專利名稱：分離蒸氣混合物中所含的重組分和輕組分的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及包含在蒸氣混合物中的重組分和輕組分的分離。更具體來說，本發(fā)明涉及利用蒸氣混合物的內(nèi)能，根據(jù)包含在所述蒸氣混合物中的重組分和輕組分的沸點差異來分離這些組分。
背景技術(shù)：
在許多過程中產(chǎn)生含有輕組分和重組分的蒸氣產(chǎn)物流，所述組分需要被回收或分離/純化。例如，MixAlco 過程產(chǎn)生中間體羧酸鹽，其從碳數(shù)為C2直至C8及以上的羧酸形成。這些鹽包括例如鈣、鈉、鉀或其他離子物質(zhì)的鹽。這些羧酸鹽被結(jié)晶并干燥或濃縮成漿料。然后將所述鹽輸入到酮反應(yīng)器中，所述反應(yīng)器在約300°C至約450°C的溫度和約15英寸汞柱真空直至約2psig下運行約5至約30分鐘的鹽停留時間。在反應(yīng)器條件下，羧酸鹽分解成碳數(shù)為C3至C15的酮蒸氣以及包含在所述鹽類中的離子物質(zhì)的副產(chǎn)物固體碳酸鹽。使用較長的固體停留時間和較短的蒸氣產(chǎn)物停留時間有利于生成酮類的過程產(chǎn)率?？梢詫⒍栊詺怏w(例如氫氣、水/水蒸汽或二氧化碳)引入反應(yīng)器中，以將產(chǎn)物有機蒸氣吹掃出反應(yīng)器，從而最小化蒸氣停留時間。在傳統(tǒng)方法中，回收方法由將產(chǎn)物蒸氣立即冷凝成液體所構(gòu)成。這樣的操作使得冷凝熱被通用冷卻水帶走。此外，在使用吹掃氣來協(xié)助將蒸氣從反應(yīng)區(qū)移除的情形中，一些輕質(zhì)可冷凝產(chǎn)物被攜帶通過冷凝區(qū)并損失，除非在冷凝器中使用低溫溫度，而由于高成本這是不合需要的。此外，在常規(guī)方法中，需要帶有外部重沸器(作為額外的能量來源)的蒸餾塔來分離冷凝的高分子量(MW)和低MW有機化合物，因此增加了分離過程中需要的能量的量。為了減少低MW有機化合物的損失，通常需要額外的設(shè)備和能量來提供低溫或甚至冷凍的冷凝條件。例如，圖1A示意顯示了當(dāng)前已知的用于分離蒸氣產(chǎn)物混合物中的酮類和其他有機物質(zhì)的方法。蒸氣產(chǎn)物混合物通常被送往酮分離塔進行純化。來自于酮反應(yīng)器的蒸氣料流S-1在淬火冷凝器Q-2中，在100至250°C的溫度下冷凝，并變成料流S-2。將料流S-2在冷凝器E-2中進一步冷卻至35°C，產(chǎn)生料流S-3,并且所有冷凝熱被冷卻水帶走。將料流S-3中的冷凝液體收集在容器D-2中，然后作為料流S-4泵送至下游過程，或者作為料流S-5再循環(huán)至淬火冷凝器Q-2作為淬火液體。在Q-2或E-2中沒有被冷凝的蒸氣作為料流S-12被送往排氣系統(tǒng)。(在圖1B中，在Q-2或E-2中沒有被冷凝的蒸氣作為料流S-6被送往排氣系統(tǒng))。分離D-2中的水相并將其泵送至再循環(huán)部分(S-10)，并將產(chǎn)物送往下游轉(zhuǎn)化(S-11)。有時將惰性氣體引入到酮反應(yīng)器中以最小化蒸氣停留時間，但是具有使得隨著非可凝性氣體一起離開到蒸氣回收系統(tǒng)(料流S-12)的未被冷凝的輕質(zhì)有機蒸氣的量增加的不利效應(yīng)。料流S-12中的任何有機蒸氣被送往火炬系統(tǒng)并因此損失。因此，這樣的已知方法具有低的過程效率和產(chǎn)率。結(jié)果，對于開發(fā)高效且有效地分離包含在蒸氣混合物中的輕組分和重組分的方法和系統(tǒng)，存在著持續(xù)的需求和興趣。
發(fā)明內(nèi)容
本文公開了一種從蒸氣混合物分離重組分和輕組分的方法。所述方法包括a.將蒸氣混合物蒸餾成第一蒸氣相和第一液相；以及b.將至少一部分第一蒸氣相冷凝成第二液相和第二蒸氣相；其中所述蒸餾利用所述蒸氣混合物的內(nèi)能。在實施方案中，所述方法還包括c.利用至少一部分第一液相來吸收至少一部分第二蒸氣相。在某些情況下，所述方法還包括將所述至少一部分第一液相冷卻，然后利用它吸收所述至少一部分第二蒸氣相。在某些實施方案中，所述方法還包括d.在吸收所述至少一部分第二蒸氣相之后，將所述至少一部分第一液相再循環(huán)到蒸餾步驟。在實施方案中，所述方法還包括將另一部分第一蒸氣相冷凝成將要再循環(huán)至蒸餾步驟的回流液體。在實施方案中，所述蒸氣混合物的蒸餾發(fā)生在蒸餾塔中。