用于在净化苯乙烯单体的过程中减少能量消耗的方法
用于在净化苯乙烯单体的过程中减少能量消耗的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在净化苯乙烯单体的过程中的能量消耗改进。
【背景技术】
[0002] 商业生产的大部分苯乙烯单体通过乙苯在蒸气相、固定催化剂床反应器中脱氢制 得。每次通过反应器将约60至75%的乙苯进料转化成苯乙烯。乙苯的脱氢反应产生未加 工的苯乙烯流，其为包含大部分苯乙烯和乙苯以及少量反应副产物和杂质（例如苯、甲苯、 α-甲基苯乙烯（AMS)和重质物）的混合物。为了生产可销售的苯乙烯单体产物，必须通 过蒸馏从苯乙烯产物中分离非苯乙烯组分。在可以用于下游聚合物过程之前，苯乙烯单体 必须被净化至至少99重量％的浓度。在净化过程中待从苯乙烯中分离的主要组分为苯、甲 苯、未反应的乙苯、AMS和被称为残余物的重质物（即在C ltl至C 14+范围内的化合物）。
[0003] 工业中目前的实践是使用最少三个蒸馏塔从而获得上述水平的苯乙烯产物纯度。 蒸馏塔的功能是回收苯/甲苯副产物、未反应的乙苯，并且从苯乙稀产物中分离AMS和重质 残留化合物。蒸馏过程整体需要大量的能量（蒸汽）从而净化苯乙烯产物。
[0004] 此外，主要由于苯乙烯单体（SM)和未反应的乙苯（EB)非常相似的挥发性，通过蒸 馏分离苯乙烯单体（SM)和未反应的乙苯（EB)存在巨大的困难。就此而言，乙苯和苯乙烯 在760mm Hg下的沸点彼此相差约KTC以内，这使得通过分馏进行分离困难并且昂贵。常规 地，该EB/SM分离已经通过在真空条件下在由于实现良好分离需要较大数目的理论塔板而 造成的大型复杂且昂贵的蒸馏塔中完成。在常规蒸馏过程中，在单个蒸馏塔中分离来自脱 氢反应工段的未反应的乙苯和苯乙烯。在典型的设计中，需要较大数目的理论级（在85和 115之间）从而以经济有效的方式实现所需的分离。该单个单元操作占整个蒸馏工段热输 入的70%和80%之间。在典型的苯乙烯制造工艺车间中，未反应的乙苯和苯乙烯产物的分 离占整个车间蒸汽消耗的约20-30%。
[0005] 与苯乙烯单体的蒸馏相关的其它问题涉及苯乙烯单体固有的反应性。由于苯乙烯 单体即使在环境温度下也聚合形成不溶固体，该不希望的反应性使得苯乙烯单体的蒸馏具 有挑战性。由于苯乙烯聚合的速率随着温度的增加而增加，常规的实践在于在低压下操作 商业苯乙烯车间的蒸馏塔从而降低沸腾温度并且因此降低不利聚合的程度。
[0006] 由于这些各种工艺困难，并且特别是由于相关的较大的能量消耗需求和成本，多 年来存在巨大动机来开发实现该分离过程的替代性手段，所述替代性手段从经济和易操作 性观点来看更为可行。多个专利尝试以各种方式解决这些问题。
[0007] 美国专利No. 6, 171，449教导了通过使用级联再沸器方案回收至少一部分包含在 EB/SM分流器塔顶物流中的热从而改进能量消耗的方法，其中在两个并联的以不同压力操 作的蒸馏塔中进行乙苯和苯乙烯的分离，高压塔的塔顶提供使低压塔再沸所需的热。美国 专利No. 4, 628, 136教导了通过使用该流使乙苯和水的共沸混合物沸腾从而回收EB/SM分 流器的塔顶物中包含的热的方法，所述共沸混合物一旦蒸发随后则被转移至反应系统，在 所述反应系统处乙苯进行脱氢形成苯乙烯。然而，美国专利No. 4, 628, 136中描述的方法要 求EB/SM分流器在足够高的压力下操作从而能够将乙苯和水蒸气的共沸混合物转移至反 应器系统而无需使用压缩器。该专利还指明冷凝的EB/SM分流器塔顶物流和沸腾的乙苯和 水的共沸混合物之间的温差应当在2和KTC之间的范围内。考虑到该温度限制，可以得到 进行共沸蒸发的压力和所需的EB/SM分流器的塔顶物压力之间的关系。
[0008] 出于经济原因，希望降低净化苯乙烯单体的过程中的蒸汽量（即能量）要求。因 此，鉴于以上情况，有利的是提供减少蒸汽用量同时还能够独立地向过程中加入热的方法。
【发明内容】
[0009] 本发明的实施方案
[0010] 因此，本发明的一个实施方案涉及在乙苯生产未加工的苯乙烯的脱氢反应之后通 过蒸馏净化苯乙烯单体的改进方法。
[0011] 根据另一个实施方案，本发明涉及用于显著降低与乙苯和苯乙烯的蒸馏分离的正 常能量密集型单元操作相关的效用成本的方法。
[0012] 根据又一个实施方案，本发明涉及通过使用另一个蒸馏塔的塔顶蒸气代替蒸汽减 少加热一个蒸馏塔所需的蒸汽量从而分离来自乙苯脱氢反应的未加工的苯乙烯流的苯乙 烯产物和其它组分的有效和经济的途径。
[0013] 根据又一个实施方案，本发明涉及用于现有苯乙烯车间的相对容易和低成本的改 动从而增加操作效率并且降低能量消耗。
[0014] 本发明的其它主题和优点部分是显而易见的并且部分在下文显现。本发明因此包 括但不限于包括多个步骤和各个组件的方法和相关装置，以及一个或多个所述步骤和组件 相对于彼此的关系和顺序，正如通过如下说明书和附图所描述。本文描述的方法和装置的 各个修改形式和变体形式对于本领域技术人员来说是显然的，并且所有这些修改形式和变 体形式被认为是落入本发明的范围。
[0015] 本发明的概要
[0016] 一般而言，本发明包括两个蒸馏过程的级联布置，其中使用一个蒸馏过程的塔顶 蒸气流中包含的热从而使第二蒸馏过程的全部塔底物液体或一部分塔底物液体再沸。更具 体地，本发明涉及一种方法，所述方法用于在一个蒸馏过程中从乙苯中蒸馏苯和甲苯并且 在另一个蒸馏过程中从AMS和残余物中蒸馏苯乙烯单体，并且使用一个蒸馏过程的塔顶蒸 气流中包含的热从而全部或部分地使第二蒸馏过程的塔底物液体再沸。工艺整合和热效率 的所得的协同作用造成显著更低的能量成本以及其它相关的节约。
[0017] 本发明涉及用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法。 所述方法包括：i)使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述苯乙烯流包含苯乙 稀、乙苯、苯、甲苯、α -甲基苯乙稀和重质物；ii)在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙 烯流，其中第一蒸馏过程提供包含苯和甲苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏 塔底物流，并且使用至少一个再沸器的第二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第二 蒸馏塔顶物流和包含α -甲基苯乙烯和重质物的第二蒸馏塔底物流；iii)从第二蒸馏塔底 物流中取出至少一个再沸器流并且在再沸器中使再沸器流再沸；和iv)通过与第一蒸馏塔 顶物流间接接触从而向再沸器提供热，其中所述再沸器流以等于或小于第一蒸馏塔顶物流 离开所述再沸器的温度的温度进入再沸器。
[0018] 用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法。所述方法包 括：i)使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述苯乙烯流包含苯乙烯、乙苯、苯、 甲苯、α-甲基苯乙烯和重质物；ii)在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙烯流，其中第 一蒸馏过程提供包含苯和甲苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏塔底物流，并 且使用至少第一再沸器和第二再沸器的第二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第 二蒸馏塔顶物流和包含α -甲基苯乙烯和重质物的第二蒸馏塔底物流；iii)从第二蒸馏塔 底物流中取出至少第一再沸器流和第二再沸器流，并且使第一再沸器流在第一再沸器中再 沸，使第二再沸器流在第二再沸器中再沸；和iv)通过与第一蒸馏塔顶物流间接接触从而 向第一再沸器提供热，通过与除第一蒸馏塔顶物流之外的热源间接接触从而向第二再沸器 提供热，其中第一再沸器流以等于或小于第一蒸馏塔顶物流离开所述再沸器的温度的温度 进入第一再沸器。
[0019] 本文公开的改进主要在于其经济影响，即通过标准苯乙烯精整塔底物换热器（即 再沸器）进行的再沸负荷的量的20%至100%的减少。同样重要地，这些改进不需要对方 法进行根本性改变。因此， 可以预期在采取这些改进时将存在很少阻力。
