СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ СМЕСИ C8 АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК C07C7/08 C07C7/04 C07C15/73 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к способу отделения этилбензола в смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение посредством экстракционной дистилляции.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Этилбензол представляет собой углеводородное соединение с высоким коммерческим применением и значением. В основном, его применяют для получения стирола, который представляет собой промежуточное соединение для получения полистирола. Этилбензол коммерчески получают алкилированием бензола этиленом. Однако, экономические и конкурентные потребности в этилене и бензоле побуждают к новым попыткам получать этилбензол из различных C₈ ароматических сырьевых потоков, которые уже содержат этилбензол. Такие сырьевые потоки в целом получают в виде потока побочного продукта в некоторых нефтехимических способах, и обычно они содержат этилбензол и одно или несколько углеводородных соединений с точкой кипения, близкой к точке кипения этилбензола, в частности C₈ ароматических изомеров.

Известны способы разделения этилбензола и других близкокипящих C₈ ароматических соединений, в частности изомеров ксилола.

Например, в US 3,917,734 раскрыт способ адсорбционного отделения для отделения этилбензола от подаваемой смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере один изомер ксилола, этот способ включает приведение подаваемой смеси в контакт с кристаллическим алюмосиликатным адсорбентом для того, чтобы избирательно адсорбировать изомеры ксилола при существенном исключении этилбензола, и после этого извлечение очищенного этилбензола в качестве продукта. Эффективность отделения в этом способе главным образом основана на адсорбционной емкости адсорбента и, следовательно, предпочтительна комплексная эксплуатация противоточной системы с движущимся слоем. Также необходимо тщательно контролировать содержание примесей в сырьевом потоке для того, чтобы предотвращать взаимное влияние со способом избирательной адсорбции.

Конечно, этилбензол можно отделять от изомеров ксилола посредством фракционирования, но поскольку точки кипения очень близки друг к другу, фракционирования можно достичь только с применением более сложных и энергоемких систем.

В GB 1,198,592 раскрыт способ отделения C₈ ароматических изомеров с применением одной полифункциональной дистилляционной колонны. Дистилляцию осуществляют в многотарельчатой колонне, которая имеет по меньшей мере 250 и предпочтительно 365 тарелок и коэффициентом обратного потока от 100 до 250:1 для того, чтобы достигать коммерчески приемлемой чистоты этилбензола.

Экстракционная дистилляция представляет собой способ отделения близкокипящих соединений друг от друга посредством осуществления дистилляции в присутствии добавленного растворителя или так называемого экстрагирующего средства. Присутствие указанного экстрагирующего средства в дистилляционной системе изменяет относительную летучесть и, следовательно, делает возможным отделение близкокипящих соединений в более высокой степени.

В US 3,105,017 раскрыт способ отделения этилбензола от изомеров ксилола посредством экстракционной дистилляции в присутствии соединения, содержащего одно бензольное кольцо, которое замещено по кольцу по меньшей мере в двух положениях группой хлора, при условиях для отделения фракции, обогащенной этилбензолом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение включает альтернативный и усовершенствованный способ получения этилбензола посредством извлечения его из потока смеси углеводородов. Способ включает дистилляцию смеси, которая содержит этилбензол и C₈ ароматическое соединение, в дистилляционной колонне в присутствии экстракционного растворителя и работу при давлении ниже атмосферного.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу экстракционной дистилляции для отделения этилбензола, который включает дистилляцию смеси, которая содержит этилбензол и C₈ ароматическое соединение, в дистилляционной колонне в присутствии экстракционного растворителя и работу при давлении ниже атмосферного.

Этилбензол обычно содержится в потоке углеводородов, который содержит преимущественно C₈ углеводородные соединения. Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет эффективно отделять этилбензол от его близкокипящих соединений, в частности, C₈ ароматических соединений. В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение содержит соединение, выбранное из п-ксилола, м-ксилола, о-ксилола и их смеси. Смесь дополнительно может содержать другие компоненты, в частности, углеводороды в диапазоне от C₅ до C₁₀, как ароматического, так и неароматического типа. Например, смесь может содержать небольшие количества бензола, толуола, стирола и C₅-C₁₀ парафины, олефины или нафтены. Сумма этих остальных компонентов в смеси предпочтительно составляет меньше чем 20% масс., более предпочтительно меньше чем 15% масс., даже более предпочтительно меньше чем 10% масс. и наиболее предпочтительно меньше чем 5% масс.