在實施方案中，所述方法還包括控制被冷凝成回流液體的第一蒸氣相的量，以控制所述蒸餾塔的下部的溫度。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的酮。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的熱解產(chǎn)生的氣體組分。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的費托法產(chǎn)生的氣體組分。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在生物質(zhì)制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在煤制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在天然氣制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含無反應(yīng)性吹掃氣。在某些情況下，所述無反應(yīng)性吹掃氣包含氮氣、氫氣、水蒸汽或二氧化碳。在實施方案中，所述方法還包括收集所述第一液相。在實施方案中，蒸餾不需要額外的熱量輸入。本文還公開了一種包含在具有不同沸點組分的蒸氣混合物中的組分的分離方法，所述方法包括a.將蒸氣混合物蒸餾成第一蒸氣相和第一液相；b.將至少一部分第一蒸氣相冷卻以產(chǎn)生第二液相和第二蒸氣相；以及c.使用至少一部分第一液相來吸收至少一部分第二蒸氣相；其中所述蒸餾利用所述蒸氣混合物的內(nèi)能并且不需要額外的熱量輸入。在實施方案中，所述方法還包括將所述至少一部分第一液相冷卻，然后再使用它吸收所述至少一部分第二蒸氣相。在實施方案中，所述方法還包括d.在吸收所述至少一部分第二蒸氣相之后，將所述至少一部分第一液相再循環(huán)到蒸餾步驟。在實施方案中，所述方法還包括將另一部分第一蒸氣相冷凝成將要再循環(huán)至蒸餾步驟的回流液體。在某些情況下，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的酮。在某些情況下，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的熱解產(chǎn)生的氣體組分。在某些情況下，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的費托法產(chǎn)生的氣體組分。在某些情況下，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在生物質(zhì)制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在某些情況下，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在煤制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在某些情況下，所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在天然氣制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在實施方案中，所述蒸氣混合物包含無反應(yīng)性吹掃氣。在某些情況下，所述無反應(yīng)性吹掃氣包含氮氣、氫氣、水蒸汽或二氧化碳。在實施方案中，所述方法還包括收集所述第一液相。在實施方案中，蒸餾不需要額外的熱量輸入。本文還公開了一種用于從蒸氣混合物分離重組分和輕組分的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含:蒸餾塔，其中所述蒸餾塔被構(gòu)造成利用所述蒸氣混合物的內(nèi)能，從所述蒸氣混合物產(chǎn)生第一蒸氣相料流和第一液相料流；冷凝器，其中所述冷凝器被構(gòu)造成從所述蒸餾塔接收至少一部分第一蒸氣相料流并產(chǎn)生第二蒸氣相料流和第二液相料流；以及容器，其中所述容器被構(gòu)造成從所述蒸餾塔接收第一液相料流。在實施方案中，所述系統(tǒng)還包含部分冷凝器，其中所述部分冷凝器被構(gòu)造成將另一部分第一蒸氣相料流冷凝成回流液體料流，并將所述回流液體料流再循環(huán)至所述蒸餾塔。