УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОТОКОВ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С8 С ВЫБРАННЫМИ КОЛИЧЕСТВАМИ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С9
APPARATUS AND METHODS FOR PRODUCING STREAMS OF AROMATIC COMPOUNDS C8 WITH SELECTED AMOUNTS OF AROMATIC COMPOUNDS C9

Притязание на приоритет
Для данного изобретения испрашивается приоритет по заявке на патент США №14/243,054, поданной 27 сентября 2009 г., содержание которой во всей его полноте включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие, в общем смысле, относится к устройствам и способам, предназначенным для переработки углеводородов в ходе получения желательных изомеров ксилола и, более конкретно, относится к устройствам и способам, предназначенным для получения потоков ароматических соединений С8 с выбранными количествами ароматических соединений С9.
Предпосылки создания изобретения
Ароматические углеводороды могут подвергаться переработке с образованием продуктовых потоков выбранных изомеров ксилола. Ксилол является ароматическим углеводородом, который имеет бензольное кольцо и два метальных заместителя. Исходя из структурного положения метальных заместителей, возможно образование трех изомеров ксилола: пара-ксилола, мета-ксилола и орто-ксилола. Пара-ксилол является исходным материалом для получения терефталевой кислоты, которая применяется при изготовлении синтетических волокон и смол. Мета-ксилол применяется в производстве некоторых пластификаторов, азокрасителей и консервантов для древесины. Орто-ксилол является исходным материалом для фталевого ангидрида, который применяется в производстве некоторых пластификаторов, красок и фармацевтических продуктов.
Для производства желательного изомера ксилола обычно перед отделением желательного изомера ксилола вырабатывается смешанный поток из трех изомеров ксилола. Другими словами, желательный ксилол не селективно образуется, а селективно выделяется. Желательный изомер ксилола может быть выделен из потоков смесей ксилолов при помощи адсорбирующего вещества, селективного к желательному изомеру. После адсорбирования из смешанного потока ксилолов желательного изомера остальные изомеры выгружаются в виде смешанного потока рафината. Обычно десорбент десорбирует желательный изомер ксилола с адсорбирующего материала, а затем десорбент и отобранный изомер ксилола собираются и разделяются фракционированием.
В производстве пара-ксилола стандартной практикой для отделения пара-ксилола от адсорбирующего материала является применение тяжелых десорбентов. Тяжелые десорбенты определяются как имеющие более высокие молекулярные массы и более высокие температуры кипения, чем у ксилола. Соответственно, легкие десорбенты определяются как имеющие более низкие молекулярные массы и более низкие температуры кипения, чем у ксилола. До сих пор системы извлечения изомеров ксилола, использующие тяжелые десорбенты, обычно требовали меньшего количества энергии, чем системы с легкими десорбентами, поскольку тяжелый десорбент не требует повторного испарения и подъема в ходе фракционирования. Однако системы с тяжелыми десорбентами, как правило, предъявляют жесткие требования к чистоте исходного материала для контролирования накоплений нежелательных соединений в рециклированном десорбенте, таких как снижающие эффективность десорбента и чистоту продукта примеси. Кроме того, может потребоваться дополнительное оборудование для поддержания высокой чистоты десорбента во время процесса рециклирования десорбента. Помимо этого, использующие тяжелые десорбенты системы имеют фракционирующие колонны с относительно более высокими температурами нагревателя. Более высокие температуры нагревателя приводят к более высоким рабочим давлениям, что требует более высокого расчетного давления для используемого оборудования, увеличивая, таким образом, капитальные затраты на оборудование.
Применение легкого десорбента, такого как относительно недорогой легкий десорбент толуол, смягчает технические требования к исходным материалам по сравнению с системами, применяющими тяжелые десорбенты. Снижение затрат при таких смягченных технических параметрах исходного материала может компенсировать увеличение расходов энергии, связанных с регенерацией легкого десорбента в виде верхнего погона фракционирующей колонны. Применяющие легкий десорбент устройства регенерации ксилола также обеспечивают экономию в общем количестве оборудования ввиду отсутствия необходимости в узлах чистки десорбента и хранения. Кроме того, использующие легкий десорбент устройства регенерации ксилола имеют более низкие рабочие давления фракционирующей колонны, допускающие применение более тонких и менее дорогих корпусов колонн с более низким расчетным давлением.
Для эффективного производства с помощью легкого десорбента продукта из углеводородного потока, являющегося выбранным изомером ксилола, в большинстве случаев желательно выделить по существу все ароматические углеводороды с восемью атомами углерода (С8), включая ксилол и этилбензол, из углеводородного потока и из рециклируемых в процессе обработки частей потока с тем, чтобы получить смешанный поток ксилола, предназначенный для выделения из него потока выбранного изомера ксилола. Предпринимались попытки выделения ароматических соединений С9 из смешанного потока ксилола стандартными способами. Это особенно актуально для стандартных систем с тяжелым десорбентом, поскольку тяжелый десорбент в процессе разделения изомеров ксилола загрязняется ароматическими соединениями С9. Кроме того, когда ароматические соединения С8 в потоке смешанных ксилолов, подаваемом к установке разделения, становятся менее чистыми, снижается энергия, необходимая для осуществления надлежащего разделения изомеров ксилола. Несмотря на эту экономию энергии, для производства выбранного изомера ксилола все-таки желателен относительно чистый сырьевой поток ароматических углеводородов С8 к установке для разделения.
