СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ДИСТИЛЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
ENERGY PRESERVATION IN DISTILLATION OF HEAVY HYDROCARBONS

Заявление приоритета
По данной заявке испрашивается приоритет на основании заявок на патент США №12/868179 и №12/868223, поданных 25 августа 2010 г.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к улучшенным способам и устройству, подходящим для энергосбережения при дистилляции углеводородов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и устройству, обеспечивающим сохранение энергии в пределах комплекса по переработке ароматических соединений, производящего изомеры ксилола.
Уровень техники
8
Изомеры ксилола представляют собой источники сырья для широкого спектра важных промышленных химических продуктов. Наиболее широко производимым и потребляемым изомером ксилола является пара-ксилол, основное исходное сырье для получения полиэфира, производство которого сохраняет высокий темп роста вследствие высокой базовой потребности. Орто-ксилол используют для получения фталевого ангидрида, который поставляют на крупномасштабные, но относительно развитые рынки. Мета-ксилол потребляют в меньших, но возрастающих объемах для таких продуктов, как пластификаторы, азокрасители и защитные средства для древесины. Этилбензол, как правило, присутствует в смесях ксилолов и в некоторых случаях его извлекают для получения стирола, но обычно он считается менее желательным компонентом C-ароматических соединений.
8
Среди ароматических углеводородов общая ценность ксилолов конкурирует со значимостью бензола как исходного сырья для промышленных химических продуктов. Ксилолы и бензол получают из нефти риформингом нафты, но в недостаточном для удовлетворения потребности объеме, следовательно, превращение других углеводородов является необходимым для повышения выпуска ксилолов и бензола. Часто толуол подвергают деалкилированию для производства бензола или селективному диспропорционированию с целью получения бензола и C-ароматических соединений, из которых выделяют отдельные изомеры ксилола.
Технологическая схема комплекса по производству ароматических соединений была раскрыта автором Meyers в справочнике Petroleum Refining Processes, 2d. Edition, выпущенном в 1997 г. издательством McGraw-Hill и включенном в настоящий документ ссылкой.
Комплексы по производству ароматических соединений, выпускающие ксилолы, являются заметными потребителями энергии, особенно в операциях дистилляции для получения исходного сырья и выделения продуктов процессов превращений. Отделение ксилолов от тяжелых ароматических соединений, в частности, заключает в себе значительный потенциал для энергосбережения. Сохранение энергии в таких процессах не только уменьшило бы расходы по переработке, но и разрешило бы существующие проблемы, связанные с выбросами углерода.
Сущность изобретения
8
9
Широкий вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой устройство для дистилляции, включающее в себя две дистилляционные колонны для отделения C-ароматических компонентов от C- и более тяжелых ароматических компонентов, имеющее в своем составе первую дистилляционную колонну, адаптированную для работы при первом давлении и обладающую нижней частью, связанной по текучей среде с кипятильником, вторую дистилляционную колонну, адаптированную для работы при втором давлении и обладающую верхней частью, связанной по текучей среде с трубой для верхнего погона, при этом труба для верхнего погона, выходящая из второй колонны, обеспечивает связь по текучей среде с кипятильником первой колонны.
8
9
Более конкретный вариант осуществления изобретения представляет собой устройство для дистилляции, включающее в себя две дистилляционные колонны для отделения C-ароматических компонентов от С и более тяжелых ароматических компонентов, имеющее в своем составе первую дистилляционную колонну, адаптированную для работы при первом давлении и обладающую нижней частью, связанной по текучей среде с кипятильником, вторую дистилляционную колонну, адаптированную для работы при втором давлении и обладающую верхней частью, связанной по текучей среде с трубой для верхнего погона, при этом труба для верхнего погона, выходящая из второй колонны, обеспечивает связь по текучей среде с кипятильником первой колонны и адаптирована для доставки источника тепла в кипятильник. Более предпочтительно, второе давление составляет, по меньшей мере, на 400 кПа выше первого давления.
8
9
9
8
9
8
9
В другом аспекте широкий вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ дистилляции, включающий в себя две или больше ксилольные колонны для отделения потоков C-ароматических соединений от потоков C- и более тяжелых ароматических соединений, содержащихся, по меньшей мере, в одном потоке более высококипящего сырья и, по меньшей мере, в одном потоке более низкокипящего сырья, при этом, по меньшей мере, один поток более высококипящего сырья характеризуется более высоким содержанием C- и более тяжелых ароматических соединений, чем, по меньшей мере, один поток более низкокипящего сырья; способ, включающий в себя следующее: подвергают дистилляции, по меньшей мере, один поток более высококипящего сырья, по меньшей мере, в одной первой ксилольной колонне низкого давления для отделения первого потока С-ароматических соединений от первого потока С- и более тяжелых ароматических соединений; подвергают дистилляции, по меньшей мере, один поток более низкокипящего сырья, по меньшей мере, в одной из вторых ксилольных колонн при повышенном давлении для отделения второго потока C-ароматических соединений от второго потока C- и более тяжелых ароматических соединений; и конденсируют верхний поток, выходящий, по меньшей мере, из одной из вторых колонн, посредством теплообмена с одним или несколькими кипятильниками первой колонны, другим технологическим потоком и генератором пара.
