СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ЭТИЛБЕНЗОЛА Российский патент 2018 года по МПК C07C7/08 C07C15/73 

Техническая область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу отделения этилбензола от смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения посредством экстракционной дистилляции.

Предпосылки изобретения

Для разделения близкокипящих соединений обычно необходим способ, более сложный, чем стандартная дистилляция. Экстракционная дистилляция представляет собой один из способов, разработанных с этой целью. Его применяют в промышленных способах и он становится все более и более важным способом разделения в нефтехимической промышленности. Основное отличие экстракционной дистилляции состоит в том, что один новый растворитель с высокой точкой кипения, т. е. экстрагирующее средство, добавляют в компоненты, подлежащие разделению, с тем, чтобы увеличивать относительную летучесть целевых компонентов. Относительная летучесть представляет собой меру различия между давлением пара более летучего компонента и давлением пара менее летучего компонента в жидкой смеси. Это показывает степень способности к разделению двух компонентов в смеси. Помимо изменения относительной летучести, экстрагирующее средство также должно быть легко отделяемым от продуктов дистилляции, то есть желательна большая разница в точках кипения между экстрагирующим средством и компонентами, подлежащими разделению. Экстрагирующее средство играет важную роль в схеме экстракционной дистилляции. Следовательно, выбор подходящего экстрагирующего средства важен для предоставления эффективной и экономичной схемы.

Этилбензол представляет собой углеводородное соединение с большим коммерческим ием и значением. В основном, его применяют для получения стирола, который представляет собой промежуточное соединение для получения полистирола. Этилбензол можно получать в реакции алкилирования между бензолом и этиленом. Альтернативный путь получения этилбензола состоит в извлечении его из смеси углеводородов, содержащей этилбензол, которую в целом получают в качестве потока побочного продукта в некоторых нефтехимических способах. Смесь углеводородов, содержащая этилбензол, обычно также содержит одно или несколько углеводородных соединений с точкой кипения, близкой к точке кипения этилбензола, в частности, C₈ ароматические изомеры.

Предприняты попытки к отделению этилбензола от смеси углеводородов. В патенте GB 1,198,592 описан способ разделения 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 коэффициент обратного потока от 100 до 250:1 для того, чтобы достигать высокой чистоты получаемого этилбензола. Известно, что большая дистилляционная колонна имеет высокую стоимость конструкции, а высокий коэффициент обратного потока ведет к высокому потреблению энергии во время работы.

В патенте США 3,105,017 раскрыт способ разделения смеси C₈ ароматических углеводородов посредством дистилляции указанной смеси в присутствии соединения, содержащего одно бензольное кольцо, замещенное по кольцу по меньшей мере в двух положениях группой хлора, в условиях для отделения фракции, обогащенной этилбензолом. Однако этот способ все же не обеспечивает очень высокую эффективность отделения.

В патенте США 4,299,668 описан способ отделения этилбензола от пара-ксилола и/или мета-ксилола в ректификационной колонне в присутствии экстрагирующего средства, которое содержит пентахлорфенол в качестве основного компонента, смешанного с одним или несколькими другими соединениями. При комнатной температуре пентахлорфенол выглядит как белое кристаллическое твердое вещество с высокой температурой плавления и, следовательно, требует дополнительной стадии и энергии для растворения пентахлорфенола в подходящем растворителе перед применением в качестве экстрагирующего средства. Кроме того, пентахлорфенол чрезвычайно токсичен для человека при резкой экспозиции при глотании или вдыхании.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 представлен способ отделения этилбензола от смеси C₈ ароматических соединений согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Сущность изобретения

Теперь, к удивлению, обнаружено, что эффективность отделения при отделении этилбензола посредством экстракционной дистилляции смеси, содержащей этилбензол, можно усовершенствовать с помощью дистилляции смеси в присутствии экстрагирующего средства, которое содержит хлорированное ароматическое соединение и органическое соединение, выбранное из производных фурандиона и органических нитрилов.