Соответственно, желательным является получение способов и устройств для получения потоков ароматических углеводородов С8 с выбранными количествами ароматических соединений С9. Кроме того, имеется потребность в разработке способов и устройств для эффективного производства из потоков углеводородов продуктов в виде выбранного изомера ксилола. При этом другие желательные признаки и свойства настоящего воплощения станут очевидными из последующего подробного описания и приложенной формулы изобретения, представленных и находящихся во взаимосвязи с сопутствующими чертежами и данным описанием предпосылок создания изобретения.
Краткое раскрытие существа изобретения
Описываются устройства и способы получения потоков ароматических углеводородов С8 с выбранными количествами ароматических соединений С9. В одном примере осуществления способ получения потока ароматических углеводородов С8 с выбранным количеством ароматических соединений С9 включает разделение потока углеводородов, включающего ароматические соединения С8 и С9, на боковую фракцию и нижнюю фракцию. Боковая фракция включает часть ароматических соединений С8 и часть ароматических соединений С9. Нижняя фракция включает остальные ароматические соединения С8 и углеводороды С8+. Данный способ, кроме того, включает разделение нижней фракции и получение тяжелой головной фракции, включающей остальные ароматические соединения С8. Кроме того, способ включает объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции с получением объединенного потока, имеющего композицию ароматических соединений С9 от 0,1 мас. % до 5 мас. % от общей массы объединенного потока.
В другом варианте осуществления раскрывается способ получения выбранного изомера ксилола. Способ получения выбранного изомера ксилола включает подачу потока углеводородов, включающего ароматические соединения С8 и ароматические соединения С9, к установке фракционирования. Данный способ включает получение из потока углеводородов боковой фракции. Такая боковая фракция включает ароматические соединения С8 и по меньшей мере 1 мас. % ароматических соединений С9. Способ включает получение из потока углеводородов нижней фракции. Нижняя фракция включает из потока углеводородов углеводороды С8+ и по меньшей мере 5% ароматических соединений С8. Данный способ, кроме того, включает направление нижней фракции в установку фракционирования тяжелых ароматических соединений и получение из нижней фракции головной тяжелой фракции. Головная тяжелая фракция включает, по существу, все ароматические соединения С8 в нижней фракции. Способ, кроме того, включает выделение выбранного изомера ксилола из боковой фракции и головной тяжелой фракции с образованием продукта - выбранного изомера ксилола.
Еще один вариант осуществления раскрывает устройство для получения потоков ароматических углеводородов С8 с выбранными количествами ароматических соединений С9. Такое устройство включает первую установку фракционирования, сконфигурированную для получения потока углеводородов и получения головной фракции, включающей углеводороды С7-, боковой фракции, включающей от 80% до 95% ароматических соединений С8 из потока углеводородов, и нижней фракции, включающей от 5% до 20% ароматических соединений С8 из потока углеводородов. Боковая фракция образована композицией ароматических соединений С9 в количестве от 1 мас. % до 2 мас. % от общей массы боковой фракции. Устройство, кроме того, включает вторую установку фракционирования, сконфигурированную для получения нижней фракции и образования тяжелой головной фракции, включающей по существу все ароматические соединения С8 из нижней фракции.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет далее описано в комбинации со следующими чертежами, на которых одинаковые цифры обозначают одинаковые элементы и среди которых:
фиг. 1 является схематической диаграммой примера осуществления способа и устройства для образования потоков ароматических соединений С8 с выбранными количествами ароматических соединений С9; и
фиг. 2 является схематической диаграммой способа и устройства с фиг. 1 в применении к схеме производства продукта в виде выбранного изомера ксилола.
Подробное описание изобретения
Следующее подробное описание является, по своей природе, лишь иллюстративным и не предназначается для ограничения заявки и применений описанного изобретения. Кроме того, авторы не намерены связывать себя какой-либо теорией, имеющейся на существующем уровне техники или представленной в следующем детальном описании.