8
9
9
8
9
8
9
Более конкретный вариант осуществления изобретения включает в себя способ дистилляции, имеющий в наличии две ксилольные колонны для отделения потоков C-ароматических соединений от потоков C- и более тяжелых ароматических соединений, содержащихся в потоке более высококипящего и более низкокипящего сырья, при этом поток более высококипящего сырья имеет более высокое содержание С- и более тяжелых ароматических соединений, чем поток более низкокипящего сырья; способ, включающий в себя следующее: подвергают дистилляции поток более высококипящего сырья в первой ксилольной колонне низкого давления для отделения первого потока C-ароматических соединений от первого потока C- и более тяжелых ароматических соединений; подвергают дистилляции поток более низкокипящего сырья во второй ксилольной колонне при повышенном давлении для отделения второго потока C-ароматических соединений от второго потока C- и более тяжелых ароматических соединений; и конденсируют верхний поток, выходящий из второй колонны, посредством обмена теплом с кипятильником первой колонны.
8
9
9
8
9
8
9
Альтернативный вариант осуществления изобретения включает в себя способ дистилляции, имеющий в наличии две ксилольные колонны для отделения потоков C-ароматических соединений от потоков С- и более тяжелых ароматических соединений, содержащихся в потоке более высококипящего и более низкокипящего сырья, при этом поток более высококипящего сырья имеет более высокое содержание C и более тяжелых ароматических соединений, чем поток более низкокипящего сырья; способ, включающий в себя следующее: подвергают дистилляции поток более высококипящего сырья в первой ксилольной колонне низкого давления для отделения первого потока C-ароматических соединений от первого потока C- и более тяжелых ароматических соединений; подвергают дистилляции поток более низкокипящего сырья во второй ксилольной колонне при повышенном давлении для отделения второго потока C-ароматических соединений от второго потока C- и более тяжелых ароматических соединений; и конденсируют верхний поток, выходящий из первой колонны, посредством генерирования пара.
Представление о дополнительных целях, вариантах осуществления и подробностях настоящего изобретения может быть получено и составлено на основе следующего ниже подробного описания изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически проиллюстрирован комплекс по производству ароматических соединений, в котором могут быть использованы принципы энергосбережения.
На фиг.2 продемонстрирован комплекс по производству ароматических соединений, в котором применено сохранение энергии.
8
На фиг.3 показано применение сохранения энергии при отделении C-ароматических соединений от тяжелых ароматических соединений дистилляцией.
На фиг.4 проиллюстрированы примеры конкретных установок внутри комплекса по производству ароматических соединений, на которых прямой теплообмен мог обеспечивать энергосбережение.
На фиг.5 продемонстрирован комплекс по производству ароматических соединений, в котором некоторые принципы энергосбережения, описанные в настоящем документе, применяются в качестве дополнения или замены другого варианта энергосбережения.
На фиг.6 отображено генерирование пара, выходящего из конкретных установок внутри комплекса по производству ароматических соединений.
Подробное описание изобретения
6
(6-n)
n
3
2
5
3
7
4
9
Поток сырья в соответствии с настоящим способом, как правило, содержит алкилароматические углеводороды общей формулы CHR, где n является целым числом от 0 до 5 и каждый R может быть CH, СН, CH или СН, в любом сочетании. Поток сырья, обогащенный ароматическими соединениями, для способа изобретения можно получать из множества источников, включая, без ограничения, каталитический риформинг, паровой пиролиз нафты, дистиллятов или других углеводородов с целью получения низших олефинов и побочных продуктов, обогащенных более тяжелыми ароматическими соединениями (включая продукт с интервалом кипения бензиновой фракции, часто называемый «пиробензином»), а также каталитический или термический крекинг дистиллятов и тяжелых масел с целью получения продуктов в интервале кипения бензиновой фракции. Продукты пиролиза или других операций крекинга, как правило, подвергают гидроочистке согласно способам, хорошо известным в промышленности, до подачи в данный комплекс с целью удаления серы, олефинов и других соединений, которые оказывали бы отрицательное влияние на качество продукта и/или разрушали бы катализаторы, используемые для переработки таких видов исходного сырья. Легкое рецикловое масло каталитического крекинга также можно эффективно подвергать гидроочистке и/или гидрокрекингу согласно известной технологии для получения продуктов с интервалом кипения бензиновой фракции; гидроочистка предпочтительно также включает в себя каталитический риформинг с целью получения потока сырья, обогащенного ароматическими соединениями. Если поток сырья представляет собой продукт каталитического риформинга, установку риформинга предпочтительно эксплуатируют в очень жестких условиях для достижения высокого выхода ароматических соединений при низкой концентрации неароматических соединений в продукте.
8
Фиг.1 представляет собой упрощенную технологическую схему типичного комплекса по переработке ароматических соединений известного уровня техники, относящегося к получению, по меньшей мере, одного изомера ксилола. В пределах комплекса можно перерабатывать сырье, обогащенное ароматическими соединениями, которое было получено, например, каталитическим риформингом. Обычно такой поток подвергали обработке с целью удаления олефиновых соединений и легких фракций, например, бутанов и более легких углеводородов, а также предпочтительно пентанов; однако такое удаление не является обязательным в практическом воплощении широких аспектов настоящего изобретения. Поток сырья, содержащего ароматические соединения, имеет в своем составе бензол, толуол и C-ароматические соединения, а также он, как правило, содержит более тяжелые ароматические соединения и алифатические углеводороды, включая нафтены.