【附图说明】
[0020] 图1为显示用于净化苯乙烯单体的常规蒸馏装置的示意性工艺流程图。
[0021] 图2为显示根据本发明的一个实施方案的用于净化苯乙烯单体的蒸馏装置的示 意性工艺流程图。
[0022] 图3为图2的示意性工艺流程图的放大工段，显示了将一个再沸器换热器应用至 第三蒸馏塔的实施方案。
【具体实施方式】
[0023] 图1为显示用于未加工的苯乙烯的典型蒸馏装置和净化方法的示意性流程图。在 图1中，未加工的苯乙烯通常从上游乙苯脱氢单元（未示出）进料至乙苯/苯乙烯（EB/SM) 分流器塔T1。在该方案中，苯、甲苯和乙苯与苯乙稀、AMS和残余物分离。苯、甲苯和乙苯作 为塔顶物产物从EB/SM分流器塔Tl的塔顶物除去，并且苯乙烯、AMS和残余物（即在C ltl至 C14+范围内的化合物）作为塔底物产物从EB/SM分流器塔Tl的塔底物液体中除去。塔底物 产物被送至苯乙烯精整塔T3。
[0024] 通过从EB/SM分流器塔Tl的塔底物液体中取出再沸器流并且使用乙苯/苯乙烯 分流器再沸器Rl中的蒸汽使再沸器流再沸从而使EB/SM分流器塔Tl的内容物再沸。EB/SM 分流器塔Tl的塔顶蒸气通过乙苯/苯乙烯（EB/SM)分流器冷凝器Cl中的冷却水而冷凝。 来自EB/SM分流器冷凝器Cl的一部分经冷凝的塔顶物流作为回流被送回至EB/SM分流器 塔T1，剩余部分为苯/甲苯/乙苯蒸馏物，所述苯/甲苯/乙苯蒸馏物被送至苯/甲苯塔 T2。在苯/甲苯塔T2中，苯和甲苯从乙苯和重质化合物中分离，乙苯从塔T2的塔底物液体 中取出并且循环回至脱氢单元（未示出）。通过从塔底物液体中取出再沸器流并且使用苯 /甲苯塔再沸器R2中的蒸汽使再沸器流再沸从而使苯/甲苯塔T2的塔底物液体再沸。苯 /甲苯塔T2塔顶蒸气（即包含苯和甲苯的塔顶物）通过苯/甲苯塔冷凝器C2中的冷却水 而冷凝。来自苯/甲苯塔冷凝器C2的一部分经冷凝的塔顶物流作为回流被送回至苯/甲 苯塔T2,剩余部分作为苯/甲苯副产物回收。
[0025] 苯乙烯精整塔T3的功能是限制在苯乙烯精整塔T3的塔顶物处回收的最终苯乙烯 产物中的AMS和残余物的量。通过从塔底物液体中取出再沸器流并且使用苯乙烯精整塔再 沸器R3(即换热装置）中的蒸汽使再沸器流再沸从而使苯乙烯精整塔T3的塔底物液体再 沸，并且苯乙烯精整塔T3的塔顶蒸气通过苯乙烯精整塔冷凝器C3中的冷却水而冷凝。来 自苯乙烯精整塔冷凝器C3的一部分经冷凝的塔顶物流作为回流被送回至塔T3,剩余部分 作为最终苯乙烯产物回收。
[0026] 常规的蒸馏装置和净化方法通常具有残余物闪蒸罐Vl或其它设备，所述残余物 闪蒸罐Vl或其它设备蒸发苯乙烯精整塔T3的塔底物液体从而最小化进入残余物流的苯乙 烯损失的量。在该实施例中，通过残余物再沸器R4中的蒸汽提供进入残余物闪蒸罐Vl的 热输入。
[0027] 表1提供了上述塔的每一者的通常操作压力范围。
[0028] 表1 :图1中显示的塔的通常塔顶物操作压力
[0029]
[0030] 转向图2,图2为显示根据本发明的一个实施方案的用于净化苯乙烯单体的蒸馏 装置的示意性工艺流程图。图2显示了要求保护的具有两个再沸器R3a和R3b的改进方法 的苯乙烯精整塔T3。两个再沸器R3a和R3b使用两个分离的再沸器流使塔底物液体再沸。 从通过苯乙烯精整塔T3的塔底物液体提供的塔底物流中取出两个分离的再沸器流。在该 方案中，通过两个源将热提供至再沸器（R3a和R3b)。第一热源为供应至主要苯乙烯精整塔 T3再沸器R3a的蒸汽，第二热源为来自苯/甲苯塔T2的塔顶蒸气塔顶物的热，该热被供应 至苯乙烯精整塔T3再沸器R3b。在该实施方案中，应理解再沸器R3a或R3b可以为主要苯 乙烯精整塔T3再沸器，只要使用来自苯/甲苯塔T2的塔顶物的热向苯乙烯精整塔T3再沸 器中的一个供应热。因此，向苯乙烯精整塔T3提供热所需的蒸汽的量显著减少。
[0031] 图2仅显示了根据本发明的实施方案的用于净化苯乙烯单体的许多可能的蒸馏 装置的一个实施例。其它实施例包括但不限于：例如来自EB/SM分流器塔Tl的塔顶物的进 入苯乙烯精整塔T3再沸器R3a的热输入的替代源；来自苯/甲苯塔T2的塔顶物的热提供 使苯乙烯精整塔T3的塔底物液体再沸所需的所有热；来自EB/SM分流器塔Tl的塔顶物的 热可以用于代替本文如上所述的苯/甲苯塔T2的塔顶物。
[0032] 图2显示了可以用在蒸馏塔T2和T3中的内件（即填充物）的一个实施例。蒸馏 分离技术包括在相反方向上的液体相和蒸气相的流，所述液体相和蒸气相密切接触从而实 现两个相之间的质量传递。液体和蒸气之间的质量传递在相的界面处进行。为了建立界面 并且使界面最大化，将分离内件安装在蒸馏塔中，所述分离内件例如为质量传递塔盘、无规 填充材料、结构化填充物或上述分离内件的一些组合。
[0033] 所有类型的填充物，例如结构化填充物、无规/倾倒填充物和网状填充物可以用 在要求保护的本发明中。结构化填充物在本文中被定义为牢固地固定在蒸馏塔中的成形片 状金属层或织物层的几何布置。相比于常规质量传递（蒸馏）塔盘，填充物具有较大的质 量传递比表面和同时较低的压力损失。填充物的几何形状允许以希望的方式调节填充物的 质量传递比表面和压力损失并且适应于希望的分离任务。出于本公开的目的，术语"填充 物"被理解为意指任何类型的填充物。
[0034] 内件的组合可以用在本文描述的改进方法中。内件的组合包括例如苯/甲苯和/ 或苯乙烯精整塔的塔顶物中的填充物和塔底物中的塔盘。同样地，本文设想用于所述改进 方法的内件的各个组合。正如本领域已知的，由于填充物提供的横穿塔的最小压降，在图2 的苯乙烯精整塔T3中填充物比塔盘具有优势。填充物的使用保证了塔底物处的压力和温 度尽可能的低。苯乙烯聚合的速率为温度的函数，因此，更低的温度将造成更少的聚合物形 成和更低的聚合抑制剂消耗的速率。
[0035] 应注意在苯乙烯精整塔T3中使用塔盘可能是优选的，因为塔盘具有更容易维修 的益处。然而，在苯/甲苯塔T2中，塔盘或填充物都可以提供可靠的操作，因为由于仅存在 小浓度的苯乙烯而不太关心塔底物的压力和温度。
[0036] 要求保护的方法可以使用各种类型的换热器从而使苯乙烯精整塔T3的塔底物液 体再沸。通常地，在苯乙烯蒸馏和净化方法中，使用热虹吸管类型的换热器作为再沸器。热 虹吸管再沸器的经济之处在于其需要最少量的表面积，使得换热器更小并且不需要额外的 支撑设施，例如泵。可以使用其它类型的换热器，包括但不限于降膜换热器或泵通换热器。
[0037] 在要求保护的本方法的情况下，来自苯/甲苯塔T2的塔顶物被用作加热介质从而 使来自苯乙烯精整塔T3的塔底物液体的再沸器流在苯乙烯精整塔再沸器R3b中再沸。离 开苯乙烯精整塔再沸器R3b之后的塔顶物和进入再沸器R3b的再沸器流之间的温差较小。 就此而言，本文要求保护的方法要求进入苯乙烯精整塔T3的再沸器R3b的再沸器流的温度 基本上等于或小于来自苯/甲苯塔T2的塔顶物在离开苯乙烯精整塔再沸器R3b之后的温 度。
[0038] 苯乙烯精整塔T3的再沸器流和苯/甲苯塔的在离开苯乙烯精整塔再沸器之后的 塔顶物之间的该温差在本文中被称为"温距（temperature approach) "，并且可以针对本文 要求保护的能量节约方法中使用的各种类型的再沸器（即换热器）以及蒸馏塔内件和各个 温度和压力进行调节。
[0039] 正如本文中所理解的，再沸负荷为横穿再沸器的焓变，并且本文中定义的"负荷" 为每单位时间传递的热（即热能）的量（即千卡/小时、BTU/小时、兆瓦特）。
[0040] 本文中定义的术语"再沸器"为 用于向蒸馏塔的塔底物液体提供热的换热器。再沸 器用于向至少一部分来自蒸馏塔的塔底物的液体（即塔底物液体）提供热从而产生蒸气， 所述蒸气返回至蒸馏塔从而驱使蒸馏分离。
[0041] 图3显示了图2的示意性工艺流程图的放大工段，并且显示了本发明的一个实施 方案，其中苯乙烯精整塔T3仅使用一个再沸器换热器R3b。
[0042] 表2代表本文所示的实施例1-14,并且提供了图2的苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整 塔T3中使用的操作压力和温度的范围以及内件的组合。实施例1-14针对苯乙烯精整塔再 沸器R3b使用不同的温距，即经冷却的苯/甲苯塔T2的在离开换热器R3b之后的塔顶物和 苯乙烯精整塔T3的进入再沸器R3b的再沸器流之间的温差。
