СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЯ ИЗ РАФИНАТНОЙ ФАЗЫ Советский патент 1973 года по МПК C07C7/08 

1

И.зобрете11ие относится к жидкостноц экстракции ароматических углеводородов из углеводородного сырья, в частности, к способу выделения растворителя нз неароматичсской рафинатной фазы с помощью вторичного нроцесса экстракции растворителя вод.ой.

Известно) что неароматическая рафпнатная фаза, выход,ян1,ая из экстракнионно .i процесса экстракции ароматических углеводородов, содержит растворитель. Растворитель необходимо удалять из рафццаткоп фа.чы не только noTo.viy, чю он . мешачь нри дальнейшей переработке рафината или при его использовании, но и потому, что постоянные его потери с потоком рафниата нежелательно сказываются па экономических показателях процесса экстракциц ароматических углеводородов.

Выделение растворителя из потока рафината можно осуществить перегонкой, или сорбцией, или вторичной экстракцпс ; сольвента. Типичным растворителем, применяемым в промыщлеиной экстракции ароматических углеводородов, является растворитель сульфолаиового типа. Растворители сульфоланового типа имеют следующую структурную формулу

{ R BrCH-CK-Rx

где Ki, 2, Кз и R.I представляет Собой водо род, алкильную rjiynny с I -10 углеродными атомами, алкокспльный радикал с 1-8 углеродными атомами или аралкильный радикал с 1 -12 уг, ерод11Ь ми атомами.

Кроме тою, в качестве растворителей обьшно используют для экстракипи ароматических углеоодородов сульфолены, например 2-сульфолен или 3-с льфолен следуюп1ей структурН011 формулы

V

СН.,

Cil., I

И СН.

СИ- СНг

b-ajnt-.cpofjeH

2-CLjfib(f-otifH

или 2-метилсульфолан, 2,4-днметилсульфолан метил-2-сульфониловый эфир, я-арил-3-суль фониламии, 2-сульфоиилацетат, диэтиленглиКОЛЬ и разные полнэтилепгликоли, дипропяленгликоль и pasui.ie полипропиленглнколи, или диметилсульфоксид, или N-метилпирролидон и т. п. Предпочтительиым растворителем является сульфолан следующей структурной формулы НгС Ъга НзС-СНг Поскольку типичные растворители, исиользуемые при экстракции ароматических углеводородов, растворяются в воде, их обычно экстрагируют из рафинатнон фазы путем смешения ее с водой в экстракционном устройстве. Экстракцию растворителя из рафииатной фазы водоГ1 ведут в любом устройстве для контакта жндкость-жидкость, например в башие с иасадко тииа седла Бер;15 или колец Рашита или в башне с соответствуюш,ими тарелками или в контакторе с враш,ающимся диском. Растворитель затем легко выделяют из водного раствора перегонкой. Одной из типичных экстракционных колонн с экстракционными гарелкам.и, в которых растворитель извлекают экстракцией из неароматнческих рафинатны.х фаз водой, является экстракционная колонна «рейн-дек. В этом тине оборудования экстракцио1и1ая колонна имеет несколько иерфорированиых экстракционных тарелок, снабженных натрубками для прохода вверх. Водная фаза собирается иад тарелками и попадает вниз через отверстия в иих, а углеводородная фаза собирается под тарелкой и проходит вверх ио патрубкам иа следующую стадию коитакта. Вода, проходящая через отверстия в экстракциониой тарелке, падает дождем через углеводородпую фазу, находяи.1,уюся иепосредствеиио под тарелкой. В другом вариа гге устройства тарелок вода задерживается над тарелками и проходит вииз на следующую коитактную тарелку по патрубку. Углеводород, находящийся под тарелкой, проходит вверх через отверстия в тарелке и вверх через водную фазу, при этом происходит экстракция растворителя, содержащегося в рафинатной фазе водиым слоем, находящимся иа тарелке. При иснользоваиии этого типа тарелок для водной экстракции обычно расстояние между тарелками составляет около 0,6 м. В пространстве между тарелками обычно находится слой около 0,3 м водной фазы над водной фазой. Углеводород проходит вверх через отверстия в тарелках при скорости 0,6 м/сек, предпочтительио при .скорости около 0,3 м/сек. Эти ограничения расстояний между тарелками и скорости прииимают в таких устройствах для того, чтобы свести к минимуму нроиикаиие фаз друг в друга и максимально увеличить эффективиость экстракции иа тарелках. Одиако устаиовлеио, что в промышленных установках ири извлеченни растворителя из рафниатной фазы путем экстракции водой выход ие соответствует тому выходу, который можно ожида1ъ, исходя из даииых о растворимосш и эффективности экстракционной усчановки. Увеличение количества ступеней коитакта приводит, с одной стороны, к увеличению степени выделения растворителя, а, с другой стороиы, ухудшает экономические показатели нроцесса и усложняет техиологическое оборудование уже сундествующих промышленных установок. Цель изобретення - повышение степени выделения растворителя нри минимальном количестве перфорированных тарелок в экстракционной колоиие. Согласно предлагаемому способу рафинатную фазу пропускают через отверстия в тарелках со скоростью более 0,6 м/сек, предпочтптельио 1,5-2,4 м/сек. Предлагаемым способом можно выделить из рафинатпой фазы сульфоланоБые растворители общей формулы /° Rr СН М I где Ri, RZ RS и R.I являются атомом водорода, алкильиой rpynnoii с 1 -10 углеродпым:И атомами, арилалкильпыми радикалами с 7-12 углеродными атомами или алкоксильиым радикалом с 1-8 углеродными атомами;или в J дeлить 2-сульфолеи, 3-сульфолеи, диэтиленглпколь, дппроиилеигликол, или триэтиленгликоль. Часть получеииого tipn этом чистого ра(|)ината рециркулируют на смешение с исходиой рафииатиой фазой. Скорость прохождения получе1 1 ой с.меси через отверстия должна прер.ышать 0,6 м/сек. Па фиг. 1 иредставлена yнpoиJ;eннaя схема потоков, иоказываюи1ая обилий вариант изобретения и один из иредночтнтел1,ных способов выполнения изобретения. Па (|)ir. 2 представлен комплект кривых, полученных ио лабораториым данным, которые показывают улучшенне выделения раствор1ггеля из иеароматических рафинатиой фазы ири увеличении скорости нрохождення через отверстия тарелок. Па фиг. 3 нредставлеиы расчетные даииые для конкретного примера рафинатного состава и показано влияиие скорости в отверстиях иа различиые коиструктпвиые особеииости экстракционной колонны. На фиг. 1 обычная рафинатная фаза, содержащая растворитель и иеароматический углеводород, выходит из зоиы экстракции ароматических (не показана иа схеме) при температуре выше 66°С. Указанную фазу охлаж-. дают в теилообмеиппке (не показан на схеме) и подают по липни 1 в колонну водной