Различные описанные здесь варианты осуществления относятся к устройствам и способам для получения потоков ароматических углеводородов С8 с выбранными, отличными от нуля, количествами ароматических соединений С9. Такие потоки могут использоваться для подачи смешанных ксилолов в ходе процесса выделения изомера ксилола с использованием легкого десорбента, такого как толуол. Было обнаружено, что при том, что эффективность извлечения изомера ксилола в процессе разделения изомеров ксилола уменьшается при включении в сырьевой поток смешанных ксилолов отличных от нуля количеств ароматических соединений С9, увеличение издержек от такого снижения эффективности с лихвой компенсируется снижением затрат при получении потока смешанных ксилолов. Более конкретно, как описано ниже, поток углеводородов фракционируется для получения боковой фракции потока смешанных ксилолов с ароматическими углеводородами, содержащими 8 атомов углерода (ароматические соединения С8), и с ароматическими углеводородами, содержащими 9 атомов углерода (ароматические соединения С9). Кроме того, при данном способе фракционирования образуется нижняя фракция, содержащая остальную долю ароматических соединений С8. Нижняя фракция фракционируется для получения тяжелой головной фракции, содержащей остальные ароматические соединения С8. Таким способом из углеводородного потока эффективно выделяются ароматические соединения С8. Кроме того, полученный из боковой фракции и тяжелой головной фракции объединенный поток имеет в составе достаточную долю ароматических соединений С8 и достаточно низкую долю ароматических соединений С9, чтобы сделать возможным эффективное отделение выбранного изомера ксилола в дальнейшей переработке. В данном контексте термин «головная фракция» и понятие «головная» не ограничиваются самой верхней фракцией, получаемой в ходе процесса или из устройства фракционирования, но могут включать самую верхнюю фракцию и/или любую фракцию, полученную над боковой и нижней фракциями. Кроме того, для целей настоящего изобретения термин «нижняя фракция» и понятие «нижняя» не ограничиваются самой нижней фракцией, получаемой в ходе процесса или из устройства фракционирования, но могут включать самую нижнюю фракцию и/или любую фракцию, полученную ниже боковой и головной фракций.
Далее, с обращением к фиг. 1, представляется пример осуществления устройства 10, предназначенного для получения потока ароматических соединений С8 с выбранными количествами ароматических соединений С9. Поток 12 углеводородов подается к установке 14 фракционирования, такой как отгоночная колонна, в точке 16 подачи. Иллюстративный поток 12 углеводородов имеет относительно высокую концентрацию ароматических соединений, такую как от 40 до 100 мас. %. Подходящие потоки 12 углеводородов доступны из многих источников. Например, установка каталитического крекинга с взвешенным катализатором (Fluid Catalytic Cracking, FCC) и ректификационная колонна, действующие в высокоинтенсивном режиме, способны производить углеводородную фракцию с 7-10 атомами углерода (С7-С10), где 60 мас. % углеводородов являются ароматическими. Некоторые способы ожижения угля приводят к выработке потоков углеводородов, богатых ароматическими соединениями, и эти углеводородные потоки подходят для применения в качестве потока 12 углеводородов. Другие возможные источники включают различные процессы переработки нефти, термический или каталитический крекинг углеводородов, или нефтехимические конверсионные процессы, включая углеводородные потоки, подвергшиеся переработке в реформинг-установках с использованием предназначенного для получения ароматических соединений катализатора. Для удаления из углеводородного потока 12 соединений неароматической природы в некоторых вариантах осуществления могут применяться дополнительные этапы обработки (не иллюстрируемые фиг. 1), такие как жидкость-жидкостная экстракция, экстрактивная кристаллизация, контактно-земельная очистка или дополнительное фракционирование.
Установка 14 фракционирования эксплуатируется в условиях, подходящих для получения головной фракции 18, в основном содержащей углеводороды с семью и менее атомами углерода (С7-), которая выходит из установки 14 фракционирования непосредственно или вблизи ее верха 20. Иллюстративная головная фракция 18 содержит более 80%, например более 90% или, например, более 95% углеводородов, имеющих семь и менее атомов углерода. Установка 14 фракционирования, кроме того, образует боковую фракцию 22, в основном содержащую ароматические углеводороды с восемью атомами углерода (С8), которая выходит из установки 14 фракционирования в точке 24 выпуска. Модельная боковая фракция 22 обогащена ароматическими соединениями С8 и содержит более 80%, например более 90% или, например, более 95%, или более 98% ароматических углеводородов, имеющих восемь атомов углерода.
Боковая фракция 22 может рассматриваться в качестве фракции, образующей поток смешанных ксилолов. В одном примере осуществления боковая фракция включает от 80% до 95% ароматических соединений С8 из углеводородного потока. В другом варианте осуществления боковая фракция включает не более 92% ароматических соединений С8 в углеводородном потоке, например 90% ароматических соединений С8 в углеводородном потоке. Иллюстративная боковая фракция 22 имеет в составе менее 2 мас. % ароматических соединений С9. Иллюстративная боковая фракция 22 включает по меньшей мере 1 мас. % ароматических соединений С9. В некоторых воплощениях боковая фракция имеет в составе от 1 мас. % до 2 мас. % ароматических соединений С9.
Установка 14 фракционирования также образует нижнюю фракцию 26, в основном содержащую углеводороды, имеющие восемь и более атомов углерода (С8+), которая покидает установку 14 фракционирования из донной части 28 или вблизи нее. Модельная нижняя фракция 26 содержит более 80%, например более 90% или, например, более 95% углеводородов, имеющих восемь и более атомов углерода. В одном примере осуществления нижняя фракция включает по меньшей мере 5% ароматических соединений С8 потока углеводородов, например от 5% до 20% ароматических соединений С8 из потока углеводородов, например 10% ароматических соединений С8 в углеводородном потоке.
Различные фракции (такие как С7-, С8 и С8+) выделяются на основе относительных точек кипения присутствующих в них соединений. Для обеспечения желательного разделения установка 14 фракционирования может эксплуатироваться при давлении от 5 килопаскалей абсолютных (кПа) до 1800 кПа (0,7 фунтов на квадратный дюйм абсолютных (фунт/кв.дюйм, PSIA) до 260 фунт/кв.дюйм) и температуре от 35°C до 360°C (от 65°F до 680°F).
