8
9
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ П-КСИЛОЛА ИЗ СМЕСИ C И C-АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
8
9
METHOD OF SEPARATING P-XYLENES FROM MIXTURE OF C- AND C-AROMATIC HYDROCARBONS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Область техники, к которой относится изобретение
8
9
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для выделения п-ксилола из смеси С-ароматических углеводородов, содержащей, по меньшей мере, один С-ароматический углеводород. В частности, изобретение включает в себя, по меньшей мере, две стадии адсорбционного разделения.
Уровень техники
8
п-Ксилол является важным исходным материалом в химической и волоконной промышленности. Например, получаемую из п-ксилола терефталевую кислоту используют для производства полиэфирных тканей. п-Ксилол обычно выделяют из смеси п-ксилола и, по меньшей мере, одного другого С-ароматического углеводорода либо с помощью кристаллизации, либо с помощью адсорбционного разделения, либо сочетанием этих двух способов.
В US 3392113 раскрывается циклический процесс разделения сырьевой смеси текучих соединений путем введения сырья в контакт с твердым адсорбентом, таким как молекулярные сита, селективным в отношении, по меньшей мере, одного из соединений указанной сырьевой смеси, с последующим введением сорбента в контакт с текучим десорбентом для вытеснения селективно сорбированного соединения, причем указанный десорбент обычно содержит следовые количества ароматических и/или оксигенатных примесей, которые нежелательным образом влияют на кинетику, или скорости сорбции и десорбции данного процесса на протяжении ряда последовательных циклов сорбции-десорбции, и способ стабилизации кинетики путем введения десорбента перед его использованием на стадии десорбции в контакт с отдельным слоем твердого сорбента для удаления указанных примесей.
8
9
9
9
В US 5012038 предлагается практическое использование п-диэтилбензола (p-DEB) в качестве десорбента для выделения п-ксилола из смесей C-ароматических углеводородов. Известно также, что использование в качестве десорбента p-DEB ограничивает содержание С-ароматических углеводородов в исходной смеси до менее чем 0,1 вес.%. Это требование обычно удовлетворяется после первой перегонки сырья на так называемой ксилол-разделительной колонне. В противном случае С-ароматические углеводороды постоянно бы накапливались в десорбенте во время его циклов в процессе, так как С-ароматические углеводороды трудно отделяются от p-DEB с помощью простого фракционирования, в то время как экономические соображения требуют проведения рециркуляции десорбента.
9
9
В US 5012038 и других патентах, таких как US 4886930, US 5057643, US 5171922, US 5177295 и US 5495061 раскрывается использование десорбентов, имеющих температуры кипения более высокие, чем у p-DEB, для выделения п-ксилола из сырьевой смеси с содержанием С-ароматических углеводородов, большим чем 0,1 вес.%. После этого С-ароматические углеводороды отделяют фракционированием от более высоко кипящего десорбента. Однако, несмотря на преимущества, которые предоставляют более высоко кипящие десорбенты, p-DEB часто продолжает использоваться в качестве десорбента для адсорбционного выделения п-ксилола.
Раскрытие изобретения
8
9
8
9
9
9
Изобретение относится к способам и устройствам для выделения п-ксилола из сырьевого потока, содержащего C-ароматические углеводороды и, по меньшей мере, один С-ароматический углеводородный компонент. В одном из вариантов осуществления способ может включать в себя введение адсорбента в контакт с сырьевым потоком и первым потоком десорбента, содержащим первый десорбент, в первой адсорбционно-разделительной зоне для получения потока экстракта, содержащего п-ксилол, и потока рафината, содержащего обедненные п-ксилолом C-ароматические углеводороды, С-ароматический углеводородный компонент и первый десорбент; разделение потока рафината в зоне перегонки рафината, для получения второго потока десорбента, содержащего первый десорбент и С-ароматический углеводородный компонент; разделение второго потока десорбента во второй адсорбционно-разделительной зоне, для получения потока С-ароматических углеводородов и третьего потока десорбента, содержащего первый десорбент.
8
9
8
9
9
8
9
В другом варианте осуществления изобретение может включать в себя выделение п-ксилола из сырьевого потока, содержащего C-ароматические углеводороды и, по меньшей мере, один С-ароматический углеводородный компонент, и при этом способ включает в себя: (а) введение в контакт первого адсорбента, содержащего Y-цеолит или Х-цеолит, с сырьевым потоком и первым потоком десорбента, содержащим первый десорбент, имеющий температуру кипения, по меньшей мере, 150°C, в первой зоне адсорбционного разделения для получения первого потока экстракта, содержащего п-ксилол и первый десорбент, и первого потока рафината, содержащего обедненные п-ксилолом C-ароматические углеводороды, С-ароматический углеводородный компонент и первый десорбент; (b) подачу первого потока экстракта в зону перегонки экстракта для получения второго потока десорбента, содержащего первый десорбент, и потока п-ксилола; (c) подачу первого потока рафината в зону перегонки рафината для получения третьего потока десорбента, содержащего первый десорбент и С-ароматический углеводородный компонент, и потока рафината, содержащего обедненные п-ксилолом С-ароматические углеводороды; и (d) подачу, по меньшей мере, части третьего потока десорбента и потока десорбента, содержащего второй десорбент, во вторую зону адсорбционного разделения, содержащую второй адсорбент для получения второго потока экстракта, содержащего первый десорбент и второй десорбент, и второго потока рафината, содержащего С-ароматический углеводородный компонент и второй десорбент.
9
В одном из вариантов осуществления первый десорбент представляет собой п-диэтилбензол (p-DEB). В другом варианте осуществления первая зона адсорбционного разделения работает в режиме псевдодвижущегося слоя. В еще одном варианте осуществления первый поток десорбента может содержать до 25 вес.% С-ароматических углеводородов. Другие варианты осуществления настоящего изобретения охватывают дополнительные детали, описания которых, включающие предпочтительные и необязательные признаки, раскрыты ниже.