промывки 2 при температуре 38°С или ниже. В этой колонне имеется несколько экстракционных тарелок 3, каждая из которых состоит из порфорироваиного колиака и иатрубков для стока. Для упрощения схемы иа каждой тарелке показан только один сток. В колонне поддерживают следующие рабочие условия: темиература 16-49°С, обычно около 38°С, и давление, достаточное для поддержания всех компоиентов в жидком состоянии. Обычно давление превышает 3 атм. Вода поступает в колоииу 2 по линии 4 при молярном отношении воды к рафинатноГ фазе от 0,5 до 2,0 моль на 1 моль. Если растворителем является сульфолан, то моляриое отиошение вода : рафинатная фаза составляет от 1:21 ао 1,4:1.

Если выделяе ым растворителем является полиалкиленг.чиколь, то нормально молярное отиошение вода : рафинатпая фаза составляет от 0,5 : 1 до 1 : 1.

Экстракпноииые тарелки в промывочной колонне 2 могут быть любого типа, пригодного для экстракиии. ири условии, что они работают в условиях стекання рафипата через отверстия в колпаках. Так, на каждом колнаке тарелки находится водный слой, иоступающий сиизу вверх через иатрубок па экстракционную тарелку. Углеводородная фаза находнтся под тарелкой над водной фазой, находящейся на нижней тарелке. По мере прохождения углеводородной фазы вверх по колонне она проходит через отверстия в каждой экстракциоиной тарелке 3 со скоростью больше 0,6, предиочтительно, 1,5-2,4м/сек.

Обогащеииая промывочная вода выходит из донной части колонны 2 но линии 5 и иоступает на иоследующую обработку для выделеиия из нее первичного растворителя. Чистый рафинат выходит из колонны 2 по линии 6 и поступает либо на далы1ейи ую переработку, либо иа храиепие. Чпстый рафииат содержит мепынес количество растворителя, чем в том случае, когда скорость прохождепия в отверстиях составляла .менее 0,6 м/сек.

