Способ выделения ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими Советский патент 1979 года по МПК C07C7/10 C07C7/08 

1

Изобретение относится к способу выделения ароматических углеводородов путем экстракции или экстрактивной перегонки.

Наиболее близким к описываемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ вьщеления ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими путем жидкостной экстракции или экстрактивной перегонки в присутствии селективного водосодержащего растворителя с получением рафината и экстракта, направляемого в отгонную колонну, в верхнюю и нижнюю части которой вводят воду, с последующим отбором азеотропной смеси ароматических углеводородов с водой и водосодержащего растворителя соответственно из верхней и нижней частей отгоной колонны l .

Согласно известному способу в качестве селективного растворителя используют морфолин и/или замещенные -морфолины, содержащие .воДУ.

Для экстракции жидкость - жид;кость растворитель содержит 215 вес.% воды, а для экстрактивной перегонки 1,0-8 вес.% воды.

Использование водосодержащего растворителя способствует снижению температуры в разделительной колонне по сравнению с безводным растворителем, однако при этом колонна для отгонки работает неспокойно. Тарелки колонн частично заливаются и нельзя поддерл ивать постоянными температуры .колонны и остатка.

При применении в разделительной колонне содержащих воду растворителей возможен гидролиз последних.

Продукты гидролиза загрязняют целевые продукты процесса выделения.

Цель изобретения - снижение температуры и увеличение селективности процесса.

Это достигается согласно описываемому способу вьщеления ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими путем жидкостной экстракции или экстрактивной перегонки в присутствии селективного волосодерхацего растворителя с получением рафината и экстракта, направляемого в отгонную колонну, в верхнюю и нижнюю

части которой вводят воду, с последующим отбором азотропной смеси ароматических углеводо15одов с водой и водосодержащего растворителя с;оответственно из верхней и нижней частей отгонной колонны, причем в нижнюю часть отгонной колонны вводят воду в количестве 60-100 вес,% по отношению к количеству воды, содержащейся в азеотропной смеси ароматических углеводородов с водой.

Предпочтительным является проведение процесса с отбором углеводородной фракции из середины отгонной колонны и подачей ее на выпаривание с получением потоков пара и жидкости с возвратом потока пара в нижнюю часть отгонной колонны в точку, расположенную между серединой отгонной колонны и выводом водооодержащего растворителя, и потока жидкости - между вводом, потока пара и выводом водосодержащего растворителя.

Отличительные признаки способа введение в нижнюю часть отгонной колонны воды в количестве 60-100 вес,% по отношению к количеству воды, -содержащейся в азеотропной смеси -ароматических углеводородов с водой.

Технология способа состоит в следующем.

При увеличении количества вод1а в колонне улучшается отгонка арома:тики благодаря дополнительному введению воды в куб колонны для отгонки, температуру отгонки можно снизить до (отгонку без воды проводят при нормальном давлении и при температуре около ). Благодаря тому что при таком способе работы тарелки заполнены водой выше места загрузки, верхняя часть отгонной колонны действует как разделительный слой, отгоняемые ароматические углеводороды не должны проходить через разделитель/кыК слой. Таким о.бразом, ароматические углеводороды не должны проходить в виде флегмы через тарелку

из загрузочного патрубка, в который может попадать растворитель, находящийся в нижней части отгонной колонны, следовательно, они не будут отгоняться. Однако неспокойная работа отгонной колонны связана с не поддающимся контролю заполнением тарелок водой и отгоняемыми ароматическими углеводородами, так как эти компоненты являются несмешивающимися и их различные плотности вызывают не поддающееся влиянию заполнение тарелок колонны и неравномерное течение процесса. Это можно устранить при осуществлении предложенного способа. Объем добавки воды в куб отгонной колонны зависит от вида и количества отгоняемых ароматических углеводородов. Обычно эта добавка должна составлят 60-100 вес.% того количества воды, которое способно азеотропно отгоняться с отгоняемыми ароматическими веществами.

Так, например, на 100 вес,ч,, бензола добавляют 9,4 вес.ч. воды, на 200 вес.ч. ксилола - 66,7 вес.ч воды для .того, чтобы степень отгонк ароматических углеводородов была достаточной.

Каждый органический растворителе под действием сильной температурной нагрузке подвергается гидролизу или разложению, и отгоняемые ароматические углеводороды загрязняются продуктами гидролиза и разложения.

Для предотвращения загрязнения ароматических углеводородов указанными продуктами и предусматривается работа на,отгонной колонне с рециркуляцией воды вместо обычной рециркуляции ароматических углеводородово Верхние тарелки отгонной колонны способствуют -водяной npOivbiBKe поднимающихся ароматических углеводородов,, Затем пары ароматических углеводородов отгоняются из колонны в виде азеотропной смесир причем точка кипения ароматических веществ снижается следующим обр аз oivi (см. таблицу).