Растворитель, который можно применять в качестве экстракционного растворителя, должен быть способен изменять относительную летучесть компонентов в системе, представляющей интерес. Кроме того, он должен иметь надлежащую разность точек кипения в отношении компонентов в сырьевом потоке для того, чтобы их было удобно извлекать и повторно применять. Экстракционный растворитель, подходящий для настоящего изобретения, имеет точку кипения выше 150°C, предпочтительно 151-290°C. Многие органические соединения можно отнести к экстракционному растворителю для настоящего изобретения. В одном из вариантов осуществления экстракционный растворитель содержит органическое соединение, выбранное из Cl-содержащих соединений, S-содержащих соединений, N-содержащих соединений, O-содержащих соединений и их смеси.

Cl-содержащее соединение можно выбирать из 2,4-дихлорбензола, 1,2,4-трихлорбензол, 1,2,4,5-тетрахлорбензола, полихлорбензолов, гексахлорида бензола, 2,3,4,6-тетрахлорфенола, 1,2,3-трихлорпропана и их смесей, предпочтительно 1,2,3-трихлорбензола и 1,2,4-трихлорбензола.

S-содержащее соединение можно выбирать из диметилсульфоксида, сульфолана, метилсульфолана и их смесей.

N-содержащее соединение можно выбирать из N-формилморфолина, анилина, 2-пиролидинона, хинолона, Н-метил-2-пирролидона, Н-метиланилина, бензонитрила, нитробензола и их смесей.

O-содержащее соединение можно выбирать из метилсалицилата, метилбензоата, Н-метил-2-пирроидона, 1,2-пропандиола, 1,2-бутандиола, 1,3-бутандиола, бензальдегида, фенола, тетрагидрофурфурилового спирта, диэтилмалеата, этилацетоацетата, 4-метоксиацетофенона, изофорона, 5-метил-2-гексанона, 2-гептанона, циклогексанона, 2-октанона, 2-нонанона, 3-гептанона, диизобутилкетона, 5-нонанона, бензилового спирта и их смесей.

Предпочтительно экстракционный растворитель содержит Cl-содержащее соединение. Более предпочтительно, экстракционный растворитель содержит Cl-содержащее соединение, выбранное из 1,2,3-трихлорбензола и 1,2,4-трихлорбензола, наиболее предпочтительно 1,2,4-трихлорбензола.

К удивлению обнаружено, что снижение рабочего давления дистилляционной колонны в соответствии с настоящим изобретением до уровня ниже атмосферного может значительно усовершенствовать эффективность отделения этилбензола. В частности, к удивлению обнаружено, что при работе дистилляционной колонны при давлении ниже атмосферного достигают высокой эффективности отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение. Однако слишком низкое вакууметрическое давление может вести к чрезвычайно высокой скорости потока пара и, таким образом, снижать в колонне эффективность упаковки или тарелок. В одном из вариантов осуществления давление ниже атмосферного находится в диапазоне от 10 до 900 мбар, предпочтительно от 50 до 500 мбар, более предпочтительно от 100 до 300 мбар.

Дистилляционная колонна работает при рассредоточенной температуре от верхней части до нижней части колонны, что позволяет перегонять более летучую фракцию, в этом случае этилбензол, вверх и перегонять менее летучую фракцию вниз колонны и ведет к желаемому отделению. В предпочтительном варианте осуществления дистилляционная колонна работает при температуре в диапазоне от 50 до 250°C, предпочтительно от 60 до 200°C, еще более предпочтительно от 70 до 180°C.

Массовое соотношение экстракционного растворителя и смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, в дистилляционной колонне предпочтительно находится в диапазоне от 1:1 до 10:1, предпочтительно от 2:1 до 8:1 и наиболее предпочтительно от 3:1 до 7:1.

Предпочтительно способ по настоящему изобретению можно осуществлять в гидратированной среде. Для того чтобы создавать гидратированную среду, воду и/или пар можно добавлять в дистилляционную колонну, предпочтительно в количестве от 0,1 до 25% масс. на основании массового расхода применяемого экстракционного растворителя.

