方法，其特征在于所說(shuō)的稀水溶液為低級(jí)多元醇水溶液，其中至少包含乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、1，4-丁二醇、丙三醇其中的一種，或者是包含上述兩種以上的低級(jí)多元醇。
4.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的工藝方法，其特征在于熱集成換熱器管程或殼程被加熱的物料可以進(jìn)入后一級(jí)塔的塔釜或者塔釜以上某一位置。
5.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的工藝方法，其特征在于所說(shuō)的每個(gè)濃縮單元中串聯(lián)的濃縮塔在濃縮精度要求不高時(shí)，可以采用閃蒸罐或釜或氣液分離罐代替。
6.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的工藝方法，其特征在于所說(shuō)的前后兩級(jí)塔之間的直連熱集成換熱器是1臺(tái)，或采用2～3臺(tái)并聯(lián)操作。
7.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的工藝方法，其特征在于所說(shuō)的稀水溶液濃縮過(guò)程中的熱源是采用系統(tǒng)內(nèi)部多元醇精制過(guò)程中的低品位物料蒸汽或由它產(chǎn)生的低品位蒸汽，或者采用蒸汽、導(dǎo)熱油等其他熱源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從稀水溶液中濃縮低級(jí)的節(jié)能工藝方法，將稀水溶液濃縮過(guò)程分為2～8個(gè)串聯(lián)的濃縮單元來(lái)完成整個(gè)濃縮過(guò)程，每個(gè)濃縮單元內(nèi)部又由2～6臺(tái)濃縮塔串聯(lián)操作，經(jīng)過(guò)這樣的2～8個(gè)濃縮單元的分段濃縮后，得到多元醇濃縮液。整個(gè)濃縮過(guò)程都可以在真空到常壓范圍內(nèi)進(jìn)行，所需加熱熱源都可由系統(tǒng)內(nèi)部低品位熱源提供，具有顯著的節(jié)能效果。本發(fā)明還利用每個(gè)濃縮單元內(nèi)部多級(jí)串聯(lián)的各塔之間的壓差分布，采用了直連熱集成換熱結(jié)構(gòu)，使工藝流程更簡(jiǎn)單、操作更穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C07C29/80GK1765860SQ200510015270
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者藍(lán)仁水, 黃貴明, 董順利 申請(qǐng)人:藍(lán)仁水, 黃貴明, 董順利