Способ выделения ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими Советский патент 1982 года по МПК C07C15/02 C07C7/08 C07C7/10 

(5) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ИХ СМЕСЕЙ С НЕАРОМАТИЧЕСКИМИ

1

Изобретение относится к способу выделения ароматических углеводородов - смесей бензола, толуола, ксилолов и ароматических углеводородов Са - из их смесей с неароматически- g ми сочетанием жидкостной экстракции и экстрактивной ректификации. .

Известны способы выделения ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими путем жидкостной ю экстракции с последующей экстрактивной ректификацией. При этом на стадиях жидкостной экстракции и экстрактивной ректификации используют высококипящий селективный растворитель и в смеси с водой. Наиболее приемлемыми для указанных процессов являются такие растворители, как морфолин, алкил и кетопроизводные морфолина или их смеси 1 и 2.,20

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выделения ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими 25

путем двухступенчатой жидкостной экстракции с водосодержа1чим N-формилморфолином.

Отводимый с второй cTiyneHM экстракт направляют на экстрактивную ректификацию. Полученный в результате экстрактивной ректификации дистиллят путем двухступенчатой конденсации разделяют на более высококипящую фракцию, которую возвращают на первую ступень экстракции в зону между точками ввода растворителя и исходного сырья, и фракцию с более низкой температурой кипения. Эту фракцию вбзврв щают в куб аторой ступени экстракции. Кубовый остаток экстрактивной ректификации подвергают ректификации в присутствии воды. Отбираемую в дистилляте смесь ароматических углеводородов и воды разделяют в сепараторе. Отделенную воду, делят на несколько потоков, один из которых возвращают в качестве флегмы на стадию ректификации, а другой подают в куб колонны ректификации о Часть отделенной воды из сепаратора подают на про мывку выделенного на первой ступени экстракции рафината. Промывную воду затем- направляют в куб второй ступени экстракции Отбираемый в кубовом остатке растворитель возвращают на стадию экстракции. Согласно этому способу используют N-формилморфолин, содержащий до 30 весД водыо На первой и второй ступенях экстракции поддерживают тем пературу 0-90°С, Экстрактивную ректи фикацию проводят при ЗО-ЗОО С, отпар ку растворителя в колонне ректификации ведут при 50-200 С З . Недостатком указанного способа яв ляются значительные энергозатраты на процесс, связанные с болычим расходо тепла на стадиях экстрактивной ректификации и отпарки;, Так, после отпарки растворитель, возвращаемый на экстракцию, может содержать до 3-5% воды и должен содержать следы аромат ческих углеводородов. Указанный выше недостаток в целом удорожает известный способе Цель изобретения - снижение энергетических затрат Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выделения ароматических углеводородов из их смесей с неароматическийи путем двух ступенчатой жидкостной .экстракции с водосодержащим N-формилморфолином в качестве селективного растворителя с получением экстракта и рафината и последующей подачей экстракта на экстрактивную ректификацию с разделением полученного дистиллята путем двухступенчатой конденсации на более . высококипящую фракцию, возвращаемую на первую ступень экстракции в зону между точками ввода растворителя и исходного сырья J и фракцию с более низкой температурой кипения, возвращаемую в куб второй ступени экстракции, и ректифика1:{ией кубового остатка экстрактивной ректификации в присутствии воды с отбором в дистилляте смеси ароматических углеводородов с водой и разделением последней на ароматические углеводороды и воду-, которую возвращают в качестве фрюгмы на стадию ректификации и пода ют на оромывку полученного рафината, с посяедующим вводом промывной воды в куб второй ступени экстракции и отбором в кубовом остатке ректификации растворителя, последний со9держит 3, вес.