9
В еще одном варианте осуществления изобретение представляет собой устройство, включающее в себя первую зону адсорбционного разделения, зону перегонки экстракта, зону перегонки рафината и вторую зону адсорбционного разделения; в котором трубопровод для экстракта обеспечивает сообщение по текучей среде между первой зоной адсорбционного разделения и зоной перегонки экстракта, трубопровод для рафината обеспечивает сообщение по текучей среде между первой зоной адсорбционного разделения и зоной перегонки рафината, трубопровод для С-ароматики обеспечивает сообщение по текучей среде между зоной перегонки рафината и второй зоной адсорбционного разделения; и рециркуляционный трубопровод обеспечивает сообщение по текучей среде между, по меньшей мере, одной зоной, выбранной из зоны перегонки экстракта и зоны перегонки рафината и первой зоной адсорбционного разделения.
8
9
9
9
9
В еще одном варианте осуществления изобретение может включать в себя устройство для выделения п-ксилола из сырьевого потока, содержащего С-ароматические углеводороды и меньшей мере один С-ароматический углеводородный компонент, которое включает: (a) зону адсорбционного разделения для выделения п-ксилола из сырьевого потока, содержащую камеру первого адсорбента, в которой находится первый адсорбент; (b) подающий трубопровод, обеспечивающий сообщение по текучей среде сырьевого потока с первой зоной адсорбционного разделения; (c) трубопровод для десорбента, обеспечивающий сообщение по текучей среде первого десорбента с первой зоной адсорбционного разделения; (d) первую зону перегонки экстракта, включающую колонну перегонки экстракта; (e) трубопровод для первого экстракта, обеспечивающий сообщение по текучей среде между первой зоной адсорбционного разделения и первой зоной перегонки экстракта; (f) зону перегонки рафината, включающую колонну перегонки рафината; (g) трубопровод для первого рафината, обеспечивающий сообщение по текучей среде между первой зоной адсорбционного разделения и зоной перегонки рафината; (h) вторую зону адсорбционного разделения для отделения С-ароматического углеводородного компонента от первого десорбента, содержащую камеру второго адсорбента, в которой находится второй адсорбент; (i) трубопровод для С-ароматических углеводородов, обеспечивающий сообщение по текучей среде С-ароматического углеводородного компонента и первого десорбента из зоны перегонки рафината, со второй зоной адсорбционного разделения; и (j) рециркуляционный трубопровод, обеспечивающий сообщение по текучей среде первого десорбента из первой зоны перегонки экстракта и/или зоны перегонки рафината с первой зоной адсорбционного разделения.
В еще одном варианте осуществления рециркуляционные трубопроводы обеспечивают сообщение по текучей среде первого десорбента из зон перегонки как экстракта, так и рафината с первой зоной адсорбционного разделения. В другом варианте осуществления устройство дополнительно содержит второй трубопровод для экстракта, обеспечивающий сообщение по текучей среде между второй зоной адсорбционного разделения и второй зоной перегонки экстракта, и второй рециркуляционный; трубопровод, обеспечивающий сообщение по текучей среде между второй зоной перегонки экстракта и первой зоной адсорбционного разделения. Другие варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя дополнительные детали, описания которых, включающие предпочтительные и необязательные признаки, раскрыты ниже.
9
8
9
9
В связи со сказанным выше в одном из аспектов изобретения предлагается более высокая гибкость путем создания возможности адсорбционного отделения С-ароматического углеводородного компонента от десорбента, используемого для адсорбционного выделения п-ксилола из сырьевых смесей, содержащих C-ароматические углеводороды и, по меньшей мере, один С-ароматический углеводород. В другом аспекте: изобретения предлагается более высокая гибкость путем создания возможности адсорбционного выделения п-ксилола из сырьевой смеси в том случае, когда поток десорбента может содержать до 25 вес % C-ароматических углеводородов.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 - упрощенная технологическая схема одного из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.2 - упрощенная технологическая схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления, в котором в зоне перегонки рафината образуются три потока продуктов.
Фиг.3 - упрощенная технологическая схема зоны адсорбционного разделения изобретения, иллюстрирующая вариант осуществления с неподвижным слоем.
Фиг.4 - упрощенная технологическая схема зоны адсорбционного разделения изобретения, иллюстрирующая вариант осуществления с псевдодвижущимся слоем.
Указанные фигуры предназначены для иллюстрации настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема изобретения, определенного в формуле изобретения. Чертежи являются упрощенными схематическими диаграммами, демонстрирующими типичные варианты осуществления технологических схем процесса, включая зоны процесса, способствующими пониманию изобретения. Такие хорошо известные в технике детали зон процесса как насосы, регулирующие клапаны, приборное обеспечение, теплоутилизационные контуры и прочая аппаратура, которые не являются существенными для понимания изобретения, не проиллюстрированы.
Осуществление изобретения
8
9
Для выделения п-ксилола из сырьевого потока, содержащего С-ароматические углеводороды и, по меньшей мере, один С-ароматический углеводородный компонент, используются две стадии или зоны адсорбционного разделения. В рамках представлений настоящей заявки, выражение «зона» относится к одной или более единицам аппаратуры и/или к одной или более «подзонам». Единицы аппаратуры могут включать в себя одну или более емкостей, нагревателей, сепараторов, теплообменников, трубопроводов, насосов, компрессоров и регулирующих устройств. Наряду с этим единица аппаратуры может включать в себя одну или более зон или подзон.
8
9
8
9
Сырьевой поток представляет собой смесь, содержащую, по меньшей мере, два С-ароматических углеводорода; п-ксилол и, по меньшей мере, один из м-ксилола, о-ксилола; и этилбензола. Сырьевой поток содержит также, по меньшей мере, один С-ароматический углеводородный компонент, такой как любой из изомеров пропилбензола, метилэтилбензола или триметилбензола. Сырьевой поток может содержать несколько или все С- и С-ароматические углеводороды, например, когда это сырье образуется; в; одном или более процессов нефтепереработки, таком как каталитический реформинг, непрерывный крекинг, маточные растворы из кристаллизатора, переалкилирование и изомеризация ксилола.