在實施方案中，所述系統(tǒng)還包含吸收塔，其被構(gòu)造成從所述冷凝器接收第二蒸氣相料流；從所述蒸餾塔接收第一液相料流；并允許第一液相料流與第二蒸氣相料流相互作用，以產(chǎn)生第三液相料流和第三蒸氣相料流。在某些情況下，所述吸收塔被進一步構(gòu)造成將第三液相料流再循環(huán)至所述蒸餾塔。在實施方案中，所述系統(tǒng)還包含熱交換器，其被構(gòu)造成接收并冷卻至少一部分第一液相料流；并將冷卻的第一液相料流送往所述吸收塔。在實施方案中，所述系統(tǒng)還包含另一個容器，其被構(gòu)造成從所述冷凝器接收第二液相料流。在實施方案中，所述蒸餾塔不需要額外的熱量輸入。
在實施方案中，本公開的方法降低了使高MW (分子量)產(chǎn)物或有機化合物與低MW產(chǎn)物或有機化合物分離所耗費的能量。在實施方案中，本公開的方法還允許將分離的高MW產(chǎn)物或有機化合物冷卻，并將其用作吸收流體用于從非可凝性氣體料流回收輕質(zhì)產(chǎn)物或有機化合物，否則所述輕質(zhì)產(chǎn)物或有機化合物將損失在蒸氣回收中，在那里它被用作燃料或在火炬中燃燒。所述兩種實施方案都利用了進入所述系統(tǒng)的蒸氣中所包含的能量。在實施方案中，本公開的方法允許利用輸入蒸氣的熱量將較高麗化合物從較低麗化合物中粗蒸餾出來，由此將加熱蒸餾塔所需的任何附加能量降至最低。如果產(chǎn)生所述多組分蒸氣的進料反應(yīng)器需要惰性氣體吹掃以便從所述反應(yīng)器吹掃出產(chǎn)物有機蒸氣，所述惰性吹掃氣的添加增加了所述冷凝器中隨著非可凝性氣體(圖1A中的料流S-12)被帶出的輕質(zhì)有機化合物的量，這引起產(chǎn)率損失和過程效率低下兩者。在實施方案中，本公開的方法利用在前述蒸餾塔中分離的高MW化合物作為吸收流體，從非可凝性氣體吸收低MW有機化合物并避免損失。然后將回收的低MW化合物以及高MW化合物返回到前述蒸餾塔進行回收，從而提高過程產(chǎn)率和效率。在本公開的方法以前，所述問題需要安裝具有較大外部能量源/重沸器的蒸餾塔來分離所述冷凝的高和低MW有機化合物。這增加了過程中需要的能量的量。在本公開的方法之前，降低隨著非可凝性蒸氣而損失的低 有機物的量，需要額外的設(shè)備和能量成本以便來利用非常低溫度的冷凍冷凝。在本公開的方法之前，從非可凝性蒸氣吸收有價值的輕質(zhì)有機化合物需要選擇適合吸收酮類的低揮發(fā)性可溶性烴類。這種溶劑必須對被吸收的蒸氣在化學(xué)上惰性，并且具有足夠低的揮發(fā)性，使得回收的有機化合物可以從所述溶劑蒸發(fā)。這種方法需要額外的分離塔來回收溶劑，使該方法產(chǎn)生了額外的資本成本。在實施方案中，本公開的方法降低了為分離包含在過熱多組分蒸氣料流中的高和低MW有機化合物而必須添加的能量的量。它利用在上游產(chǎn)生的高MW有機化合物(在我們的實例中，它們在酮反應(yīng)器中產(chǎn)生)的冷凝熱以及過熱水平來實現(xiàn)這一點。本公開的方法使用所述熱量作為蒸餾塔中的驅(qū)動能量，而該能量一般損失在冷卻水排熱中。在實施方案中，本公開的方法還降低了在使用惰性氣體吹掃流時損失的輕質(zhì)(較低MW)有機化合物的量。所述方法通過使用分離的高MW有機化合物作為吸收流體從所述惰性氣體吹掃流吸收輕MW化合物，并將它們返回到過程中進行回收來實現(xiàn)這一點。正常情況下，這種分離需要昂貴的制冷和能量。在實施方案中，本公開的方法還降低了過程的資本成本，這是由于使用高沸點產(chǎn)物作為吸收劑而無需使用單獨的吸收劑液體和單獨的吸收劑回收塔。此外，在使用高沸點產(chǎn)物作為吸收流體的過程中，沒有高沸點產(chǎn)物的損失。前面相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便可以更好地理解后面本發(fā)明的詳細描述。將在后文中描述本發(fā)明中形成本發(fā)明權(quán)利要求書的主題的其他特征和優(yōu)點。本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員將會認識到，所公開的概念和具體實施方案可以容易地作為修改或設(shè)計其他結(jié)構(gòu)以執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的基礎(chǔ)。本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員還應(yīng)該認識至IJ，這樣的等同構(gòu)建并不背離權(quán)利要求書中提出的本發(fā)明的精神和范圍。
