[发明专利]一种热泵辅助变压精馏分离苯和异丁醇混合物的方法

说明书

本发明公开了一种热泵辅助变压精馏分离苯和异丁醇混合物的方法，主要使用了机械蒸汽再压缩式热泵和热集成技术，其步骤为：苯和异丁醇原料液预热后，自塔顶进入低压提馏塔，塔釜采出高纯度的异丁醇产品，而塔顶汽相经预热、压缩至高温高压后，自塔底进入高压精馏塔，高压精馏塔顶蒸汽作为低压提馏塔再沸器的热源，而低压提馏塔塔底液体作为再沸器的热阱，高压精馏塔顶蒸汽全部冷凝后部分作为塔顶液体回流，并采出高纯度的苯产品，塔底液体循环至低压提馏塔塔顶。本发明大大提高了苯和异丁醇混合物分离过程的热力学效率和经济性，实现了节能减排的目的。

技术领域

本发明属于化工行业的分离纯化技术领域，具体涉及一种热泵辅助变压精馏分离二元共沸物的节能方法，尤其适用于苯和异丁醇等特殊体系，即高压下形成最大共沸物，低压下形成最低共沸物，可拓宽至其他同类体系。

背景技术

苯是组成结构最简单的芳香烃，常温下为一种无色、味甜、有芳香味、油状的透明液体，密度小于水，不溶于水，本身具有良好的溶解性能，因而被广泛地用作胶黏剂及工业溶剂。它是一种重要的石油化工基本原料，用于合成染料、橡胶、树脂、纤维、塑料、医药、农药、胶片以及石油化工制品。

异丁醇是一种常温下无色的透明液体，有特殊气味、密度小于水、微溶于水、易溶于乙醇和乙醚。它是一种基本有机化工原料，主要用于生产邻苯二甲酸二异丁酯增塑剂、乙酸异丁酯溶剂，还有少部分用于生产丁酸异丁酯、乳酸异丁酯等。异丁醇也是一种重要的有机溶剂，用于溶解硝酸纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、橡胶和天然树脂和多种油类。

某种硝酸纤维素漆生产过程中，会产生大量苯和异丁醇的混合物，这类物质具有极大的致癌性和环境破环。因此将其进行有效分离和提纯对减少资源浪费和降低环境污染具有重要意义。苯与异丁醇混合物属于特殊压敏性共沸体系，在不同压力下具有不同的共沸行为，如附图1所示。混合物在压力小于380kPa时，可形成最小共沸物，压力大于557.3kPa时，可形成最大共沸物，压力介于380~557.3kPa时，不形成共沸物，但相对挥发度很小，故采用普通精馏难以完全分离。利用此类体系共沸行为的特征，有专利报道了一种变压精馏的分离方法。

中国专利CN 107986928A提出了一种变压精馏分离苯与异丁醇共沸体系的方法，包括二种序列：（1）先常压、再加压的变压精馏，常压塔塔底采出异丁醇产品，塔顶物流进入加压塔二次精馏；加压塔塔顶采出苯产品，塔底物流循环进入常压塔精馏；（2）先加压、再常压的变压精馏，加压塔塔顶采出苯产品，塔底物流进入常压塔二次精馏，常压塔塔底采出异丁醇产品，塔顶物流循环进入加压塔精馏。该方法虽然可得到高纯度苯和异丁醇产品，但如果采用热集成和热耦合强化技术，将会使设备费用和能耗费用大幅降低。中国专利CN105001056B介绍了一种变压精馏分离异丁醇与正庚烷共沸体系的方法。采用先常压、再加压的变压精馏，常压塔塔底采出异丁醇产品，塔顶物流进入加压塔二次精馏；加压塔塔顶采出正庚烷产品，塔底物流循环进入常压塔精馏。上述变压精馏过程未考虑任何能量集成，塔底再沸器均使用热公用工程，塔顶冷凝器均使用冷公用工程；同时，常压塔塔顶采出最小共沸物和加压塔塔底采出最大共沸，这些会导致设备和能量成本的增加。

目前，在精馏过程节能强化领域，机械式蒸汽再压缩热泵技术的研究和应用日益广泛。中国专利CN 105964007B介绍了一种分离正丁醇-异丁醇混合物的设备和工艺。该专利报道的蒸汽再压缩热泵技术属于自热回收技术，压缩机设置如内部热集成技术一样，整个过程可以节约大量的能量，但分离的正丁醇-异丁醇混合物属于二元非共沸体系。因此，针对苯和异丁醇等二元特殊共沸体系，开发一种节能、高效和经济的热泵精馏分离方法和装置具有重要意义。

发明内容

本发明公开了一种热泵辅助变压精馏分离苯和异丁醇混合物的方法。本发明中变压精馏采用仅有提馏段的低压塔和仅有精馏段的高压塔，减少了塔器成本，可有实现彻底分离且避免产品再污染等问题，采用机械蒸汽再压缩式热泵、热集成和产品余热回收等技术，大大降低了能耗，提高了热力学效率，减少了二氧化碳排放。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：