通过在具有一个或多个连续分隔壁的塔中蒸馏来分离一种或多种进料混合物的方法

摘要

本发明涉及一种通过在具有一个、两个或三个分隔壁的塔中蒸馏来分离一种或多种进料混合物的方法，所述分隔壁在塔纵向上从塔一端至另一端为连续的并将塔内部分隔成两个、三个或四个完全分离的子塔区，具有从第一子塔区进入第二子塔区和任选第三子塔区及任选第四子塔区的定向蒸气流以及与所述蒸气流成逆流的定向液流，其中所述一种或多种进料混合物在塔中分离成两种馏分且所述塔具有单独的底部蒸发器和在塔顶部的单独冷凝器。

说明书

本发明涉及一种通过在具有一个或多个在塔纵向上从塔一端至另一端为连续的分隔壁的塔中蒸馏来分离进料混合物的方法及其用途。 

在化学工业低价生产方法的发展过程中，方法整合是重要的工程原理。在此，将多个装置或整个工段整合成具有少数装置的设备。 

在蒸馏技术中，分隔壁塔是方法整合的典型例子。在将三组分混合物分离成纯馏分的分离中，可以将传统设备的两个单独蒸馏塔或主塔与附属具有专用蒸发器和冷凝器的侧塔在每种情况下整合成具有分隔壁和仅单一蒸发器和冷凝器的单一蒸馏塔。这种方法整合能够节省大约20-30％的资金成本。因此可以实现热力学性能的改进和在进料点出现的混合熵的最小化，以及相似数量级的额外能量节省。 

还可以将四组分混合物的分离整合成单一分壁隔塔。由于较大的混合熵在该塔设备的进料点处出现并降低可能的能量节省，因此具有多个分隔壁的蒸馏塔已描述作为可能的补救。 

方法整合的更简单可行性为其中分隔壁延伸至塔顶端或底端的蒸馏塔。在这些塔设备中，同样可以节省资金成本。然而，没有能量节省，因为这些设备仅仅代表将主塔和侧塔整合成一个装置。 

DE-C 102 07 460描述了一种通过在具有分隔壁的塔中蒸馏而将邻苯二甲酸酐分离成低沸点馏分、高沸点馏分和包含邻苯二甲酸酐的馏分的方法，该分隔壁在塔的整个高度上延伸以形成两个子区，其中两个子区的底部部件相互连接或在塔内间断该间隔壁并将两个子区相互连接的溢流道提供在塔的下部区域中。 

然而，分隔壁塔的制造相对复杂，特别是分隔壁必须以无应力方式焊入外塔壁以正确成型。为此，特别在塔具有大直径的情况下，需要以复杂方式通过至少两次，通常是6-8次焊接操作引入分隔壁。为此，分隔壁塔 在相对复杂的分离作业，特别是三种或更多种组分的分离中的用途迄今仍受到限制。 

通过蒸馏分离两组分混合物也可能复杂，尤其是当组分的相对挥发度非常低的情况下。在蒸馏分离技术中，通常认为当相对挥发度低于约1.5时，分离通常应借助提高挥发度差异的溶剂才能进行。在不借助溶剂的情况下，则需要非常大的理论塔板数且蒸馏塔的高度相应地需要非常高，换句话说，需要非常高的纵横比(塔长度：直径的比)。通常纵横比的上限为约30或甚至约20。如果由于所需的理论塔板数而要求更高的纵横比，则这样的分离迄今为止必须在两个塔中进行。 

在现有技术的引导下，本发明的目的是在通过蒸馏将混合物分离成两种馏分的分离中提供一种工艺整合的方法并因此节省资金成本。具体而言，应缩短蒸馏塔高度，减小纵横比以及减少所需蒸馏塔数目。 

该目的由一种通过在具有一个、两个或三个分隔壁的塔内蒸馏来分离一种或多种进料混合物的方法实现，该分隔壁在塔纵向上从塔一端至另一端为连续的并将塔内部分隔成两个、三个或四个完全分离的子塔区，具有从第一子塔区进入第二子塔区和任选第三子塔区及任选第四子塔区的定向蒸气流以及与该蒸气流成逆流的定向液流，其中所述一种或多种进料混合物在塔中分离成两种馏分且该塔具有单独的底部蒸发器和在塔顶部的单独冷凝器。 