8
Поток сырья пропускают по трубопроводу 10 через теплообменник 12 в колонну 14 разделения риформата и подвергают дистилляции для отделения потока, содержащего C- и более тяжелые ароматические соединения, отводимого в виде нижнего потока в трубопровод 16, от толуола и более легких углеводородов, отбираемых в верхней части через трубопровод 18. Толуол и более легкие углеводороды направляют на установку 20 экстрактивной дистилляции, на которой почти совершенно алифатический рафинат отделяют в трубопроводе 21 от потока ароматических соединений бензол-толуол в трубопроводе 22. Поток ароматических соединений трубопровода 22 разделяют вместе с освобожденным от легких фракций продуктом трансалкилирования, находящимся в трубопроводе 45, и верхним погоном конечной пара-ксилольной колонны, имеющимся в трубопроводе 57, в бензольной колонне 23 на поток бензола трубопровода 24 и поток толуола с более тяжелыми ароматическими соединениями в трубопроводе 25, который направляют в толуольную колонну 26. Толуол отбирают с верха указанной колонны в трубопровод 27 и его можно частично или полностью направлять на установку 40 трансалкилирования, как показано и обсуждено в настоящем документе ниже.
8
8
9
10
9
10
11
Нижний поток из толуольной колонны 26 вместе с кубовым продуктом колонны разделения риформата в трубопроводе 16, после обработки его в колонне 17 очистки отбеливающими глинами, а также вместе с рецикловыми C-ароматическими соединениями трубопровода 65 пропускают по трубопроводу 28 в ксилольную колонну 30. Во фракционирующей колонне 30 по трубопроводу 31 концентрированные C-ароматические соединения в виде верхнего погона отделяют от потока высококипящих веществ, содержащего C, C и более тяжелые ароматические соединения, как нижнего потока в трубопроводе 32. Указанный нижний поток пропускают по трубопроводу 32 в колонну 70 тяжелых ароматических соединений. Колонна тяжелых ароматических соединений обеспечивает формирование верхнего потока в трубопроводе 71, содержащего С и, по меньшей мере, некоторые C-ароматические соединения, при этом более высококипящие соединения, прежде всего алкилароматические соединения C и выше, отводят в виде нижнего потока по трубопроводу 72.
9
11
6
Поток С+-ароматических соединений из колонны тяжелых компонентов в трубопроводе 71 объединяют с толуолсодержащим верхним погоном, имеющимся в трубопроводе 27, в качестве сырья для реактора 40 трансалкилирования, который включает в себя катализатор трансалкилирования, известный в данной области техники, для получения продукта трансалкилирования, содержащего ароматические соединения от бензола до C+, с ксилолами в качестве целевых продуктов. От продукта трансалкилирования, имеющегося в трубопроводе 41, отгоняют легкие фракции в отпарной колонне 42 для удаления газов в трубопровод 43, а также C и более легких углеводородов, которые возвращают по трубопроводу 44 на экстрактивную дистилляцию 20 для извлечения легких ароматических соединений и очистки бензола. Кубовый продукт из отпарной колонны направляют по трубопроводу 45 в бензольную колонну 23 для выделения бензольного продукта и непревращенного толуола.
8
8
Верхний погон C-ароматических соединений, подаваемый из фракционирующей колонны 30, содержит пара-ксилол, мета-ксилол, орто-ксилол и этилбензол и поступает по трубопроводу 31 на операцию 50 отделения пара-ксилола. Процедуру отделения осуществляют предпочтительно посредством адсорбции в движущемся слое с использованием десорбента для получения смеси пара-ксилола и десорбента, направляемой по трубопроводу 51 в экстракционную колонну 52, в которой пара-ксилол отделяют в трубопроводе 53 от возвратного десорбента в трубопроводе 54; пара-ксилол очищают в конечной колонне 55, получая пара-ксилольный продукт в трубопроводе 56 и легкое вещество, которое возвращают в бензольную колонну 23 по трубопроводу 57. Неравновесную смесь рафината C-ароматических соединений и десорбента с установки 50 разделения направляют по трубопроводу 58 в рафинатную колонну 59, в которой по трубопроводу 60 отделяют рафинат для изомеризации от возвратного десорбента в трубопроводе 61.
8
7
9
8
6
7
Рафинат, содержащий неравновесную смесь изомеров ксилола и этилбензол, направляют по трубопроводу 60 в реактор 62 изомеризации. Рафинат подвергают изомеризации в реакторе 62, который включает в себя катализатор изомеризации для получения продукта с концентрациями C-ароматических изомеров, приближающимися к равновесным. Данный продукт пропускают по трубопроводу 63 в дегептанизатор 64, в котором удаляют C- и более легкие углеводороды, при этом кубовый продукт по трубопроводу 65 поступает в ксилольную колонну 30 для отделения C- и более тяжелых веществ из подвергнутых изомеризации C-ароматических соединений. Отбираемую с верха дегептанизатора 64 жидкость подают в отпарную колонну 66, в которой по трубопроводу 67 удаляют верхний погон легких веществ из C и С-материалов, направляемых по трубопроводу 68 на установку 20 экстрактивной дистилляции для извлечения товарных продуктов, бензола и толуола.