為了更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，現(xiàn)在將參考隨附的圖，其中:圖1A示意顯示了目前已知的用于分離蒸氣混合物中的酮類和其他有機物質(zhì)的方法(現(xiàn)有技術(shù)方法)。圖1B是如圖1A中所示的現(xiàn)有技術(shù)方法的變化形式。圖2A是示意性方法流程圖，其示例了按照本公開的實施方案從酮蒸氣混合物分離重組分和輕組分的方法。圖2B是按照本公開的實施方案，改進的分離方法的變化形式。表不法和命名在一般意義上，用U或有時用E表示的熱力學(xué)系統(tǒng)或具有明確定義的邊界的物體的內(nèi)能，是由粒子的運動(平移、旋轉(zhuǎn)、振動)引起的動能和與原子在分子或晶體中的振動和電能相關(guān)的勢能的總和。它包括所有化學(xué)鍵中的能量以及金屬中自由傳導(dǎo)電子的能量。內(nèi)能不包括物體整體的平移或旋轉(zhuǎn)動能。它不包括物體由于其在外部重力或靜電場中的位置而可能具有的任何勢能。內(nèi)能也被稱為內(nèi)蘊能。在本公開中，蒸氣混合物的內(nèi)能是指由所述蒸氣混合物中含有的粒子的運動(平移、旋轉(zhuǎn)、振動)引起的動能和與其中包含的分子內(nèi)原子的振動和電能相關(guān)的勢能的總和。在本公開中，根據(jù)沸點對輕組分和重組分在相對意義上進行分類。對于特定蒸氣混合物來說，輕組分一般是指與重組分相比具有更低沸點的物質(zhì)。在給定壓力下，較高分子量(麗)物質(zhì)與較低欄分子相比一般具有較高沸點，特別是當(dāng)較高欄和較低欄物質(zhì)屬于同一化學(xué)家族(例如酮家族、醇家族)時。
某些術(shù)語在整個下面的描述和權(quán)利要求書中用于指稱特定的系統(tǒng)部件。本文件不打算在名稱而不是功能上不同的部件之間進行區(qū)分。在下面的描述和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”和“包含”以開放性方式使用，因此應(yīng)該被解釋為意指“包括但不限于……”。
具體實施例方式概述。本公開的某些實施方案利用將會在冷凝中損失的熱量作為熱源，用于將輕組分和重組分蒸餾/分離成高分子量(MW)和低MW組分料流。本公開的某些實施方案在輕組分回收吸收塔中利用高MW組分料流作為貧化吸收液體以提高方法效率。在某些實施方案中，將富含輕組分的高MW組分料流返回到輕/重組分分離蒸餾塔。本公開方法的優(yōu)點是提高的能量利用率和提高的產(chǎn)物回收率。需要注意的是，盡管本文示例的方法使用來自于利用羧酸鹽混合物的熱轉(zhuǎn)化的酮化過程的產(chǎn)物，但這僅僅打算作為實例，它不應(yīng)該是限制性的。在遍及整個工業(yè)界的許多過程(例如生物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化，費托法轉(zhuǎn)化以及其他生物質(zhì)、煤或天然氣制油熱轉(zhuǎn)化過程)中都會產(chǎn)生可以使用本文描述的方法來進行處理的熱蒸氣。在某些實施方案中，蒸氣混合物包含一種以上類型的酮。在某些實施方案中，蒸氣混合物包含一種以上類型的熱解產(chǎn)生的氣體組分。在某些實施方案中，蒸氣混合物包含一種以上類型的的費托法產(chǎn)生的氣體組分。在某些實施方案中，蒸氣混合物包含一種以上類型的在生物質(zhì)制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在某些實施方案中，蒸氣混合物包含一種以上類型的在煤制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在某些實施方案中，蒸氣混合物包含一種以上類型的在天然氣制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。在某些實施方案中，蒸氣混合物包含無反應(yīng)性(惰性)吹掃氣。在某些情況下，無反應(yīng)性(惰性)吹掃氣包含氮氣、氫氣、水蒸汽或二氧化碳。