Иногда при экстракции ароматических тлеводородов желательно, чтобы установка экстракции работала при 50%-ной расчетной загрузке. Следовательно следует нринимать меры, чтобы нромывочиая колонна 2 работала при нужных скоростях прохождения через отверстия в экстракционных тарелках для сохранения увеличенной эффективиости экстракции несмотря па колебания расхода рафината. Для этого часть чистого рафината можно рециркулнровать, чтобы поддержать нужную скорость прохождения жидкости через отверстия в тарелках.

Соответственно, если скорость подачн рафината уменьшается либо за счет скорости подачи, либо за счет состава сырья в колонне ароматическоГ экстракции (не показана па схеме), то часть чистого рафината отводится Из линии 6 через линию 7 с заданной скоростью. Расход регулируется клапаном 8 так,

чтобы суммарный расход углеводородов через колонну ВОДНО промывки 2 был достаточен для сохранеити нужной скорости ирохожден 1я жидкости через отверстия в тарелках 3. Циркулирующая часть чистого рафпиата проходит через 8 в линню 9, затем через заиорный вентиль 10 в колоииу водиоГ нромывки 2 но лииии 11. Исходный рафииат содержащий растворитель, соирпкасается с циркулнруюи1,им ра(|1ииатом под caMoii нижiieii тарелко 3, затем емеш;п1П1 1й углеводород 1ый поток поди 1мается вверх через отвер стия 13 экстракционной тарелке с нужно ско ростью в отверстиях.

Согласно другому способу рафииат може циркулировать через лииию 12, запорный вен тиль 13 и линию 14 и 1. Для этогс запорпый вентиль Ш на линии 9 остается закрытым и цнркулируюнии рафинат смещивается со свежим п лини1 1 до поступлен 1я i колонну 2.

Данные, показанные иа фнг. 2. нолучень по лабораторным опытам, выполпеппым па од noil экстракционной тарелке ia рафинат Ш1 фазе H.i промышле 1по| экстракпиоииой уста иовк. Исходный рафипат смеппшают с раз личпыми ко. ичествамп иерпнчиого сольвента иромывоч ую воду обрабатывают, смешива чистую воду с различиымн количествами пер вичиого раствор1 теля (сульфолаиа). В иромы вочной воде создаюг разлнчтпле конпеитрани растворителя с целью имитации работы в раз личных точках (верхией и ) типнчио колонны промывкп.

Исходный рафннат имел уд. вес 0,703 ир1 15,6С (69,8°ЛР1 при 60°Ф), интервал кипепн; 68-181°С (155-357°Ф). В этом рафииате со держалось 98,2 об.% жидких неароматпче скнх и 1,8 об.% жидких ароматических. Dpi проведепии опытов его смеиптают с разным кол 1чествами раствор те..

Иа (})иг. 2 показан гра(|.)к зав 1симоет про цента экстрагнрова пя от скорост в отвер стнях. Иа этом графике пмеются три кривые все они получепы для экстракпиои 1ой тарелк: с круглыми отверстиям диаметром 0,2083 см Кривые А, В и С иоказывают увеличенне эф фектнвностн экстракт прн росте скорост в отверстиях. Для каждой кривой содержаннсульфолана в н воде было различ ным, что ИЗ данных, иредставлепных .

Содержание сульфолана, вес. ч. на 1 млн.