6
8
8
8
9
9
В пределах известного уровня техники существует много возможных разновидностей данной схемы, что признает обычный специалист. Например, экстракции можно подвергать весь C-C-риформат или только его бензолсодержащую часть. Пара-ксилол можно выделять из C-ароматической смеси кристаллизацией, а не адсорбцией. Мета-ксилол, также как и пара-ксилол, можно извлекать из C-ароматической смеси адсорбцией, а орто-ксилол можно выделять фракционированием. В качестве альтернативы поток С- и более тяжелых соединений или поток тяжелых ароматических соединений подвергают обработке с использованием экстракции растворителем или дистилляции с полярным растворителем, либо отгонке паром или другими средами для отделения высококонденсированных ароматических соединений в виде остаточного потока от С+-рециклового продукта, возвращаемого на трансалкилирование. В некоторых случаях весь поток тяжелых ароматических соединений можно подвергать обработке непосредственно на установке трансалкилирования. Настоящее изобретение применимо в указанных и других вариантах схемы переработки ароматических соединений, аспекты которой описаны в патенте США 6740788, включенном в настоящий документ ссылкой.
8
8
9
9
8
9
8
9
Отделение C-ароматических соединений от тяжелых ароматических соединений во фракционирующей колонне 30 представляет собой ситуацию, в которой способ дистилляции данного изобретения в целом является эффективным. Устройство для дистилляции и/или способ настоящего изобретения представлен двумя или более ксилольными колоннами, при этом в каждой из них осуществляют практически то же самое разделение C и С+-ароматических соединений, содержащихся в двух или более внутренних или внешних потоках сырья комплекса по производству ароматических соединений, обозначенных, соответственно, как первый и второй потоки сырья. Предпочтительно указанные два потока включают в себя первый поток сырья, которое является более высококипящим, и второй поток сырья, которое является более низкокипящим, причем первый поток более высококипящего сырья характеризуется большим содержанием С+-углеводородов, чем второй поток сырья. Изобретение включает в себя дистилляцию первого потока сырья, по меньшей мере, в одной первой фракционирующей колонне при первом давлении для отделения первого потока C-ароматических соединений от первого потока C- и более тяжелых ароматических соединений, дистилляцию второго потока сырья во второй фракционирующей колонне при втором, повышенном давлении для отделения второго потока C-ароматических соединений от второго потока C- и более тяжелых ароматических соединений, а также циркуляцию верхнего потока из второй колонны с целью подачи тепла в кипятильник первой колонны. Первое давление является относительно низким, обычно от 100 до 800 кПа, а второе давление является повышенным относительно первого давления для обеспечения возможности передачи тепла из второй колонны в первую и, как правило, по меньшей мере, на 400 кПа выше низкого давления. Указанный принцип различных давлений в параллельных колоннах является особенно ценным, когда тяжелые компоненты, присутствующие в более высококипящем потоке сырья, подвергаются разложению при температурах кипятильника, необходимых для разделения легких и тяжелых компонентов.
8
8
9
9
+
+
+
Во второй фракционирующей колонне подвергают переработке второй поток сырья с более низкой концентрацией подвергаемых разложению тяжелых веществ, чем сырье, направляемое в первую колонну, и, таким образом, второе давление можно поднимать выше с целью реализации энергосбережения посредством передачи тепла между первой и второй колоннами без потери выхода продукта или риска загрязнения оборудования. Указанное сырье предпочтительно содержит большую часть изомеризованных C-ароматических соединений или все такие соединения, поступающие из реактора изомеризации после дегептанизации, но может также содержать и другие C-ароматические потоки с низкими концентрациями тяжелых ароматических соединений. Данный поток, направляемый во вторую колонну, обычно имеет в своем составе меньше 10% масс. C -ароматических соединений, более часто меньше 5% масс. C9-ароматических соединений, а нередко меньше 2% масс. C -ароматических соединений. По существу, способ включает в себя функционирование второй колонны при втором давлении, которое будет обеспечивать возможность подачи тепла верхним погоном в кипятильник первой колонны и, предпочтительно, в кипятильник, по меньшей мере, одной из других колонн и/или генератор пара в объединенном перерабатывающем комплексе.
8
В другом варианте осуществления изобретения способ включает в себя функционирование второй фракционирующей колонны при давлении, которое будет создавать возможность для подачи тепла верхним погоном с целью генерирования пара, применимого в объединенном перерабатывающем комплексе. Кроме того, фракционирующая колонна C-ароматических соединений может включать в себя три или больше колонн, в которых осуществляется дополнительный теплообмен между верхними погонами и кипятильниками, выполняемый способом, аналогичным описанному выше.