在如圖2A中所示的實施方案中，用于從酮蒸氣混合物分離重組分和輕組分的方法，作為實例包括將蒸氣混合物蒸餾成第一蒸氣相和第一液相；將至少一部分第一蒸氣相冷凝成第二液相和第二蒸氣相；以及利用至少一部分第一液相來吸收至少一部分所述第二蒸氣相。在下文中描述了這種方法的詳細情況。作為實例，將來自于酮反應(yīng)器的蒸氣料流(料流S-1，其包含例如C3-C15酮的蒸氣和惰性氣體)送往蒸餾塔T-1的底部，在那里，它在與塔中存在的液體和蒸氣兩者的液體-氣體平衡條件下冷卻并冷凝。來自于塔T-2的回收的酮料流也進入塔T-1的底部(料流S-15)。來自于T-1頂部的蒸氣(料流S-2)進入部分冷凝器E-1，在那里蒸氣被冷凝并收集在蓄積器D-2中。如果在酮反應(yīng)器中存在足量的水，則在冷凝的液體中可能存在水性液相和有機液相兩者。將冷凝的有機相液體通過泵P-2送回到T-1的頂部階段作為回流液(料流S-4)，其余液體送往儲存或下游過程(料流S-1I)。將具有一些溶解的輕質(zhì)酮類的水性相液體(料流S-10)送往輕質(zhì)酮回收過程。將由惰性氣體和輕質(zhì)酮類以及有機化合物構(gòu)成的未冷凝蒸氣(料流S-12)送往吸收塔T-2的底部。高沸點酮類和高分子量(MW)有機化合物被分離，并作為塔底液體(料流S-5)或側(cè)餾分液體離開塔T-1到達蓄積器D-1。塔T-1的塔底液(料流S-5)通過泵P-3被送往高碼酮儲存器(料流S_6)或調(diào)整重沸器E-3。當(dāng)輸入的進料蒸氣(水蒸汽S-1)不含足以驅(qū)動全部所需的塔熱負荷的熱量時，E-3供應(yīng)補充的負荷。將收集在蓄積器D-1中的側(cè)餾分的高MW酮類通過P-1泵送到冷卻器E-2，然后再將它們送往吸收塔T-2 (料流S-13)。概括來說，作為上述設(shè)計的結(jié)果，塔T-1被用作精餾蒸餾塔，其將來自于酮反應(yīng)(上游過程)和回收塔(塔T-2)的輸入蒸氣分離成四個料流I)由高沸點酮類和有機化合物構(gòu)成的塔底料流(S-6)；
2)中沸點酮類和有機化合物的側(cè)餾分料流(S-7)；3)冷凝的餾出物產(chǎn)物酮和有機化合物液體料流(S-1l)；4)未在E-1中冷凝的酮類和有機及非有機化合物的輕質(zhì)料流(S-12)。用于精餾的熱量，由來自于上游過程的輸入蒸氣的過熱后冷卻以及進入塔后被淬火的高MW有機化合物的隨后的冷凝熱來供應(yīng)。如果需要，重沸器E-3供應(yīng)另外的熱負荷。塔T-2 (圖2A)被用于吸收和回收在E-1中沒有冷凝的輕質(zhì)酮類和有機化合物。來自于塔T-1的側(cè)餾分料流(S-7)被用作貧化吸收液體，從來自于交換器E-1的非可凝性氣體脫除并回收輕質(zhì)酮類和有機化合物。來自于泵P-1的高沸點有機化合物(料流S-7)在交換器E-2中冷卻(料流S_13)，并被送往吸收塔T-2的頂部階段。未在E-1中冷凝的蒸氣(料流S-12)進入塔T-2的底部階段。塔T-2含有塔盤或填充物，以使用冷卻的高Mff酮料流(S-13)，從來自于蓄積器D-2的非可凝性氣體吸收輕質(zhì)有機化合物。被脫除了大多數(shù)有機化合物的非可凝性氣體離開塔T-2的頂部，并被送往排放蒸氣處理裝置。吸收有輕質(zhì)有機化合物的較高Mff有機化合物離開塔T-2的底部(S-15)，并被送往塔T-1的底部，以作為液體產(chǎn)物回收。塔T-2還具有塔底液重循環(huán)冷卻器(E-4)，以從回收的酮蒸氣移除吸收的熱量。作為利用塔T-2和使用高分子量酮類作為低揮發(fā)性吸收液體的結(jié)果，料流S-12中通常會被損失掉或被用于燃料價值的輕質(zhì)酮蒸氣，被回收作為產(chǎn)物。在如圖2B中所示的實施方案中，用于從酮蒸氣混合物分離重組分和輕組分的方法包括將蒸氣混合物蒸餾成第一蒸氣相和第一液相；將至少一部分第一蒸氣相冷凝成第二液相和第二蒸氣相；以及利用至少一部分所述第一液相來吸收至少一部分所述第二蒸氣相。在下文中描述了這種方法的詳細情況。作為實例，將來自于酮反應(yīng)器的蒸氣料流(料流S-1，其包含例如C3-C15酮的蒸氣和惰性氣體)送往蒸餾塔T-1的底部，在那里，它在與塔中存在的液體和蒸氣兩者的液體-氣體平衡條件下冷卻并冷凝。將來自于T-1頂部的部分蒸氣相(料流S-2)作為料流S-3送往部分冷凝器E_l，并將部分料流S-2繼續(xù)作為蒸氣料流S-8送往冷凝器E-2。