Как показано, точка 24 выпуска располагается выше точки 16 подачи, то есть между точкой 16 подачи и верхом 20 установки 14 фракционирования. Аналогично, точка 16 подачи располагается ниже точки 24 выпуска, то есть между точкой 24 выпуска и основанием 28 установки 14 фракционирования. В одном примере осуществления установка 14 фракционирования сконструирована в расчете на применение тарелок, и точка 24 выпуска располагается при более высокой тарелке, чем точка 16 подачи. Посредством обеспечения положения точки 24 выпуска выше точки 16 подачи подавляется извлечение в боковой фракции 22 относительно более тяжелых соединений, таких как углеводороды, имеющие девять или более атомов углерода (С9+).
На фиг. 1 нижняя фракция 26, содержащая соединения С8+, включая некоторые ароматические углеводороды С8, вводится в установку 30 фракционирования тяжелых ароматических соединений. Установка 30 фракционирования тяжелых ароматических соединений эксплуатируется в условиях, подходящих для получения тяжелой головной фракции 32, которая содержит по существу все ароматические соединения С8, вводимые в установку 30 фракционирования тяжелых ароматических соединений в нижней фракции 26. Тяжелая головная фракция 32 может рассматриваться в качестве фракции, образующей поток смешанных ксилолов. В одном примере осуществления тяжелая головная фракция имеет в составе менее 2,0 мас. % ароматических соединений С9. Установка 16 фракционирования тяжелых ароматических соединений также образует тяжелую боковую фракцию 34, которая содержит ароматические углеводороды, имеющие девять или десять атомов углерода (С9-С10), и тяжелую нижнюю фракцию 36, которая содержит углеводороды, имеющие одиннадцать и более атомов углерода (С11+). Тяжелая боковая фракция 34 и тяжелая нижняя фракция 36 могут выходить из устройства 10 для дальнейшей обработки.
Различные фракции (такие как С8, С9-С10 и С11+) отделяются в установке 36 фракционирования тяжелых ароматических соединений на основе относительных точек кипения присутствующих в них соединений. Установка 30 фракционирования тяжелых ароматических соединений может эксплуатироваться при давлении от 5 кПа до 1800 кПа (от 0,7 фунт/кв.дюйм до 260 фунт/кв.дюйм) и температуре от 100°C до 360°C (от 212°F до 680°F).
Потоки смешанных ксилолов, то есть боковая фракция 22 из установки 14 фракционирования и тяжелая головная фракции 32 из установки 30 фракционирования тяжелых ароматических соединений, объединяются для получения объединенного потока 40 смешанных ксилолов. Иллюстративный объединенный поток 40 смешанных ксилолов имеет в составе от 0,5 мас. % до 5 мас. % ароматических соединений С9, например от 1 мас. % до 2 мас. %, например 1,6 мас. %. Кроме того, модельный объединенный поток 40 смешанных ксилолов включает по существу все ароматические соединения С8 из углеводородного потока 12.
В одном примере осуществления объединенный поток 40 смешанных ксилолов далее подвергается обработке для выделения выбранного изомера ксилола. Для этого объединенный поток 40 смешанных ксилолов вводится в установку 42 разделения, которая отделяет выбранный изомер ксилола от невыбранных изомеров ксилола. Иллюстративная установка 42 разделения включает селективное адсорбирующее вещество, которое предпочтительно относительно других изомеров ксилола сорбирует выбранный изомер ксилола. Затем для выделения выбранного изомера ксилола из адсорбирующего вещества используется десорбент и далее десорбент и выбранный изомер ксилола отделяются и аккумулируются с помощью дистилляции. В одном примере осуществления селективное адсорбирующее вещество является кристаллическим алюмосиликатом, таким как кристаллические алюмосиликатные цеолиты типа X или типа Y. Иллюстративное селективное адсорбирующее вещество содержит катионообменные участки с одним или несколькими катионами металла, где катионы металла могут быть одним или несколькими из лития, калия, бериллия, магния, кальция, стронция, бария, никеля, меди, серебра, марганца и кадмия. Условия сорбции варьируются, но в типичном случае составляют от 35°C до 200°C (от 100°F до 400°F) и от 100 кПа до 3500 кПа (от 14 фунт/кв.дюйм до 500 фунт/кв.дюйм).
Отделение выбранного изомера ксилола от невыбранных изомеров ксилола приводит к образованию потока 46 рафината изомеров ксилола, содержащего невыбранные изомеры ксилола. В иллюстративном устройстве 10 поток 46 рафината изомеров ксилола подается к установке 50 изомеризации, где невыбранные изомеры ксилола изомеризуются для получения большего количества выбранного изомера ксилола. Более конкретно, удаление выбранного изомера ксилола в установке разделения 42 сдвигает состав потока 46 рафината изомеров ксилола в сторону от равновесия между изомерными соединениями. Поскольку поток 46 рафината изомеров ксилола, по большей части, включает два невыбранных из трех изомеров ксилола и характеризуется относительным дефицитом в отношении выбранного изомера ксилола, в установке 50 изомеризации происходит выработка выбранного изомера ксилола для приближения к равновесному соотношению изомеров ксилола. При 250°C такое равновесное соотношение составляет от 20 до 25% орто-ксилола, от 20 до 30% пара-ксилола и от 50 до 60% мета-ксилола, хотя равновесное соотношение варьируется в зависимости от температуры и других условий.