9
9
9
9
10+
Перерабатываемое в настоящем изобретении сырье может содержать до 25 вес.% С-ароматических углеводородов. Для использования в настоящем процессе предполагаются сырьевые потоки, содержащие, по меньшей мере, 0,1 вес.% С-ароматики. В одном из вариантов осуществления сырьевой поток может содержать от 0,3 до 5 вес.% С-ароматики. В другом варианте осуществления сырьевой поток может содержать от 6 до 15 вес % С-ароматики. В одном из вариантов осуществления сырьевой поток может содержать не более 10 мас. ч/млн С-ароматических углеводородов.
8
Фиг.1 иллюстрирует технологическую схему одного из вариантов осуществления настоящего изобретения. Сырьевой поток и поток десорбента вводятся в зону 100 адсорбционного разделения через подающий трубопровод 1 и трубопровод 3 для десорбента, соответственно. Зона 100 адсорбционного разделения содержит в себе адсорбентную камеру 110, в которой находится адсорбент, селективный в отношении п-ксилола на фоне других С-ароматических углеводородов в сырье. В зоне 100 адсорбционного разделения образуется поток экстракта, проходящий по трубопроводу 5 для экстракта, и поток рафината, проходящий по трубопроводу 7 для рафината. Как следует из фигур, ссылочные номера потоков и линий, или трубопроводов, по которым эти потоки проходят, одни и те же. Например, ссылочный номер 7 может быть использован с равной степенью корректности как трубопровод 7 для рафината, линия 7 для рафината, поток 7 рафината и поток рафината, переносимый трубопроводом 7 для рафината.
Способы адсорбционного разделения хорошо известны в технике. Если говорить коротко, сырьевой поток и поток десорбента вводятся в адсорбентную камеру, которая может содержать в себе одну или более емкостей, содержащих адсорбент. На стадии адсорбции адсорбент контактирует с сырьем и селективно задерживает какой-либо компонент сырья или класс компонентов сырья, пропуская остальные компоненты сырья. Селективно задержанный компонент или компоненты сырья высвобождаются, или десорбируются из адсорбента при контактировании адсорбента с десорбентом. Таким образом, процесс адсорбционного разделения приводит к образованию потока экстракта, содержащего селективно задержанный компонент сырья или класс компонентов сырья, и потока рафината, содержащего остальные компоненты сырья, которые адсорбируются менее селективно. Поток десорбента может содержать один или более компонентов десорбента, причем в технике известно также использование множества потоков десорбента. При этом потоки экстракта и рафината, выходящие из камеры адсорбента, как правило, содержат один или более десорбент.
В технике известны различные способы адсорбционного разделения, включающие неподвижный слой, такой как при работе в периодическом режиме или переменном режиме, движущийся слой и псевдодвижущийся слой (ПДС). Изобретение не предполагается быть ограниченным конкретным способом или рабочим режимом адсорбционного разделения. Дополнительная информация, касающаяся принципов и деталей адсорбционного разделения легко доступна, например, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Vol.1, 3rd ed., Adsorptive Separation (Liquids) pp 563-581 (1978) и Preparative and Production Scale Chromatography (Препаративная и промышленная хроматография), под редакцией G. Ganetsos and P.E. Barker (1993).
Поскольку указанные различные способы адсорбционного разделения имеют в основе одни и те же принципы хроматографического разделения, приведенное ниже обсуждение адсорбентов и десорбентов применимо к различным способам и режимам адсорбционного разделения. Функции или свойства адсорбента и десорбентов при: хроматографическом разделении жидких компонентов хорошо известны, но чтобы иметь основание для ссылок, в качестве ссылочного материала в настоящую заявку включен US 4642397.
8
8
Адсорбенты, которые селективны в отношении п-ксилола на фоне других C-ароматических изомеров, пригодны для использования в зоне 100 адсорбционного разделения. Для отделения п-ксилола от других С-ароматических углеводородов используют хорошо известные для этой цели в технике цеолиты X и Y. В некоторых случаях эти цеолиты могут содержать ионы металлов группы 1 или 2 (по IUPAC) на катионообменных центрах. В одном из вариантов осуществления адсорбент содержит цеолит X и цеолит Y. В некоторых случаях адсорбент может содержать барий, калий или и то, и другое.
Известно также, что кристаллические алюмосиликаты, т.е. цеолиты, используются в процессах адсорбционного разделения различных смесей в форме агломератов, обладающих высокой физической прочностью и стойкостью к истиранию. Способы превращения кристаллических порошков в такие агломераты включают добавление к высокочистому цеолиту во влажной смеси неорганического связующего, обычно какой-либо глины, содержащей кремнезем или оксид алюминия. Смесь соединенных вместе глины и цеолита экструдируют в таблетки цилиндрической формы или формуют в бусины, которые после этого прокаливают с целью превращения глины в аморфное связующее значительной механической прочности. В качестве связующих обычно используют глины каолинового типа, водопроницаемые органические полимеры или кремнезем.
Поток десорбента в линии, или трубопроводе 3, используемый в зоне 100 адсорбционного разделения может содержать один или более десорбентов. Подходящие: десорбенты являются «тяжелыми», т.е. они имеют температуру кипения не ниже 150°C. В одном из вариантов осуществления десорбент имеет температуру кипения выше 160°C. В другом варианте осуществления десорбент имеет температуру кипения выше 170°C. Примеры десорбентов в потоке 3, пригодных для использования в зоне 100 адсорбционного разделения, включают: п-диэтилбензол, диэтилтолуол, тетралин, алкильные и диалкильные производные тетралина, индан, нафталин, метилнафталин, п-диметилнафталин и их смеси. В одном из вариантов осуществления поток 3 содержит п-диэтилбензол (p-DEB).