Кривые иа фиг. 2 ясио показывают, что пр: увеличен скорост в отверстиях эффектив ность экстракции возрастает, независимо о юличества растворителя, содержащегося в уг1еводородиой фазе и независимо от количест.а растворителя в водной фазе. Подобные :ривые были получены в других опытах но кстракции с другими размерами отверстий. На фиг. 3 ноказаны кривые, иллюстрируюдие максимальную эффективность изобрете1ИЯ при конструировании нромышленной коюнны для иромывкн водой. На фиг. 3 излохеиы конструктивные соображения для водюй отмывки от рафпната растворителя, со.ержащего сульфолан, как это оиисано отноительно фиг. 2. Расчетный аннарат для кривой иа фиг. 3 :редставляет собой экстракционный сосуд ,иаметром 1,2 м, снабженный экстракционныш тарелками, в которых имеются отверстия 1,95 СМ. Размер отверстий не имеет особого иачения, поскольку определяющим является корость ирохождения жидкости через отвертия. В качестве исходной расчетной величины ;ля этой колонны принимают скорость в отерстнях, составляюидую 75% от скорости поока. Расчетной величиной также является кстракциоиная тарелка, снабженная стока и, позволяющими поддерл ивать на каждом ;олпаке слой водпой фазы толщипой 0,3 м. По расчету нужно снизить содержание суль золаиа в рафинате с 550 до 1 ч. на 1 млн. 1 Чистом рафинате. Используя лабораторные данные для смеси ульфолап-растворитель получают кривую Д :оторая па левой ординате дает число экст1акционных тарелок, требующихся для коюнны ВОДНО промывки, В зависимости от корости (м/сек) прохождения через отвер;тия тарелоК. Кривая показывает, что три уве(ичении скорости прохождения для данного звлечения сульфоланового растворителя ко ичест1во требующихся тарелок уменьшается. На фиг. 3 кривая /.; показывает на ординате (а правой стороне фиг. 3, расстояние менаду арелками в колонне промывки водой в завпимости от скорости прохождения жидкости ерез отверстия в колнаках тарелок (м/сек). асстояиие между тарелками рассчитывают ю л.идкостному балансу для данного типа та|елок. Расстояние между тарелками в дейстительности определяет гидростатический толб воды, требующейся в стоках. Этот столб ;еобходим для подъема углеводородной фаы вверх через отверстия в экстракционной арелке и через слой водной фазы толщиной ,3 , находящийся иа колпаке тарелки при .аииой скорости в отверстиях. Если, нанриlep, для прохождения рафината через отвертия ггри данной скорости, требуется столб во.ы 1 м и устанавливается более короткий рок, чем нужно, то рафинат просто будет про:одить мимо отверстий в тарелке и попадать сток. При увеличении скорости в отверстиях |асстояние соседними тарелками соответственно увеличивается. Следует отютить, что в нромыц1ле)июй установке требуется также расстояние 4,2 м (14 футов) для донной и верхней части колонны. Это допол1 нтс,;;ы1ос расстояние создает зону отстоя внизу и вверху ко.;;опны, где углеводородная и В(днг1и фазы Moiyi отделяться друг от друга ;.;о 15ыхода из пр0.ывочной колонны. Кривые на фиг. 3 получены для водной экст|1:;кп,11И иоя1 омат;)че.ско;о рафниата, годержао;о|-и 5GO ч. иа 1 млн. сульфолана, в пролывочной колонне с нолученисм рафината, содер аи1его чолько 1 ч. на 1 млн. сульфолана. Такнм образом, эффективность выделения нревыщает 99%. Затем возникает вопрос о достижении максимально ; эффективности при наименылих затратах. Наибольшая доля стои:мости промывочной приходится на саму колонну и э.кс1 К1К и О1И1ые тарелки. Расчеты стоимости к.олоины водной промывки были проведены, исходя из кривых фиг. 3. Было найдено, что нри скоростях в отверстиях больше 1,5 м/сек стоимость практически иостоянная. При скоростях ниже 1,5 м/сек етоимость возрастает с уменьшением скорости. При малых скоростях прохождения высота колонны снижается, но требуется большее количество экстракционных тарелок. Экстракционные тарелки являются дорогостоящим оборуд,ованием. Таким образом, более иизщая промывная колонна с больишм числом тарелок стоит дороже более высокой колоины с меньшим числом экст ь:1кциоииых тарелок, ргспо.чожепиых на большем расстоянии Друг от друга. Поэтому можно сказать, что нри скоростях в отверстиях выше 0,6 м/сек, лучше выше 1,5 м/сек, требуются меньшие 1--.аипталог.ложения. По крпным фиг. 3 .МОЖ1Ю сл,елать вывод о losj, что максимальную экономию и максимальную эффективность можно получить при очень высоких скоростях в отверстиях. Однако д зугие соображения ограннчнвают иредночтнтельную работу ири максимальных скоростях выа;е 2,4 м/сек. Как указывалось выше, расстояние между тарелками определяется жидкосгным балансом для данной скорости в отверстиях. Скоростъ в отверстиях до 2,4 м/сек и расстояние между тарелками до 3,6 м обеснечивают минимальную стоимость иромывиой колонны. Таким образом, в иредпочтительпом варианте колонна водной нромывки должна иметь не менее четырех экстракциоиных тарелок, лучще более четырех, с тем, чтобы скорости в отверстиях не нревышали 2,4 м/сек. Пример. Промышленная экстракционная установка для извлечения ароматических работает иа ароматическом концентрате для извлечения бензола, толуола, ксилола, и ароматических Со. истый рафипат выводят из процесса экстрак и1и ароматических с т. кип. в иптериале Сгг-С;, при уд. весе 0,728 (62,9° API). Эчот рафииат содержит 2,7 мол.% аро9

магических углеводородов и 1,2 мол.% сульфоланового растворителя.