На фиг.2 представлен энергосберегающий комплекс по производству ароматических соединений, в котором используется ряд принципов изобретения. Для упрощения пользования применяется аналогичная система нумерации для обозначения позиций фиг.1 и 2. Поток сырья пропускают в колонну 114 разделения риформата по трубопроводу 110 через теплообменники 112 и 113, в которых температура потока сырья повышается. По трубам 212 и 213, соответственно, обеспечивается передача тепла от общего пара-ксилольного продукта и извлеченного десорбента, поступающего с операции отделения пара-ксилолов, как обсуждается ниже в данном разделе.
8
Как и на фиг.1, С- и более тяжелые ароматические соединения отводят в виде нижнего потока по трубопроводу 116, тогда как толуол и более легкие углеводороды, отбираемые с верха колонны по трубопроводу 118, направляют на установку 120 экстрактивной дистилляции, на которой почти исключительно алифатический рафинат отделяют по трубопроводу 121 от потока ароматических соединений бензол-толуол, поступающих в трубопровод 122. Поток ароматических соединений трубопровода 122 вместе с освобожденным от легких фракций продуктом трансалкилирования, находящимся в трубопроводе 145, и верхним погоном конечной пара-ксилольной колонны, имеющимся в трубопроводе 157, разделяют во фракционирующей колонне 123 на поток бензола в трубопроводе 124 и поток толуола с более тяжелыми ароматическими соединениями в трубопроводе 125, который направляют в толуольную колонну 126. Толуол отбирают с верха указанной колонны в трубопровод 127 и его можно частично или полностью направлять на установку 140 трансалкилирования, как показано и обсуждено в настоящем документе ниже.
9
9
8
9
8
9
9
10
+
+
Нижний поток из толуольной колонны 126, вместе с кубовым продуктом колонны разделения риформата в трубопроводе 116, после обработки его в колонне 117 очистки отбеливающими глинами, а также продувочным потоком тяжелых ароматических соединений в трубопроводе 138, пропускают по трубопроводу 128 в первую ксилольную колонну 130 низкого давления. Поток сырья, подаваемый в данную колонну, характеризуется как поток более высококипящего сырья, поскольку он обычно содержит больше 5% масс. C -ароматических соединений, а часто больше 10% масс. C -ароматических соединений. К указанному потоку более высококипящего сырья также можно добавлять и другие потоки C-ароматических соединений, характеризующиеся значительными содержаниями C- и более тяжелых ароматических соединений, включая потоки, полученные из источников вне комплекса; можно также вводить в состав часть кубового продукта дегептанизатора, имеющегося в потоке 165, в зависимости от общего энергетического баланса. В ксилольной колонне низкого давления отделяют концентрированный первый поток C-ароматических соединений как верхний погон в трубопроводе 131 от высококипящего первого потока C- и более тяжелых соединений, содержащего С, C и более тяжелые ароматические соединения, как нижнего потока в трубопроводе 132.
8
8
9
8
9
Одновременно поток изомеризованных C-ароматических соединений пропускают по трубопроводу 165 во вторую ксилольную колонну 133 высокого давления. Он характеризуется как поток более низкокипящего сырья, который содержит более низкую концентрацию тяжелых веществ, подлежащих разложению, чем сырье, подаваемое в колонну 130, и, таким образом, давление во второй колонне можно повышать с целью осуществления энергосбережения. В составе потока сырья, подаваемого в указанную колонну, также могут иметься и другие потоки, содержащие C-ароматические соединения и характеризующиеся аналогичными низкими концентрациями C- и более тяжелых ароматических соединений, включая потоки, полученные из источников вне комплекса. Во второй ксилольной колонне отделяют второй поток C-ароматических соединений в трубопроводе 134 как верхний погон от второго потока C- и более тяжелых соединений, находящихся в трубопроводе 132. По меньшей мере, часть паров верхнего погона из ксилольной колонны высокого давления в трубопроводе 134 предпочтительно используют для нагревания содержимого ксилольной колонны 130 низкого давления в кипятильнике 135, отправляя его в виде сконденсированной жидкости на операцию 150 отделения ксилола по трубопроводу 136, а также в виде флегмы (не показано) в колонну 133. В дополнение к этому верхний погон, находящийся в трубопроводе 134, можно использовать для подачи энергии в кипятильник экстракционной колонны 152 или других таких средств обеспечения, которые описаны ниже или очевидны для обычного специалиста.
9
9
10
11
+
Нижний поток соединений C , проходящий в кипятильник 137, может поставлять посредством одного или обоих потоков - потока до кипятильника в трубопроводе 270 и нагретого потока из кипятильника в трубопроводе 259 - энергию для нагревания, соответственно, одного или обоих устройств: колонны 170 тяжелых ароматических соединений и рафинатной колонны 159; нижний поток после теплообмена направляют в колонну 170 тяжелых ароматических соединений. Другие аналогичные средства обеспечения теплообмена очевидны для обычного специалиста. Общий нижний поток в трубопроводе 138 обычно пропускают через колонну 130 или в трубопроводе 139 его можно объединять непосредственно с потоком трубопровода 132 при подаче в колонну 170 тяжелых веществ. Колонна тяжелых веществ обеспечивает получение в трубопроводе 171 верхнего потока, содержащего C- и, по меньшей мере, некоторые C-ароматические соединения, при этом более высококипящие соединения, прежде всего, C- и более тяжелые алкилароматические соединения, отбирают в виде нижнего потока по трубопроводу 172. Данную колонну можно нагревать кубовым продуктом ксилольной колонны, находящимся в трубопроводе 270, как отмечено выше. Пары верхних погонов из колонн 130 и 170 также могут генерировать пар, проходя, соответственно, по трубам 230 и 271, как показано, при этом сконденсированные жидкости используют либо как флегму в каждую из колонн, либо в качестве общего верхнего погона, соответственно, в потоках 131 или 171.