9
9
9
9
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, вводимый в зону 100 адсорбционного разделения десорбент может содержать до 25 вес.% С-ароматики. В другом варианте осуществления поток 3 может содержать по меньшей мере 0,7 вес.% С-ароматики. В еще одном варианте осуществления содержание С-ароматических углеводородов в потоке десорбента, вводимом по линии 3 в зону 100 адсорбционного разделения, составляет от 1 до 5 вес.%, а в еще одном варианте осуществления от 3 до 15 вес.% С-ароматики.
В зоне 100 адсорбционного разделения условия адсорбции включают интервал температур от 20 до 300°C. В одном из вариантов осуществления интервал температур составляет от 20 до 250°C. В другом варианте осуществления от 40 до 200°C. Давление адсорбции достаточно для поддержания жидкой фазы и может составлять от 1 до 40 бар (избыточного). Условия десорбции могут включать в себя те же интервалы температур и давлений, которые применяются для условий адсорбции. В варианте осуществления с неподвижным слоем в зоне 100 адсорбционного разделения, чтобы минимизировать количество десорбента, который остается на адсорбенте при очередной подаче сырья, могут использоваться условия парофазной десорбции.
9
8
8
Выводимый из зоны 100 адсорбционного разделения по трубопроводу 7 поток рафината содержит десорбент и менее сильно адсорбируемые компоненты сырья, такие как этилбензол, о-ксилол, м-ксилол и большая часть С-ароматики. Хотя в потоке рафината может присутствовать небольшое количество п-ксилола, C-ароматику в нем можно называть обедненной п-ксилолом C-ароматикой. Выводимый по трубопроводу 5 из зоны 100 адсорбционного разделения поток экстракта содержит десорбент и наиболее сильно адсорбируемые компоненты сырья, включая п-ксилол и (в случае их присутствия) толуол и п-метилэтилбензол.
Как следует из фиг.1, выводимый из зоны 100 адсорбционного разделения поток 5 экстракта подается в зону 200 перегонки экстракта. Зона 200 перегонки экстракта включает в себя колонну 210 перегонки экстракта и производит выходящий по линии 215 поток п-ксилола и поток десорбента, отводимый по трубопроводу 220. Поток 215 экстракта может содержать практически весь п-ксилол из потока 5 экстракта, поступающего из зоны 100 адсорбционного разделения. В рамках представлений заявки выражение «практически весь» может означать количество, как правило, не ниже 90%, предпочтительно не ниже 95% и, в оптимальном варианте, не ниже 99 вес % соединения или класса соединений в потоке. В одном из вариантов осуществления поток 215 п-ксилола является головным погоном, или светлым потоком из колонны 210 перегонки экстракта, а поток 220 десорбента является донным остатком, или тяжелым потоком из колонны 210 перегонки экстракта. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, часть выводимого из зоны 200 перегонки экстракта потока 220 десорбента может быть направлена на рециркуляцию через имеющийся в этом случае трубопровод 250 для обеспечения, по меньшей мере, части потока 3 десорбента, поступающего в зону 100 адсорбционного разделения. Таким образом, рециркуляционным трубопроводом, обеспечивающим сообщение по текучей среде между зоной 200 перегонки экстракта и зоной 100 адсорбционного разделения, могут быть части линий 220, 250 и 3, определяющие маршруты потоков текучей среды между названными зонами. Иными словами, здесь, так же как и в остальной части описания, трубопроводы, обеспечивающие сообщение по текучей среде, могут включать в себя множество трубопроводов или их частей, определяющих желаемый маршрут текучей среды.
Специалисту в данной области должно быть понятно, что описанных в заявке технологической схемы и соединений разных зон достаточно для осуществления изобретения. Если не указано иное, точное положение точек соединения внутри зон не является для изобретения существенным. Например, в технике хорошо известно что поток в зону перегонки может быть направлен непосредственно в колонну, либо же поток может быть направлен в какое-либо другое устройство внутри зоны, например в теплообменники с целью доводки температуры и/или в насосы для доводки давления. Аналогичным образом, потоки, выходящие из зоны, могут проходить непосредственно из колонны, либо же перед выходом из зоны перегонки они могут вначале проходить через головную или ребойлерную секцию.
В зоне 200 перегонки экстракта могут также образовываться дополнительные продуктовые потоки. Как следует из фиг.1, продуктовый поток более легкий, чем п-ксилол, может выводиться из зоны перегонки экстракта по присутствующему при необходимости трубопроводу 230. Такой вариант осуществления может быть, например, использован, когда из потока 5 экстракта удаляются легкие примеси, такие как толуол, для того, чтобы товарный п-ксилол соответствовал заданным техническим требованиям по чистоте. Зона 200 перегонки экстракта может конфигурироваться и эксплуатироваться так, как это широко принято в технике, образуя три или более продуктовых потоков, например путем добавления бокового погона к колонне перегонки экстракта 210, использования перегонной колонны с разделительной стенкой, и/или включения множества перегонных колонн, таких как изображенная на фиг.1 дополнительная перегонная колонна 211 для завершающей обработки экстракта.
9
В потоке 5 экстракта из зоны 100 адсорбционного разделения может также присутствовать п-метилэтилбензол (p-MEB) и быть в разных пропорциях распределенным между п-ксилолом 215 и продуктами десорбента 220 из зоны 200 перегонки экстракта. Факторы, которые влияют на распределение p-MEB между продуктами включают такие параметры как конструкция и условия работы перегонной колонны и температура(ы) кипения используемого десорбента. Как указывалось в заявке, поток 3 десорбента, вводимый в зону 100 адсорбционного разделения может содержать до 25 вес.% С-ароматических углеводородов, которые могут включать p-MEB. Поскольку по экономическим соображениям желательно, чтобы десорбент рециркулировал в процессе, неприемлемое накопление p-MEB в потоке 220 в зоне перегонки экстракта может разными способами регулироваться.