[0043]
[0044] 表2被布置成显示在图2的苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3中的增加的操作温 度和压力。
[0045] 实施例的描述如下：
[0046] 在实施例1中，填充物被用于苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3两者的内件，并且 使用1°C的温距。其为示例性实施例，用于显示所述方法要求来自苯乙烯精整塔T3的塔底 物液体的再沸器流在进入再沸器R3b时的温度基本上等于来自苯/甲苯塔T2的塔顶物在 离开苯乙烯精整塔再沸器R3b之后的温度。该实施例不大可能用在实践中，因为资本支出 过高，但是理论上有可能将该实施例付诸实践。小于1°C的温距理论上也是可能的。
[0047] 实施例2,苯乙烯精整塔再沸器R3b的温距为3°C，这要求苯/甲苯塔T2的温度和 压力（操作条件）略高于实施例1从而维持更高的温距。该实施例代表更实际操作情况。
[0048] 所有如下实施例代表预期的操作情况。
[0049] 实施例3,在R3b中使用8°C的温距，这需要苯/甲苯塔T2的操作条件略高于实施 例2从而维持更高的温距。
[0050] 在实施例4中，苯乙烯精整塔的操作条件相比于实施例3略有增加。同样地，为了 维持R3b中的与实施例3相同的温距，苯/甲苯塔中的操作条件略有升高。
[0051] 实施例5,苯乙烯精整塔再沸器R3b的温距为15°C，这要求苯/甲苯塔T2的操作 条件略高于实施例4从而维持更高的温距。
[0052] 实施例6,使用塔盘作为苯/甲苯塔T2的内件，并且苯乙烯精整塔再沸器R3b的温 距设定为8°C。塔盘经受比填充物更大的压降，因此当对比实施例6和实施例3时，要求实 施例6中的苯/甲苯塔T2的塔底物温度和压力略高从而补偿由于塔盘造成的额外压力。
[0053] 实施例7,使用塔盘作为苯/甲苯塔T2的内件，并且苯乙烯精整塔再沸器R3b的温 距设定为15°C，并且相比于实施例6,实施例4的苯/甲苯塔T2中的操作条件需要略高从 而维持苯乙烯精整塔再沸器R3b的较大的15°C的温距。
[0054] 实施例8,在两个塔中再次使用填充物。对比实施例8和实施例4,苯乙烯精整塔 T3的操作条件以显著量增加。同样地，苯/甲苯塔T2的操作条件显著高于实施例4从而维 持苯乙烯精整塔再沸器R3b中的相同的温距。
[0055] 实施例9,苯乙烯精整塔再沸器R3b中的温距增加至25°C。对比实施例9和实施 例3,苯/甲苯塔T2的操作条件需要显著地更高从而维持苯乙烯精整塔再沸器R3b的较大 的25 °C的温距。
[0056] 实施例10、11、12,苯乙烯精整塔T3的内件为塔上半部分中的填充物和下半部分 中的塔盘的组合。由于塔盘经受比填充物更多的压降，苯乙烯精整塔T3塔底物的操作条件 相比于之前实施例有所增加。这也增加了苯/甲苯塔T2的操作条件。在实施例10中苯乙 烯精整塔再沸器的温距为5°C，而在实施例11中增加至8°C。在实施例12中，苯乙烯精整 塔的操作条件相比于实施例10和11增加。
[0057] 实施例13显示了苯/甲苯塔T2中具有塔盘、苯乙烯精整塔T3中具有填充物和塔 盘的组合的情况下的操作条件，并且显示了苯乙烯精整塔再沸器R3b的15°C的温距。
[0058] 实施例14显示了苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3的操作条件的上限，其中两个 塔具有塔盘作为内件，并且显示了苯乙烯精整塔再沸器R3b的15°C的温距。
[0059] 可以通过精整塔再沸器R3b回收的热的量取决于多个参数，所述参数包括但不限 于：苯/甲苯塔T2中的理论级数（NTS)、苯乙烯精整塔T3中的理论级数、操作压力、苯/甲 苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度、苯/甲苯塔T2的塔顶物中的乙苯浓度、苯乙烯精整塔T3 中的苯乙烯回收率，和苯乙烯精整塔T3的蒸馏物中的AMS浓度。
[0060] 表3显示了表2的实施例5,其与实施例15-24对比，实施例15-24具有上述一些 参数的变体形式。
[0061]
[0062] 实施例15 - 24的说明及其与实施例5的对比显示在下文：
[0063] 在实施例15中，苯/甲苯塔T2的塔顶物中允许的乙苯浓度相比于实施例5增加。 塔顶物中允许的乙苯浓度从0. 12重量百分比（重量％ )增加至2. O重量％。通过增加苯/ 甲苯塔T2的塔顶物中的乙苯浓度，苯和甲苯从乙苯中分离略微更容易，因为更少的塔顶物 需要被回流至苯/甲苯塔T2,并且苯/甲苯塔T2中需要再沸的材料总量比实施例5更少。 然而，更少的塔顶物流意味着由苯乙烯精整塔再沸器R3b提供的负荷略微低于实施例5。
[0064] 在实施例16中，苯/甲苯塔T2的塔顶物中允许的乙苯浓度相比于实施例5减少。 塔顶物中允许的乙苯浓度从〇. 12重量％减少至0.03重量％。通过减少苯/甲苯塔T2的 塔顶物中的乙苯浓度，苯和甲苯从乙苯中分离略微更困难，因为更多的塔顶物需要被回流 至苯/甲苯塔T2,并且苯/甲苯塔T2中需要再沸的材料总量比实施例5更多。来自T2的 更多的塔顶物流为苯乙烯精整塔再沸器T3提供负荷。
[0065] 在实施例17中，苯/甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度从实施例5中的0. 5 重量％减少至0.06重量％。通过减少苯/甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度，苯和甲苯从 乙苯中分离变得明显更困难，因为更多的塔顶物需要被回流至苯/甲苯塔T2,并且苯/甲苯 塔T2中需要再沸的材料总量比实施例5更多。在该实施例中，来自T2的塔顶物流提供使 苯乙烯精整塔T3再沸所需的所有负荷。
[0066] 在实施例18中，苯/甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度从实施例2中的0. 5 重量百分比（重量％)增加至5.0重量％。通过增加苯/甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓 度，苯和甲苯的分离略微更容易，因为更少的塔顶物需要被回流至苯/甲苯塔T2,并且苯/ 甲苯塔T2中需要再沸的材料总量比实施例2更少。然而，更少的塔顶物流意味着由苯乙烯 精整塔再沸器R3b提供的负荷低于实施例5。
[0067] 实施例19,苯/甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度恢复至0.5重量％并且苯乙烯精 整塔T3的蒸馏物中允许的AMS浓度增加至250ppm。该AMS浓度的调节此时提供苯乙烯精 整塔T3中的苯乙烯从AMS中更容易的分离，需要更少的塔顶物回流至苯乙烯精整塔T3,因 此需要再沸更少的材料。
[0068] 正如实施例19的结果显示，苯乙烯精整塔再沸器R3b的负荷相比于实施例5未 改变，然而，由苯乙烯精整塔再沸器R3b完成的总负荷百分比显著增加，即从实施例5中的 53 %增加至实施例19中的73%。
[0069] 实施例20采取与实施例19相反的途径，并且通过减少苯乙烯精整塔T3的蒸馏物 中允许的AMS浓度从而使得苯乙烯精整塔T3中的苯乙烯从AMS中分离更为困难。在实施 例20中，更多的塔顶物被回流至苯乙烯精整塔T3,因此需要再沸更多的材料。再次地，苯乙 烯精整塔再沸器R3b的负荷相比于实施例5未改变，但是由于苯乙烯精整 塔再沸器R3b的 负载增加，由苯乙烯精整塔再沸器R3b完成的总负荷百分比（即45% )比实施例5略小。
[0070] 实施例21，苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3均达到极端。在实施例21中，苯/ 甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度增加至2. 0重量％并且苯乙烯精整塔T3的蒸馏物中的 AMS浓度减少至50ppm。当相比于实施例5时，这在反方向上具有双重影响。首先，由于在 苯/甲苯塔T2中苯和甲苯从乙苯中分离此时更为容易，更少的塔顶蒸气向苯乙烯精整塔再 沸器R3b供应负荷，与实施例18相似。其次，在苯乙烯精整塔T3中AMS从苯乙烯中分离此 时更难以实现，并且需要更多的总再沸器负荷，与实施例20相似。
