ГЕКСАН В КАЧЕСТВЕ ПОБОЧНОГО ПРОДУКТА УСТАНОВКИ ИЗОМЕРИЗАЦИИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ КОЛОННУ С РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ СТЕНКОЙ Российский патент 2023 года по МПК C10G7/00 B01D3/14 C07C7/04 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка на патент испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/848,217, поданной 15 мая 2019, полное раскрытие которой посредством ссылки включено в настоящий документ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Гексан высокой чистоты представляет собой легкий дистиллят с очень узким интервалом кипения. Он используется в качестве растворителя в процессах экстракции растительного масла, полимерных процессах, а также в лекарственной и фармацевтической промышленности. Продукт с определенной температурой кипения (SBP), обычно состоящий из углеводородов с 5-10 атомами углерода и имеющий диапазон температур перегонки от 55°С до 155°С, также является легким дистиллятом, используемым в лакокрасочной промышленности.

[0003] Традиционно гексан и продукт SBP получают методом экстракции растворителем. На ФИГ. 1 показана стандартная технологическая схема 100 процесса экстракции растворителем для получения гексана и продукта SBP путем выполнения экстракции фракции нафты (с начальной точкой кипения «IВР» 140°С) с использованием растворителя. Растворитель и нафту подают в экстракционную колонну 102. Растворитель избирательно извлекает ароматические углеводороды из нафты, образуя поток с низким содержанием ароматических углеводородов, называемый рафинатом. Рафинат из экстракционной колонны 102 подают в промывочную колонну 104 для рафината, где рафинат промывают водой для удаления следов растворителя из рафината. Затем деароматизированная нафта, полученная таким образом, обрабатывается в установке для удаления меркаптана 106 для соответствия техническим требованиям по сере. Затем деароматизированную нафту фракционируют в последовательности из трех отгонных колонн 108, 110, 112 для получения требуемых фракций гексана и продукта SBP. Несмотря на то, что в процессе по ФИГ. 1 получают гексан, его качество неудовлетворительное. Например, содержание бензола и серы в гексане, полученном способом экстракции растворителем по ФИГ. 1, является высоким (макс. 500 частей на миллион по массе и 5 частей на миллион по массе соответственно).

[0004] Обработка путем изомеризации насыщает бензол и повышает октановое число легкой фракции нафты (температура кипения <80°С). На ФИГ. 2 показана стандартная технологическая схема 200 процесса изомеризации. Как показано на ФИГ. 2, сырье и рециркулирующий газ 202 из компрессора 204 рециркулирующего газа (RGC) предварительно нагреваются в теплообменнике 206 входного-выходного потоков реактора до желаемой температуры перед направлением в последовательность реакторов, например, реактор I («RI») 208 и реактор II («RII» 210), в которых происходит насыщение ароматических углеводородов и превращение нормальных парафинов в изопарафины. Газ и жидкость в выходящем из реактора потоке разделяются в сепараторе 212 продуктов. Газ 214 из сепаратора 212 продуктов возвращается обратно с использованием компрессора 204 рециркулирующего газа (RGC) в реакционную секцию после добавления подпиточного водорода с использованием компрессора 216 подпиточного газа (MUG). Жидкость из сепаратора 212 продуктов направляется в стабилизатор 218 для стабилизации путем удаления газа и сжиженного нефтяного газа (LPG) из жидкости. Затем стабилизированный изомеризат разделяют в колонне 220 деизогексанизации (ДИГ) для получения изомеризата, соответствующего спецификации октана и т.п. Полученный таким образом изомеризат является компонентом смеси бензинового пула нефтеперерабатывающего завода. Схема 200 процесса изомеризации позволяет получить в качестве желаемого продукта только изомеризат.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Настоящее изобретение относится к системе колонны с разделительной стенкой для производства гексана, причем система колонны с разделительной стенкой содержит: колонну с разделительной стенкой, содержащую разделительную стенку, которая разделяет колонну с разделительной стенкой по меньшей мере частично на первую и вторую стороны, причем одна из первой и второй сторон предпочтительно выполнена с возможностью работы в качестве колонны деизогексанизации, а другая сторона из первой и второй сторон предпочтительно выполнена с возможностью работы в качестве гексановой колонны для получения гексана.

[0006] Предпочтительно во время работы этой системы колонны с разделительной стенкой производство гексана высокой чистоты включает получение узкой фракции потока, обогащенного гексаном (32-45 вес.% n-С₆). Поскольку исходный продукт состоит из множества компонентов (например, парафинов С₅, С₆, изопарафинов С₆ и нафтенов С₆) с одинаковой относительной летучестью, процесс производства гексана высокой чистоты является весьма энергоемким. Использование технологии колонны с разделительной стенкой (DWC) значительно повышает эффективность этого процесса, позволяя проводить разделение в одной и той же секции колонны, избегая обратного смешивания наиболее тяжелых компонентов со среднекипящими компонентами. Благодаря разделению колонны с каждой стороны доступно достаточное количество тарелок для способствования эффективному разделению компонентов. По сравнению с двухколонной технологической схемой, схема колонны с разделительной стенкой (DWC) требует меньше энергии и меньше оборудования для того же самого разделения. Следовательно, колонна с разделительной стенкой (DWC) повышает рентабельность производства гексана высокой чистоты. В частности, эксплуатационные расходы примерно на 20%-70% ниже, чем эксплуатационные расходы процесса экстракции растворителем, такого как показанный на ФИГ. 1.

[0007] В соответствии с конкретным предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения система колонны с разделительной стенкой также содержит установку доочистки гексана, соединенную с колонной с разделительной стенкой, так что гексан, полученный в колонне с разделительной стенкой, передается в установку доочистки гексана, причем установка доочистки гексана содержит реактор доочистки гексана для гидрогенизации по меньшей мере части бензола, содержащегося в полученном гексане. Устройство для доочистки гексана означает в соответствии с настоящим изобретением любое устройство, выполненное с возможностью гидрогенизации по меньшей мере части бензола, содержащегося в гексане, производимом в колонне с разделительной стенкой, для снижения содержания бензола в гексане до желаемого значения. Таким образом, установка доочистки гексана также может называться установкой насыщения бензола или установкой гидрогенизации бензола. Сама гидрогенизация происходит в реакторе доочистки гексана, в то время как установка доочистки гексана помимо реактора доочистки гексана предпочтительно содержит устройства для подачи водорода в установку доочистки гексана для смешивания водорода с гексаном, образующимся в колонне с разделительной стенкой, для предварительного нагрева этой смеси перед ее подачей в реактор доочистки гексана и т.п.