通過例如溫度控制閥(TCV)將來自于E-1的冷凝液體再循環(huán)到T-1的頂部階段作為回流液(料流S-4)。來自于E-2的冷凝液體被收集在酮蓄積器D-2中。將D-2中包含輕(更具揮發(fā)性)組分(例如惰性氣體、輕質(zhì)酮類以及有機和非有機化合物)的蒸氣相作為料流S-12送往吸收塔T-3的底部。D-2中包含重(揮發(fā)性較低)組分(例如冷凝的酮類和有機化合物)的液相，作為料流S-1O經(jīng)泵P-2和作為料流S-1l經(jīng)液位控制閥(LCV)被泵送到儲存部分或下游過程，作為酮產(chǎn)物。重組分(例如低揮發(fā)性酮類和有機化合物)作為塔底液體離開塔T-1 (料流S-5)，并經(jīng)LCV排向高分子量(麗)酮蓄積器D-1。管線L-1是壓力平衡管線，確保液體料流S-5能夠從T-1排向D-1?？蛇x地，平衡管線L-1被省略，并使用泵將液體料流S-5從T-1泵向D-1。將D-1中的液相作為料流S-6通過泵P-1送往高碼酮儲存裝置或下游過程(例如加氫反應(yīng))，或作為料流S-7送往冷卻器E-3。在E-1中冷凝的蒸氣的量被用于控制塔T-1較低部分的溫度。作為這種設(shè)計的結(jié)果，塔T-1被用作精餾蒸餾塔，其從在E-1中未冷凝的較低分子量有機化合物分離較高分子量有機化合物。用于這樣的精餾的熱量，由輸入蒸氣的過熱后冷卻以及進入塔后被淬火的重組分(例如較高MW酮類和有機化合物)的冷凝熱來供應(yīng)。來自于泵P-1的包含重組分(例如較高沸點有機化合物)的液體料流S-7在熱交換器E-3中冷卻，變成料流S-13并通過流量控制閥(FCV)被送往吸收塔T-3的頂部階段。來自于D-2的蒸氣相(包含未在E-2中冷凝的組分)作為料流S-12進入塔T-3的底部階段。包含塔盤或填充物的塔T-3利用包含重組分的冷卻的液體料流S-13來吸收來自于D-2的包含輕組分的蒸氣相。未被冷凝或吸收的氣體/蒸氣作為料流S-14離開塔T-3的頂部，并被送往例如排氣系統(tǒng)。大多數(shù)有機化合物(包含較高MW有機化合物和吸收的輕質(zhì)有機化合物)在塔T-3中被冷凝或吸收在液相中，并作為料流S-15離開T-3的底部。然后將料流S-15通過LCV送往塔T-1的底部。在圖2A和2B中，所有儀器和控制系統(tǒng)的位置僅僅作為示例示出，它不打算是限制性的?？刂品椒ê蛢x器(例如溫度、壓力、流速和液位)對于本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是已知的，并且這樣的控制方法/儀器的位置、排列和目的不打算以任何方式進行限制。對于如何控制化學(xué)處理設(shè)備中的溫度、壓力、流速和液位，存在許多不同選項，本文中示出的僅僅是合理的示例情形。例如，在圖2B中，用于T-1的溫度控制閥(TCV)與溫度元件(TE)相連或偶聯(lián)，以實現(xiàn)其控制T-1較低部分的溫度的功能。用于T-1、T-3、D-1和D-2的液位控制閥(LCV)與液位控制器(LC)相連或偶聯(lián)，以實現(xiàn)分別控制T-1、T-3、D-1和D-2中的液體液位的功能。用于S-13的流量控制閥(FCV)與流量控制器(FC)相連或偶聯(lián)，以調(diào)控進入塔T-3的料流S-13的流速。優(yōu)點。在本公開的某些實施方案中，將蒸氣混合物中包含的較高MW (重)組分與較低MW (輕)組分分離開。在某些實施方案中，蒸氣混合物中重組分和輕組分的分離不需要或需要非常少的其他能量。在某些實施方案中，將分離的重組分冷卻并用作吸收液體來回收輕組分(包含例如有機化合物和惰性氣體)，在常規(guī)方法中所述輕組分通常被損失掉或使用昂貴的低溫或制冷條件對其進行回收，這使得本發(fā)明的方法更加有效和高效。在某些實施方案中，實現(xiàn)了重組分和輕組分的分離和輕組分的更高效的回收兩者。在各種實施方案中，重組分和輕組分的分離和輕組分的更高效的回收，利用了包含在進入分離系統(tǒng)的蒸氣混合物中的內(nèi)能，沒有或只有很少的附加能量。在某些實施方案中，分離包含在蒸氣混合物中的重組分和輕組分所需的能量來自于過熱和蒸氣混合物中高MW有機化合物的冷凝熱。例如，這樣的熱量是蒸餾塔中的驅(qū)動力/能量；而這樣的能量常規(guī)情況下?lián)p失在冷卻水排熱中。在某些實施方案中，本文描述的方法允許利用輸入蒸氣的熱量將較高麗化合物從較低MW化合物中粗蒸餾/分離出來，從而幾乎不需要附加能量。