В определенных вариантах осуществления дополнительный растворитель можно применять, посредством введения в дистилляционную колонну, чтобы дополнительно модифицировать относительную летучесть этилбензола и его близкокипящего компонента, подлежащих отделению. Дополнительный растворитель можно выбирать из Cl-содержащих, S-содержащих, N-содержащих и O-содержащих соединений или их смесей. Предпочтительно, дополнительный растворитель выбирают из группы, состоящей из хлороформа, тетрахлорида углерода, диметиламина, диэтиламина, ацетонитрила, ацетальдегида, 1-пропаналя, метилизопропилкетона, 3-метил-2-пентанона, 3,3-диметил-2-бутанона, 2-пентанона, 2-метилпропаналя, 1-бутаналя, циклопентанона, ацетона, этанола и их смесей. Обычно, дополнительный растворитель вводят в дистилляционную колонну одновременно со смесью, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение.

Вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно может включать отведение головного потока, обогащенного этилбензолом относительно смеси, поступающей в дистилляционную колонну, из верхней части дистилляционной колонны. Этот богатый этилбензолом поток можно непосредственно направлять в способ ниже по технологической цепи, для которого необходим этилбензол в качестве сырья. В более конкретном случае богатый этилбензолом поток можно подвергать дополнительной обработке, такой как дополнительная очистка, прежде, чем поступать в какой-либо промышленный способ ниже по технологической цепи, для которого необходим более очищенный этилбензол. В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере часть головного потока, обогащенного этилбензолом, конденсируют и возвращают в дистилляционную колонну в виде обратного потока. Концентрация этилбензола в головном потоке может широко варьировать в соответствии с применяемыми условиями работы.

Способ по настоящему изобретению также дополнительно может включать отведение кубового потока из нижней части дистилляционной колонны. Этот кубовой поток предпочтительно обеднен этилбензолом и преимущественно содержит экстракционный растворитель и C₈ ароматическое соединение, более тяжелое, чем этилбензол. Предпочтительно кубовой поток направляют в последующий отделительный блок, чтобы извлекать экстракционный растворитель и получать C₈ ароматический продукт из этого потока. Затем извлеченный экстракционный растворитель повторно применяют в дистилляционной колонне. В конкретном варианте осуществления, где C₈ ароматическое соединение содержит значительную часть п-ксилола, когда применяют оптимизированные условия работы, C₈ ароматический продукт может содержать меньше чем 20% масс. этилбензола, и его дополнительно можно применять как сорт смешанных изомеров ксилола.

Настоящее изобретение также относится к применению давления ниже атмосферного в дистилляционной колонне в способе дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, чтобы увеличивать эффективность отделения, чтобы, например, можно было снижать коэффициент обратного потока.

Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно проиллюстрированы в следующем примере без ограничения изобретения, как заявлено.

ПРИМЕР

Пример 1

Компьютерную симуляцию выполняли с применением программного обеспечения для симуляции «Aspen HYSYS®», которое симулирует подачу сырьевого потока, содержащего 64,93% масс. этилбензола, 7,9% масс. п-ксилола, 18,14% масс. м-ксилола и 9,02% масс. о-ксилола со скоростью подачи 15000 кг/ч в экстракционную дистилляционную колонну, которая имеет 130 ступеней. Различные экстракционные растворители, как показано в таблице 1, вводили в экстракционную дистилляционную колонну на ступени 7, т. е. в местоположении выше точки введения сырьевого потока на ступени 74. В качестве сравнительных примеров проводили симуляции, где не вводят растворитель. Рабочие температуры симулировали на протяжении колонны в диапазоне от 75°C до 175°C. Симулировали давление в колонне 200 мбар и 1000 мбар, соответственно (см. далее таблицу 1). Массовое соотношение растворителя и сырьевого потока фиксировали равным 5:1. Модель симуляции дополнительно содержала такие особенности, что богатый этилбензолом поток отводили в верхней части колонны и обедненный этилбензолом поток отводили в нижней части колонны. Симулировали возвращение части богатого этилбензолом потока из верхней части колонны в колонну в виде обратного потока с коэффициентом обратного потока 8,5.

В таблице 1 можно видеть, что при снижении давления в дистилляционной колонне с 1000 мбар до 200 мбар, т. е. до давления ниже атмосферного, усовершенствовали эффективность отделения в способе. В частности, при снижении давления в колонне значительно повышали концентрацию этилбензола в головном потоке, даже если не применять растворитель.

Далее в таблице 1 TCB представляет собой 1,2,4-трихлорбензол, NMP представляет собой Н-метил-2-пирролидон и NFM представляет собой N-формилморфолин.