[0008] Ввиду этого предпочтительно установка доочистки гексана дополнительно содержит смеситель для смешивания гексана, образующегося в колонне с разделительной стенкой, и водорода, причем смеситель расположен выше по потоку реактора доочистки гексана.

[0009] В дальнейшем развитии принципа настоящего изобретения предполагается, что установка доочистки гексана дополнительно содержит отпарную колонну для отделения легких фракций от гексана, причем отпарная колонна предпочтительно расположена ниже по потоку реактора доочистки гексана.

[0010] Для регулировки оптимальной температуры смеси гексан/водород, вводимой в реактор доочистки гексана, предложено, что установка доочистки гексана дополнительно содержит один или более теплообменников.

[0011] В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения разделительная стенка колонны с разделительной стенкой не проходит по всей высоте колонны с разделительной стенкой, так что колонна с разделительной стенкой содержит часть с первой стороной и второй стороной, разделенных разделительной стенкой, расположенной между ними, и одну или две дополнительные части, не разделенные разделительной стенкой. Каждая из первой стороны и второй стороны предпочтительно содержит независимо друг от друга от 10 до 70 теоретических ступеней, при этом одна или две дополнительные части предпочтительно содержат в сумме от 10 до 50 теоретических ступеней. Предпочтительно разделительная стенка расположена вертикально в колонне с разделительной стенкой.

[0012] Более предпочтительно каждая из первой стороны и второй стороны содержит независимо друг от друга от 30 до 60 теоретических ступеней, а одна или две дополнительные части содержат в сумме от 30 до 40 теоретических ступеней.

[0013] В соответствии с одним вариантом настоящего изобретения количество теоретических ступеней первой стороны и количество теоретических ступеней второй стороны одинаковы.

[0014] В соответствии с альтернативным вариантом настоящего изобретения количество теоретических ступеней первой стороны и количество теоретических ступеней второй стороны являются различными. В этом варианте реализации предпочтительно одна из первой и второй сторон имеет на 20-30 теоретических ступеней больше, чем другая из этих двух сторон. Например, хорошие результаты получаются, когда первая сторона имеет от 10 до 80 теоретических ступеней, а правая имеет от 10 до 40 теоретических ступеней, или наоборот.

[0015] Разделительная стенка может быть расположена в любом месте колонны, например, в верхней части (ФИГ. 6), нижней части (ФИГ. 7) или средней части (ФИГ. 8). Во время работы в процессе используется колонна с разделительной стенкой (DWC) для получения фракции легких изомеризатов и фракции тяжелых изомеризатов в качестве верхнего и нижнего продуктов соответственно. Продукт n-С₆ высокой чистоты может быть извлечен как средняя фракция. Как изложено выше, в процессе производятся продукты с аналогичными техническими характеристиками при гораздо более низких затратах на энергию по сравнению со схемой процесса дистилляции с двумя колоннами для того же самого сырья.

[0016] В соответствии с первым конкретным предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения колонна с разделительной стенкой представляет собой колонну с разделительной стенкой (DWC) в конфигурации с верхней разделительной стенкой, т.е. разделительная стенка представляет собой (предпочтительно вертикально расположенную) верхнюю разделительную стенку, расположенную в верхней части колонны с разделительной стенкой (DWC), первая сторона которой является первой секцией фракционирования, а вторая сторона является второй секцией фракционирования. Верхняя часть колонны благодаря наличию в ней разделительной стенки имеет две независимые ректификационные секции (т.е. по обе стороны от разделительной стенки) с общей отпарной секцией. Каждая ректификационная секция предпочтительно оборудована независимой системой верхнего погона. Точно так же отпарная секция (т.е. нижняя секция под разделительной стенкой) предпочтительно оборудована термосифонным ребойлером. Настоящее изобретение по своему действию аналогично последовательности двух разделяющих колонн, включающей колонну деизогексанизации (ДИГ) и гексановую колонну, в которой гексан высокой чистоты является средней фракцией. В зоне ректификации на стороне подачи благодаря предварительному фракционированию легкокипящие компоненты собираются в виде легких фракций в верхней части. Компоненты со средней температурой кипения (в основном смесь C_6s) и наиболее тяжелые компоненты (в основном i-С₆ и более тяжелые) перемещаются в нижнюю часть колонны. Режим нагревания, обеспечиваемый ребойлером, способствует перемещению среднекипящих компонентов в верхнюю часть другой стороны верхней разделительной стенки. Компоненты со средней температурой кипения в конечном итоге концентрируются в верхней части на этой стороне колонны с разделительной стенкой (DWC). Предпочтительно колонна с разделительной стенкой (DWC), которая включает в себя верхнюю стенку, имеет две независимые системы верхнего погона, по одной с каждой стороны.

[0017] Кроме того, в этом варианте реализации предпочтительно разделительная стенка размещена между первой и второй сторонами, если смотреть от верха колонны с разделительной стенкой к низу, между теоретической ступенью 1 (т.е. самой верхней частью колонны с разделительной стенкой, которая является первой ступенью колонны с разделительной стенкой) и теоретической ступенью 100 колонны с разделительной стенкой на первой стороне, т.е. разделительная стенка проходит от верха колонны с разделительной стенкой до последней теоретической ступени первой стороны, которая предпочтительно является теоретической ступенью 100, если смотреть с первой стороны колонны с разделительной стенкой. Если вторая сторона колонны с разделительной стенкой содержит такое же количество теоретических ступеней, что и первая сторона, эта ступень соответствует теоретической ступени 100, если смотреть со второй стороны колонны с разделительной стенкой. Однако, если вторая сторона колонны с разделительной стенкой содержит другое количество теоретических ступеней, чем первая сторона, эта ступень соответствует ступени, которая является последней теоретической ступенью второй стороны.