Настоящее изобретение, следовательно, предусматривает усовершенствованный способ отделения этилбензола от смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, который включает дистилляцию смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, в присутствии экстрагирующего средства, где экстрагирующее средство содержит хлорированное ароматическое соединение и органическое соединение, выбранное из производных фурандиона и органических нитрилов.

Далее смесь, которая содержит C₈ ароматические соединения, также обозначают как «смесь C₈ ароматических соединений».

Способ в соответствии с настоящим изобретением демонстрирует эффективный способ для получения высокого выхода коммерчески чистого этилбензола и смешанных продуктов ксилола.

Подробное описание изобретения

В предпочтительном варианте осуществления способа по изобретению, по меньшей мере одно органическое соединение выбирают из

a) производных фурандиона в соответствии со следующей формулой:

в которой R¹ и R² независимо друг от друга представляют собой H или органическую группу, в которой R¹ и R² также могут быть соединены друг с другом для того, чтобы формировать кольцевую структуру, предпочтительно R¹ и R² независимо представляют собой H или углеводородную группу, где R¹ и R² также могут быть соединены друг с другом для того, чтобы формировать кольцевую структуру, более предпочтительно R¹ и R² представляют собой углеводороды и соединены друг с другом для того, чтобы формировать кольцевую структуру, еще более предпочтительно R¹ и R² представляют собой углеводороды и соединены друг с другом для того, чтобы формировать кольцевую структуру с тем, чтобы формировать ароматическую систему, конденсированную с кольцом фурана, и наиболее предпочтительно соединение фурандиона представляет собой фталевый ангидрид,

и

b) органические нитрилы в соответствии со следующей формулой:

в которой R представляет собой органическую группу, предпочтительно R представляет собой углеводородную группу, более предпочтительно R представляет собой алифатическую или ароматическую углеводородную группу, еще более предпочтительно R представляет собой C₁-C₁₂ алифатическую или ароматическую углеводородную группу, и наиболее предпочтительно органический нитрил представляет собой ацетонитрил или бензонитрил.

Таким образом, в особенно предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одно органическое соединение выбирают из фталевого ангидрида, ацетонитрила и бензонитрила.

Смесь C₈ ароматических соединений можно получать из различных нефтехимических способов. Предпочтительно, смесь C₈ ароматических соединений получают из способа извлечения ароматических соединений на паровых крекинг-установках или нефтеперегонных заводах, где фракция C₈ ароматических соединений главным образом содержит этилбензол с некоторыми другими соединениями в близкокипящем диапазоне. Различные источники предоставляют различные композиции потока смеси C₈ ароматических соединений.

В одном из вариантов осуществления смесь C₈ ароматических соединений содержит изомер ксилола, выбранный из орто-ксилола, мета-ксилола, пара-ксилола или их смеси.

В конкретном варианте осуществления смесь C₈ ароматических соединений дополнительно может содержать бензол, толуол, стирол, C₈ неароматические соединения, C₉ неароматические соединения или их смесь. Боле подходящим образом смесь C₈ ароматических соединений содержит меньше чем 5 процентов по массе неароматических соединений для того, чтобы получать продукт этилбензол высокой чистоты, например, с чистотой выше чем 90% масс., предпочтительно с чистотой выше чем 99% масс.

Способ по настоящему изобретению можно применять к смеси C₈ ароматических соединений с широким диапазоном содержаний этилбензола. Однако очень низкое содержание этилбензола может снижать экономическую привлекательность способа.

В одном из вариантов осуществления смесь C₈ ароматических соединений содержит от 5 до 99 процентов этилбензола по массе, предпочтительно от 20 до 95 процентов этилбензола по массе, более предпочтительно от 30 до 85 процентов этилбензола по массе.

Кроме того, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, продукт этилбензол содержит больше чем 80 процентов этилбензола по массе, предпочтительно больше чем 90 процентов этилбензола по массе, более предпочтительно больше чем 95 процентов этилбензола по массе и еще более предпочтительно больше чем 99 процентов этилбензола по массе.