9
7
+
C -ароматические соединения из колонны тяжелых веществ в трубопроводе 171 объединяют с толуолсодержащим верхним погоном, имеющимся в трубопроводе 127, в качестве сырья, подаваемого в реактор 140 трансалкилирования, для получения продукта трансалкилирования, содержащего ксилолы. Продукт трансалкилирования, имеющийся в трубопроводе 141, освобождают от легких фракций в отпарной колонне 142 с целью удаления газов по трубопроводу 143, а также C и более легких жидкостей, которые возвращают по трубопроводу 144 на экстрактивную дистилляцию 120 для извлечения легких ароматических соединений после стабилизации в отпарной колонне 166 изомеризата. Кубовый продукт из отпарной колонны направляют по трубопроводу 145 в бензольную колонну 123 для выделения бензольного продукта и непревращенного толуола.
8
Первый и второй потоки C-ароматических соединений, получаемые в ксилольных колоннах 130 и 133, содержащие пара-ксилол, мета-ксилол, орто-ксилол и этилбензол, поступают по трубам 131 и 136 на операцию 150 отделения изомеров ксилола. Описание, имеющееся в настоящем документе, может быть применимо для извлечения одного или нескольких изомеров ксилола, отличных от пара-ксилола; однако данное описание представлено для пара-ксилола с целью облегчения понимания. Процедуру отделения осуществляют посредством способа адсорбции в движущемся слое с целью подачи первой смеси пара-ксилола и десорбента по трубопроводу 151 в экстрактную колонну 152, в которой по трубопроводу 153 отделяют пара-ксилол от десорбента, возвращаемого по трубопроводу 154. Экстрактную колонну 152 предпочтительно эксплуатируют при повышенном давлении, по меньшей мере, 300 кПа и больше, а более предпочтительно 500 кПа или выше, так что верхний погон колонны находится при температуре, достаточной для нагревания конечной колонны 155 посредством трубопровода 256 или дегептанизатора 164 посредством трубопровода 265. Подвод тепла для режима нагрева посредством труб 256 и 265 приводит к конденсации экстракта в упомянутых потоках, любой из которых или оба возвращают в виде флегмы в колонну 152 (не показано) либо направляют в виде общего потока по трубопроводу 153 в конечную колонну 155. Пара-ксилол очищают в конечной колонне 155, получая пара-ксилольный продукт по трубопроводу 156 и легкое вещество, которое возвращают в бензольную колонну 123 по трубопроводу 157.
8
Вторую смесь рафината, в виде неравновесной композиции C-ароматических соединений, и десорбента с операции 150 отделения направляют по трубопроводу 15 8 в рафинатную колонну 159, в которой отделяют рафинат, направляемый на изомеризацию по трубопроводу 160, от десорбента, возвращаемого по трубопроводу 161. Рафинатную колонну можно эксплуатировать при более высоком давлении для генерирования пара посредством трубопровода 260 или для передачи тепла на другие площадки комплекса; жидкости, сконденсированные в результате такого теплообмена, используют либо в качестве флегмы, возвращаемой в рафинатную колонну, либо в виде общего верхнего погона в трубопроводе 160. Извлеченный десорбент, находящийся в трубопроводах 154 и 161, а также общий кубовый продукт конечной колонны могут нагревать входящий поток сырья в трубопроводе 110 посредством трубопроводов 213 и 212, соответственно.
8
7
9
8
6
7
Рафинат, содержащий неравновесную композицию изомеров ксилола и этилбензол, направляют по трубопроводу 160 в реактор 162 изомеризации. В реакторе 162 изомеризации рафинат подвергают изомеризации для получения продукта с концентрациями C-ароматических изомеров, приближающимися к равновесным. Продукт пропускают по трубопроводу 163 в дегептанизатор 164, в котором удаляют C и более легкие углеводороды, и предпочтительно нагревают с использованием верхнего погона из экстрактной колонны 152, имеющегося в трубопроводе 265. Кубовый продукт дегептанизатора проходит по трубопроводу 165 в ксилольную колонну 133 для отделения С и более тяжелых веществ от изомеризованных C-ароматических соединений. Жидкость, отбираемую с верха дегептанизатора 164, направляют в отпарную колонну 166, в которой отделяют легкие вещества, отводимые сверху в трубопровод 167, от C и С-соединений, которые подают по трубопроводу 168 на установку 120 экстрактивной дистилляции для выделения и очистки товарных продуктов, бензола и толуола. Давления дегептанизатора 164 и отпарной колонны 166 выбраны с целью осуществления передачи тепла или генерирования пара способом, аналогичным выполняемому в ксилольных колоннах и рассмотренному в другом месте данного описания.