[0071] 实施例22采取与实施例21相反的途径。在实施例22中，苯/甲苯塔T2的塔底 物中允许的甲苯浓度减少至〇. 17重量％并且苯乙烯精整塔T3的蒸馏物中的AMS浓度增加 至250ppm。当相比于实施例5时，这在正方向上具有双重影响。首先，由于在苯/甲苯塔 T2中苯和甲苯从乙苯中分离此时略微困难，更少的塔顶蒸气向苯乙烯精整塔再沸器R3b供 应负荷，与实施例17相似。其次，在苯乙烯精整塔T3中AMS从苯乙烯中分离此时更容易实 现，并且需要更少的总再沸器负荷，与实施例19相似。在该实施例中，来自T2的塔顶物流 提供使苯乙烯精整塔T3再沸所需的所有负荷。
[0072] 实施例23,苯/甲苯塔T2中的理论级数（NTS)增加18。相比于实施例18中的苯 /甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度的增加，该变化具有相似影响。向苯/甲苯塔T2中 加入更多的NTS使得苯和甲苯从乙苯中分离略微更容易，因此降低了回流速率并且减少了 向苯乙烯精整塔再沸器R3b供应负荷的塔顶蒸气的量。
[0073] 实施例24,苯/甲苯塔T2中的理论级数（NTS)增加6。相比于实施例17中的苯/ 甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度的减少，该变化具有相似影响。向苯/甲苯塔T2中 加入更多的NTS使得苯和甲苯从乙苯中分离略微更困难，因此增加了回流速率并且减少了 向苯乙烯精整塔再沸器R3b供应负荷的塔顶蒸气的量。
[0074] 尽管在本发明的某些版本方面非常详细地描述了本发明，其它版本也是可能的， 并且在阅读说明书和研宄附图时，所显示的版本的变体形式、变换形式和等效形式对本领 域技术人员来说是明显的。同样地，本文中的版本的各个特征可以以各种方式组合从而提 供本发明的其它版本。此外，某些术语出于描述清楚性的目的使用，但不限制本发明。因此， 任何所附权利要求不应当被限制于本文包括的优选版本的描述，并且应当包括所有这些变 体形式、变换形式和等效形式，它们均落入本发明的真实本质和范围内。
【主权项】
1. 用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法，所述方法包 括： i) 使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述未加工的苯乙烯流包含苯乙烯、 乙苯、苯、甲苯、a-甲基苯乙稀和重质物； ii) 在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙烯流，其中第一蒸馏过程提供包含苯和甲 苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏塔底物流，并且使用至少一个再沸器的第 二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第二蒸馏塔顶物流和包含a-甲基苯乙烯和 重质物的第二蒸馏塔底物流； iii) 从第二蒸馏塔底物流中取出至少一个再沸器流并且在再沸器中使再沸器流再沸； 和 iv) 通过与第一蒸馏塔顶物流间接接触从而向再沸器提供热，其中所述再沸器流以等 于或小于离开所述再沸器的第一蒸馏塔顶物流的温度的温度进入再沸器。2. 根据权利要求1所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流在离开再沸器之后的温度 必须高于再沸器流在进入再沸器时的温度。3. 根据权利要求1所述的方法，其中再沸器为第二蒸馏过程提供100%的总换热器负 荷。4. 根据权利要求1所述的方法，其中蒸馏过程在具有内件的塔中进行。5. 根据权利要求4所述的方法，其中内件为填充物和/或塔盘。6. 根据权利要求1所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg至 约2500mmHg的范围。7. 根据权利要求1所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约500mmHg 至约2IOOmmHg的范围。8. 根据权利要求1所述的方法，其中第二蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg至 约1000 mmHg的范围。9. 根据权利要求1所述的方法，其中第二蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约25mmHg至 约IOOmmHg的范围。10. 根据权利要求1所述的方法，其中未加工的苯乙烯流在位于所述第一蒸馏过程之 前的蒸馏过程中蒸馏。11. 根据权利要求10所述的方法，其中位于所述第一蒸馏过程之前的蒸馏过程为多效 蒸馏过程。12. 用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法，所述方法包 括： i) 使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述未加工的苯乙烯流包含苯乙烯、 乙苯、苯、甲苯、a-甲基苯乙稀和重质物； ii) 在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙烯流，其中第一蒸馏过程提供包含苯和 甲苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏塔底物流，并且使用至少第一再沸器 和第二再沸器的第二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第二蒸馏塔顶物流和包含 a_甲基苯乙烯和重质物的第二蒸馏塔底物流； iii) 从第二蒸馏塔底物流中取出至少第一再沸器流和第二再沸器流，并且使第一再沸 器流在第一再沸器中再沸，使第二再沸器流在第二再沸器中再沸；和 iv)通过与第一蒸馏塔顶物流间接接触从而向第一再沸器提供热，通过与除第一蒸馏 塔顶物流之外的热源间接接触从而向第二再沸器提供热，其中第一再沸器流以等于或小于 第一蒸馏塔顶物流离开所述再沸器的塔顶物温度的温度进入第一再沸器。13. 根据权利要求12所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流在离开第一再沸器之后 的温度必须高于第一再沸器流在进入第一再沸器时的温度。14. 根据权利要求12所述的方法，其中第一再沸器提供从约20%至约100%的第一和 第二再沸器之间的总换热器负荷。15. 根据权利要求12所述的方法，其中再沸器为第二蒸馏过程提供100%的总换热器 负荷。16. 根据权利要求12所述的方法，其中蒸馏过程在具有内件的塔中进行。17. 根据权利要求16所述的方法，其中内件为填充物和/或塔盘。18. 根据权利要求12所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg 至约2500mmHg的范围。19. 根据权利要求12所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约 500mmHg至约 2100mmHg的范围。20. 根据权利要求12所述的方法，其中第二蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg 至约1000 mmHg的范围。21. 根据权利要求11所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约25mmHg 至约IOOmmHg的范围。22. 根据权利要求12所述的方法，其中未加工的苯乙烯流在位于所述第一蒸馏过程之 前的蒸馏过程中蒸馏。23. 根据权利要求22所述的方法，其中位于所述第一蒸馏过程之前的蒸馏过程为多效 蒸馏过程。
【专利摘要】公开了能量节约过程，所述能量节约过程的目的是在乙苯生产未加工的苯乙烯的脱氢反应之后通过蒸馏净化苯乙烯单体。正如目前所实践的，通过蒸馏净化苯乙烯需要大量能量(即蒸汽)从而向各个蒸馏塔提供热。本文公开的改进方法允许减少该目的所需的蒸汽量。
【IPC分类】C07C15/46