-1
-1
В одном примере осуществления изобретения установка 50 изомеризации включает катализатор 52 изомеризации и функционирует в подходящих условиях изомеризации. Подходящие условия изомеризации включают температуру от 100°C до 500°C (от 200°F до 900°F) или от 200°C до 400°C (от 400°F до 800°F) и давление от 500 кПа до 5000 кПа (от 70 фунт/кв.дюйм до 700 фунт/кв.дюйм). Установка 50 изомеризации включает объем катализатора изомеризации, достаточный для обеспечения часовой объемной скорости жидкости относительно потока 46 рафината изомеров ксилола от 0,5 до 50 час или от 0,5 до 20 час. Водород может быть представлен в количествах вплоть до 15 моль водорода на моль ксилола, но в некоторых вариантах осуществления водород в установке 50 изомеризации по существу отсутствует. Установка 50 изомеризации может включать один, два или более реакторов, в которых применяются средства, подходящие для обеспечения подходящей температуры изомеризации на входе в каждый реактор. Ксилолы вступают в контакт с катализатором изомеризации любым подходящим образом, включая восходящий поток, нисходящий поток или радиальный поток.
2
2
Иллюстративный катализатор изомеризации включает цеолитный алюмосиликат с отношением Si:Al более 10/1, или более 20/1 в некоторых вариантах осуществления, и с диаметром пор от 5 до 8 ангстрем. Некоторые примеры подходящих цеолитов включают (но не ограничиваются этим) MFI, MEL, EUO, FER, MFS, МТТ, MTW, TON, MOR и FAU, и в качестве компонента кристаллической структуры может быть представлен галлий. В некоторых вариантах осуществления мольное отношение Si:Ga составляет менее 500/1 или менее 100/1 в других воплощениях. Доля содержания цеолита в катализаторе обычно составляет от 1 массового процента (мас. %) до 99 мас. % или от 25 мас. % до 75 мас. %. В некоторых вариантах осуществления катализатор изомеризации включает от 0,01 мас. % до 2 мас. % одного или нескольких из рутения (Ru), родия (Rh), палладия (Pd), осмия (Os), иридия (Ir) и платины (Pt), однако в других воплощениях катализатор изомеризации по существу свободен от каких-либо соединений металлов, где такое отсутствие по существу подразумевает менее 0,01 мас. %). Остальное в катализаторе изомеризации является неорганическим оксидным связующим веществом, таким как оксид алюминия, и может применяться большое разнообразие различных форм катализатора, включая сферическую или цилиндрическую.
Из установки 50 изомеризации выходит изомеризованный поток с равновесным распределением изомеров ксилола, и он рециклируется к установке 14 фракционирования. Ксилолы в изомеризованном потоке 54 продвигаются к установке 42 разделения с боковой фракцией 22 или тяжелой головной фракцией 32. В иллюстративном устройстве 10 изомеризованный поток 54 проходит через установку 14 фракционирования, чтобы соединения С8, которые были превращены в установке 50 изомеризации в соединения с различным количеством атомов углерода, могли быть удалены с фракциями 18, 34 или 36. Изомеризованный поток 54 содержит больше выбранных изомеров ксилола, чем поток 46 рафината изомеров ксилола, таким образом, для извлечения в установке 42 разделения доступно больше выбранного изомера ксилола. В результате количество извлекаемого выбранного изомера ксилола может превысить его теоретическую равновесную величину при данных температурах обработки.
Отделение выбранного изомера ксилола от невыбранных изомеров ксилола в установке 42 разделения далее приводит к образованию потока экстракта (не показан), содержащего выбранный изомер ксилола и десорбент. Внутри установки 42 разделения для отделения выбранного изомера ксилола от адсорбирующего вещества применяется десорбент 56. Десорбент 56 и выбранный изомер ксилола образуют поток экстракта, который подается к экстракционной колонне (не показана). Десорбент 56 далее отделяется от выбранного изомера ксилола фракционированием в экстракционной колонне (не показано) в разделительной установке 42. Выбранный изомер ксилола выходит из экстракционной колонны в виде кубового потока, который, если требуется, может быть направлен к финишной колонне для дополнительной очистки потока выбранного ксилола с целью обеспечения соответствия спецификации по качеству продукции. Поток выбранного ксилола покидает финишную колонну в виде головной фракции и выгружается из установки 42 разделения как поток 58 продукта. Поток 58 продукта может быть извлечен из устройства 10 в виде продукта выбранного ксилола, например продукта пара-ксилола, продукта орто-ксилола или продукта мета-ксилола. Кубовый поток из финишной колонны может включать некоторое количество выбранного изомера ксилола и выгружается из установки 42 разделения как поток 60.