Экстрагирующее средство, применяемое в настоящем изобретении, содержит хлорированное ароматическое соединение и органическое соединение, выбранное из производных фурандиона и органических нитрилов в любом из описанных выше вариантов осуществления, предпочтительно выбрано из фталевого ангидрида, ацетонитрила и бензонитрила. Эти соединения выбирали на основании многих экспериментальных результатов и тщательного анализа. Экстрагирующее средство должно увеличивать относительную летучесть компонентов, присутствующих в смеси C₈ ароматических соединений, насколько это возможно. Одновременно, экстрагирующее средство должно быть способно к извлечению и повторному применению для того, чтобы способ был экономически более привлекательным.

В одном из вариантов осуществления хлорированное ароматическое соединение содержит, предпочтительно состоит из, хлорированный бензол, выбранный из хлорбензола, дихлорбензолов, трихлорбензолов, тетрахлорбензолов, пентахлорбензола и гексахлорида бензола, предпочтительно трихлорбензолов.

В конкретном варианте осуществления хлорированное ароматическое соединение содержит, предпочтительно состоит из, трихлорбензол, выбранный из 1,2,3-трихлорбензола, 1,2,4-трихлорбензола и 1,3,5-трихлорбензола, предпочтительно 1,2,4-трихлорбензола.

Можно применять любое соотношение пропорционального смешения компонентов в экстрагирующем средстве. Подходящую композицию можно применять для достижения более эффективного разделения. В предпочтительном варианте осуществления экстрагирующее средство содержит от 1 до 50 процентов органического соединения по массе, предпочтительно от 1 до 30 процентов органического соединения по массе и еще более предпочтительно от 2 до 25 процентов органического соединения по массе.

Применяемое количество экстрагирующего средства должно быть достаточным для того, чтобы усовершенствовать относительную летучесть смеси C₈ ароматических соединений на всем протяжении дистилляционной колонны. В конкретном варианте осуществления массовое соотношение экстрагирующего средства и смеси C₈ ароматических соединений находится в диапазоне от 0,2:1 до 20:1, предпочтительно от 0,5:1 до 12:1, более предпочтительно от 1:1 до 10:1.

Способ в соответствии с настоящим изобретением можно проводить или в безводной или в гидратированной среде. Для того чтобы создавать гидратированную среду, воду или пар добавляют в способ по изобретению. Таким образом, в одном из вариантов осуществления в способе по изобретению дистилляцию C₈ смеси осуществляют в присутствии воды или пара.

Предпочтительно, в этом варианте осуществления в способе по изобретению добавляют от 0,01 до 10 массовых частей воды на 100 массовых частей экстрагирующего средства, более предпочтительно добавляют от 0,05 до 10 массовых частей воды на 100 массовых частей экстрагирующего средства и наиболее предпочтительно добавляют от 0,5 до 5 массовых частей воды на 100 массовых частей экстрагирующего средства.

В одном предпочтительном варианте осуществления экстрагирующее средство извлекают и повторно применяют, чтобы сделать способ экономически более привлекательным.

Образцовая процедура для осуществления способа в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения объяснена далее в настоящем документе со ссылкой на фиг. 1.

На фиг. 1 представлен способ отделения этилбензола от смеси C₈ ароматических соединений согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. В конкретном варианте осуществления, в котором смесь C₈ ароматических соединений содержит этилбензол и по меньшей мере один изомер ксилола, выбранный из орто-ксилола, мета-ксилола и пара-ксилола, отделение можно осуществлять посредством введения смеси C₈ ароматических соединений в дистилляционную колонну 10 через трубопровод 11. Внутренние части дистилляционной колонны 10 можно выбирать различным образом, чтобы получать желаемую эффективность, например, дистилляционную колонну 10 можно заполнять множеством уплотненных слоев или тарелок. Температуру смеси C₈ ароматических соединений можно корректировать, при необходимости, посредством управления теплообменником 12. Экстрагирующее средство, содержащее хлорированное ароматическое соединение и органическое соединение, выбранное из производного фурандиона и органического нитрила, предпочтительно выбранное из фталевого ангидрида, ацетонитрила и бензонитрила, одновременно вводят в дистилляционную колонну 10 через трубопровод 13. Выбранные компоненты предварительно смешивают в желаемую композицию экстрагирующего средства прежде, чем его вводят в дистилляционную колонну 10. Альтернативно, предварительно определяемое количество каждого компонента экстрагирующего средства можно подавать отдельно в дистилляционную колонну 10. Когда гидратированная среда является желаемой, предварительно определяемое количество воды или пара можно предварительно смешивать в композицию экстрагирующего средства или отдельно подавать в дистилляционную колонну 10. Экстрагирующее средство предпочтительно создает смесь с более высокой точкой кипения с по меньшей мере одним изомером ксилола, которая подлежит перегонке вниз дистилляционной колонны 10, тогда как более легкокипящий этилбензол, который обладает нулевой или более низкой аффинностью к экстрагирующему средству, будет отогнан вверх дистилляционной колонны 10.