在某些實施方案中，如果產(chǎn)生多組分蒸氣的反應(yīng)(例如羧酸鹽的酮化)需要惰性氣體吹掃以將蒸氣相中的有機產(chǎn)物從反應(yīng)器吹出，本文公開的方法與常規(guī)方法(例如在圖1A和IB中所示的方法)相比減少了輕組分的損失。在某些實施方案中，將較高MW化合物在蒸餾塔中作為液體與較低MW化合物分開，然后用于吸收較低MW化合物。在某些實施方案中，回收的較低MW化合物以及較高MW化合物被再循環(huán)到蒸餾塔用于進一步分離和回收，由此增加了過程產(chǎn)率和效率。在本公開之前，從非可凝性蒸氣吸收有價值的輕質(zhì)有機化合物需要選擇能夠吸收低沸點化合物(在本文中示例為低分子量酮類)的適合的低揮發(fā)性可溶性烴類。這種溶劑必須對吸收的蒸氣在化學(xué)上惰性并具有足夠低的揮發(fā)性，使得回收的有機化合物可以從溶劑蒸發(fā)出來。這種方法需要另外的分離塔來回收溶劑，導(dǎo)致該方法的資本成本增加。本公開的方法還降低了過程的資本成本，這是由于使用高沸點產(chǎn)物作為吸收劑而無需使用單獨的吸收劑液體和單獨的吸收劑回收塔。此外，在使用高沸點產(chǎn)物作為吸收流體的方法中，沒有高沸點產(chǎn)物的損失。在各種實施方案中，本公開的方法利用蒸氣相的內(nèi)能。此外，本公開的方法利用在方法期間產(chǎn)生的液相作為吸收液體的來源。在某些實施方案中，本公開的方法利用蒸氣相的內(nèi)能并利用在方法期間產(chǎn)生的液相作為吸收液體的來源。在某些其他實施方案中，本公開的方法使用冷凝能量來驅(qū)動蒸餾過程。如上所述的系統(tǒng)和方法可用于回收例如MixAlco 酮化過程中的任何可凝性多組分蒸氣。在圖2A中示例的系統(tǒng)和方法不打算以任何方式進行限制。實施例實施例1為了說明本公開的能量和產(chǎn)物回收優(yōu)點，在下面三個案例中使用HoneywellUnisim模擬軟件包進行了對圖1和2中示出的方法的模擬:案例1(比較性):將圖1A中所示的完全冷凝的酮料流進料到圖2A中所示的塔T-1，沒有吸收塔T-2。案例2(比較性):將圖1A中所示的完全冷凝的酮料流進料到圖2A中所示的塔T-1，其中在吸收塔T-2中回收輕質(zhì)酮類。案例3:將直接來 自于酮反應(yīng)器上游的完全未冷凝的酮蒸氣料流進料到圖2A中所示的塔T-1，其中在吸收塔T-2中回收輕質(zhì)酮類。表I顯示了上述模擬的結(jié)果，其證實了本公開方法的改進。表I
酮蒸餾分離情形
案例I案例2案例3
進料到塔 T-1 的酮類 lb/hr5，0005，0005，000
塔 T-1 重沸器負荷 E-3BTU/hr2，040，000 2，690，000 677, 000
塔 T-1 冷凝器負荷 E-lBTU/hrI, 970, 000 2，470, 000 2，660，000
通往排氣系統(tǒng)的酮損失lb/hr97.61005005
通往排氣系統(tǒng)的酮損失占總進料的％ Γ950.0010.001
與案例I相比的再沸器能量減少650, 000-1, 363，000
與案例I相比的冷凝器能量減少500，000690，000
與案例I相比回收的酮類97.5697.56
正如可以看出的，當(dāng)與案例I相比時，將酮類作為蒸氣進料的改進(案例3)使系統(tǒng)的總能耗降低1. 363MM BTU/hr,至 135BTU每磅進料的酮(能耗降低 67%)。添加塔T-2吸收系統(tǒng)使產(chǎn)物酮損失從進料的 2%減少至基本為O。此外，使用產(chǎn)物高MW產(chǎn)物作為吸收流體回收輕質(zhì)有機蒸氣，消除了對可能作為產(chǎn)物污染物被引入的分開的吸收流體的需要。盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員可以對其進行修改而不背離本發(fā)明的精神和教示。本文描述的實施方案僅僅是一部分，而不打算進行限制。本文公開的發(fā)明的許多變化和修改是可能，并處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。當(dāng)數(shù)值范圍或限度被明確陳述時，這些表述的范圍或限度應(yīng)該被理解為包含了處于明確陳述的范圍或限度內(nèi)的同樣量值的重疊的范圍或限度(例如從約I到約10包含了 2、3、4等；大于O. 10包含了 O. 11,0. 12,0. 13，等等)。