Возможны несколько различных вариантов осуществления установки 42 разделения, таких как однослойная, эксплуатируемая в периодическом режиме, когда поток 46 рафината изомеров ксилола отбирается перед десорбированием выбранного изомера ксилола, а поток экстракта собирается после десорбирования. В другом воплощении применяются многочисленные слои адсорбента и точка введения объединенного потока 40 смешанных ксилолов и десорбента 56 постепенно перемещается через различные слои адсорбента. Точки выгрузки потока экстракта и потока 46 рафината изомеров ксилола также постепенно перемещаются через различные слои адсорбента, таким образом, каждый индивидуальный слой адсорбента используется в полунепрерывном режиме и их комбинация моделирует непрерывную работу. Как легкий десорбент, десорбент 56 имеет более низкую молекулярную массу, чем ксилол, точка кипения десорбента также ниже точки кипения выбранного изомера ксилола или точки кипения невыбранного изомера(-ов) ксилола.
На фиг. 2 показано устройство 10 в интеграции с другой схемой переработки углеводородов. Видно, что углеводородный поток 12 образуется из потока 70 подачи. Модельным потоком 70 подачи является исходное сырье в форме бензиновой фракции. Исходное сырье бензиновой фракции включает ароматические соединения, парафины и нафтены и может включать небольшие количества олефинов. Исходное сырье, которое может использоваться, включает прямогонные бензины, газовый бензин, синтетические бензины, бензин, получаемый путем термического крекинга, бензин каталитического крекинга и, в частности, риформинг-бензины. Исходное сырье может быть охвачено полным составом бензиновой фракции, как она ограничена точками кипения, или от 0 до 230°C, или же бензинами, имеющими большую процентную долю ароматических углеводородов, такую как превышающая 50% или превышающая 70%.
Как показано на фиг. 2, поток 70 подачи, в частности, в тех вариантах осуществления, где поток 70 подачи является потоком риформинг-бензина, подается к дистилляционной колонне 72 разделения риформата. Дистилляционная колонна 72 разделения риформата предназначается для разделения или «расщепления», выполняемого разгонкой потока подачи 70 на низкокипящий поток в виде головного потока 74 и высококипящий поток в виде кубового потока 76. Дистилляционная колонна разделения риформата может быть сконфигурирована таким образом, чтобы, например, головной поток 74 мог включать, прежде всего, (например, более 80%, более 90% или более 95%) углеводороды, имеющие семь или менее атомов углерода (С7-). Кубовый поток 76 может, тем самым, включать, в основном, углеводороды, имеющие восемь или более атомов углерода (С8+), например более 80%, более 90% или более 95%.
Кубовый поток 76 может быть после этого направлен к установке 78 очистки отбеливающими глинами для удаления всех продуктов алкилирования и олефинов, которые могут присутствовать в кубовом потоке 76. Установка 78 очистки отбеливающими глинами может быть сконфигурирована любым известным образом, подходящим для данных целей. Поток 12 углеводородов, исходящий из установки 78 очистки отбеливающими глинами, может, таким образом, включать, прежде всего, (например, в количествах более 80%, более 90% или более 95%) углеводороды С8+ с по существу (т.е. более чем на 90%) удаленными из него алкилированными и олефиновыми соединениями.
Головной поток 74 направляется от дистилляционной колонны 72 разделения риформата к установке 80 экстрактивной дистилляции для удаления из головного потока 74 неароматических соединений. В одном предпочтительном варианте осуществления в установке 80 экстрактивной дистилляции может применяться сульфолановый растворитель для отделения ароматических соединений от неароматических соединений. Также известны и применяются для отделения неароматических соединений от ароматических соединений и другие экстракционные способы, такие как жидкость-жидкостная экстракция растворителем, и здесь предусматривается их применение вместо или в дополнение к установке 80 экстрактивной дистилляции. Установка 80 экстрактивной дистилляции генерирует поток 82, который включает, в основном (например более 80%, более 90% или более 95%) неароматические углеводородов С7-, и поток 84, который включает, прежде всего, (например, более 80%, более 90%, или более 95%) бензол и толуол. Поток 84 может быть, кроме того, направлен к установке 86 очистки отбеливающими глинами для повышения чистоты ароматических соединений в таком потоке, например удалением любых алкилированных соединений или олефинов, которые могут в нем присутствовать, способом, описанным выше в отношении установки 78 очистки отбеливающими глинами, что приводит к потоку рафината 88 бензола и толуола.
Очищенный поток 88 бензола и толуола после этого направляется к колонне 90 дистилляции с разделительной перегородкой для отделения бензола от толуола в очищенном потоке 88 бензола и толуола. Бензол, имеющий более низкую точку кипения, чем толуол, удаляется из колонны 90 дистилляции в виде головного продукта 92, а толуол, имеющий более высокую температуру кипения, чем бензол, выводится из колонны 90 дистилляции в качестве бокового погона 94. Кроме того, из колонны 90 дистилляции выводится общий поток 95 кубового остатка, включающий более тяжелые ароматические углеводороды, такие как различные изомеры ксилола, и после этого он подается к устройству 10 и, более конкретно, к установке 14 фракционирования с фиг. 1.