经发现具有很低的相对挥发度且迄今仍需要在至少两个塔中分离或由于需要非常大的理论塔板数而在添加溶剂下分离的混合物可以在单个塔中分离，该塔构造成具有一个或多个完全连续分隔壁的分隔壁塔，尽管从蒸馏技术预想的观点是由于温度在塔高度上分布会在分隔壁中产生热应力。在本发明方法中，使用具有一个或多个在塔纵向上从塔一端至另一端为连续的分隔壁的塔。 

分隔壁可以具有任意已知的技术设计，特别是分隔壁可以包含片状金属部件，该金属部件焊入塔体中或插入一个元件中或如EP 1 088 577中所述包含数个可插入或夹入的单独部件。 

当系统中分隔壁两侧产生的温差大于约5℃时，分隔壁优选绝热制造。 技术设计的实例描述在EP 0 640 367中。 

取决于具体的应用，分隔壁两侧可能产生不同的压力。当填料元件无序床用作分离内件时，分隔壁必须借助本领域技术人员熟知的合适结构措施如张力锚予以加固。而当利用有序填料或塔板时，这些额外的措施在大部分应用中可以省略。 

根据本发明，一种或多种进料混合物在具有一个或多个完全连续的分隔壁的塔中分离成仅两种馏分，即塔底馏分和塔顶馏分。尽管这样通过避免在进料点处的混合熵消除了能量收益，如对于三组分或多组分混合物正是如此，然而作为方法整合(即通过在单个塔中蒸馏进行分离)的结果可以节省约20-30％的资金成本。 

本发明方法取出的两种馏分实质上可以是纯馏分，即每种情况下以至少90重量％或至少99重量％的比例包含单一物质。 

在一个实施方案中，将单一进料混合物供入塔中且该塔装备有单个将塔内部分隔成两个完全分离的子塔区的连续分隔壁。 

可能有利的是提供一个或多个中间蒸发器和/或一个或多个中间冷凝器。 

除了一种塔底馏分和一种塔顶馏分外，可以从塔中取出一种或多种气态或液态侧流。 

优选从第一子塔区的底部取出第一馏分，将来自第一子塔区的蒸气流送入第二子塔区的底部并将来自第二子塔区的底部料流送入第一子塔区的顶部且从第二子塔区的顶部取出第二馏分。 

在另一个实施方案中，提供了两个在塔纵向上从塔一端至另一端为连续的并将塔内部分隔成三个完全分离的子塔区的分隔壁，将来自第一子塔区的蒸气流送入第二子塔区的底部，将来自第二子塔区的蒸气流送入第三子塔区的底部，将来自第三子塔区的底部料流送入第二子塔区的顶部，将来自第二子塔区的底部料流送入第一子塔区的顶部，在第三子塔区的顶部取出第二馏分。 

所述一个或多个分隔壁可以在塔纵向上正确地设置，即在立式塔中垂直且相互平行地设置。 

然而，该表述“分隔壁在塔纵向上设置”也允许轻微的偏离塔纵向，特别是由制造引起的偏离。 

在一个实施方案中，所述一个或多个分隔壁可以在塔的高度上分段偏置，使得塔内由分隔壁相互隔开的子区对于各塔段具有不同的横截面。这样，可以使得塔纵向上的子塔区与各自的气体和液体负载以每种情况下确保所选内件如填料或塔板最佳负载条件的方式相匹配。 

具体而言，位于入口、侧取出口、中间蒸发器或中间冷凝器上方和下方的子塔区横截面在每种情况下可以具有不同的尺寸。在各组分具有非常不同的蒸发焓且与之相关在塔纵向上气体负载变化也很大的系统的分离中，所述一个或多个分隔壁的偏移设置可能有利于最佳液压负载。 

上述一个或多个分隔壁的分段偏移设置在无分隔壁的传统塔的情况下对应于取决于塔高度的不同塔直径，例如在汽提段和富集段具有不同直径的塔。 

在两个或更多个分隔壁在塔纵向上设置且从塔一端至另一端为连续的情况下，这些可以相对彼此不同的方式设置：在一个实施方案中，分隔壁相互平行设置，在另一个实施方案中，分隔壁可以同心设置或以棋盘方式设置。分隔壁例如可以设置成将塔横截面分隔成弓形或扇形。 