Головной продукт, обогащенный этилбензолом, отводят из верхней части дистилляционной колонны 10 через трубопровод 14. Этот поток головного продукта можно полностью пропускать в хранилище. В более общем случае этот головной продукт конденсируют в конденсаторе 15. Часть конденсированного головного потока возвращают в дистилляционную колонну 10 в виде обратного потока через трубопровод 16, тогда как другую часть конденсированного головного продукта собирают в виде продукта этилбензол или пропускают в другие блоки обработки через трубопровод 17. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, продукт этилбензол содержит больше чем 80 процентов этилбензола по массе, предпочтительно больше чем 90 процентов этилбензола по массе, более предпочтительно больше чем 95 процентов этилбензола по массе и наиболее предпочтительно больше чем 99 процентов этилбензола по массе.

Кубовой продукт, содержащий экстрагирующее средство и по меньшей мере один изомер ксилола отводят из нижней части дистилляционной колонны 10 через трубопровод 18. Этот кубовой продукт можно пропускать в хранилище или применять в других способах. Предпочтительно, часть кубового продукта нагревают в теплообменнике 19 и возвращают в дистилляционную колонну 10 и другую часть кубового продукта пропускают в регенерационную колонну 20 через трубопровод 21. Температуру кубового продукта, проходящего в регенерационную колонну 20 можно надлежащим образом корректировать посредством управления теплообменником 22. Условия работы регенерационной колонны 20 предпочтительно корректируют для осуществления разделения между экстрагирующим средством и по меньшей мере одним изомером ксилола.

Головной продукт, который преимущественно содержит по меньшей мере один изомер ксилола, отводят из верхней части регенерационной колонны 20 через трубопровод 23. Предпочтительно, этот головной продукт можно по меньшей мере частично конденсировать в конденсаторе 24. Часть конденсированного головного продукта возвращают в регенерационную колонну 20 в виде обратного потока через трубопровод 25 и другую часть конденсированного головного продукта собирают в виде смешанных продуктов ксилолов через трубопровод 26.

Кубовой продукт, который преимущественно содержит экстрагирующее средство, отводят из нижней части регенерационной колонны 20 через трубопровод 27. Предпочтительно, часть этого кубового продукта нагревают в теплообменнике 28 и возвращают в регенерационную колонну 20 и другую часть этого кубового продукта повторно применяют в дистилляционной колонне 10 через трубопровод 29.

Дополнительное оборудование, такое как теплообменник, насос или компрессор, можно добавлять в любое подходящее местоположение в технологической системе для того, чтобы должным образом корректировать условия способа. Подходящие размеры и конфигурацию всего оборудования в способе может модифицировать средний специалист в данной области для соответствия точной композиции смеси углеводородов, экстрагирующего средства и конкретным применяемым условиям работы.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Определяли эффективности отделения для различных экстрагирующих средств. Эксперименты проводили в аппарате для определения равновесия между паром и жидкостью (FISCHER® VLE 602) посредством введения подаваемой смеси C₈ углеводородов, содержащей 60% масс. этилбензола, 10% масс. пара-ксилола, 20% масс. мета-ксилола и 10% масс. орто-ксилола, и выбранного экстрагирующего средства в аппарат при соотношении экстрагирующего средства и подаваемого потока 5:1 по массе. Температуру постепенно повышали до тех пор, пока не достигали равновесия между паром и жидкостью. Давление составляло 500 мбар. В целях сравнения тестировали различные экстрагирующие средства. Результаты тестов представлены в таблице 1.