Толуол в боковом погоне 94 может быть направлен в качестве десорбента 56 к устройству 10 и, более конкретно, к камере с адсорбентом в установке 42 разделения. В качестве альтернативного варианта или в добавление, боковой погон 94 подается к технологической установке 96 трансалкилирования. Как показано, установка 96 трансалкилирования также принимает тяжелую фракцию 34 бокового погона, которая содержит ароматические углеводороды, имеющие девять или десять атомов углерода (С9-С10), и исходит из установки 30 фракционирования тяжелых ароматических соединений (см. фиг. 1) в устройстве 10. Кроме того, в установку 96 трансалкилирования поступает поток 60, который может включать некоторое количество выбранного изомера ксилола и который выходит из финишной колонны в сепарационной установке 42 (см. фиг. 1) устройства 10.
Установка 96 трансалкилирования преобразует толуол в бензол и ксилолы в ходе процесса диспропорционирования толуола. Кроме того, в установке 96 трансалкилирования в процессе трансалкилирования смесь толуола и ароматических углеводородов с девятью атомами углерода (С9) преобразуется в ксилолы. Водород подается к установке 96 трансалкилирования с тем, чтобы процессы диспропорционирования и трансалкилирования проходили в водородной атмосфере для минимизации образования кокса. Как показано, поток 98, включающий бензол и толуол, выходит из установки 62 трансалкилирования и после этого может быть передан к установке 80 экстрактивной дистилляции для удаления всех образовавшихся в ходе процессов трансалкилирования и диспропорционирования неароматических соединений. Кроме того, поток 99 толуола и ксилолов выходит из установки 62 трансалкилирования и направляется к колонне 90 дистилляции с разделительной перегородкой для отделения от ксилолов толуола.
Согласно описываемому в настоящем документе, раскрываются устройство и способ получения потока ароматических соединений С8 с выбранными количествами ароматических соединений С9. В данном устройстве применяются две установки фракционирования для получения обогащенной ароматическими соединениями С8 боковой фракции, включающей выбранное количество ароматических соединений С9, и получения тяжелой головной фракции, включающей остальные ароматические соединения С8. При использовании установки фракционирования для получения боковой фракции с ароматическими соединениями С8 и выбранным количеством ароматических соединений С9 достигается существенная экономия энергии. Эта экономия компенсирует относительно более высокую стоимость извлечения выбранного изомера ксилола из потока смешанных ксилолов, содержащего ароматические соединения С9.
Конкретные варианты осуществления изобретения
Хотя следующее далее описание приводится в отношении конкретных вариантов осуществления изобретения, специалистам будет понятно, что это описание предназначается лишь для иллюстрации, а не ограничения объема предшествующего описания и приложенной формулы изобретения.
Первое воплощение изобретения касается способа получения потока ароматических соединений С8 с выбранным количеством ароматических соединений С9, при этом данный способ включает этапы фракционирования потока углеводорода, включающего ароматические соединения С8 и ароматические соединения С9, на боковую фракцию, включающую часть ароматических соединений С8 и часть ароматических соединений С9, и нижнюю фракцию, включающую остальные ароматические соединения С8 и углеводороды С8+; фракционирование нижней фракции и получение тяжелой головной фракции, включающей остальные ароматические соединения С8; и объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции с получением объединенного потока, содержащего ароматические соединения С9 в количестве от 0,1 мас. % до 5 мас. %. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, в котором объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции приводит к образованию объединенного потока с содержанием ароматических соединений С9 от 1 мас. % до 2 мас. % от общей массы объединенного потока. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, в котором объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции приводит к образованию объединенного потока с содержанием ароматических соединений С9 в 1,6 мас. % от общей массы объединенного потока. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, в котором фракционирование потока углеводородов включает образование боковой фракции с содержанием ароматических соединений С9 менее 2 мас. % от общей массы боковой фракции. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, в котором фракционирование нижней фракции и образование тяжелой головной фракции, включающей остальные ароматические соединения С8, включает образование тяжелой головной фракции с содержанием ароматических соединений С9 менее 2,0 мас. % от общей массы тяжелой головной фракции. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, в котором фракционирование потока углеводородов включает образование боковой фракции с 90% ароматических соединений С8 в данном углеводородном потоке и образование нижней фракции с 10% ароматических соединений С8 в данном углеводородном потоке. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, в котором фракционирование потока углеводородов включает образование боковой фракции, содержащей не более 92% ароматических соединений С8 в данном углеводородном потоке. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, включающее, кроме того, выделение из объединенного потока выбранного изомера ксилола. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, включающее, кроме того, подачу объединенного потока, содержащего ароматические соединения С8 и ароматические соединения С9, к установке разделения, введение данного объединенного потока в контакт с адсорбентом в установке разделения и адсорбирование выбранного изомера ксилола из объединенного потока для получения потока экстракта и потока рафината, притом что поток экстракта содержит адсорбированный изомер ксилола и часть ароматических соединений С9, а поток рафината содержит невыбранные изомеры ксилола и оставшуюся часть ароматических соединений С9. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих в этом абзаце воплощений, начиная с первого воплощения в этом абзаце, включающее, кроме того, введение адсорбированного изомера ксилола в контакт с десорбентом и десорбцию выбранного изомера ксилола из адсорбента для получения потока десорбента и выбранного изомера ксилола; и разделение десорбента и выбранного изомера ксилола.