В одном из вариантов осуществления содержание p-MEB в сырьевом потоке 1, поступающем в зону 100 адсорбционного разделения, может быть ограничено так, чтобы количество p-MEB в сырьевом потоке 1 составляло не более 0,05 вес.% от п-ксилола в сырьевом потоке 1. В одном из возможных вариантов (не проиллюстрированном) промывочным потоком может удаляться часть содержащего p-MEB десорбента из линии 220, а для восполнения десорбента в технологической схеме может вводиться десорбент более высокой чистоты. В другом варианте осуществления конструкция и условия работы колонны 210 перегонки экстракта повышают количество p-MEB в товарном п-ксилоле 215. Несмотря на то, что часто возникает потребность в том, чтобы товарный п-ксилол 215 содержал не менее 99,7 вес.% п-ксилола, не всегда следует удалять p-MEB из товарного п-ксилола 215. Например, когда п-ксилол окисляют до терефталевой кислоты, окисление p-MEB дает тот же самый продукт. В этом случае отсутствие удаления p-MEB из товарного п-ксилола 215 может на самом деле быть выгодным.
8
8
Как следует из фиг.1, поток 7 рафината из зоны 100 адсорбционного разделения направляется в зону 300 перегонки рафината. Зона 300 перегонки рафината включает в себя колонну 310 перегонки рафината и производит поток 315 рафината и поток 320 десорбента. В одном из вариантов осуществления головной погон, или легкий поток из колонны 310 перегонки рафината представляет собой поток 315 рафината, а донный остаток, или тяжелый поток перегонной колонны 310 представляет собой поток 320 десорбента. Поток 315 рафината может содержать практически все С-ароматические углеводороды (обедненные п-ксилолом C-ароматические углеводороды) из потока 7 рафината из зоны 100 адсорбционного разделения. Поток 320 десорбента, выводимый из зоны 300 перегонки рафината, может содержать практически весь десорбент из потока 7 рафината, выводимого из зоны 100 адсорбционного разделения. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, часть потока 320 десорбента, образующегося в зоне 300 перегонки рафината, может направляться на рециркуляцию присутствующий при необходимости трубопровод 320, обеспечивая, по меньшей мере, часть потока 3 десорбента, используемого в зоне 100 адсорбционного разделения.
9
9
9
9
9
9
С-Ароматические углеводороды имеют температуры кипения в диапазоне от 152 до 176°C. Следовательно, некоторые из С-ароматических углеводородов в потоке 7 рафината из зоны 100 адсорбционного разделения перейдут в поток 320 десорбента из зоны перегонки рафината, если температура кипения компонента десорбента не слишком высока, как в случае, когда компонентом десорбента является p-DEB. Зона 400 адсорбционного разделения предотвращает неприемлемое накопление С-ароматических углеводородов в потоке 3 десорбента, который может рециркулировать в зону 100 адсорбционного разделения. Зона 400 адсорбционного разделения может также использоваться в вариантах осуществления, в которых десорбент имеет более высокую температуру кипения, чем p-DEB. Хотя имеется возможность отделять более высоко кипящие десорбенты от С-ароматики с помощью перегонки, в настоящем изобретении предлагается альтернативный путь регулирования содержания С-ароматики для таких десорбентов, который не требует для получения свободного от С-ароматики десорбента колонны для перегонки рафината.
9
9
Сырьевой поток 380, направляемый к зоне 400 адсорбционного разделения включает в себя, по меньшей мере, часть потока 320 десорбента из зоны 300 перегонки рафината, который содержит десорбент из первой зоны 100 адсорбционного разделения и С-ароматические углеводороды. Таким образом, трубопроводы 320 или 380 или их части, которые обеспечивают сообщение по текучей среде между зоной 300 перегонки рафината и второй зоной 400 адсорбционного разделения, могут также называться трубопроводом для С-ароматических углеводородов. Как указывалось для зоны 100 адсорбционного разделения, изобретение не предполагает ограничиваться конкретным способом или режимом проведения адсорбционного разделения так и в зоне 400 адсорбционного разделения может быть использован любой из ранее предложенных способов или режимов. Для зоны 400 адсорбционного разделения необходим также поток десорбента, подаваемый по трубопроводу 20. Чтобы избежать разночтений: выражение «первый десорбент» будет относиться к десорбенту, используемому в первой зоне 100 адсорбционного разделения, а выражение «второй десорбент» будет относиться к десорбенту, вводимому по трубопроводу 20 и используемому в качестве десорбента во второй зоне 400 адсорбционного разделения.
В одном из вариантов осуществления условия адсорбции в зоне 400 адсорбционного разделения могут включать интервал температур от 20 до 300°C; в другом варианте осуществления интервал температур составляет от 20 до 250°C; и возможно от 40 до 200°C. Давления адсорбции достаточны для поддержания жидкой фазы и могут составлять от 1 до 40 бар (изб.). Условия десорбции могут включать в себя те же интервалы температур и давлений, которые включают условия адсорбции. В Одном из вариантов осуществления с неподвижным слоем во второй зоне 400 адсорбционного разделения, чтобы минимизировать количество второго десорбента, который остается на адсорбенте при вводе потока 380 с целью начала очередного цикла адсорбции/десорбции, могут использоваться условия парофазной десорбции.