% воды и 2-k вес,% ароматических углеводородов, и его подвергают изоэнтальпийному расширению до остаточного давления tO160 мм рт, ст. с отбором жидкого потока растворителя, содержащего 0,,9 вес. воды и 0,79-2,в весД ароматических углеводородов, возвращаемого на первую ступень экстракции, и парообразного потока растворителя, обогащенного водой и ароматическими углеводородами, который подвергают конденсации с последующим смешением 4п-80 вес, полученного конденсата с экстрактом, отводимым со стадии экстракции перед его подачей на стадию экстрактивной ректификации и подачей оставшейся части конденсата в куб второй ступени экстракции. Экстракцию предпочтительно проводить при 15-100°С. Экстрактивную ректификацию и ректификацию предпочтительно проводить при 5П-1бП°Со На чертеже представлена схема осуществления способа. Исходную смесь углеводородов направляют по магистральной линии 1 в нижнюю часть экстрактора 2 первой ступени для экстракции жидкости жидкостью, где осуществляют противоточный контакт разделяемой смеси с потоком растворителя , который направляют в верхнюю часть этого экстрактора по линии 3. Из верхней части экстрактора 2 отводят рафинат, который по линии k направляют в скрубберную колонну 5, Это позволяет путем отмывки водой в условиях противотока удалить из рафината все следы захватываемого им растворителя Из верхней части колонны 5 получают рафинат, освобожденный от растворителя, и по линии 6 его выводят из системы Воду, которую рекуперируют из нижней части колонны 5, направляют по линии 7 в нижнюю часть экстрактора 8 второй ступени для экстракции жидкости жидкостью Растворитель, обогащенный ароматическими углеводородами, отводимый из нижней части экстрактора 2, по линии 9 подают на верхнюю тарелку экстрактора 8, С верхней же тарелки экстрактора 8 полу- ченный рафинат по линии 10 подают в нижнюю часть экстрактора 2. Это позволяет рекуперировать ту часть 59 ароматических углеводородов, которая еще содержится в рафинате,, По соответствующим линиям 7 и 11 в нижнюю честь экстрактора 8 подают промывную воду, отводимую из скрубберной колонки 5 после промывки рафината, и поток, который состоит из углеводородов и воды, полученный в конденсаторе 12 второй стадии конден сации колонны 13 экстрактивной ректификациИоОптимальное содержание воды в кубе экстрактора 8 поддерживают путем подачи по линии Н части потока 15, полученного при конденсации в конденсаторе 16, отводимой из сепаратора 17 паровой фазы растворителя, полученной после изоэнтальпийного расширения о Этот поток содержит в основном воду с небольшим количеством растворителя и ароматических углеводородов. Экстракт, отводимый из нижней части экстрактора 8 по линии 18, направляют в теплообменник 19, в котором его нагревают путем косвенного теплообмена с растворителем, отводимым из нижней части отпарной ректификационной колонны 20„ Перед введением в колонну 13 экстрактивной ректификации экстракт дополняет водосодержащим потоком, полученным в конденсаторе 16, который подают по линии 21, а затем смесь по линии 22 направляют на экстрактивную ректификацию. Добавление воды, подаваемой по линии 21, упрощает отделение неароматических углеводородов, обеспечива таким образом, достижение высокой ст пени чистоты экстракта при уменьшейных расходах тепла по сравнению с теми случаями, когда используют мень шее количество водьи Поскольку испол зуемый N-формилморфолин характеризуется высокой температурой кипения, то чем выше содержание воды, тем ниже температура кипения смеси. Поэтом добавление воды обуславливает дополнительное уменьшение расходов тепла по сравнению с известным способом ГЗ Фактически после нагревания кубового продукта колонны 13i состоящего из растворителя и экстрагированных ароматических углеводородов, до пониженной температуры экономится су щественное количество тепла, что соответствует температурному перепаду, который свойствен различным уровням содержания воды. Причем техническая 6« характеристика колонны экстрактивной ректификации остается неизменной. Головные погоны колонны 13 направляют посредством линии 23 вначале в конденсатор 2k для частичной к конденсации, в котором происходит конденсация минимального количества воды совместно с фракцией более низ- кокипящих ароматических углеводородов, высококипящих насыщенных углеводородов и моноаррматических углеводородов , которые характеризуются аномалЬной полярностью, содействующей их растворимости в растворителе :По линии 25 полученный конденсат после разделения в сепараторе 2б направляют