Таблица

Бензол Толуол о-Ксилол

80

69 84 94 110 144 Это снижение температуры способ ствует увеличению разности темпера тур между температурами кипения продуктов разложения или гидролиза растворителя и ароматических углеводородов, которые отделяются друг от друга при помощи дистилляции . На чертеже приведена технологическая схема установки для осуществления предложенного способа. Исходную смесь углеводородов через трубопровод 1 подают в экстракционную колонну 2. Можно применять как экстракцию жидкость - жид кость, так и экстрактивную перегон ку. Содержащий воду селективный растворитель через трубопровод 3 подают в экстракционную колонну 2 любой конструкции. Неароматическую фракцию отводят из экстракционной установки 2 в в де головного продукта (фазы рафина та). через трубопровод4 , Через тру бопровод 5 из куба экстракционной установки 2 отводят ароматические вещества с растворителем, содержащим воду в виде фазы экстракта, и подводят в снабженную тарельчатую колонну б для отгонки. Это место загрузки смеси ароматические вещества-растворитель-вода находит ся обычно в средней части колонны для отгонки. Колонна 6 для отгонки имеет тру бопровод 7, через который можно подводить необходимую воду в пароо разном или жидком виде в куб коло ны. Кроме того, от средней тарелки колонны для отгонки, например от 15-ой тарелки, ответвляется отводя щий трубопровод 8, через который можно отводить часть получающейся там смеси веществ. В этом случае смесь веществ подают по трубопроводу 8, в испаритель 9, в котором происходит ее частичное испарение Затем пар и жидкость возвращают в куб колонны для отгонки через радиальные трубопровод 10 и 11. При этом трубопровод 11 служит для возврата пара и лежит выше трубо|Провода 10, через который возвращают жидкость. В этом случае необходимое количество воды в куб колонны б може быть подведено через трубопроводы 10 и 11, так что вентиль 12 может оставаться закрытым и, следовательно, не происходит никакой подачи воды через трубопро вод 7. Однако при запуске колонны б для отгонки в работу через трубопровод 7 обязательно подводят воду. Испаритель 9 может работать с обменом тепла с другими частями установки. Можно подвести отводящий трубопровод 8 непосредственно в остаток колонны и не проводить никакого частичного испарения отводимой смеси веществ. Отводимые через верх колонны б для отгонки ароматические углеводороды через трубопровод 13 и водоотделитель 14 попадают в колонну 15, в которой происходит их дальнейшее разделение, например, на бензольно-толуольную и ксилольную . фракции. Эти продукты можно отводить через трубопроводы 16, 17 и 18. Собирающуюся в водоотделителе 14 воду можно отводить по трубопроводу 19. От трубопровода 19 отходит трубопровод 20, через который , подают необходимое количество воды в качестве флегмы в верхнюю, часть колонны б для отгонки. Остальной поток воды через трубопровод 19 попадает в трубопровод 7, через который он при соответствующем положении вентиля 12 может быть возвращен в куб колонны б для отгонки. Если же вентиль 12 закрыт или открыт только частично, то избыточная вода, которая не протекает через трубопровод 7, может попасть в трубопровод 21, через который проходит обогащенный растворитель, отведенный из остатка колонны б для отгонки. Следовательно, вода подключается к замкнутому циклу циркуляции растворителя к служит для регулирования содержания воды в растворителе. Через трубопровод 21 растворитель попадает в трубопровод 3.Отсюда происходит затем его повторная загрузка в экстракционнуто колонну 2. Пример. Экстракт, содер-жгш ий ароматические вещества, предварительно обрабатывают на предыдущей стадии экстракции жидкость-жидкость, на которой работают с селективным растворителем, содержащим 4,5 вес.% воды. Отгонная колонна б может работать без дальнейшей добавки воды, так что снижение точки кипения получается исключительно за счет содержания воды в растворителе (вариант А). При осуществлений предлагаемого способа необходимое количество воды в куб отгонной колонны б добавляют за счет возйрата части смеси веществ с 5-ой тарелки в остаток (вариант В)-. В обоих случаях исходный продукт вводят в количестве ,25 т/ч с тем- пературой через трубопровод 1 в экстракционную колонну 2, работающую в данном случае как экстрактивная перегонка. При этом исходный продукт имеет следующий состав: 64,05 вес.% неароматических углеводородов, 17,8 вес.% бензола; 10,4 вес.% толуола и 7,75 вес.% ксилолов.

в качестве растворителя в обоих случаях применяют N-формилморфолин (МРМ). Через трубопровод 3 в средййю часть экстракционной колонны 2 .вводят при 79 т/ч растворител (NFM); 3,8 т/ч воды, 0,8 т/ч остатных ароматических углеводородов.