[0018] Предпочтительно сырье размещается в верхней части колонны согласно данному варианту реализации на первой стороне между теоретической ступенью 20 и теоретической ступенью 60 первой стороны. Поскольку разделительная стенка проходит от самой верхней части колонны, имеющей разделительную стенку, до последней теоретической ступени первой стороны, этот участок соответствует участку между теоретической ступенью 20 и теоретической ступенью 60 колонны с разделительной стенкой.

[0019] Кроме того, в этом варианте реализации предпочтительно система колонны с разделительной стенкой дополнительно содержит первый конденсатор верхнего погона, сообщающийся по текучей среде с первой секцией фракционирования, и второй конденсатор верхнего погона, сообщающийся по текучей среде со второй секцией фракционирования.

[0020] Также предпочтительно система колонны с разделительной стенкой дополнительно содержит ребойлер, сообщающийся по текучей среде с нижней секцией колонны с разделительной стенкой.

[0021] В соответствии со вторым конкретным предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения колонна с разделительной стенкой представляет собой колонну с разделительной стенкой (DWC) с нижней разделительной стенкой, т.е. разделительная стенка представляет собой (предпочтительно вертикальную) нижнюю разделительную стенку, расположенную в нижней части колонны с разделительной стенкой, при этом первая сторона является первой секцией фракционирования, а вторая сторона является второй секцией фракционирования. В отличие от колонны DWC с верхней разделительной стенкой, колонна DWC с нижней разделительной стенкой имеет две независимые отпарные секции (т.е. по обе стороны от разделительной стенки) с общей ректификационной секцией (т.е. верхней секцией над разделительной стенкой). Сырье вводят на сторону предварительного фракционирования колонны с разделительной стенкой (DWC), причем наиболее тяжелокипящие компоненты отделяются в нижней части колонны с разделительной стенкой (DWC). Легкокипящие компоненты извлекаются в верхней части колонны с разделительной стенкой (DWC). Компоненты со средней температурой кипения концентрируются в нижней части другой отпарной секции и удаляются в качестве отделенного продукта. Предпочтительно в колонне DWC с нижней разделительной стенкой каждая отпарная секция оборудована термосифонным ребойлером. Колонна (DWC) имеет общую ректификационную зону с единой системой верхнего погона.

[0022] В этом варианте реализации разделительная стенка предпочтительно размещена между первой и второй сторонами, если смотреть от верха колонны к низу, между теоретической ступенью 20 и последней теоретической ступенью (т.е. самой нижней частью) колонны с разделительной стенкой.

[0023] Кроме того, предпочтительно система колонны с разделительной стенкой дополнительно содержит первый ребойлер, сообщающийся по текучей среде с первой секцией фракционирования, и второй ребойлер, сообщающийся по текучей среде со второй секцией фракционирования. В частности, хорошие результаты получаются, когда первый ребойлер является термосифонным ребойлером и/или второй ребойлер является термосифонным ребойлером.

[0024] Кроме того, предпочтительно система колонны с разделительной стенкой дополнительно содержит общую ректификационную секцию, сообщающуюся по текучей среде с верхней частью колонны с разделительной стенкой.

[0025] В соответствии с третьим конкретным предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения колонна с разделительной стенкой представляет собой колонну DWC с конфигурацией со средней перегородкой, т.е. разделительная стенка представляет собой (предпочтительно вертикальную) среднюю перегородку, расположенную в средней части колонны с разделительной стенкой (DWC), первая сторона которой представляет собой первую секцию фракционирования, а вторая сторона представляет собой вторую секцию фракционирования. Середина колонны вследствие наличия в ней разделительной стенки имеет две независимые секции (т.е. по обе стороны от разделительной стенки) с общими верхней и нижней секциями (т.е. секциями выше и ниже средней разделительной стенки). Верхняя и нижняя секции оборудованы системой верхнего погона и ребойлером соответственно.

[0026] В этом варианте реализации разделительная стенка предпочтительно размещена между первой и второй сторонами, если смотреть от верха колонны к низу, между теоретической ступенью 20 колонны и последней теоретической ступенью первой стороны колонны с разделительной стенкой.

[0027] Более того, в этом варианте реализации предпочтительно сырье размещено на первой стороне между теоретической ступенью 30 колонны с разделительной стенкой и теоретической ступенью 60 колонны. Выход потока гексана предпочтительно расположен на второй стороне между теоретической ступенью 40 колонны и теоретической ступенью 60 колонны с разделительной стенкой.

[0028] В частности, хорошие результаты получаются, когда система колонны с разделительной стенкой дополнительно включает термосифонный ребойлер, выполненный с возможностью приема кубового продукта из колонны с разделительной стенкой, и систему верхнего погона, выполненную с возможностью приема легкого продукта из колонны с разделительной стенкой.

[0029] В соответствии с дополнительным аспектом настоящее изобретение относится к способу получения гексана, включающему получение в качестве побочного продукта из установки изомеризации С_5/6 гексана с использованием системы колонны с разделительной стенкой, как описано выше. Побочный продукт в этой связи означает менее 20 об.% суммы всех потоков продуктов.

[0030] В частности, предпочтительно способ включает этапы: подачи сырья в виде стабильного изомеризата на первую сторону колонны с разделительной стенкой; получение гексана со второй стороны колонны с разделительной стенкой; подачу гексанового сырья в установку доочистки гексана. Более конкретно, исходный гексан и водород предпочтительно подают в смеситель установки доочистки гексана для образования смеси гексан-водород.

[0031] Предпочтительно сырье представляет собой поток изомеризата, полученный в установке изомеризации и предпочтительно в установке изомеризации C₅-C₆. Сырье, например, может содержать в основном углеводороды С₄-С₇, такие как n-парафины С₄-С₇, изопарафины, нафтены и ароматические углеводороды. Однако оно также может быть узкой фракцией C₅-С₆, например, содержащий n-парафины С₅-С₆, изопарафины, нафтены и ароматические углеводороды.