Таблица 1

Растворитель Концентрация ЭБ в головной части Концентрация ЭБ в головной части % масс. % масс. ДАВЛЕНИЕ В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ [мбар] 200 1000 БЕЗ РАСТВОРИТЕЛЯ 89,04 84,71 TCB 99,78 96,22 НИТРОБЕНЗОЛ 99,99 99,99 БЕНЗОНИТРИЛ 86,85 84,60 ИЗОФОРОН 98,93 93,64 МЕТИЛ-САЛИЦИЛАТ 98,90 94,53 БЕНЗАЛЬДЕГИД 94,20 90,85 СУЛЬФОЛАН 99,99 99,96 NMP 99,98 99,84 NFM 99,99 99,98

Изобретение относится к способу дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, который включает дистилляцию указанной смеси в дистилляционной колонне в присутствии экстракционного растворителя. Причем массовое соотношение экстракционного растворителя к смеси, содержащей этилбензол, находится в диапазоне от 1:1 до 10:1. Способ характеризуется тем, что дистилляционная колонна работает при давлении ниже атмосферного в диапазоне от 50 до 500 мбар и при температуре в диапазоне от 70 до 180°C. Также изобретение относится к применению давления ниже атмосферного в дистилляционной колонне в способе дистилляционного отделения этилбензола. Изобретение позволяет отделять этилбензол более эффективно. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Способ дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, который включает дистилляцию указанной смеси в дистилляционной колонне в присутствии экстракционного растворителя, причем массовое соотношение экстракционного растворителя к смеси, содержащей этилбензол, находится в диапазоне от 1:1 до 10:1, который отличается тем, что дистилляционная колонна работает при давлении ниже атмосферного в диапазоне от 50 до 500 мбар и при температуре в диапазоне от 70 до 180°C.

2. Способ по п. 1, в котором экстракционный растворитель имеет точку кипения выше 150°C.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором экстракционный растворитель содержит органическое соединение, выбранное из Cl-содержащих соединений, S-содержащих соединений, N-содержащих соединений, O-содержащих соединений и их смеси.

4. Способ по п. 3, в котором Cl-содержащее соединение выбирают из 2,4-дихлорбензола, 1,2,3-трихлорбензола, 1,2,4-трихлорбензола, 1,2,4,5-тетрахлорбензола, полихлорбензолов, гексахлорида бензола, 2,3,4,6-тетрахлорфенола, 1,2,3-трихлорпропана.

5. Способ по п. 3 или 4, в котором S-содержащее соединение выбирают из диметилсульфоксида, сульфолана, метилсульфолана и их смесей.

6. Способ по любому из пп. 3-5, в котором N-содержащее соединение выбирают из N-формилморфолина, анилина, 2-пиролидинона, хинолона, н-метил-2-пирролидона, н-метиланилина, бензонитрила, нитробензола и их смесей.

7. Способ по любому из пп. 3-6, в котором O-содержащее соединение выбирают из метилсалицилата, метилбензоата, н-метил-2-пирроидона, 1,2-пропандиола, 1,2-бутандиола, 1,3-бутандиола, бензальдегида, фенола, тетрагидрофурфурилового спирта, диэтилмалеата, этилацетоацетата, 4-метоксиацетофенона, изофорона, 5-метил-2-гексанона, 2-гептанона, циклогексанона, 2-октанона, 2-нонанона, 3-гептанона, диизобутилкетона, 5-нонанона, бензилового спирта и их смесей.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором давление ниже атмосферного находится в диапазоне от 100 до 300 мбар.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором массовое соотношение экстракционного растворителя и смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, находится в диапазоне от 2:1 до 8:1.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором массовое соотношение экстракционного растворителя и смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, находится в диапазоне от 3:1 до 7:1.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение содержит соединение, выбранное из п-ксилола, м-ксилола, о-ксилола или их смеси.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, где способ включает добавление воды и/или пара в дистилляционную колонну.

13. Способ по п. 12, в котором воду и/или пар добавляют в количестве от 0,1 до 25% масс. на основании массового расхода применяемого экстракционного растворителя.

14. Применение давления ниже атмосферного в дистилляционной колонне в способе дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, с использованием экстракционного растворителя, причем давление ниже атмосферного находится в диапазоне от 50 до 500 мбар и при температуре в диапазоне от 70 до 180°C для увеличения эффективности отделения.