Согласно фиг. 1 рафинат поступает в колонну водной промывки промышленной экстракционной установки по линии 1 при расходе 330 или 212,3 кг-моль/час. При таких расходах рафинат, поступающий в колонну водной промывки 2, со.аержит 2,5 кг-моль/час сульфоланового растворителя.

Колонна промывкн водой 2 имеет восе.ч1ь экстракционных тарелок 3 с отверстиями диаметром 6,35 мм. Расстояние между тарелками в экстракционной колонне составляет 2,3 м.

Промывочная вода поступает в колонну промывки 2 но линии 4 с расходом 5,4 или 300 КГмоль/час. Эта бедная промывочная вода поступает из колонны промышленной экстракционной установки, поэтому содержит около 100 ч. на 1 млн. сульфолана и следы низкокипящих ароматических углеводородов.

Рафинат подают в экстракционную колонну 2 ио линии i и направляют вверх через отверстия в восьми экстракционных тарелках со скоростью около 1,85 м/сек. Промывку водой производят при температуре около и давлении 5,4 атм.

Чистую промывочную воду отводят из донной части колонны 2 по линии 5 с расходом 5,6 , или 302,5 кг-моль/час. Эта вода содержит 2,5 кг-моль/час сульфоланового растворителя, который экстрагируют из }.т.леводородной фазы в экстракционной зоне, состоящей из восьми экстракционных тарелок.

Чистый рафинатный продукт отводят из верхней части промывочной колонны 2 по линии 6 при расходе 327 или 209,8 кг- моль/час. Чистый рафинат из колонны водной промывки содержит 10-12 ч. на 1 млн. сульфолана.

На старых промывочных установках при скорости в отверстиях около 0,3 м/сек чистьи

10

рафииат содержит значительно больше с льфолаиа, а именно 50-100 ч. па 1 Л1лн. Г1ри

изменении скоропн подачи сырья па установку циркулянию рафнпата ведуг по лшпп 7,

в регу,)|) кланан 8, ,чалее но липни 9

в линию 12 и запорньп вентиль i;i и в линпю

14, при этом ос исствляют 1-:о гп1-:т :,.пнрующего рафнната с ислодным рафннато.м

вне колонны водпо| 1 промывки. игркуляции рафината civOpocTb в О1всрсгиях поддерживают 1,8-1,9 м/сек I эффективность .стракции сохраняют высо1;о 1, поэтому чистый рафинат содержит почти такое же малое количество сульфолапа, как и при работе без

циркуляции рафината.

П р е ;. м е т и з обре т е и и я

1.Способ Б11дел1. раств(И111тел 1 нз рафинатной фазы процесса. Kii/i.;ociHOii э;:стракцнп арс:иат1 ес::11х углеводоро н.В путем взаимодействия рафипатиой фазы с водой в эксTpakiuioiiHOn колонне, имсюше перфорированне тарелки, с получен11ем при рафината, не сочержаидего раство 1и-1с,чя, и смеси поды с раствори елем с последующи.м отделением последнего от воды обычио иерегонко, о т л и ч а ю 1ц и и с я тем, что, с це.лыо повышеиия степеи выделения растворителя ирн минимальиом количестве 11ерфо ч;рог1анных laрелок, ра{1м нат11ую фазу иро;т)скак;т через от15ерстия в тарелках со скорост1-ю более 0,6 м/сек.

2.Способ но п. 1. отличающийся тем, что рафинатную фазу проихскают через отверстия в тарелках со скоростью от 1,5 до 2,4 м/сек.

3.Способ по п. 1. о т . и ч а ю иип с я тем, что часть нолученного чистого рафииата рециркул 1руют на смешение с исходной )афииатиой фазой.

§ 8

miiml(

Ct3 to

ip

яоиэс ош у/чнтпптс/шж оизп

to

/

5, И.