[0032] В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения способ дополнительно включает этапы: предварительного нагрева смеси гексан-водород; и подачи предварительно нагретой смеси гексан-водород в реактор доочистки установки доочистки гексана.

[0033] В частности, хорошие результаты получаются, когда способ дополнительно включает этап подачи выходного потока из реактора доочистки в отпарную колонну установки доочистки гексана для отделения легких фракций от гексана, при этом отпарная колонна предпочтительно расположена ниже по потоку реактора доочистки гексана.

[0034] Для дальнейшего повышения эффективности способа при дальнейшем развитии настоящего изобретения предлагается, что в предложенном способе предварительный нагрев включает этапы: теплообмена между смесью гексан-водород и сырьем из отпарной колонны в первом теплообменнике; и теплообмена между смесью гексан-водород и потоком, выходящим из реактора доочистки, во втором теплообменнике.

[0035] Типичные система и процесс согласно вариантам реализации настоящего изобретения направлены на производство продукта SBP (55°С-115°С) в виде смеси боковой фракции колонны с разделительной стенкой (DWC) с легким изомеризатом и более тяжелой фракцией нафты, полученной из разделителя сырья для изомеризации.

[0036] Типичные система и процесс согласно вариантам реализации настоящего изобретения направлены на переменные эксплуатационные расходы на производство гексана в качестве побочного продукта на установке изомеризации. Эксплуатационные расходы на тонну гексана, произведенного на установке изомеризации, на 20%-70% или даже на 90% ниже, чем стоимость гексана, полученного в процессе экстракции растворителем, что значительно снижает выбросы СО₂. Кроме того, предпочтительно гексан имеет повышенное качество (например, пониженное содержание серы, бензола и n-гексана) по сравнению с качеством гексана, полученного с помощью процесса экстракции растворителем, и/или этот гексан соответствует требованиям спецификаций для использования в пищевых, фармацевтических и полимерных процессах.

[0037] Во всех вариантах реализации настоящего изобретения давление верхнего погона в колонне по обе стороны от разделительной стенки колонны с разделительной стенкой (DWC) поддерживается посредством регулятора давления в соответствующих линиях верхнего парового продукта. Верхний пар (с каждой стороны в верхней части колонны с разделительной стенкой (DWC)) конденсируется с использованием теплообменников с воздушным охлаждением и собирается в верхнем приемнике.

[0038] Приведенные для примера система и процесс согласно вариантам реализации настоящего изобретения, включают колонну DWC с верхней разделительной стенкой. Две верхние половины по обе стороны от верхней разделительной стенки колонны с разделительной стенкой (DWC) принимают орошение от соответствующих верхних конденсаторов. Предпочтительно температура в верхней части колонны с разделительной стенкой (DWC) каскадно передается в контур регулирования потока орошения для обеспечения контроля за качеством продукта. Эти принципы управления предотвращают попадание более тяжелых компонентов в верхнюю часть колонны с разделительной стенкой (DWC). Аналогичным образом, самый тяжелый поток нижнего продукта (с каждой стороны в нижней части колонны с разделительной стенкой (DWC)) регулируется каскадированием посредством контура регулирования уровня в нижней секции.

[0039] Типичные система и процесс согласно вариантам реализации настоящего изобретения направлены на производство гексана высокой чистоты в качестве побочного продукта на установке изомеризации. Стабилизированный изомеризат расщепляется в колонне с разделительной стенкой (DWC) для совместного производства гексана на второй стороне колонны. Полученный таким образом гексан обрабатывают в установке доочистки, состоящей из адсорбирующей секции и отпарной секции. Гексан, полученный из установки изомеризации, имеет содержание бензола <3 частей на миллион по массе, содержание серы <0,5 частей на миллион по массе (с прохождением теста на полициклические ароматические углеводороды (РСА)) и содержание n-гексана >40%. Качество гексана, получаемого в качестве побочного продукта на установке изомеризации, намного превосходит качество гексана, получаемого с помощью традиционного процесса экстракции растворителем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0040] Настоящее изобретение лучше всего можно понять из следующего подробного описания при его чтении со ссылкой на сопроводительные чертежи. Подчеркивается, что в соответствии со стандартной практикой в этой отрасли различные элементы показаны не в реальном масштабе. Фактически, размеры различных элементов могут быть произвольно увеличены или уменьшены для ясности обсуждения.

[0041] На ФИГ. 1 представлена технологическая схема производства гексана в соответствии с уровнем техники;

[0042] На ФИГ. 2 представлена технологическая схема установки изомеризации для производства только изомеризата в качестве желаемого продукта в соответствии с уровнем техники;

[0043] На ФИГ. 3 представлена обычная технологическая схема колонны для гексана высокой чистоты в сочетании с деизогексанизатором в соответствии с уровнем техники;

[0044] На ФИГ. 4 представлен профиль концентрации внутри обычной колонны деизогексанизации в соответствии с уровнем техники;

[0045] На ФИГ. 5 представлен график, иллюстрирующий профиль концентрации в обычной гексановой колонне в соответствии с уровнем техники;

[0046] На ФИГ. 6 представлена технологическая схема с использованием колонны DWC с верхней разделительной стенкой в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения;

[0047] На ФИГ. 7 представлена технологическая схема с использованием колонны DWC с нижней разделительной стенкой в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения;

[0048] На ФИГ. 8 представлена технологическая схема с использованием колонны DWC со средней разделительной стенкой в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения; и

[0049] На ФИГ. 9 представлена технологическая схема установки доочистки гексана в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0050] Следует понимать, что нижеследующее раскрытие предоставляет множество различных вариантов реализации или примеров для осуществления различных признаков различных вариантов реализации. Конкретные примеры компонентов и устройств описаны ниже для упрощения раскрытия. Понятно, что они представляют собой только примеры и не предназначены для ограничения. Кроме того, в описании могут повторяться ссылочные номера и/или буквы в различных примерах. Это повторение сделано для простоты и ясности и само по себе не обусловливает взаимосвязь между различными обсуждаемыми вариантами реализации и/или конфигурациями.