9
9
Зона 400 адсорбционного разделения включает в себя камеру 410, в которой находится второй адсорбент и в которой образуется поток экстракта, переносимый трубопроводом 420, и поток рафината, переносимый трубопроводом 430. В одном из вариантов осуществления второй адсорбент является селективным в отношении ароматических п-изомеров на фоне других ароматических изомеров, включая С-ароматический компонент. Например, второй адсорбент может содержать Х- или Y-цеолит. В некоторых случаях эти цеолиты могут содержать ионы металлов группы 1 или 2 (по IUPAC) на катионообменных центрах. В некоторых случаях второй адсорбент может содержать барий, калий или как барий, так и калий. Поскольку первый компонент десорбента является подходящим для пара-селективного первого адсорбента, он может селективно задерживаться пара-селективным вторым адсорбентом на фоне С-ароматического углеводородного компонента. Второй компонент десорбента может быть тяжелым, например выбираемым из группы возможных компонентов первого десорбента, таких как п-диэтилбензол, диэтилтолуол, тетралин, алкильные и диалкильные производные тетралина, индан, нафталин, метилнафталин и п-диметилнафталин, отличных от самого первого компонента десорбента.
9
9
В другом варианте осуществления второй адсорбент обладает селективностью в отношении первого десорбента, диаметры молекул которого соизмеримы или меньше диаметров п-диэтилбензола (p-DEB), на фоне C-ароматического углеводородного компонента. Например, второй адсорбент может содержать цеолит MFI-типа по классификации Структурной комиссии Международной цеолитной ассоциации (доступной на веб-сайте www.iza-structure.org/databases). Таким образом, пригодные для данного варианта осуществления первые десорбенты включают p-DEB, тетралин, индан, нафталин, метилнафталин и п-диметилнафталин. Как указано выше, второй десорбент может быть выбран из той же группы, но отличаться от самого первого десорбента. Второй адсорбент может быть тем же самым, что и первый адсорбент, либо же второй адсорбент может быть отличным от первого адсорбента. Для пара-селективных или селективных в отношении диаметра молекулы адсорбентов первый десорбент выводится из второй зоны 400 адсорбционного разделения с потоком 420 экстракта, а С-ароматический углеводородный компонент выводится с потоком 430 рафината.
9
Используемый в зоне 400 адсорбционного разделения второй десорбент может содержать один или более десорбентов. Например, легкие десорбенты, такие как бензол и толуол, являются подходящими вторыми десорбентами и могут содержать небольшие количества неароматических соединений, например, менее 10 вес.%. В одном из вариантов осуществления второй десорбент имеет температуру кипения, которая отличается от температур кипения первого десорбента и С-ароматического компонента не менее чем на 5°C. Использование вторых десорбентов, более тяжелых, чем первый десорбент, может дать экономию в энергии, если они отделяются, как это описано ниже, на дополнительных стадиях или в дополнительных зонах. В одном из вариантов осуществления первым десорбентом является p-DEB, а вторым десорбентом бензол, толуол, тетралин, нафталин, метилнафталин или п-диметилнафталин.
9
9
Поток рафината, выводимый из зоны 400 адсорбционного разделения по трубопроводу 430, содержит второй десорбент и С-ароматический компонент. В одном из не проиллюстрированных вариантов осуществления поток 430 рафината фракционируется в зоне перегонки, давая поток С-ароматики и поток, содержащий второй десорбент, который может рециркулировать в зону 400 адсорбционного разделения.
9
Поток экстракта, выводимый из зоны 400 адсорбционного разделения по трубопроводу 420, содержит второй десорбент. Как это иллюстрируется на фиг.1, часть от всего потока 420 экстракта может подаваться в присутствующую при необходимости зону 500 перегонки, содержащую в себе перегонную колонну 510, создающую поток десорбента в трубопроводе 550, содержащий первый десорбент, который рециркулирует в первую зону 100 адсорбционного разделения. Как это также проиллюстрировано, часть или весь поток 420 экстракта может быть направлен по трубопроводу 460 в зону 200 перегонки экстракта, в которой второй и первый десорбенты (например, толуол и p-DEB, соответственно) могут быть разделены и выделены в качестве продуктов, как описано выше. В некоторых случаях часть или весь легкий поток 230 может быть направлен на рециркуляцию по трубопроводу 270, для обеспечения, по меньшей мере, части потока 20 второго десорбента, вводимого в зону 400 адсорбционного разделения. В одном из вариантов осуществления первый десорбент из, по меньшей мере, одного из потоков 220 экстрактного десорбента, 320 рафинатного десорбента и 420 экстракта из второй зоны адсорбционного разделения может быть направлен на рециркуляцию с образованием, по меньшей мере, части потока 3 десорбента, используемого в первой зоне 100 адсорбционного разделения. Содержание С-ароматических углеводородов и другие технические характеристики потока 3 десорбента, подаваемого в зону 100 адсорбционного разделения, могут регулироваться путем регулирования скорости разных потоков, содержащих первый десорбент, в разных вариантах технологической схемы. В Одном из вариантов осуществления вторая зона 400 адсорбционного разделения может эксплуатироваться в прерывистом режиме.
8
9
8
9
9
9
9
В одном из вариантов осуществления, иллюстрируемом на фиг.2, зона 300 перегонки рафината производит третий выходящий поток 318. Как указывалось выше, специалистами в области перегонки могут быть легко созданы три продуктовых потока. На фиг.2 изображена присутствующая при необходимости вторая колонна 311 перегонки рафината. Продуктовый поток 315 рафината содержит обедненные п-ксилолом C-ароматические углеводороды, а поток 300 десорбента содержит первый десорбент и С-ароматические углеводороды. Третий выходящий поток 318 имеет температуру кипения более высокую, чем поток 320 десорбента. Таким образом, в данном варианте осуществления поток 320 десорбента является промежуточным продуктовым потоком рафината, а поток 318 является донным продуктом колонны 310 перегонки рафината и может называться еще одним потоком десорбента, так как он содержит первый десорбент. Хотя некоторая часть С-ароматических углеводородов в потоке 7 рафината из первой зоны 100 адсорбционного разделения может содержаться в каждом из потоков 315, 318 и 320, концентрация (в вес.%) С-ароматики в потоке 318 десорбента меньше концентрации (в вес.%) С-ароматики в потоке 320 десорбента. В одном из вариантов осуществления, иллюстрируемом на фиг.2, по меньшей мере, часть более высоко концентрированной С-ароматики направляется по трубопроводам 320 и 380 во вторую зону 400 адсорбционного разделения для отделения там от первого десорбента. По меньшей мере, часть потока 318 десорбента с более низкой концентрацией С-ароматических углеводородов направляется на рециркуляцию, образуя часть потока 3 десорбента.