8
8
8
9
10
На фиг.3 более подробно отображен теплообмен по способу изобретения между параллельными ксилольными дистилляционными колоннами 130 и 133. Сырье, подаваемое в ксилольную колонну 130 низкого давления, содержит кубовый продукт, поступающий из толуольной колонны по трубопроводу 128, очищенный отбеливающими глинами кубовый продукт, поступающий из колонны разделения риформата по трубопроводу 116, и продувочные C-ароматические соединения, подаваемые по трубопроводу 138, и оно может иметь в своем составе другие потоки, содержащие C-ароматические соединения, не подходящие для переработки в ксилольной колонне высокого давления, а также часть дегептанизированного потока 165, если это целесообразно в отношении энергетических балансов. Объединенные источники сырья, состоящие из тяжелого риформата и кубового продукта толуольной колонны, могут содержать тяжелые ароматические соединения, которые подвергаются разложению при высоких температурах, и рабочий режим при давлении ниже 800 кПа позволяет поддерживать в нижней части колонны и кипятильнике температуры, которые исключают такое разложение. В ксилольной колонне низкого давления отделяют концентрированные C-ароматические соединения в виде верхнего погона в трубопроводе 131 от высококипящего потока, содержащего C, C и более тяжелые ароматические соединения, как нижнего потока в трубопроводе 132. Верхний поток из колонны 130 можно использовать, по меньшей мере, частично для подачи по трубопроводу 230 фиг.2 с целью генерирования пара или нагревания других колонн, как обсуждалось выше, и таким образом, подвергать конденсации для получения флегмы, возвращаемой в данную колонну, а также общего верхнего погона, направляемого на выделение ксилолов по трубопроводу 131.
8
8
Одновременно с этим поток изомеризованных C-ароматических соединений пропускают по трубопроводу 165 в ксилольную колонну 133 высокого давления; указанный поток имеет более низкую концентрацию тяжелых веществ, подверженных разложению, чем сырье, подаваемое в колонну 130; согласно изобретению давление колонны является повышенным по отношению к давлению ксилольной колонны низкого давления, как обсуждалось выше, с целью осуществления энергосбережения посредством соответственно более высоких температур, которые можно использовать для передачи тепла на целесообразных уровнях. Следовательно, температура паров верхнего погона, выходящего из ксилольной колонны 133 высокого давления, является достаточной для подачи энергии, полезно используемой в других средствах обеспечения в комплексе по производству ароматических соединений. Как показано, температура паров верхнего погона является достаточной для нагревания ксилольной колонны 130 низкого давления посредством кипятильника 135, обеспечивая обратный поток флегмы в колонну 133 и общий поток в трубопроводе 136. Небольшой общий нижний поток, подаваемый в трубопровод 138, предпочтительно направляют в колонну 130 низкого давления для извлечения остаточных C-ароматических соединений. В качестве альтернативы или дополнения, температура паров верхнего погона из ксилольной колонны 133 высокого давления является достаточной для генерирования пара, пригодного для средств обеспечения нагрева, или для нагревания колонн на других перерабатывающих установках. Такой пар генерируется обычно при давлении свыше 300 кПа, предпочтительно, по меньшей мере, 500 кПа, а наиболее предпочтительно 1000 кПа или выше. Верхний поток можно подвергать непосредственно теплообмену с водяным контуром, который обеспечивает питание барабана парового котла. В большинстве случаев вода для питания котлов нагревается в теплообменниках, не соединенных с барабаном парового котла. Многочисленные водяные контуры для обслуживания различных теплообменников располагаются параллельно друг другу и подают питание на один барабан парового котла для выработки парового продукта желаемого давления, для которого требуется только один комплект контрольно-измерительных приборов. Такие паровые системы хорошо известны, а подробности можно восполнить при помощи таких идей изобретения, как найденные в патенте США 7730854, который включен в настоящий документ ссылкой.
Рекуперация энергии согласно настоящему изобретению, часто включающая в себя малые перепады температур между технологическими текучими средами, усовершенствована посредством использования теплообменников с улучшенной поверхностью пузырчатого кипения. Такие улучшенные поверхности пузырчатого кипения можно выполнять множеством способов, описанных, например, в патентах США 3384154, 3821018, 4064914, 4060125, 3906604, 4216826, 3454081, 4769511 и 5091075, все из которых включены в настоящий документ ссылкой. Такая система труб с высокой плотностью потока особенно подходит для обмена теплом между верхним погоном второй ксилольной колонны высокого давления и кипятильником первой ксилольной колонны низкого давления или для генерирования пара за счет тепла верхнего погона ксилольной колонны.
Обычно данные улучшенные поверхности пузырчатого кипения встраивают в трубы кожухотрубного теплообменника. Указанные улучшенные трубы изготовляют множеством различных способов, которые хорошо известны специалистам в данной области техники. Например, такие трубы могут включать в себя кольцевые или спиральные канавки, проходящие вдоль поверхности трубы и выполненные при помощи механической обработки трубы. В качестве альтернативы на поверхности можно предусмотреть ребра. В дополнение к этому, трубы можно рассчитать для привнесения в них гребней, выемок, пористого слоя и тому подобное.