В качестве головного продукта , (рафинатной фазы) из э.кстракционн й установки 2 через трубопровод . 4 отбирают при температуре около 50°С 16 т/ч неароматических углевбдородов и 0,8 т/ч остаточных аром тических углеводородов. Количество экстракционной фазы, отбираемой через трубопровод 5 при температуре и вводимой в снабженную тарелками отгонную колонну б, составляет 91,8 т/ч. Экстрактивная имеет следующий состав: 8ё,0 вес.% NPM, 4,4- вес.% воды; ,, 4,8 вес.% бензола; 2,8 вес.% толуола; 2,0 вес.% ксилолов.

До сих пор обе части сравнительного опыта совпадали. Для дальнейшей обработки экстрактивной фазы в отгонной колонне 6 предусмотрен раличный порядок работы. В нижней чати отгонной колонны 6 есть подводящий трубопровод 7, через который можно вводить необходимую воду в виде пара или жидкости. В данном случае добавка воды через трубопоовод 7 составляет О т/ч (вариант .А) , 2,7 т/41 при начале работы по данному способу (вариант В),.после начала работы по данному способ О т/ч. Температура 50°С.

Кроме того, со средней тарелки отгонной колонны, например с 15-ой тарелки, ответвляется отводящий трубопровод 8, через который можно отбирать часть выпадающей там смеси веществ. В данном случае этот отбор через трубопровод 8 составля «Т О т/ч (вариант А), 2 т/ч (вариант В). Температура . Содержание воды 94,8 вес.% или морфолил а 5,8 вес.%.

Отбираемую через трубопровод 8 смесь веществ (вариант В) вводят в выпарной аппарат 9, в котором происусодит частичное его выпарйваниеь затем возвращают пар и жидксгстъ через раздельные трубопроводы 10 и 11 в нижнюю часть отгонной колонны 6. При этом трубопровод 11 для нового пара расположен над трубопроводом 10, через который возвращают жидкость. Через трубопровод 10 отводят обратно воду (жидкое состояние) О т/ч (вариант А) и 0,1 т/ч (вариант В). температура . Содержание воды 80 вес.% KFM или морфолина 20 вес.%.

Одновременно через трубопровод 11 возвращают воду (парообразное состояние) О т/ч (вариант А) и 1,9 т/ч (вариант В). Температура 102°С.-Содержание воды 95 вес.ч. /VF М или морфолина 5 вес.%.

Как только при осуществлении варианта В сравнительного опыта прол изойдет достаточный ввод воды в отгонную колонну 6 через трубопроводы 10 и 11, можно закрыть клапан 12, так что дальнейший подвод воды через трубопровод 7 больше не производится. При пуске отгонной колон5 ны-.6 вода подводится через трубопровод 7. Выпарной аппарат 9 может работать в теплообмене с другими частями установки. Ароматические углеводороды, улетучивающиеся через головную часть отгонной колонны б, отбираются через трубопровсад 13. При этом отбираемое/количество (вариант А) 8,2 т/ч. Состав 54,7 вес.% бензола;

5 31,7 вес.% толуола; 43,6 вес.% ксилолов; 400 7% загрязнений. Отбираемое количество 8,9 т/ч (вариант В). Состав: 50,5 вес.% бензола; 29,2 вес.% толуола;20,4 вес.%

0 ксилолов; 1 °/% загрязнений.

Отбираемые ароматические углеводороды попадают по трубопроводу 13 через водоотделитель 14 в ко-, лонну 15, в которой происходит .

5 их дальнейшее разделение, например, на фракции бензола, толуола и ксилола. Эти продукты можно отбирать через трубопроводы 16, 17 и 18. Собирающаяся в водоотделитеQ ле 14 вода отбирается через трубопровод 19 в следующих количествах: 2,7 т/ч (вариант А) и 1,9 т/ч (вариант В).,

От трубопровода 19 ответвляется

5 трубопровод 20, по которому течет необходимое количество воды, подаваемое в качестве обратного потока на головную часть отгонной колонны 6.- Это количество обратного потока составляет после начала работы по данному способу О т/ч (вариант А) и 0,7 Т./Ч (вариант в) . Температура 40°с.

Остальной поток воды поступает по трубопроводе 19 к трубопроводу 7, через который он при соответствующем положении клапана 12 может идти обратно в нижнюю часть отгон ной колонны б. Если же клапан 12 закрыт или открыт лишь частично,

0 избыточная вода, не стекающая по трубопроводу 7, может попадать через трубопровод 19 к трубопроводу 21, по которому отбираемый из нижней части отгонной колонны 6 раство

5 ритель течет в трубопровод 3, отку