Поскольку изобретение не ограничено типом или режимом адсорбционного разделения, специалистам будет не трудно применить приведенные ниже описания для любой зоны адсорбционного разделения, хотя эти описания даются лишь для одного случая. В периодическом варианте осуществления зона адсорбционного разделения включает в себя адсорбентную камеру, в которой имеется одна или более емкостей, содержащих адсорбент в одном или более слоях. Работа в периодическом режиме состоит в последовательном введении в адсорбентную камеру сырья и затем десорбента. В результате этого адсорбент подвергается попеременно операциям адсорбции и десорбции, образуя поток рафината и поток экстракта, которые попеременно выходят из адсорбентной камеры. В одном из вариантов осуществления вторая зона 400 адсорбционного разделения может работать в периодическом режиме, как это иллюстрируется на фиг.3. Вводимый через трубопровод 380 десорбент из зоны перегонки рафината является сырьем для второй адсорбционной зоны, а десорбент для второй адсорбционной зоны, содержащий второй десорбент, вводится через трубопровод 20. Таким образом, трубопроводы 380 и 20 попеременно активируются, обеспечивая сообщение по текучей среде с зоной 400 адсорбционного разделения. Подобным же. образом попеременно активируются трубопроводы 430 для рафината и 420 для экстракта, обеспечивая сообщение по текучей среде между потоками рафината и экстракта, соответственно, и зоной 400 адсорбционного разделения. Как это показано, потоки могут входить или выходить в и из адсорбентной камеры через отдельные входы или общий; вход с клапанами (не показаны), регулирующими потоки обычным образом.
В переменном режиме адсорбентная камера содержит, по меньшей мере, два слоя адсорбента или, по меньшей мере, две емкости, каждая из которых работает в периодическом режиме и при этом слои адсорбента могут быть в состоянии работы на разных стадиях цикла адсорбции/десорбции. Переменный режим может приближаться к режиму непрерывного производства, когда в адсорбентной камере имеется достаточно: емкостей, работающих в разные моменты времени цикла адсорбции/десорбции, обеспечивая тем самым более равномерное качество продукции по всей зоне адсорбционного разделения. Как периодический режим, так и переменные режимы являются разновидностями процессов адсорбционного разделения с неподвижным слоем. При адсорбционных разделениях с неподвижным слоем условия десорбции могут быть близкими к условиям адсорбции. В другом варианте осуществления, чтобы минимизировать количество десорбента, который остается на адсорбенте при подаче сырья в начале очередного цикла адсорбции/десорбции, могут быть использованы условия парофазной десорбции. Например, по сравнению с условиями адсорбции может быть снижено давление десорбции и/или повышена температура десорбции. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, одна из зон зона 100 адсорбционного разделения и зона 400 адсорбционного разделения является зоной адсорбционного разделения с неподвижным слоем и любая или обе зоны 100 и 400 могут работать в периодическом режиме или в переменном режиме.
Любая или обе зоны адсорбционного разделения могут также работать как система адсорбционного разделения с движущимся слоем, в которой адсорбент движется по адсорбентной камере во время подачи в нее потоков сырья и десорбента и вывода потоков экстракта и рафината из адсорбентной камеры в отдельных фиксированных участках.
В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, одна из первой зоны 100 адсорбционного разделения и второй зоны 400 адсорбционного разделения представляет собой зону адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем (ПДС). В другом варианте осуществления первая зона 100 адсорбционного разделения является зоной адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем, а вторая зона 400 адсорбционного разделения зоной адсорбционного разделения с неподвижным слоем.
На фиг.4 иллюстрируется вариант осуществления, в котором зона 100 адсорбционного разделения работает как псевдодвижущийся слой (ПДС) и содержит в себе адсорбентную камеру 110, включающую, по меньшей мере, восемь точек переноса 115, распределитель 120 текучих сред и, по меньшей мере, одну переносящую линию 125, обеспечивающую сообщение по текучей среде между каждой из точек переноса и распределителем текучих сред. Адсорбентная камера 110 содержит в себе некоторое число отдельных слоев 112 адсорбента, селективного по отношению к п-ксилолу. Каждый слой сообщается по текучей среде с одной из точек переноса. В одном из вариантов осуществления в адсорбентной камере имеется 16 точек переноса. В другом варианте осуществления адсорбентная камера содержит в себе две последовательно соединенные емкости, каждая из которых имеет по 12 точек переноса.
В варианте осуществления с ПДС при одновременном проведении операций: адсорбции и десорбции четыре первичных технологических потока: потоки сырья, десорбента, экстракта и рафината одновременно вводятся в зону адсорбционного разделения и выводятся из зоны. Подающий трубопровод 1 и трубопровод 3 для десорбента обеспечивают сообщение по текучей среде с распределителем 120 текучих сред. Трубопровод 7 для рафината и трубопровод 5 для экстракта обеспечивают сообщение по текучей среде от распределителя 120 текучих сред. Распределитель текучих сред направляет технологические потоки в камеру 110 адсорбционного разделения и из камеры по переносящим линиям 125 через точки переноса 115. В определенный период времени являются активными, по меньшей мере, четыре пары переносящая линия/точка. Иными словами, каждый из четырех первичных технологических потоков проходит через одну пару переносящая линия/точка переноса. Дополнительные пары переносящая линия/точка переноса также могут быть активными, когда дополнительные потоки проходят к или от адсорбентной камеры. Примеры таких дополнительных потоков приводятся в US 3201491 и US 4319929.