[0051] В настоящем описании колонна деизогексанизации (ДИГ) установки изомеризации представляет собой колонну с разделительной стенкой (DWC) и используется для получения гексана в качестве побочного продукта вместе с основным продуктом изомеризата. Продукт с высоким содержанием n-гексана (примерно 32-45 вес.% n-С₆) получают из колонны деизогексанизации (ДИГ) установки изомеризации. Другие компоненты С₆ (например, 2-метилпентан, 3-метилпентан и метилциклопентан) составляют остальную часть продукта. Помимо n-гексана высокой чистоты, другими продуктами из колонны установки изомеризации являются легкий изомеризат (в основном i-C₅) и тяжелый изомеризат (в основном i-C₆).

[0052] Обычно гексан высокой чистоты можно получать перегонкой в колонне деизогексанизации с последующей гексановой колонной. На ФИГ. 3 показана известная система 300 для производства гексана высокой чистоты. Система 300 включает в себя колонну 302 деизогексанизации (ДИГ) и гексановую колонну 304. Кубовый остаток из колонны 302 деизогексанизации (ДИГ) подают в гексановую колонну 304. Гексановая колонна 304 производит гексан высокой чистоты и тяжелый изомеризат. Система 300 имеет определенные недостатки. Например, точки кипения компонентов С₆ очень близки к температурам кипения нежелательных компонентов (например, парафинов С₅ и нафтенов). Чтобы добиться хорошего разделения, для процесса в системе 300 требуется значительное количество тарелок (для чего требуется колонна большего размера), а также большая энергия повторного кипения.

[0053] Системам с двумя колоннами также присуща проблема обратного смешения концентрированного потока гексана в колонне деизогексанизации (ДИГ). Таким образом, энергия, затрачиваемая на концентрирование потока гексана до более высоких уровней чистоты, теряется из-за обратного смешения гексана с тяжелым изомером в нижней части колонны. Профили концентрации фракций легких изомеров, гексана и тяжелых изомеров в колонне деизогексанизации (ДИГ) показаны на ФИГ. 4. Дополнительная энергия расходуется в гексановой колонне (см. ФИГ. 5) для отделения гексана от тяжелого изомеризата, тем самым снижая общую энергоэффективность процесса.

[0054] Решением этой термодинамической проблемы является отделение гексана от тяжелого изомеризата на пике его концентрации в колонне 302 деизогексанизации (ДИГ) для оптимизации энергопотребления системы 300. Кроме того, поскольку для процесса требуются две колонны, увеличиваются капитальные затраты на дополнительное оборудование и увеличение площади участка для размещения оборудования. В таких случаях применения может быть использована концепция колонны с разделительной стенкой (DWC), предоставляющая альтернативное решение.

[0055] Колонна с разделительной стенкой (DWC) объединяет операции двух колонн (например, колонны 302 деизогексанизации (ДИГ) и колонны 304 с гексаном) в одной колонне, тем самым снижая как капитальные, так и энергетические (эксплуатационные) затраты примерно на 20%-30%. В целом, колонны с разделительной стенкой в широком понимании подразделяются на три типа в зависимости от расположения стенки, используемой в колонне с разделительной стенкой. Стенка может быть расположена в верхней, средней или нижней части. В схеме колонны с разделительной стенкой (DWC) из колонны обычно извлекаются три (или четыре) продукта: самая легкая и самая тяжелая фракции извлекаются из верхней и нижней частей колонны с разделительной стенкой (DWC) соответственно; а среднюю фракцию получают из колонны с разделительной стенкой (DWC) в виде боковой фракции. В большей части колонн с разделительной стенкой (DWC), эксплуатируемых по всему миру, разделительная стенка находится в средней части колонны DWC. В колонне с разделительной стенкой (DWC) расположение разделительной стенки в первую очередь определяет перемещение пара внутри колонны и может влиять на качество разделения. Разделительная стенка в колонне DWC приводит к разделению верхней (или нижней, или средней) половины колонны на две отдельные колонны, что позволяет получать два продукта высокой чистоты в верхней (или нижней, или средней) части колонны. Верхняя, нижняя и средняя разделительные стенки показаны на ФИГ. 6, 7 и 8 соответственно. Сырье (например, стабильный изомеризат) вводят с одной стороны разделительной стенки (предварительное фракционирование), а боковую фракцию удаляют с другой стороны (основное фракционирование). Схема процесса аналогична схеме прямой или косвенной последовательности стандартного двухколонного разделения.

[0056] Системы по ФИГ. 6-8 имеют несколько преимуществ. Например, на ФИГ. 6 показана система 600 колонны DWC с верхней разделительной стенкой, которая включает в себя колонну 602 DWC с верхней разделительной стенкой). Верхняя разделительная стенка 604 разделяет верхнюю секцию 606 колонны 602 DWC на первую сторону 608 и вторую сторону 610. Верхняя разделительная стенка 604 проходит от верхней части колонны 602 DWC с верхней разделительной стенкой и заканчивается над нижней частью колонны 602 DWC. За счет включения верхней разделительной стенки 604 в верхнюю часть колонны 602 DWC первая сторона 608 и вторая сторона 610 остаются изолированными друг от друга без возможности загрязнения или обратного смешения. Поскольку первая сторона 608 и вторая сторона 610 представляют собой две параллельные секции, образованные в одной колонне, доступно использование большего количества тарелок для достижения лучшего фракционирования в одной колонне. Это приводит к уменьшению конечной высоты колонны за счет уменьшения количества требуемых тарелок. Наконец, первая сторона 608 и вторая сторона 610 работают независимо друг от друга. Одна сторона может работать как секция ректификации, в то время как другая сторона может работать как секция абсорбции (или ректификации) с независимыми регуляторами на каждой стороне. В колонне с разделительной стенкой (DWC) этого типа имеются две отдельные системы верхнего погона: первая система 612 верхнего погона и вторая система 614 верхнего погона. Каждая система 612, 614 верхнего погона может включать в себя, например, теплообменник (например, теплообменник с воздушным охлаждением) и приемник верхнего погона.