本发明还提供了上述方法在通过蒸馏将C₃馏分分离成包含至少70重量％丙烷(尤其是至少90％丙烷)的馏分和包含至少99重量％丙烯(尤其是包含至少99.9重量％丙烯的聚合物级丙烯)的馏分中的用途。 

本发明还提供了上述方法在通过蒸馏将C₄烃馏分分离成包含丁烷、丁烯和不超过2000重量ppm1，3-丁二烯的残液I馏分和包含至少98重量％1，3-丁二烯的粗1，3-丁二烯料流中的用途。 

C₃馏分(即包含每分子主要具有3个碳原子的烃的烃料流)在C₃分流器中的分离是非常复杂的，因为丙烷相对于丙烯的相对挥发度非常低。完全通过蒸馏分离以获得高纯度丙烯需要约230块的大量塔板，这不能容纳在工业常规纵横比不超过30的单个塔中。这样的塔甚至在板间距较小的情况下具有超过90m的高度。因此，通过蒸馏来分离迄今为止需要在两个蒸馏塔中进行。 

在目前的情况下，似乎难以通过在添加增大挥发度差异的溶剂下蒸馏而进行分离，因为常规的极性、高沸点萃取剂将不饱和组分转移至底部，而丙烯(即不饱和组分)在丙烷/丙烯的分离中为低沸物。因此，常规的极性、高沸点萃取剂会在无萃取剂存在下逆转丙烷和丙烯的沸点的一般顺序，并且与无萃取剂的纯蒸馏相比，相对挥发度在萃取剂存在下最初会下降。 

相反，本发明提供了一种分离C₃馏分的方法，该方法比常规的简单蒸馏有利并且可以不借助溶剂进行。 

与通过蒸馏分离的已知方法相比，本发明方法具有如下优点：在与现有技术的各塔具有相同高度的情况下，其产生具有较大直径的单塔，该塔在机械稳定性方面(例如在风应力和对地震引起的应力的敏感性方面)有利，并且因此不需要昂贵的加固。此外，总资本成本较低。尤其是由于塔的节省也节约了塔地基和钢框架的成本。 

对于相同的分离作业，具有连续分隔壁的塔的高度是没有分隔壁的塔的一半，且直径增大系数为 

特别是设备框架的费用也很低；这一点尤其适用于当设备必须建立在一个封闭的生产建筑内且高型单塔需要增加生产建筑的楼层时。 

除了经济上的优点，特别是节省了设备，还具有其他的优点，特别是减少了空间的需求。此外，通过增大用于本发明方法的分隔壁塔的塔直径而降低了对风力的易感性和对地震的敏感性。 

下面将借助实施例和附图说明本发明。 

实施例1-分离C₃烃混合物 

该分离任务为纯化包含93mol％丙烯和7mol％丙烷的C₃烃混合物以提供包含99.9mol％丙烯的聚合物级丙烯，其中底部料流中允许约10mol％丙烯。 

实施例1-根据现有技术 

分离在顶部压力为18巴具有总共230块塔板且如图1B所示被分成两个的塔中进行。 

进料流大约在第一塔的中部引入。 

包含约10mol％丙烯的丙烷在第一塔的底部取出。将来自第一塔的蒸 气流送至第二塔的底部并将来自第二塔的底部料流送至第一塔的顶部。纯度为99.9mol％的丙烯在第二塔的顶部取出。两个塔各自具有约50m的高度。 

实施例1-根据本发明 

使用具有连续分隔壁的单个塔。该塔的高度为约50m，其直径对应于相应塔直径的约1.4倍。 

实施例1-对比 

从第一子塔区I的底部取出包含约10mol％丙烯的丙烷(料流2)。将来自第一子塔区I的蒸气流(料流3)送至第二子塔区II的底部并将来自第二子塔区II的底部料流4送至第一子塔区I的顶部。 

实施例2-从C₄烃馏分中萃取蒸馏分离粗丁二烯 

该分离任务是通过萃取蒸馏从C₄烃馏分中分离粗1，3-丁二烯。这里，用选择性溶剂(例如包含5-10重量％水的二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮)逆流洗涤C₄烃馏分，其中C₄烃料流分离成基本上包含丁烷和丁烯的残液流和包含约98重量％1，3-丁二烯的粗1，3-丁二烯料流。 