Распределитель 120 текучих сред и связанное с ним управляющее устройство (не показано) периодически смещает пошаговым образом положение линий/точек вдоль адсорбентной камеры до следующей точки переноса с целью имитирования движения адсорбента в направлении, противоположном перемещению точки переноса. В одном из вариантов осуществления положения активных точек переноса сдвигаются в низ адсорбентной камеры для имитирования движения адсорбента вверх, в то время как жидкая фаза циркулирует через адсорбентную камеру в направлении вниз. Хотя на чертеже это не изображено, для обеспечения непрерывного потока текучей среды в желаемом направлении первый и последний слои в адсорбентной камере соединены между собой через трубопровод и насос. Рабочие стадии, принципы и аппаратура, используемые для адсорбционного разделения в режиме с ПДС хорошо известны в технике. В заявку в качестве ссылочного материала включены US 2985589, US 3310486 и US 3686342, в которых имеются сообщения, касающиеся адсорбционного разделения в режиме с ПДС.
В процессах адсорбционного разделения в режиме с ПДС стадии или рабочие зоны в адсорбентной камере ограничены положением вводимых и выводимых потоков Следующим образом. Зона 1 (адсорбционная зона) содержит адсорбент между входом для сырья и выводом рафината. Зона 2 (зона очистки) содержит адсорбент между входом для сырья и выводом экстракта и расположена по ходу процесса после зоны 1. Зона 3 (зона десорбции) содержит адсорбент между выводом экстракта и входом для десорбента и расположена по ходу процесса после зоны 2. Присутствующая при необходимости зона 4 (буферная зона) содержит (в случае ее применения) адсорбент между входом для десорбента и выводом рафината. Дополнительные детали, касающиеся аппаратуры и методов в процессе адсорбционного разделения в режиме с ПДС можно найти, например, в US 3208833, US 3214247, US 3392113, US 3455815,US 3523762, US 3617504, US4133842 и US 4434051.
Распределитель 120 текучих сред может быть распределителем типа поворотного клапана, описанного в US 3040737, US 3422848 и US 4409033, или системой типа манифольда многоклапанного коллектора, как в US 4434051. Могут быть также использованы ПДС-процессы с сопутными потоками, описанные в US 4402832 и US 4498991. Аппаратура, в которой используются эти принципы, хорошо известна и имеет размеры от масштаба пилотной установки, как в US 3706812, до установки промышленного масштаба, скорости потоков на которых колеблются в диапазоне от нескольких миллилитров в час до многих тысяч галлонов в час. Изобретение может быть также осуществлено сопутным пульсирующим периодическим способом типа того, который описан в US 4159284, или сопутным пульсирующим непрерывным способом типа раскрытого в US 4402832 и 4478721.
8
9
9
9
9
В другом, широком, варианте осуществления изобретением является устройство для выделения п-ксилола из сырьевого потока, содержащего C-ароматические углеводороды и С-ароматические углеводороды, включающее (a) зону адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем для выделения п-ксилола из сырьевого потока, содержащую в себе: (i) адсорбентную камеру, содержащую, по меньшей мере, восемь точек переноса, обеспечивающих сообщение по текучей среде с первым адсорбентом, содержащимся в адсорбентной камере; (ii) распределитель текучих сред, содержащий ввод для сырья, ввод для десорбента, вывод рафината и вывод экстракта; и (iii) по меньшей мере, одну переносящую линию для каждой из точек переноса, обеспечивающую сообщение по текучей среде между распределителем текучих сред и точкой переноса; (b) подающий трубопровод, обеспечивающий сообщение по текучей среде сырьевого потока с входом для сырья зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем; (c) трубопровод для первого десорбента, обеспечивающий сообщение по текучей среде первого десорбента с входом для десорбента зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем; (d) первую зону перегонки экстракта, включающую колонну перегонки экстракта; (e) трубопровод для первого экстракта, обеспечивающий сообщение по текучей среде между выводом экстракта зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем и первой зоной перегонки экстракта; (f) зону перегонки рафината, включающую колонну перегонки рафината; (g) трубопровод для первого рафината, обеспечивающий сообщение по текучей среде между зоной адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем и зоной перегонки рафината; (h) зону адсорбционного разделения с неподвижным слоем для отделения С-ароматических углеводородов от первого десорбента, включающую вторую адсорбентную: камеру, в которой находится второй адсорбент; (i) трубопровод для С-ароматических углеводородов, обеспечивающий сообщение по текучей среде С-ароматических углеводородов и первого десорбента из зоны перегонки рафината, с зоной адсорбционного разделения с неподвижным слоем; и (j) рециркуляционный трубопровод, обеспечивающий сообщение по текучей среде первого десорбента из первой зоны перегонки экстракта и/или зоны перегонки рафината с входом для десорбента зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем.
Устройство может дополнительно включать трубопровод для второго десорбента, обеспечивающий сообщение по текучей среде первого десорбента из зоны перегонки рафината, причем рециркуляционный трубопровод обеспечивает сообщение по текучей среде между трубопроводом для второго десорбента и входом для десорбента зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем.
В еще одном варианте осуществления рециркуляционный трубопровод обеспечивает сообщение по текучей среде первого десорбента из зоны перегонки экстракта во вход для десорбента зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем. Возможен и второй рециркуляционный трубопровод, обеспечивающий сообщение по текучей среде первого десорбента из зоны перегонки рафината во вход для десорбента зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем.
В еще одном варианте осуществления устройство дополнительно включает в себя вторую зону перегонки экстракта, трубопровод для второго экстракта и третий рециркуляционный трубопровод, причем трубопровод для второго экстракта обеспечивает сообщение по текучей среде первого десорбента из зоны адсорбционного разделения с неподвижным слоем во вторую зону перегонки экстракта, а третий рециркуляционный трубопровод обеспечивает сообщение по текучей среде первого десорбента из второй зоны перегонки экстракта во вход для десорбента зоны адсорбционного разделения с псевдодвижущимся слоем.