[0057] На первую сторону 608 колонны 602 DWC с верхней разделительной стенкой поступает стабильный исходный изомеризат (например, из предшествующего процесса, такого как в установка изомеризации). Из колонны 602 DWC с верхней разделительной стенкой выводят легкий изомеризат в виде легкого продукта с первой стороны 608 и гексан высокой чистоты (например, имеющий чистоту гексана от 40 вес.% до 45 вес.%) в качестве легкого продукта со второй стороны 610. Часть легкого изомеризата может быть возвращена на первую сторону 608 в виде орошения, а оставшаяся часть может быть собрана как часть общего изомеризата, произведенного системой 600 с колонной DWC, имеющей верхнюю разделительную стенку. Колонна 602 DWC с верхней разделительной стенкой также выдает тяжелый изомеризат в виде кубового продукта. Часть кубового продукта может быть возвращена в колонну 602 DWC с верхней разделительной стенкой после прохождения через ребойлер 616, а остаток может быть выведен с остатком легкого изомеризата в качестве другой части общего выхода изомеризата из колонны 602 DWC с верхней разделительной стенкой. Режим нагревания, обеспечиваемый ребойлером, способствует перемещению среднекипящих компонентов в верхнюю часть другой стороны верхней разделительной стенки.

[0058] На ФИГ. 7 показана система 700 колонны DWC с нижней разделительной стенкой, которая включает в себя колонну 702 DWC с нижней разделительной стенкой. Колонна 702 DWC с нижней разделительной стенкой работает по тому же принципу, что и колонна 602 DWC с верхней разделительной стенкой, и включает в себя нижнюю разделительную стенку 704. Нижняя разделительная стенка 704 проходит от нижней части колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой и разделяет нижнюю секцию 703 колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой на первую сторону 706 и вторую сторону 708. По сравнению с системой 600 с колонной DWC, имеющей верхнюю разделительную стенку, колонна 702 DWC с нижней разделительной стенкой включает в себя два нижних ребойлера, т.е. первый ребойлер 710 и второй ребойлер 712, а также общую ректификационную секцию 714. Обе стороны 706, 708 в колонне 702 DWC с нижней разделительной стенкой управляются независимо друг от друга.

[0059] На первую сторону 706 колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой поступает стабильный исходный изомеризат (например, из предшествующего процесса, такого как в установке изомеризации). Из колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой выводят легкий изомеризат в виде легкого продукта из верхней части колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой и гексан высокой чистоты (например, имеющий чистоту гексана от 40 вес.% до 45 вес.%) в качестве кубового продукта из второй стороны 708. Часть легкого изомеризата может быть возвращена в верхнюю часть колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой в виде обратного потока из общей секции 714 ректификации, а оставшаяся часть может быть собрана как часть общего изомеризата, произведенного системой 700 колонны DWC с нижней разделительной стенкой. Из колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой также выводят тяжелый изомеризат в виде кубового продукта с первой стороны 706. Часть тяжелого изомеризата может быть возвращена на первую сторону 706 после прохождения через первый ребойлер 710, а остаток может быть выведен с остатком легкого изомеризата в качестве другой части общего выхода изомеризата из колонны 702 DWC с нижней разделительной стенкой.

[0060] На ФИГ. 8 показана система 800 колонны DWC со средней разделительной стенкой, которая включает в себя колонну 802 DWC со средней разделительной стенкой. Колонна 802 DWC со средней разделительной стенкой работает по тому же принципу, что и колонна 602 DWC с верхней разделительной стенкой и колонна 702 DWC с нижней разделительной стенкой, и включает в себя среднюю разделительную стенку 804. Средняя разделительная стенка 804 проходит по длине средней части 803 колонны 802 DWC со средней разделительной стенкой и разделяет колонну 802 DWC со средней разделительной стенкой на первую сторону 806 и вторую сторону 808 для предварительного фракционирования сырья и концентрации компонентов со средней температурой кипения на второй стороне 808 для получения продукта высокой чистоты. Средняя разделительная стенка 804 не доходит до вершины или днища колонны 802 DWC со средней разделительной стенкой. Система 800 колонны DWC со средней разделительной стенкой также включает в себя ребойлер 810 и ректификационную секцию 812. Как и в колоннах 602, 702 DWC с верхней и нижней разделительными стенками, в этой колонне отсутствует обратное смешение подачи и боковой фракции. Это приводит к эффективному разделению с меньшим расходом тепла на кипячение.

[0061] Первая сторона 806 колонны 802 DWC со средней разделительной стенкой принимает стабильный исходный изомеризат (например, из процесса выше по потоку, такого как в установка изомеризации). Из колонны 802 DWC со средней разделительной стенкой выводят легкий изомеризат в виде легкого продукта из верхней части колонны 802 DWC со средней разделительной стенкой. Часть легкого изомеризата может быть возвращена в верхнюю часть колонны 802 DWC со средней разделительной стенкой в виде орошения, а оставшуюся часть выводят в качестве части общего изомеризата, производимого колонной 802 DWC со средней разделительной стенкой. Колонна 802 DWC со средней разделительной стенкой выдает тяжелый изомеризат в виде кубового продукта. Часть тяжелого изомеризата может быть возвращена в нижнюю часть колонны 802 DWC со средней разделительной стенкой после прохождения через ребойлер 810, а остаток выводят в качестве другой части общего изомеризата, произведенного колонной 802 DWC со средней разделительной стенкой. Гексан высокой чистоты (например, имеющий чистоту гексана от 40 вес.% до 45 вес.%) получают в виде боковой фракции из второй стороны 808.