【公开号】CN104903280
【申请号】CN201280077795
【发明人】V·韦尔奇
【申请人】德希尼布工艺技术股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年12月19日
【公告号】US20150336859, WO2014098816A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在净化苯乙烯单体的过程中的能量消耗改进。
【背景技术】
[0002] 商业生产的大部分苯乙烯单体通过乙苯在蒸气相、固定催化剂床反应器中脱氢制 得。每次通过反应器将约60至75%的乙苯进料转化成苯乙烯。乙苯的脱氢反应产生未加 工的苯乙烯流，其为包含大部分苯乙烯和乙苯以及少量反应副产物和杂质（例如苯、甲苯、 α-甲基苯乙烯（AMS)和重质物）的混合物。为了生产可销售的苯乙烯单体产物，必须通 过蒸馏从苯乙烯产物中分离非苯乙烯组分。在可以用于下游聚合物过程之前，苯乙烯单体 必须被净化至至少99重量％的浓度。在净化过程中待从苯乙烯中分离的主要组分为苯、甲 苯、未反应的乙苯、AMS和被称为残余物的重质物（即在C ltl至C 14+范围内的化合物）。
[0003] 工业中目前的实践是使用最少三个蒸馏塔从而获得上述水平的苯乙烯产物纯度。 蒸馏塔的功能是回收苯/甲苯副产物、未反应的乙苯，并且从苯乙稀产物中分离AMS和重质 残留化合物。蒸馏过程整体需要大量的能量（蒸汽）从而净化苯乙烯产物。
[0004] 此外，主要由于苯乙烯单体（SM)和未反应的乙苯（EB)非常相似的挥发性，通过蒸 馏分离苯乙烯单体（SM)和未反应的乙苯（EB)存在巨大的困难。就此而言，乙苯和苯乙烯 在760mm Hg下的沸点彼此相差约KTC以内，这使得通过分馏进行分离困难并且昂贵。常规 地，该EB/SM分离已经通过在真空条件下在由于实现良好分离需要较大数目的理论塔板而 造成的大型复杂且昂贵的蒸馏塔中完成。在常规蒸馏过程中，在单个蒸馏塔中分离来自脱 氢反应工段的未反应的乙苯和苯乙烯。在典型的设计中，需要较大数目的理论级（在85和 115之间）从而以经济有效的方式实现所需的分离。该单个单元操作占整个蒸馏工段热输 入的70%和80%之间。在典型的苯乙烯制造工艺车间中，未反应的乙苯和苯乙烯产物的分 离占整个车间蒸汽消耗的约20-30%。
[0005] 与苯乙烯单体的蒸馏相关的其它问题涉及苯乙烯单体固有的反应性。由于苯乙烯 单体即使在环境温度下也聚合形成不溶固体，该不希望的反应性使得苯乙烯单体的蒸馏具 有挑战性。由于苯乙烯聚合的速率随着温度的增加而增加，常规的实践在于在低压下操作 商业苯乙烯车间的蒸馏塔从而降低沸腾温度并且因此降低不利聚合的程度。
[0006] 由于这些各种工艺困难，并且特别是由于相关的较大的能量消耗需求和成本，多 年来存在巨大动机来开发实现该分离过程的替代性手段，所述替代性手段从经济和易操作 性观点来看更为可行。多个专利尝试以各种方式解决这些问题。
[0007] 美国专利No. 6, 171，449教导了通过使用级联再沸器方案回收至少一部分包含在 EB/SM分流器塔顶物流中的热从而改进能量消耗的方法，其中在两个并联的以不同压力操 作的蒸馏塔中进行乙苯和苯乙烯的分离，高压塔的塔顶提供使低压塔再沸所需的热。美国 专利No. 4, 628, 136教导了通过使用该流使乙苯和水的共沸混合物沸腾从而回收EB/SM分 流器的塔顶物中包含的热的方法，所述共沸混合物一旦蒸发随后则被转移至反应系统，在 所述反应系统处乙苯进行脱氢形成苯乙烯。然而，美国专利No. 4, 628, 136中描述的方法要 求EB/SM分流器在足够高的压力下操作从而能够将乙苯和水蒸气的共沸混合物转移至反 应器系统而无需使用压缩器。该专利还指明冷凝的EB/SM分流器塔顶物流和沸腾的乙苯和 水的共沸混合物之间的温差应当在2和KTC之间的范围内。考虑到该温度限制，可以得到 进行共沸蒸发的压力和所需的EB/SM分流器的塔顶物压力之间的关系。
[0008] 出于经济原因，希望降低净化苯乙烯单体的过程中的蒸汽量（即能量）要求。因 此，鉴于以上情况，有利的是提供减少蒸汽用量同时还能够独立地向过程中加入热的方法。
【发明内容】
[0009] 本发明的实施方案
[0010] 因此，本发明的一个实施方案涉及在乙苯生产未加工的苯乙烯的脱氢反应之后通 过蒸馏净化苯乙烯单体的改进方法。
[0011] 根据另一个实施方案，本发明涉及用于显著降低与乙苯和苯乙烯的蒸馏分离的正 常能量密集型单元操作相关的效用成本的方法。
[0012] 根据又一个实施方案，本发明涉及通过使用另一个蒸馏塔的塔顶蒸气代替蒸汽减 少加热一个蒸馏塔所需的蒸汽量从而分离来自乙苯脱氢反应的未加工的苯乙烯流的苯乙 烯产物和其它组分的有效和经济的途径。
[0013] 根据又一个实施方案，本发明涉及用于现有苯乙烯车间的相对容易和低成本的改 动从而增加操作效率并且降低能量消耗。
[0014] 本发明的其它主题和优点部分是显而易见的并且部分在下文显现。本发明因此包 括但不限于包括多个步骤和各个组件的方法和相关装置，以及一个或多个所述步骤和组件 相对于彼此的关系和顺序，正如通过如下说明书和附图所描述。本文描述的方法和装置的 各个修改形式和变体形式对于本领域技术人员来说是显然的，并且所有这些修改形式和变 体形式被认为是落入本发明的范围。
[0015] 本发明的概要
[0016] 一般而言，本发明包括两个蒸馏过程的级联布置，其中使用一个蒸馏过程的塔顶 蒸气流中包含的热从而使第二蒸馏过程的全部塔底物液体或一部分塔底物液体再沸。更具 体地，本发明涉及一种方法，所述方法用于在一个蒸馏过程中从乙苯中蒸馏苯和甲苯并且 在另一个蒸馏过程中从AMS和残余物中蒸馏苯乙烯单体，并且使用一个蒸馏过程的塔顶蒸 气流中包含的热从而全部或部分地使第二蒸馏过程的塔底物液体再沸。工艺整合和热效率 的所得的协同作用造成显著更低的能量成本以及其它相关的节约。
[0017] 本发明涉及用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法。 所述方法包括：i)使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述苯乙烯流包含苯乙 稀、乙苯、苯、甲苯、α -甲基苯乙稀和重质物；ii)在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙 烯流，其中第一蒸馏过程提供包含苯和甲苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏 塔底物流，并且使用至少一个再沸器的第二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第二 蒸馏塔顶物流和包含α -甲基苯乙烯和重质物的第二蒸馏塔底物流；iii)从第二蒸馏塔底 物流中取出至少一个再沸器流并且在再沸器中使再沸器流再沸；和iv)通过与第一蒸馏塔 顶物流间接接触从而向再沸器提供热，其中所述再沸器流以等于或小于第一蒸馏塔顶物流 离开所述再沸器的温度的温度进入再沸器。
[0018] 用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法。所述方法包 括：i)使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述苯乙烯流包含苯乙烯、乙苯、苯、 甲苯、α-甲基苯乙烯和重质物；ii)在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙烯流，其中第 一蒸馏过程提供包含苯和甲苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏塔底物流，并 且使用至少第一再沸器和第二再沸器的第二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第 二蒸馏塔顶物流和包含α -甲基苯乙烯和重质物的第二蒸馏塔底物流；iii)从第二蒸馏塔 底物流中取出至少第一再沸器流和第二再沸器流，并且使第一再沸器流在第一再沸器中再 沸，使第二再沸器流在第二再沸器中再沸；和iv)通过与第一蒸馏塔顶物流间接接触从而 向第一再沸器提供热，通过与除第一蒸馏塔顶物流之外的热源间接接触从而向第二再沸器 提供热，其中第一再沸器流以等于或小于第一蒸馏塔顶物流离开所述再沸器的温度的温度 进入第一再沸器。