Как правило, более эффективными улучшенными трубами являются трубы с пористым слоем на стороне кипения. Пористый слой можно изготовить рядом различных способов, хорошо известных специалистам в данной области техники. Наиболее эффективные из указанных пористых поверхностей имеют так называемые проходные полости, которые улавливают пары в полости слоя через узкие отверстия полостей. В одном таком способе, как описано в патенте США 4064914, пористый слой стороны кипения связан с одной стороной теплопроводной стенки. Важную характеристику пористого поверхностного слоя представляют собой взаимосвязанные поры капиллярного размера, некоторые из которых сообщаются с внешней поверхностью. Жидкость, подлежащая закипанию, входит в приповерхностные полости через внешние поры, а также приповерхностные взаимосвязанные поры и нагревается металлом, образующим стенки полостей. По меньшей мере, часть жидкости испаряется внутри полости и вызывает образование пузырьков на стенках полостей. В конечном итоге часть из них всплывает из полости через внешние поры и затем поднимается через жидкую пленку над пористым слоем с целью выделения в газовое пространство над жидкой пленкой. Дополнительная жидкость поступает в полость из взаимосвязанных пор, и механизм непрерывно повторяется. Такая улучшенная труба, включающая в себя пористый слой стороны кипения, доступна для приобретения под торговым названием High Flux Tubing, производимая фирмой UOP, Дес Плейнс, Иллинойс.
С использованием цифровых обозначений операций фиг.2 на фиг.4 продемонстрированы примеры конкретных установок внутри комплекса по производству ароматических соединений, на которых прямая передача тепла верхнего погона, отбираемого из одной или нескольких высокотемпературных колонн, кипятильникам одной или нескольких колонн с более низкой температурой может достигать цели энергосбережения. Верхний погон в трубопроводе 134, отбираемый из ксилольной колонны 133 высокого давления, имеет температуру, достаточную для подачи энергии с целью нагревания экстрактной колонны 152 посредством кипятильника 235, вызывая при этом конденсацию ксилольного верхнего погона в трубопроводе 236 для возвращения в колонну 133 в виде флегмы или в качестве общего верхнего погона. Давление в экстрактной колонне можно повышать таким образом, чтобы верхний погон в трубопроводе 256 имел температуру, достаточную для нагревания посредством кипятильника 257 конечной колонны 155, которая предпочтительно работает при разрежении, вызывая при этом конденсацию верхнего погона экстрактной колонны в трубопроводе 258. Как и прежде, полученный пара-ксилол отводят по трубопроводу 156.
На фиг.5 обобщен ряд (неявляющийся исчерпывающим или исключительным) возможностей прямого теплообмена, относящихся к фиг.2. Ксилольная колонна 133 высокого давления может обеспечивать подачу тепла для нагревания одной или нескольких колонн: ксилольной колонны 130 низкого давления, экстрактной колонны 152 и рафинатной колонны 159. Ксилольная колонна 130 низкого давления может обеспечивать подачу тепла для нагревания колонны 120 экстрактивной дистилляции. Работающая под давлением экстрактная колонна 152 может обеспечивать подачу тепла для нагревания одной или нескольких колонн: бензольной колонны 123 и конечной колонны 155. Работающая под давлением рафинатная колонна 159 может обеспечивать подачу тепла для нагревания одной или нескольких колонн: колонны 114 разделения риформата, толуольной колонны 126 и дегептанизатора 164.
На фиг.6 обобщены неисчерпывающие примеры возможностей непрямого теплообмена посредством генерирования пара среднего давления. Верхние потоки 230 (фиг.2) из ксилольной колонны 130 низкого давления и 260 (фиг.2) из работающей под давлением рафинатной колонны 159 могут обеспечивать генерирование пара среднего давления в коллекторе 100 при давлении от 0,6 до 2 МПа, а предпочтительно от 0,7 до 1,5 МПа, который можно использовать для нагревания одной или нескольких колонн: колонны 114 разделения риформата, колонны 120 экстрактивной дистилляции и толуольной колонны 126 с дополнительной возможностью отвода пара на другие установки. Такое генерирование и использование пара можно рассматривать в качестве дополнения или замены других вариантов энергосбережения, таких как отображенные на фиг.5. Например, ксилольная колонна 133 высокого давления может обеспечивать подачу тепла для нагревания ксилольной колонны 130 низкого давления и экстрактной колонны 152, которая, в свою очередь, обеспечивает нагревание бензольной колонны 123 и конечной колонны 155.
Пример
Сочетание генерирования пара и прямого теплообмена, отображенное выше на фиг.6, было оценено с точки зрения окупаемости капиталовложений. Базовый вариант представляет собой устройство, изображенное на фиг.1, а примером изобретения является вариант, представленный на фиг.6 и применимый к технологической схеме на фиг.3. Относительные ключевые параметры производства пара-ксилола являются следующими:
Базовый вариант
Изобретение
Расход топлива
1,0
0,922
Общее количество пара
израсходованного
1,0
0
генерированного
1,0
1,35