一種醋酸乙烯精製的熱耦合方法及裝置與流程
2023-05-30 03:59:51 2
本發明屬於醋酸乙烯精製領域，涉及一種醋酸乙烯精製的減少能耗的熱耦合方法。一種熱耦合能量集成的生產裝置和方法
背景技術：
醋酸乙烯(vac)，也稱為醋酸乙烯酯，是一種重要的有機化工原料。通過自身聚合或與其它單體共聚，醋酸乙烯可以生成聚乙烯醇(pva)、醋酸乙烯─乙烯共聚物(eva)、聚醋酸乙烯(pvac)、醋酸乙烯─氯乙烯共聚物(evc)等等產物。這些產物的用途十分廣泛，一般可用於粘接劑、紙張或織物的上膠劑、油漆、墨水、皮革加工、乳化劑、水溶性膜、土壤改良劑等方面。
乙炔法制醋酸乙烯的過程主要分為合成工段和精製工段。合成工段的主要作用是利用醋酸和乙炔合成醋酸乙烯，精製工段的主要作用是將反應液中的醋酸乙烯分離並精製。精製後的醋酸乙烯可以直接作為產品出售，或者送至聚合工段將醋酸乙烯聚合為聚醋酸乙烯，再經過醇解工段製成聚乙烯醇，聚乙烯醇可以用作維倫、塗料、特種橡膠的生產原料。
乙炔法合成醋酸乙烯的精製工段的進料為合成工段送來的反應液和聚合工段返回的物料，主要包括醋酸乙烯、醋酸、乙炔、乙醛、醋酸甲酯、甲醇、丁烯醛、二乙酸亞乙酯、醋酸酐、丙酮和水等組分。反應液體入精製工段後，首先脫除其中的乙炔氣體，然後進行粗分離，分離得到醋酸乙烯為主的輕組分以及醋酸為主的重組分，然後再分別進行精製和分離。
粗分後以醋酸乙烯為主的輕組分物料中含有乙醛、醋酸甲酯、甲醇、丙酮和水等組分，從中進行產品級醋酸乙烯的提純，需要設計多級分離裝置，其中的粗vac塔和精vac塔等精餾塔的塔釜再沸器都需要提供大量的熱能，在醋酸乙烯精製工段的整個流程中都屬於耗能大戶。另外，粗分後以醋酸為主的重組分在醋酸塔中得到排雜和醋酸提純，頂部和側採得到的蒸汽都需要提供大量的外部冷源或者轉移熱量。
專利cn1699326a公開了一種由乙烯、醋酸和含氧氣體通過氧醯化氣相反應製得的醋酸乙烯粗產品的精製方法。包括步驟：醋酸乙烯粗產品通過酸洗塔用醋酸進行酸洗；第一精餾塔進行精餾以脫除副產的醋酸乙酯、醋酸和水；第二精餾塔進行精餾以脫除副產的醋酸甲酯和乙醛；第三精餾塔進行醋酸精製；第四精餾塔進行再次精製，以脫除殘餘的微量醋酸乙酯。該方法主要是將醋酸乙酯和水在精餾的第一時間與醋酸乙烯加以分離，使得精餾工藝的操作更容易和更穩定，使能耗有所降低，但在整個流程中沒有對熱量的再利用。
專利cn105964008公開了一種高純度醋酸乙烯分離系統，以合成的粗醋酸乙烯為原料,採用雙塔「一次蒸發、一次冷凝」精餾的方式，得到了99.9％純度以上的精醋酸乙烯,解決傳統工藝中粗醋酸乙烯雜質多和能耗高問題。雖然該方法減少了產品物料在非產品系統的含量，但是沒有考慮到精餾塔各流股熱量的相互補充和利用。
因此開發新的工藝，合理安排系統中的熱量交換，有效降低精製工段的生產能耗，是減少醋酸乙烯裝置生產成本的關鍵。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種熱耦合能量集成的生產裝置和方法。應用該方法於乙炔法制醋酸乙烯的分離工藝中，該方法合理安排系統中的熱量交換，在得到高純度的醋酸乙烯的前提下，大幅降低能耗。
本發明解決氣技術問題所採用的技術方案是：
一種醋酸乙烯精製的熱耦合方法，包括如下步驟：
(1)包括醋酸塔塔頂氣在粗vac塔再沸器換熱的步驟；
(2)包括醋酸塔側採氣在精vac塔再沸器換熱的步驟。
本發明的醋酸乙烯精製的熱耦合裝置，包括粗vac塔(101)、精vac塔(102)、醋酸塔(103)組成；每個塔下部都設有再沸器，塔頂都設有冷凝器；醋酸塔(103)塔頂蒸汽出口與粗vac塔(101)塔釜再沸器(107)殼程上端蒸汽入口相連，再沸器(107)殼程下端凝液出口與醋酸塔(103)塔頂回流罐(115)相連；粗vac塔再沸器(107)管程與粗vac塔(101)塔釜出入口相連；醋酸塔(103)側採氣出口與精vac塔(102)塔釜再沸器(112)殼程上端蒸汽入口相連，再沸器(112)殼程下端凝液出口與出界管線相連；精vac塔再沸器(112)管程與精vac塔(102)塔釜出入口相連。
利用本發明的裝置進行醋酸乙烯精製的熱耦合方法；包括如下步驟：