對于權(quán)利要求的任何要素來說，使用術(shù)語“任選地”，目的是指對象要素是需要的，或可選地是不需要的。兩種選擇方案都打算包含在該權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。較寬泛的術(shù)語例如包含、包括、具有等的使用，應(yīng)該被理解為為較狹窄的術(shù)語例如由......構(gòu)成、基本上由......構(gòu)成、基本上由......組成等提供了支持。因此，保護范圍不受上面提出的描述的限制，而是僅僅受限于權(quán)利要求書，其范圍包括權(quán)利要求書的主題內(nèi)容的所有等同物。每個和所有的權(quán)利要求都被整合在說明書中作為本發(fā)明的實施方案。因此，權(quán)利要求書是進一步的描述，是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的補充。本文引用的所有專利、專利申請和出版物的公開內(nèi)容，在它們?yōu)楸疚奶岢龅膬?nèi)容提供某些、程序性的或其它詳細情況的補充的程度上，在此引為參考。
權(quán)利要求
1.一種從蒸氣混合物分離重組分和輕組分的方法，所述方法包括 a.將蒸氣混合物蒸餾成第一蒸氣相和第一液相；以及 b.將至少一部分第一蒸氣相冷凝成第二液相和第二蒸氣相； 其中所述蒸餾利用所述蒸氣混合物的內(nèi)能。
2.權(quán)利要求1的方法，其還包括 c.利用至少一部分第一液相來吸收至少一部分第二蒸氣相。
3.權(quán)利要求2的方法，其還包括將所述至少一部分第一液相冷卻，然后利用其吸收所述至少一部分第二蒸氣相。
4.權(quán)利要求1的方法，其還包括 d.在吸收所述至少一部分第二蒸氣相之后，將所述至少一部分第一液相再循環(huán)到蒸餾步驟。
5.權(quán)利要求1的方法，其還包括將另一部分第一蒸氣相冷凝成將要再循環(huán)到蒸餾步驟的回流液體。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述蒸氣混合物包含一種以上類型的酮。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述蒸氣混合物包含一種以上類型的熱解產(chǎn)生的氣體組分。
8.權(quán)利要求1的 方法，其中所述蒸氣混合物包含一種以上類型的費托法產(chǎn)生的氣體組分。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在生物質(zhì)制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在煤制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述蒸氣混合物包含一種以上類型的在天然氣制油轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的氣體組分。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述蒸氣混合物包含無反應(yīng)性吹掃氣。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述無反應(yīng)性吹掃氣包含氮氣、氫氣、水蒸汽或二氧化碳。
14.權(quán)利要求1的方法，其還包括收集所述第一液相。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述蒸餾不需要額外的熱量輸入。
全文摘要
本文公開了一種從蒸氣混合物分離重組分和輕組分的方法。所述方法包括a.將蒸氣混合物蒸餾成第一蒸氣相和第一液相；以及b.將至少一部分第一蒸氣相冷凝成第二液相和第二蒸氣相；其中所述蒸餾利用所述蒸氣混合物的內(nèi)能。在實施方案中，所述方法還包括c.利用至少一部分第一液相來吸收至少一部分所述第二蒸氣相。在某些情況下，所述方法還包括將所述至少一部分第一液相冷卻，然后利用它吸收所述至少一部分第二蒸氣相。
文檔編號B01D3/00GK103079665SQ201180042347
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者加里·W·盧斯, 雷·萊恩·斯潘塞, 約翰·A·斯潘塞 申請人:Ee-特邦生物燃料有限責(zé)任公司