Значения относительной летучести, представленные в таблице 1, вычисляли с помощью следующего уравнения (1).

В котором

α_i,j представляет собой относительную летучесть между этилбензолом и п-ксилолом,

y_i представляет собой долю массы пара этилбензола,

x_i представляет собой долю массы жидкости этилбензола,

y_j представляет собой долю массы пара п-ксилола и

x_j представляет собой долю массы жидкости п-ксилола.

Таблица 1

Экстрагирующее средство Относительная летучесть Нет 1,080 100% масс. 1,2,4-трихлорбензола 1,150 95% масс. 1,2,4-трихлорбензола и 5% масс. фталевого ангидрида 1,154 95% масс. 1,2,4-трихлорбензола и 5% масс. ацетонитрила 1,180 95% масс. 1,2,4-трихлорбензола и 5% масс. бензонитрила 1,158 95% масс. 1,2,4-трихлорбензола и 10% масс. ацетонитрила 1,200 95% масс. 1,2,4-трихлорбензола, 5% масс. ацетонитрила и 1 массовая часть воды на 100 частей экстрагирующего средства 1,257

Пример 2

Эффект, оказываемый на соотношение подаваемого потока и другого экстрагирующего средства, определяли с применением того же аппарата и способа тестирования, как описано в примере 1, но выбранное экстрагирующее средство представляло собой 95% масс. 1,2,4-трихлорбензола и 5% масс. ацетонитрила, и соотношение экстрагирующего средства и подаваемого потока варьировало от 1:1 до 5:1 по массе. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Соотношение экстрагирующего средства и подаваемого потока (масс.:масс.) Относительная летучесть 1:1 1,152 3:1 1,170 5:1 1,180

Предложен способ отделения этилбензола от смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, который включает: дистилляцию смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, в присутствии экстрагирующего средства; в котором экстрагирующее средство содержит хлорированное ароматическое соединение и органическое соединение, выбранное из производных фурандиона и органических нитрилов. Технический результат – эффективное отделение этилбензола. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр., 2 табл.

1. Способ отделения этилбензола от смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, который включает:

дистилляцию смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, в присутствии экстрагирующего средства;

в котором экстрагирующее средство содержит хлорированное ароматическое соединение и органическое соединение, выбранное из производных фурандиона и органических нитрилов.

2. Способ по п. 1, в котором органическое соединение выбирают из фталевого ангидрида, ацетонитрила и бензонитрила или их смеси.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором смесь, которая содержит C₈ ароматические соединения, содержит изомер ксилола, выбранный из орто-ксилола, мета-ксилола, пара-ксилола или их смеси.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором хлорированное ароматическое соединение содержит хлорированный бензол, выбранный из дихлорбензола, трихлорбензола, тетрахлорбензола, пентахлорбензола и гексахлорида бензола, предпочтительно трихлорбензол.

5. Способ по п. 4, в котором трихлорбензол выбирают из 1,2,3-трихлорбензола, 1,2,4-трихлорбензола и 1,3,5-трихлорбензола, предпочтительно представляет собой 1,2,4-трихлорбензол.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором экстрагирующее средство содержит от 1 до 50 процентов органического соединения по массе, предпочтительно от 1 до 30 процентов органического соединения по массе, более предпочтительно от 2 до 25 процентов органического соединения по массе.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором массовое соотношение экстрагирующего средства и смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, находится в диапазоне от 0,2:1 до 20:1, предпочтительно от 0,5:1 до 12:1, более предпочтительно от 1:1 до 10:1.

8. Способ по п. 1, в котором дистилляцию смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, осуществляют в присутствии воды или пара.

9. Способ по п. 8, в котором дистилляцию смеси, которая содержит C₈ ароматические соединения, осуществляют в присутствии от 0,01 до 10 массовых частей воды или пара на 100 массовых частей экстрагирующего средства, предпочтительно от 0,5 до 10 массовых частей.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором экстрагирующее средство извлекают и повторно применяют.