(1)粗vac塔(101)塔釜的釜液進入粗vac塔再沸器(107)的管程，醋酸塔(103)塔頂氣進入粗vac塔再沸器(107)的殼程，經過換熱，加熱後的粗vac塔(101)塔釜液返回塔釜，醋酸塔(103)塔頂氣冷凝後返回醋酸塔回流罐(115)；
(2)精vac塔(102)塔釜的釜液進入精vac塔再沸器(112)的管程，醋酸塔(103)側採醋酸蒸汽進入精vac塔再沸器(112)的殼程，經過換熱，加熱後的精vac塔(101)塔釜液返回塔釜，醋酸塔(103)側採氣冷凝後返回醋酸側採罐(115)，送往合成工段。
所述粗vac塔(101)、精vac塔(102)、醋酸塔(103)的操作壓力均為1.0-1.2bara。
所述粗vac塔(101)塔釜溫度是70-90℃，與之換熱的醋酸塔(103)塔頂氣溫度是100-120℃。
所述精vac塔(102)塔釜溫度是70-90℃，與之換熱的醋酸塔(103)側採溫度是110-130℃。
所述幾個塔的塔釜再沸器均優選採用管殼式熱虹吸再沸器。
本發明中，醋酸塔塔頂氣為粗vac塔再沸器的加熱介質，醋酸塔側採醋酸蒸氣為精vac塔再沸器的加熱介質，再沸器採用管殼式熱虹吸再沸器，充分利用了各流股熱量。不同物料間進行換熱，合理安排了系統中的熱量交換，減少了醋酸乙烯精製過程中的加熱蒸汽和冷卻水用量，在滿足分離要求的前提下，大幅度減少了精餾單元能耗，降低了醋酸乙烯生產的成本。
本發明的優點和有益效果如下：
本發明利用醋酸塔的塔頂蒸汽和側採蒸汽的熱量，分別對粗vac塔再沸器和精vac塔再沸器提供熱量，取代了外部蒸汽加熱，同時也減少了醋酸塔頂和側採蒸汽冷凝所需的冷卻水用量。經過上述流程，可減少醋酸乙烯精製過程加熱蒸汽消耗10％-20％，可減少過程冷卻水消耗3-6％。在同樣的分離任務下，顯著減少了能源和設備投資，降低了醋酸乙烯的生產成本。
附圖說明
圖1為乙炔法合成醋酸乙烯精餾系統熱耦合方法流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的幾種連接作進一步的詳細說明。
一種醋酸乙烯精製系統的熱耦合系統，由粗vac塔101、精vac塔102、醋酸塔103組成；每個塔下部都設有再沸器，塔頂都設有冷凝器；粗vac塔101設有再沸器107，醋酸塔103塔頂、粗vac塔再沸器107、醋酸塔回流罐115依次相連接；精vac塔設有再沸器112，醋酸塔103側採、精vac塔再沸器112依次相連。
粗vac塔101塔釜的釜液進入粗vac塔再沸器107的管程，醋酸塔103塔頂氣進入粗vac塔再沸器107的殼程，經過換熱，加熱後的粗vac塔101釜液返回塔釜，醋酸塔103塔頂氣冷凝後返回醋酸塔回流罐115；精vac塔102塔釜的釜液進入精vac塔再沸器112的管程，醋酸塔103側採醋酸蒸汽進入精vac塔再沸器112的殼程，經過換熱，加熱後的精vac塔102釜液返回塔釜，醋酸塔103側採氣冷凝後返回醋酸側採罐115，送往合成工段。
以下採用具體說明的實施例來說本申請方法的具體實施過程。
在本實施例中，來自粗分塔塔頂及其他工段的進料量為13.5m3/h，經過粗vac塔(101)脫除輕組分雜質，將塔釜純度較高的vac送至精vca塔(102)進料，進料量為12m3/h，經過精vac塔(103)進一步精製，從塔頂得到純度99.9％的vac產品。與此同時，來自粗分塔塔釜的醋酸組分在醋酸塔(103)中分離精製，進料量為14.6m3/h，從塔頂採出含有丁烯醛等輕組分雜質的醋酸蒸汽，送至粗vac塔再沸器(107)進行換熱，醋酸塔(103)中部側採出的高純度的醋酸蒸汽送至精vac塔再沸器(112)換熱，最後得到的99.9％的醋酸液相返回合成工段使用。
其中，粗vac塔的操作壓力為1.0-1.2bara，塔頂溫度為60℃，塔釜溫度為82℃；精vac塔的操作壓力為1.0-1.2bara，塔頂溫度為70℃，塔釜溫度為72℃；醋酸塔操作壓力為1.0-1.2bara，塔頂溫度為100℃，側採溫度為120℃，塔釜溫度為130℃。
經過三座熱耦合精餾塔之間的分離之後，最終脫出輕重組分雜質，得到了高純度的醋酸乙烯和醋酸，達到了分離要求，同時減少了6500kg/h的加熱蒸汽消耗，並且極大減少了醋酸乙烯精製系統的設備投資費用。