Второе воплощение изобретения относится к способу получения выбранного изомера ксилола, где данный способ включает этапы подачи потока углеводородов, содержащего ароматические соединения С8 и ароматические соединения С9, к установке фракционирования; получения из потока углеводородов боковой фракции, притом, что такая боковая фракция содержит ароматические соединения С8 и по меньшей мере 1 мас. % ароматических соединений С9 от общей массы боковой фракции; получения из потока углеводорода нижней фракции, притом, что такая нижняя фракция включает углеводороды С8+ и по меньшей мере 5% ароматических соединений С8 из потока углеводородов; подачу нижней фракции к установке фракционирования тяжелых ароматических соединений; получения из нижней фракции тяжелой головной фракции, притом, что данная тяжелая головная фракция содержит по существу все ароматические соединения С8 в нижней фракции; отделение выбранного изомера ксилола от боковой фракции и от тяжелой головной фракции для получения продукта выбранного изомера ксилола. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, включающее, кроме того, объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции для получения объединенного потока, имеющего содержание ароматических соединений С9 от 0,5 мас. % до 5 мас. % от общей массы объединенного потока. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, включающее, кроме того, объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции для получения объединенного потока, имеющего содержание ароматических соединений С9 от 1 мас. % до 2 мас. % от общей массы объединенного потока. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, включающее, кроме того, объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции для образования объединенного потока, имеющего в составе ароматические соединения С9 в количестве 1,6 мас. % от общей массы объединенного потока. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, в котором получение боковой фракции из потока углеводородов включает получение боковой фракции с содержанием ароматических соединений С9, составляющем менее 2 мас. % от общей массы боковой фракции. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, в котором получение из нижней фракции тяжелой головной фракции включает получение тяжелой головной фракции с содержанием ароматических соединений С9 менее 2,0 мас. % от общей массы тяжелой головной фракции. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, в котором получение боковой фракции из потока углеводородов включает получение боковой фракции с 90% ароматических соединений С8 в потоке углеводородов и при этом образование тяжелой головной фракции из нижней фракции включает получение тяжелой головной фракции с 10% ароматических соединений С8 в данном потоке углеводородов. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, в котором получение боковой фракции из потока углеводородов включает получение боковой фракции, содержащей не более 92% ароматических соединений С8 в данном углеводородном потоке. Воплощением изобретения может быть одно, любое или все из предшествующих воплощений в этом абзаце, начиная со второго воплощения в этом абзаце, в котором отделение выбранного изомера ксилола от боковой фракции и от тяжелой головной фракции для образования продукта, являющегося выбранным изомером ксилола, включает объединение боковой фракции и тяжелой головной фракции для получения объединенного потока смешанных ксилолов; подачу объединенного потока смешанных ксилолов, содержащего ароматические соединения С8 и ароматические соединения С9, к установке разделения; введение объединенного потока смешанных ксилолов в контакт с адсорбентом в установке разделения и адсорбирование выбранного изомера ксилола из объединенного потока смешанных ксилолов для получения потока экстракта и потока рафината, где поток экстракта содержит адсорбированный изомер ксилола и часть ароматических соединений С9, а поток рафината содержит невыбранные изомеры ксилола и остальную часть ароматических соединений С9; введение адсорбированного изомера ксилола в контакт с десорбентом и отделение выбранного изомера ксилола от адсорбента для образования потока десорбента и выбранного изомера ксилола; и разделение десорбента и выбранного изомера ксилола для получения продукта выбранного изомера ксилола. Третье воплощение изобретения является устройством для получения потока ароматических соединений С8 с выбранным количеством ароматических соединений С9, где данное устройство включает первую установку фракционирования, сконфигурированную для приема потока углеводородов, содержащего ароматические соединения С8, и получения головной фракции, включающей углеводороды С7-, боковой фракции, включающей от 80% до 95% ароматических соединений С8 из потока углеводородов, и нижней фракции, включающей от 5% до 20% ароматических соединений С8 из потока углеводородов, при этом боковая фракция имеет содержание ароматических соединений С9 от 1 мас. % до 2 мас. % от общей массы боковой фракции; вторую установку фракционирования, сконфигурированную для получения нижней фракцию и получения тяжелой головной фракции, содержащей по существу все ароматические соединения С8 из нижней фракции.
Хотя в вышеприведенном подробном описании был представлен по меньшей мере один иллюстративный пример осуществления, специалисту будет понятно, что существует большое количество возможных вариантов. Также следует понимать, что данный пример осуществления или примеры осуществления являются только примерами и никоим образом не предназначаются для какого-либо ограничения объема, применимости или конфигурации настоящего изобретения. Напротив, представленное выше подробное описание предоставит специалистам в данной области техники удобный план действия для реализации одного или нескольких воплощений изобретения, и при этом будет понятно, что без отступления от объема, как он представлен в прилагаемой формуле изобретения, в описанные в примере осуществления функции и порядок расположения элементов могут быть внесены различные изменения.