[0019] 本文公开的改进主要在于其经济影响，即通过标准苯乙烯精整塔底物换热器（即 再沸器）进行的再沸负荷的量的20%至100%的减少。同样重要地，这些改进不需要对方 法进行根本性改变。因此， 可以预期在采取这些改进时将存在很少阻力。
【附图说明】
[0020] 图1为显示用于净化苯乙烯单体的常规蒸馏装置的示意性工艺流程图。
[0021] 图2为显示根据本发明的一个实施方案的用于净化苯乙烯单体的蒸馏装置的示 意性工艺流程图。
[0022] 图3为图2的示意性工艺流程图的放大工段，显示了将一个再沸器换热器应用至 第三蒸馏塔的实施方案。
【具体实施方式】
[0023] 图1为显示用于未加工的苯乙烯的典型蒸馏装置和净化方法的示意性流程图。在 图1中，未加工的苯乙烯通常从上游乙苯脱氢单元（未示出）进料至乙苯/苯乙烯（EB/SM) 分流器塔T1。在该方案中，苯、甲苯和乙苯与苯乙稀、AMS和残余物分离。苯、甲苯和乙苯作 为塔顶物产物从EB/SM分流器塔Tl的塔顶物除去，并且苯乙烯、AMS和残余物（即在C ltl至 C14+范围内的化合物）作为塔底物产物从EB/SM分流器塔Tl的塔底物液体中除去。塔底物 产物被送至苯乙烯精整塔T3。
[0024] 通过从EB/SM分流器塔Tl的塔底物液体中取出再沸器流并且使用乙苯/苯乙烯 分流器再沸器Rl中的蒸汽使再沸器流再沸从而使EB/SM分流器塔Tl的内容物再沸。EB/SM 分流器塔Tl的塔顶蒸气通过乙苯/苯乙烯（EB/SM)分流器冷凝器Cl中的冷却水而冷凝。 来自EB/SM分流器冷凝器Cl的一部分经冷凝的塔顶物流作为回流被送回至EB/SM分流器 塔T1，剩余部分为苯/甲苯/乙苯蒸馏物，所述苯/甲苯/乙苯蒸馏物被送至苯/甲苯塔 T2。在苯/甲苯塔T2中，苯和甲苯从乙苯和重质化合物中分离，乙苯从塔T2的塔底物液体 中取出并且循环回至脱氢单元（未示出）。通过从塔底物液体中取出再沸器流并且使用苯 /甲苯塔再沸器R2中的蒸汽使再沸器流再沸从而使苯/甲苯塔T2的塔底物液体再沸。苯 /甲苯塔T2塔顶蒸气（即包含苯和甲苯的塔顶物）通过苯/甲苯塔冷凝器C2中的冷却水 而冷凝。来自苯/甲苯塔冷凝器C2的一部分经冷凝的塔顶物流作为回流被送回至苯/甲 苯塔T2,剩余部分作为苯/甲苯副产物回收。
[0025] 苯乙烯精整塔T3的功能是限制在苯乙烯精整塔T3的塔顶物处回收的最终苯乙烯 产物中的AMS和残余物的量。通过从塔底物液体中取出再沸器流并且使用苯乙烯精整塔再 沸器R3(即换热装置）中的蒸汽使再沸器流再沸从而使苯乙烯精整塔T3的塔底物液体再 沸，并且苯乙烯精整塔T3的塔顶蒸气通过苯乙烯精整塔冷凝器C3中的冷却水而冷凝。来 自苯乙烯精整塔冷凝器C3的一部分经冷凝的塔顶物流作为回流被送回至塔T3,剩余部分 作为最终苯乙烯产物回收。
[0026] 常规的蒸馏装置和净化方法通常具有残余物闪蒸罐Vl或其它设备，所述残余物 闪蒸罐Vl或其它设备蒸发苯乙烯精整塔T3的塔底物液体从而最小化进入残余物流的苯乙 烯损失的量。在该实施例中，通过残余物再沸器R4中的蒸汽提供进入残余物闪蒸罐Vl的 热输入。
[0027] 表1提供了上述塔的每一者的通常操作压力范围。
[0028] 表1 :图1中显示的塔的通常塔顶物操作压力
[0029]
[0030] 转向图2,图2为显示根据本发明的一个实施方案的用于净化苯乙烯单体的蒸馏 装置的示意性工艺流程图。图2显示了要求保护的具有两个再沸器R3a和R3b的改进方法 的苯乙烯精整塔T3。两个再沸器R3a和R3b使用两个分离的再沸器流使塔底物液体再沸。 从通过苯乙烯精整塔T3的塔底物液体提供的塔底物流中取出两个分离的再沸器流。在该 方案中，通过两个源将热提供至再沸器（R3a和R3b)。第一热源为供应至主要苯乙烯精整塔 T3再沸器R3a的蒸汽，第二热源为来自苯/甲苯塔T2的塔顶蒸气塔顶物的热，该热被供应 至苯乙烯精整塔T3再沸器R3b。在该实施方案中，应理解再沸器R3a或R3b可以为主要苯 乙烯精整塔T3再沸器，只要使用来自苯/甲苯塔T2的塔顶物的热向苯乙烯精整塔T3再沸 器中的一个供应热。因此，向苯乙烯精整塔T3提供热所需的蒸汽的量显著减少。
[0031] 图2仅显示了根据本发明的实施方案的用于净化苯乙烯单体的许多可能的蒸馏 装置的一个实施例。其它实施例包括但不限于：例如来自EB/SM分流器塔Tl的塔顶物的进 入苯乙烯精整塔T3再沸器R3a的热输入的替代源；来自苯/甲苯塔T2的塔顶物的热提供 使苯乙烯精整塔T3的塔底物液体再沸所需的所有热；来自EB/SM分流器塔Tl的塔顶物的 热可以用于代替本文如上所述的苯/甲苯塔T2的塔顶物。
[0032] 图2显示了可以用在蒸馏塔T2和T3中的内件（即填充物）的一个实施例。蒸馏 分离技术包括在相反方向上的液体相和蒸气相的流，所述液体相和蒸气相密切接触从而实 现两个相之间的质量传递。液体和蒸气之间的质量传递在相的界面处进行。为了建立界面 并且使界面最大化，将分离内件安装在蒸馏塔中，所述分离内件例如为质量传递塔盘、无规 填充材料、结构化填充物或上述分离内件的一些组合。
[0033] 所有类型的填充物，例如结构化填充物、无规/倾倒填充物和网状填充物可以用 在要求保护的本发明中。结构化填充物在本文中被定义为牢固地固定在蒸馏塔中的成形片 状金属层或织物层的几何布置。相比于常规质量传递（蒸馏）塔盘，填充物具有较大的质 量传递比表面和同时较低的压力损失。填充物的几何形状允许以希望的方式调节填充物的 质量传递比表面和压力损失并且适应于希望的分离任务。出于本公开的目的，术语"填充 物"被理解为意指任何类型的填充物。
[0034] 内件的组合可以用在本文描述的改进方法中。内件的组合包括例如苯/甲苯和/ 或苯乙烯精整塔的塔顶物中的填充物和塔底物中的塔盘。同样地，本文设想用于所述改进 方法的内件的各个组合。正如本领域已知的，由于填充物提供的横穿塔的最小压降，在图2 的苯乙烯精整塔T3中填充物比塔盘具有优势。填充物的使用保证了塔底物处的压力和温 度尽可能的低。苯乙烯聚合的速率为温度的函数，因此，更低的温度将造成更少的聚合物形 成和更低的聚合抑制剂消耗的速率。
[0035] 应注意在苯乙烯精整塔T3中使用塔盘可能是优选的，因为塔盘具有更容易维修 的益处。然而，在苯/甲苯塔T2中，塔盘或填充物都可以提供可靠的操作，因为由于仅存在 小浓度的苯乙烯而不太关心塔底物的压力和温度。
[0036] 要求保护的方法可以使用各种类型的换热器从而使苯乙烯精整塔T3的塔底物液 体再沸。通常地，在苯乙烯蒸馏和净化方法中，使用热虹吸管类型的换热器作为再沸器。热 虹吸管再沸器的经济之处在于其需要最少量的表面积，使得换热器更小并且不需要额外的 支撑设施，例如泵。可以使用其它类型的换热器，包括但不限于降膜换热器或泵通换热器。
[0037] 在要求保护的本方法的情况下，来自苯/甲苯塔T2的塔顶物被用作加热介质从而 使来自苯乙烯精整塔T3的塔底物液体的再沸器流在苯乙烯精整塔再沸器R3b中再沸。离 开苯乙烯精整塔再沸器R3b之后的塔顶物和进入再沸器R3b的再沸器流之间的温差较小。 就此而言，本文要求保护的方法要求进入苯乙烯精整塔T3的再沸器R3b的再沸器流的温度 基本上等于或小于来自苯/甲苯塔T2的塔顶物在离开苯乙烯精整塔再沸器R3b之后的温 度。
[0038] 苯乙烯精整塔T3的再沸器流和苯/甲苯塔的在离开苯乙烯精整塔再沸器之后的 塔顶物之间的该温差在本文中被称为"温距（temperature approach) "，并且可以针对本文 要求保护的能量节约方法中使用的各种类型的再沸器（即换热器）以及蒸馏塔内件和各个 温度和压力进行调节。
[0039] 正如本文中所理解的，再沸负荷为横穿再沸器的焓变，并且本文中定义的"负荷" 为每单位时间传递的热（即热能）的量（即千卡/小时、BTU/小时、兆瓦特）。
[0040] 本文中定义的术语"再沸器"为 用于向蒸馏塔的塔底物液体提供热的换热器。再沸 器用于向至少一部分来自蒸馏塔的塔底物的液体（即塔底物液体）提供热从而产生蒸气， 所述蒸气返回至蒸馏塔从而驱使蒸馏分离。
[0041] 图3显示了图2的示意性工艺流程图的放大工段，并且显示了本发明的一个实施 方案，其中苯乙烯精整塔T3仅使用一个再沸器换热器R3b。