实施例2-对比 

为了将萃取蒸馏用塔的高度限制在约60m，萃取蒸馏在两个塔中进行，其中C₄烃馏分在第一塔的底部供入。选择性溶剂在略低于第一塔顶部引入。将来自第一塔的底部料流送至第二塔的顶部同时将来自第二塔的蒸气流送至第一塔的底部。从第二塔中取出侧流并供入第三塔中，在该塔顶部通过用选择性溶剂以逆流萃取蒸馏得到粗1，3-丁二烯。 

实施例2-根据本发明 

将上述两个塔整合成一个共有塔体并借助连续分隔壁彼此分开(对应于图4)。子塔区的外部连接保持不变。得到具有相同高度和较大直径且满足两个分离塔I和II(对应于图3)功能的单个塔。 

在本发明的另一实施例中，实施例2(对比)的第三塔III也可以使用另一个但不连续的如DE-A 103 22 655中所述的分隔壁整合到同一塔体中，从而使实施例2(对比)中所述的所有三个塔I、II和III(图3)整合成单个塔体。 

图中相同的参考符号在每种情况下表示相同或相应组分。详述： 

图1A表示实施本发明方法的分隔壁塔的第一实施方案， 

图1B表示与图1A相对应的根据现有技术具有双蒸馏塔的设备， 

图2表示实施本发明方法的塔的另一优选实施方案， 

图3示意性地表示根据现有技术使用三个分离塔I-III从C₄烃馏分中分离粗1，3-丁二烯的设备， 

图4表示实施本发明方法的塔的一个优选实施方案，其中通过萃取蒸馏从C₄馏分中分离粗1，3-丁二烯，和 

图5表示实施本发明方法的塔的另一个优选实施方案，其中通过萃取蒸馏从C₄烃馏分中分离粗1，3-丁二烯。 

图1A表示实施本发明方法的分隔壁塔的第一实施方案。将包含组分A和B的进料混合物(料流1)供入分隔壁塔K的第一子塔区I，分隔壁塔K具有在塔K纵向上从塔K一端至另一端为连续的分隔壁TW。分隔壁TW将塔K的内部分隔成第一子塔区I和第二子塔区II。第一换热器W作为底部蒸发器分配给第一子塔区I，第二换热器W作为顶部冷凝器分配给第二子塔区II。 

包含组分B的第一馏分(料流2)从第一子塔区I的底部取出，包含组分A的第二馏分(料流5)从第二子塔区II的顶部取出。 

将来自第一子塔区I的蒸气(料流3)送至第二子塔区II的底部并将来自第二子塔区II的底部液体(料流4)送至第一子塔区I的顶部。 

图1B表示根据现有技术的相应设备，其中需要两个蒸馏塔I和II并排设置。塔I对应于根据本发明使用的塔K的第一子塔区I，塔II对应于根据本发明使用的塔K的第二子塔区II。 

图2表示用于本发明方法中的塔的另一优选实施方案。与图1描述的实施方案相比，图2的实施方案中提供了两个分隔壁TW且塔K的内部相应地分隔成三个子塔区I、II和III。因此，从第二子塔区II得到另一塔顶料流(料流6)并送至第三子塔区III的底部，从第三子塔区III的底部得到另一塔底料流(料流7)并供入第二子塔区II的顶部。 

图3表示通过使用选择性溶剂(NMP/水)萃取蒸馏从C₄烃馏分(粗C₄)中分离粗1，3-丁二烯的示意性设备，其中将预热进料混合物(料流1)引入第一塔I中，而选择性溶剂NMP/水逆流供入该塔中，并且蒸气流3从该塔取出，然后在换热器W中冷凝后作为残液I取出。将来自第一塔I的底部料流供入第二塔II的顶部，将来自第二塔II的蒸气流供入第一塔I的底部。将来自第二塔II的侧流供入第三塔III，从该塔顶部经换热器W冷凝后取出粗1，3-丁二烯。 

图4示意性地表示实施与图3相同分离任务的设备，但根据本发明将两个塔I和II整合成具有在塔整个高度上完全连续的分隔壁的单个塔。 

图5表示根据本发明方法的塔的另一优选实施方案，其中与图4所示实施方案相比，粗1，3-丁二烯从C₄烃馏分中的分离同样通过额外整合至同一塔体中的第三塔III进行。