[0062] На ФИГ. 9 показана система 900 для обработки гексана в установке доочистки, содержащей реактор 902 доочистки, смеситель 904, три теплообменника 906, 908, 910 и отпарную колонну 912 гексана для гарантии того, что содержание бензола в гексане находится в желаемом диапазоне. В некоторых вариантах реализации гексан подают из колонны с разделительной стенкой (DWC) установки изомеризации. В установке доочистки водород и исходный гексан предварительно нагреваются перед пропусканием через адсорбент. Водород и исходный гексан смешивают в смесителе 904 перед предварительным нагревом. Предварительный нагрев может включать нагрев с использованием одного или более теплообменников. Например, как показано на ФИГ. 9, предварительный нагрев может осуществляться посредством теплообменники 906, 908 и 910. В теплообменнике 906 используется выход из отпарной колонны 912 гексана для нагрева подаваемого водорода/исходного гексана. Теплообменник 908 использует выход реактора 902 доочистки для нагрева подаваемого водорода/исходного гексана. В теплообменнике 910 используется дополнительный источник тепла (например, подача выше по потоку) для нагрева подаваемого водорода/исходного гексана. В различных вариантах реализации один или более теплообменников 906, 908 и 910 являются необязательными. После адсорбции легкие фракции из реактора 902 доочистки отделяют от гексана в отпарной колонне 912 гексана. Гексан из отпарной колонны 912 гексана можно использовать в качестве источника тепла в теплообменнике 906, собирать в качестве конечного продукта или использовать в качестве части процесса ниже по потоку.

[0063] Преимущество производства гексана в качестве побочного продукта на установке изомеризации состоит в том, что его качество намного превосходит качество гексана, получаемого с помощью традиционного процесса экстракции растворителем. Гексан, полученный на установке изомеризации, соответствует требованиям для гексанов пищевой, фармацевтической и полимерной чистоты. Кроме того, стоимость производства гексана в качестве побочного продукта из установки изомеризации намного ниже, чем стоимость гексана, полученного в процессе экстракции растворителем.

ПРИМЕРЫ

[0064] В Таблицах 1-6 ниже продемонстрированы различные рабочие параметры для обычных процессов и систем, а также процессов и систем согласно настоящему изобретению, в которых используются колонны с разделительной стенкой (DWC).

Термин «по существу» определяется как в значительной степени, но не обязательно полностью то, что указано (и включает в себя то, что указано; например, «по существу 90 градусов» включает 90 градусов, а «по существу параллельный» включает параллельный), как это понятно специалисту в данной области техники. В любом раскрытом варианте реализации термины «по существу», «приблизительно», «в целом», «около» и «примерно» могут быть заменены на «в пределах [процента] от» того, что указано, где процент включает 0,1; 1; 5 и 10 процентов.

Выше описаны признаки нескольких вариантов реализации, чтобы специалисты в данной области техники могли лучше понять аспекты настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что они могут легко использовать раскрытие в качестве основы для разработки или модификации других процессов и структур для выполнения тех же целей и/или достижения тех же преимуществ вариантов реализации, представленных в настоящем документе. Специалисты в данной области техники также должны понимать, что такие эквивалентные конструкции не выходят за рамки сущности и объема охраны настоящего изобретения, и что они могут вносить различные изменения, замены и исправления в данный документ, не выходя за рамки сущности и объема охраны настоящего изобретения. Объем охраны настоящего изобретения должен определяться только языком приложенной формулы настоящего изобретения. Термин «содержащий» в формуле изобретения предназначен для обозначения «включающий по меньшей мере», так что перечисленный список элементов в формуле изобретения представляет собой открытую группу. Термины, обозначающие форму единственного числа, и другие термины в единственном числе предназначены для включения их форм множественного числа, если они специально не исключены.

Изобретение относится к системе колонны с разделительной стенкой для производства гексана, причем указанная система содержит: колонну с разделительной стенкой, содержащую разделительную стенку, которая разделяет колонну с разделительной стенкой по меньшей мере частично на первую и вторую стороны, причем одна сторона из первой и второй сторон выполнена с возможностью работы в качестве колонны деизогексанизации, а другая сторона из первой и второй сторон выполнена с возможностью работы в качестве гексановой колонны для производства гексана, причем указанная система дополнительно содержит установку доочистки гексана, соединенную с колонной с разделительной стенкой, так что гексан, образующийся в колонне с разделительной стенкой, передается в установку доочистки гексана, причем установка доочистки гексана содержит реактор доочистки гексана для гидрогенизации по меньшей мере части бензола, содержащегося в полученном гексане. Изобретение также касается способа производства гексана и способа получения компонента смеси со специальной точкой кипения с использованием системы колонны с разделительной стенкой. Технический результат - эффективное разделение компонентов, снижение эксплуатационных расходов. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 табл., 9 ил.

1. Система колонны с разделительной стенкой для производства гексана, причем указанная система содержит:

колонну с разделительной стенкой, содержащую разделительную стенку, которая разделяет колонну с разделительной стенкой по меньшей мере частично на первую и вторую стороны, причем одна сторона из первой и второй сторон выполнена с возможностью работы в качестве колонны деизогексанизации, а другая сторона из первой и второй сторон выполнена с возможностью работы в качестве гексановой колонны для производства гексана,

причем указанная система дополнительно содержит установку доочистки гексана, соединенную с колонной с разделительной стенкой, так что гексан, образующийся в колонне с разделительной стенкой, передается в установку доочистки гексана, причем установка доочистки гексана содержит реактор доочистки гексана для гидрогенизации по меньшей мере части бензола, содержащегося в полученном гексане.

2. Система колонны с разделительной стенкой по п. 1, в которой установка доочистки гексана дополнительно содержит смеситель для смешивания гексана, образующегося в колонне с разделительной стенкой, и водорода, при этом смеситель расположен выше по потоку реактора доочистки гексана.

3. Система колонны с разделительной стенкой по п. 1 или 2, в которой установка доочистки гексана дополнительно содержит отпарную колонну для отделения легких фракций от гексана, при этом отпарная колонна расположена ниже по потоку реактора доочистки гексана.

4. Система колонны с разделительной стенкой по любому из пп. 1-3, в которой установка доочистки гексана дополнительно содержит один или более теплообменников.