[0042] 表2代表本文所示的实施例1-14,并且提供了图2的苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整 塔T3中使用的操作压力和温度的范围以及内件的组合。实施例1-14针对苯乙烯精整塔再 沸器R3b使用不同的温距，即经冷却的苯/甲苯塔T2的在离开换热器R3b之后的塔顶物和 苯乙烯精整塔T3的进入再沸器R3b的再沸器流之间的温差。
[0043]
[0044] 表2被布置成显示在图2的苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3中的增加的操作温 度和压力。
[0045] 实施例的描述如下：
[0046] 在实施例1中，填充物被用于苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3两者的内件，并且 使用1°C的温距。其为示例性实施例，用于显示所述方法要求来自苯乙烯精整塔T3的塔底 物液体的再沸器流在进入再沸器R3b时的温度基本上等于来自苯/甲苯塔T2的塔顶物在 离开苯乙烯精整塔再沸器R3b之后的温度。该实施例不大可能用在实践中，因为资本支出 过高，但是理论上有可能将该实施例付诸实践。小于1°C的温距理论上也是可能的。
[0047] 实施例2,苯乙烯精整塔再沸器R3b的温距为3°C，这要求苯/甲苯塔T2的温度和 压力（操作条件）略高于实施例1从而维持更高的温距。该实施例代表更实际操作情况。
[0048] 所有如下实施例代表预期的操作情况。
[0049] 实施例3,在R3b中使用8°C的温距，这需要苯/甲苯塔T2的操作条件略高于实施 例2从而维持更高的温距。
[0050] 在实施例4中，苯乙烯精整塔的操作条件相比于实施例3略有增加。同样地，为了 维持R3b中的与实施例3相同的温距，苯/甲苯塔中的操作条件略有升高。
[0051] 实施例5,苯乙烯精整塔再沸器R3b的温距为15°C，这要求苯/甲苯塔T2的操作 条件略高于实施例4从而维持更高的温距。
[0052] 实施例6,使用塔盘作为苯/甲苯塔T2的内件，并且苯乙烯精整塔再沸器R3b的温 距设定为8°C。塔盘经受比填充物更大的压降，因此当对比实施例6和实施例3时，要求实 施例6中的苯/甲苯塔T2的塔底物温度和压力略高从而补偿由于塔盘造成的额外压力。
[0053] 实施例7,使用塔盘作为苯/甲苯塔T2的内件，并且苯乙烯精整塔再沸器R3b的温 距设定为15°C，并且相比于实施例6,实施例4的苯/甲苯塔T2中的操作条件需要略高从 而维持苯乙烯精整塔再沸器R3b的较大的15°C的温距。
[0054] 实施例8,在两个塔中再次使用填充物。对比实施例8和实施例4,苯乙烯精整塔 T3的操作条件以显著量增加。同样地，苯/甲苯塔T2的操作条件显著高于实施例4从而维 持苯乙烯精整塔再沸器R3b中的相同的温距。
[0055] 实施例9,苯乙烯精整塔再沸器R3b中的温距增加至25°C。对比实施例9和实施 例3,苯/甲苯塔T2的操作条件需要显著地更高从而维持苯乙烯精整塔再沸器R3b的较大 的25 °C的温距。
[0056] 实施例10、11、12,苯乙烯精整塔T3的内件为塔上半部分中的填充物和下半部分 中的塔盘的组合。由于塔盘经受比填充物更多的压降，苯乙烯精整塔T3塔底物的操作条件 相比于之前实施例有所增加。这也增加了苯/甲苯塔T2的操作条件。在实施例10中苯乙 烯精整塔再沸器的温距为5°C，而在实施例11中增加至8°C。在实施例12中，苯乙烯精整 塔的操作条件相比于实施例10和11增加。
[0057] 实施例13显示了苯/甲苯塔T2中具有塔盘、苯乙烯精整塔T3中具有填充物和塔 盘的组合的情况下的操作条件，并且显示了苯乙烯精整塔再沸器R3b的15°C的温距。
[0058] 实施例14显示了苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3的操作条件的上限，其中两个 塔具有塔盘作为内件，并且显示了苯乙烯精整塔再沸器R3b的15°C的温距。
[0059] 可以通过精整塔再沸器R3b回收的热的量取决于多个参数，所述参数包括但不限 于：苯/甲苯塔T2中的理论级数（NTS)、苯乙烯精整塔T3中的理论级数、操作压力、苯/甲 苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度、苯/甲苯塔T2的塔顶物中的乙苯浓度、苯乙烯精整塔T3 中的苯乙烯回收率，和苯乙烯精整塔T3的蒸馏物中的AMS浓度。
[0060] 表3显示了表2的实施例5,其与实施例15-24对比，实施例15-24具有上述一些 参数的变体形式。
[0061]
[0062] 实施例15 - 24的说明及其与实施例5的对比显示在下文：
[0063] 在实施例15中，苯/甲苯塔T2的塔顶物中允许的乙苯浓度相比于实施例5增加。 塔顶物中允许的乙苯浓度从0. 12重量百分比（重量％ )增加至2. O重量％。通过增加苯/ 甲苯塔T2的塔顶物中的乙苯浓度，苯和甲苯从乙苯中分离略微更容易，因为更少的塔顶物 需要被回流至苯/甲苯塔T2,并且苯/甲苯塔T2中需要再沸的材料总量比实施例5更少。 然而，更少的塔顶物流意味着由苯乙烯精整塔再沸器R3b提供的负荷略微低于实施例5。
[0064] 在实施例16中，苯/甲苯塔T2的塔顶物中允许的乙苯浓度相比于实施例5减少。 塔顶物中允许的乙苯浓度从〇. 12重量％减少至0.03重量％。通过减少苯/甲苯塔T2的 塔顶物中的乙苯浓度，苯和甲苯从乙苯中分离略微更困难，因为更多的塔顶物需要被回流 至苯/甲苯塔T2,并且苯/甲苯塔T2中需要再沸的材料总量比实施例5更多。来自T2的 更多的塔顶物流为苯乙烯精整塔再沸器T3提供负荷。
[0065] 在实施例17中，苯/甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度从实施例5中的0. 5 重量％减少至0.06重量％。通过减少苯/甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度，苯和甲苯从 乙苯中分离变得明显更困难，因为更多的塔顶物需要被回流至苯/甲苯塔T2,并且苯/甲苯 塔T2中需要再沸的材料总量比实施例5更多。在该实施例中，来自T2的塔顶物流提供使 苯乙烯精整塔T3再沸所需的所有负荷。
[0066] 在实施例18中，苯/甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度从实施例2中的0. 5 重量百分比（重量％)增加至5.0重量％。通过增加苯/甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓 度，苯和甲苯的分离略微更容易，因为更少的塔顶物需要被回流至苯/甲苯塔T2,并且苯/ 甲苯塔T2中需要再沸的材料总量比实施例2更少。然而，更少的塔顶物流意味着由苯乙烯 精整塔再沸器R3b提供的负荷低于实施例5。
[0067] 实施例19,苯/甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度恢复至0.5重量％并且苯乙烯精 整塔T3的蒸馏物中允许的AMS浓度增加至250ppm。该AMS浓度的调节此时提供苯乙烯精 整塔T3中的苯乙烯从AMS中更容易的分离，需要更少的塔顶物回流至苯乙烯精整塔T3,因 此需要再沸更少的材料。
[0068] 正如实施例19的结果显示，苯乙烯精整塔再沸器R3b的负荷相比于实施例5未 改变，然而，由苯乙烯精整塔再沸器R3b完成的总负荷百分比显著增加，即从实施例5中的 53 %增加至实施例19中的73%。
[0069] 实施例20采取与实施例19相反的途径，并且通过减少苯乙烯精整塔T3的蒸馏物 中允许的AMS浓度从而使得苯乙烯精整塔T3中的苯乙烯从AMS中分离更为困难。在实施 例20中，更多的塔顶物被回流至苯乙烯精整塔T3,因此需要再沸更多的材料。再次地，苯乙 烯精整塔再沸器R3b的负荷相比于实施例5未改变，但是由于苯乙烯精整 塔再沸器R3b的 负载增加，由苯乙烯精整塔再沸器R3b完成的总负荷百分比（即45% )比实施例5略小。
[0070] 实施例21，苯/甲苯塔T2和苯乙烯精整塔T3均达到极端。在实施例21中，苯/ 甲苯塔T2的塔底物中的甲苯浓度增加至2. 0重量％并且苯乙烯精整塔T3的蒸馏物中的 AMS浓度减少至50ppm。当相比于实施例5时，这在反方向上具有双重影响。首先，由于在 苯/甲苯塔T2中苯和甲苯从乙苯中分离此时更为容易，更少的塔顶蒸气向苯乙烯精整塔再 沸器R3b供应负荷，与实施例18相似。其次，在苯乙烯精整塔T3中AMS从苯乙烯中分离此 时更难以实现，并且需要更多的总再沸器负荷，与实施例20相似。