5. Система колонны с разделительной стенкой по любому из предшествующих пунктов, в которой разделительная стенка колонны с разделительной стенкой не проходит по всей высоте колонны с разделительной стенкой, так что колонна с разделительной стенкой содержит часть с первой стороной и второй стороной, которые разделены разделительной стенкой, расположенной между ними, и одну или две другие части, не разделенные разделительной стенкой, причем каждая из первой стороны и второй стороны независимо друг от друга содержит от 10 до 70 теоретических ступеней, а одна или две дополнительные части содержат в сумме от 10 до 50 теоретических ступеней.

6. Система колонны с разделительной стенкой по п. 5, в которой каждая из первой стороны и второй стороны независимо друг от друга содержит от 30 до 60 теоретических ступеней, а одна или две дополнительные части содержат в сумме от 30 до 40 теоретических ступеней.

7. Система колонны с разделительной стенкой по п. 5 или 6, в которой количество теоретических ступеней первой стороны и количество теоретических ступеней второй стороны одинаковы.

8. Система колонны с разделительной стенкой по п. 5 или 6, в которой одна из первой и второй стороны имеет от 20 до 30 теоретических ступеней больше, чем другая из двух сторон.

9. Система колонны с разделительной стенкой по любому из предшествующих пунктов, в которой разделительная стенка представляет собой верхнюю разделительную стенку, расположенную в верхней части колонны с разделительной стенкой, причем первая сторона является первой секцией фракционирования, а вторая сторона является второй секцией фракционирования.

10. Система колонны с разделительной стенкой по п. 9, в которой разделительная стенка расположена между первой и второй сторонами, если смотреть от верха колонны с разделительной стенкой к низу, между теоретической ступенью 1 и теоретической ступенью 100 первой стороны, при этом сырье размещено на первой стороне между теоретической ступенью 20 и теоретической ступенью 60 первой стороны.

11. Система колонны с разделительной стенкой по п. 9 или 10, дополнительно содержащая:

первый конденсатор верхнего погона, сообщающийся по текучей среде с первой секцией фракционирования;

второй конденсатор верхнего погона, сообщающийся по текучей среде со второй секцией фракционирования, и

ребойлер, сообщающийся по текучей среде с нижней частью колонны с разделительной стенкой.

12. Система колонны с разделительной стенкой по любому из пп. 1-8, в которой разделительная стенка представляет собой нижнюю разделительную стенку, расположенную в нижней части колонны с разделительной стенкой, причем первая сторона является первой секцией фракционирования, а вторая сторона является второй секцией фракционирования.

13. Система колонны с разделительной стенкой по п. 12, в которой разделительная стенка расположена между первой и второй сторонами, если смотреть от верха колонны с разделительной стенкой к низу, между теоретической ступенью 20 и последней теоретической ступенью колонны с разделительной стенкой.

14. Система колонны с разделительной стенкой по п. 13, дополнительно содержащая:

первый ребойлер, сообщающийся по текучей среде с первой секцией фракционирования, предпочтительно термосифонный ребойлер;

второй ребойлер, сообщающийся по текучей среде со второй секцией фракционирования, предпочтительно термосифонный ребойлер, и

общую ректификационную секцию, сообщающуюся по текучей среде с верхней частью колонны с разделительной стенкой.

15. Система колонны с разделительной стенкой по любому из пп. 1-8, в которой разделительная стенка представляет собой среднюю разделительную стенку, расположенную в средней части колонны с разделительной стенкой, причем первая сторона представляет собой первую секцию фракционирования, а вторая сторона представляет собой вторую секцию фракционирования.

16. Система колонны с разделительной стенкой по п. 15, в которой разделительная стенка расположена между первой и второй сторонами, если смотреть от верха колонны с разделительной стенкой к низу, между теоретической ступенью 20 колонны с разделительной стенкой и последней теоретической ступенью первой стороны колонны с разделительной стенкой, при этом сырье размещено на первой стороне между теоретической ступенью 30 и теоретической ступенью 60 колонны с разделительной стенкой, а выход потока гексана расположен на второй стороне между теоретической ступенью 40 и теоретической ступенью 60 колонны с разделительной стенкой.

17. Система колонны с разделительной стенкой по п. 16, дополнительно содержащая термосифонный ребойлер, выполненный с возможностью приема кубового продукта из колонны с разделительной стенкой, и систему верхнего погона, выполненную с возможностью приема легкого продукта из колонны с разделительной стенкой.

18. Способ производства гексана, включающий получение из установки изомеризации C₅-С₆ в качестве побочного продукта гексана с использованием системы колонны с разделительной стенкой по любому из предшествующих пунктов.

19. Способ по п. 18, включающий:

подачу исходного стабильного изомеризата на первую сторону колонны с разделительной стенкой;

получение исходного гексана с второй стороны колонны с разделительной стенкой; и

подачу исходного гексана и водорода в смеситель установки доочистки гексана с образованием смеси гексан-водород.

20. Способ по п. 19, дополнительно включающий: предварительный нагрев смеси гексан-водород; и

подачу предварительно нагретой смеси гексан-водород в реактор доочистки установки доочистки гексана.

21. Способ по п. 20, дополнительно включающий подачу выходного потока из реактора доочистки в отпарную колонну установки доочистки гексана.

22. Способ по п. 21, согласно которому предварительный нагрев включает:

обмен теплом между смесью гексан-водород и сырьем из отпарной колонны в первом теплообменнике; и

обмен теплом между смесью гексан-водород и потоком, выходящим из реактора доочистки, во втором теплообменнике.

23. Способ по любому из пп. 18-22, согласно которому выполнено одно или более из следующего:

i) качество гексана улучшено по сравнению с гексаном, полученным в процессе экстракции растворителем,

ii) гексан соответствует требованиям для использования в пищевых, фармацевтических и полимерных процессах, и

iii) предложенный способ производства гексана имеет переменные эксплуатационные расходы, которые примерно на 90% ниже, чем расходы при получении гексана с помощью процесса экстракции растворителем.

24. Способ получения компонента смеси со специальной точкой кипения (SBP) с помощью установки изомеризации, в которой используется система колонны с разделительной стенкой по любому из пп. 1-17.