[0071] 实施例22采取与实施例21相反的途径。在实施例22中，苯/甲苯塔T2的塔底 物中允许的甲苯浓度减少至〇. 17重量％并且苯乙烯精整塔T3的蒸馏物中的AMS浓度增加 至250ppm。当相比于实施例5时，这在正方向上具有双重影响。首先，由于在苯/甲苯塔 T2中苯和甲苯从乙苯中分离此时略微困难，更少的塔顶蒸气向苯乙烯精整塔再沸器R3b供 应负荷，与实施例17相似。其次，在苯乙烯精整塔T3中AMS从苯乙烯中分离此时更容易实 现，并且需要更少的总再沸器负荷，与实施例19相似。在该实施例中，来自T2的塔顶物流 提供使苯乙烯精整塔T3再沸所需的所有负荷。
[0072] 实施例23,苯/甲苯塔T2中的理论级数（NTS)增加18。相比于实施例18中的苯 /甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度的增加，该变化具有相似影响。向苯/甲苯塔T2中 加入更多的NTS使得苯和甲苯从乙苯中分离略微更容易，因此降低了回流速率并且减少了 向苯乙烯精整塔再沸器R3b供应负荷的塔顶蒸气的量。
[0073] 实施例24,苯/甲苯塔T2中的理论级数（NTS)增加6。相比于实施例17中的苯/ 甲苯塔T2的塔底物中允许的甲苯浓度的减少，该变化具有相似影响。向苯/甲苯塔T2中 加入更多的NTS使得苯和甲苯从乙苯中分离略微更困难，因此增加了回流速率并且减少了 向苯乙烯精整塔再沸器R3b供应负荷的塔顶蒸气的量。
[0074] 尽管在本发明的某些版本方面非常详细地描述了本发明，其它版本也是可能的， 并且在阅读说明书和研宄附图时，所显示的版本的变体形式、变换形式和等效形式对本领 域技术人员来说是明显的。同样地，本文中的版本的各个特征可以以各种方式组合从而提 供本发明的其它版本。此外，某些术语出于描述清楚性的目的使用，但不限制本发明。因此， 任何所附权利要求不应当被限制于本文包括的优选版本的描述，并且应当包括所有这些变 体形式、变换形式和等效形式，它们均落入本发明的真实本质和范围内。
【主权项】
1. 用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法，所述方法包 括： i) 使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述未加工的苯乙烯流包含苯乙烯、 乙苯、苯、甲苯、a-甲基苯乙稀和重质物； ii) 在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙烯流，其中第一蒸馏过程提供包含苯和甲 苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏塔底物流，并且使用至少一个再沸器的第 二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第二蒸馏塔顶物流和包含a-甲基苯乙烯和 重质物的第二蒸馏塔底物流； iii) 从第二蒸馏塔底物流中取出至少一个再沸器流并且在再沸器中使再沸器流再沸； 和 iv) 通过与第一蒸馏塔顶物流间接接触从而向再沸器提供热，其中所述再沸器流以等 于或小于离开所述再沸器的第一蒸馏塔顶物流的温度的温度进入再沸器。2. 根据权利要求1所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流在离开再沸器之后的温度 必须高于再沸器流在进入再沸器时的温度。3. 根据权利要求1所述的方法，其中再沸器为第二蒸馏过程提供100%的总换热器负 荷。4. 根据权利要求1所述的方法，其中蒸馏过程在具有内件的塔中进行。5. 根据权利要求4所述的方法，其中内件为填充物和/或塔盘。6. 根据权利要求1所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg至 约2500mmHg的范围。7. 根据权利要求1所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约500mmHg 至约2IOOmmHg的范围。8. 根据权利要求1所述的方法，其中第二蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg至 约1000 mmHg的范围。9. 根据权利要求1所述的方法，其中第二蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约25mmHg至 约IOOmmHg的范围。10. 根据权利要求1所述的方法，其中未加工的苯乙烯流在位于所述第一蒸馏过程之 前的蒸馏过程中蒸馏。11. 根据权利要求10所述的方法，其中位于所述第一蒸馏过程之前的蒸馏过程为多效 蒸馏过程。12. 用于减少净化来自包含乙苯的原料的苯乙烯单体所需的能量的方法，所述方法包 括： i) 使所述原料脱氢从而提供未加工的苯乙烯流，所述未加工的苯乙烯流包含苯乙烯、 乙苯、苯、甲苯、a-甲基苯乙稀和重质物； ii) 在一系列蒸馏过程中净化未加工的苯乙烯流，其中第一蒸馏过程提供包含苯和 甲苯的第一蒸馏塔顶物流以及包含乙苯的第一蒸馏塔底物流，并且使用至少第一再沸器 和第二再沸器的第二蒸馏过程提供包含经净化的苯乙烯单体的第二蒸馏塔顶物流和包含 a_甲基苯乙烯和重质物的第二蒸馏塔底物流； iii) 从第二蒸馏塔底物流中取出至少第一再沸器流和第二再沸器流，并且使第一再沸 器流在第一再沸器中再沸，使第二再沸器流在第二再沸器中再沸；和 iv)通过与第一蒸馏塔顶物流间接接触从而向第一再沸器提供热，通过与除第一蒸馏 塔顶物流之外的热源间接接触从而向第二再沸器提供热，其中第一再沸器流以等于或小于 第一蒸馏塔顶物流离开所述再沸器的塔顶物温度的温度进入第一再沸器。13. 根据权利要求12所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流在离开第一再沸器之后 的温度必须高于第一再沸器流在进入第一再沸器时的温度。14. 根据权利要求12所述的方法，其中第一再沸器提供从约20%至约100%的第一和 第二再沸器之间的总换热器负荷。15. 根据权利要求12所述的方法，其中再沸器为第二蒸馏过程提供100%的总换热器 负荷。16. 根据权利要求12所述的方法，其中蒸馏过程在具有内件的塔中进行。17. 根据权利要求16所述的方法，其中内件为填充物和/或塔盘。18. 根据权利要求12所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg 至约2500mmHg的范围。19. 根据权利要求12所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约 500mmHg至约 2100mmHg的范围。20. 根据权利要求12所述的方法，其中第二蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约IOmmHg 至约1000 mmHg的范围。21. 根据权利要求11所述的方法，其中第一蒸馏过程塔顶物流的压力具有从约25mmHg 至约IOOmmHg的范围。22. 根据权利要求12所述的方法，其中未加工的苯乙烯流在位于所述第一蒸馏过程之 前的蒸馏过程中蒸馏。23. 根据权利要求22所述的方法，其中位于所述第一蒸馏过程之前的蒸馏过程为多效 蒸馏过程。
【专利摘要】公开了能量节约过程，所述能量节约过程的目的是在乙苯生产未加工的苯乙烯的脱氢反应之后通过蒸馏净化苯乙烯单体。正如目前所实践的，通过蒸馏净化苯乙烯需要大量能量(即蒸汽)从而向各个蒸馏塔提供热。本文公开的改进方法允许减少该目的所需的蒸汽量。
【IPC分类】C07C15/46
【公开号】CN104903280
【申请号】CN201280077795
【发明人】V·韦尔奇
【申请人】德希尼布工艺技术股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年12月19日
【公告号】US20150336859, WO2014098816A1
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