на соответствующий уровень экстрактора 2, превышающий уровень подачи в него исходного сырья по линии 1, что упрощает продувание в рафинат неароматических углеводородов с аномальной полярностью и предотвращает как накапливание этих соединений в ходе проведения цикла, так и какое-либо снижение степени частоты экстракта. , Паровую фазу, поступающую из сепаратора 26, подвергают последующей и полной конденсации в конденсаторе 12, после чего ее собирают в сепараторе 27. Полученный конденсат, который состоит из воды, более легкокипящих ароматических углеводородов и низкокипящих ненасыщенных углеводородов, направляют в нижнюю часть экстрактора В по линии 11, Учитывая асе то количество воды, которое добавляют в основание экстрактора по линиям 7 и Н, неароматические высококипящие соединения, содержащиеся в экстрактной фазе, переходят в рафинатную фазу вследствие их частичного замещения в экстрактной фазе низкокипящими неароматическими углеводородами. Последние легче отделить на последующей стадии экcтpakтивной ректификации. Кубовый продукт колонны 13 по линии 28 подают в отпарную ректификационную колонну 20, в которой произво- дят отпарку ароматических углеводороов в присутствии воды, поступающей в верх колонны по линии 29. Отводимую с верха колонны по линии 30 CMech ароматических углеводородов и воды направляют в конденсатор 31, а затем в декантационный аппарат 32. Выделен7ные ароматические углеводороды отво дят по линии 33, а выделенную воду частично возвращают по линии 29 в о гонную колонну 20 как флегму и по линии З подают на промывку рафината в скрубберную колонну 5 Регенерированный растворитель из куба колонны 20 по линии 35 подают в теплообменник 19 для подогрева по тока экстракта, направляемого в экстрактивную колонну 13, а затем его подвергают изоэнтальпийному расширению до достижения определенной степени вакуума (0-160 мм рт„ст„) путем прохождения через клапан 36. Вакуум в определенной степени зависит от состава исходного сырья, подаваемого в установку, а также от содержания воды в растворителе в нижней части отпарной колонны 20 о Проведение вышеуказанного расширения с расходом энтальпии потока 35, температура которого после теплообмена в теплообменнике 19 является такой, что не позволяет его в дальнейшем использовать в установке, обуславливает разделение потока на газообразный 37 и жидкий 3 потокиПоток 37 содержит значительное K личество воды, помимо присутствия в нем растворителя и ароматических углеводородов, тогда как поток 3 ха рактеризуется значительным снижением содержания воды и углеводородов в сравнении с их содержанием в потоке 35« Таким образом, удается получить необходимый поток 3 растворителя, который благодаря пониженному содержанию воды и остаточных углеводородов обеспечивает возмож ность работы экстрактора первой сту пени длр экстракции жидкости жидкостью в улучшенных условиях, посколь ку расход растворителя можно снизит по сравнению с его расходом при осу ществлении известных способов, в результате чего снижается расход те ла с одновременным достижением повышенной эффективности рекуперации ароматических углеводородов. Необходимый поток 15 получают пр конденсации 8 конденсаторе 16, причем его разделяют на потоки Т и 21 предназначенные для использования, как указано выше, в целях изменения содержания воды в кубе экстрактора 8 для экстракции жидкости жидкостью 8 и в колонне 13 экстрактивной ректификациИоВакуум в сепараторе 17 и конденсаторе 16 поддерживают с помощью эжектора Глубина вакуума тесно связана с необходимостью достижения полноты конденсации (за исключением неконденсирующихся компонентов) потока 37, что позволяет исключить возможность потерь ароматических углеводородово Изоэнтальпийное расширение растворителя в нижней части отпарной колойны проводят для обеспечения возможности получения следующих преимуществ предлагаемого способа. Остаточное содержание ароматических углеводородов в потоке 35 значительно превышает их остаточное содержание в потоке 3. Это обусловлено теМ| что в процессе изоэнтальпийной отпарки можно отделить часть таких углеводородов в паровой фазё„ В результате степень фракционирования, которая должна быть достигнута в колонне для отпарки ароматических углеводородов, является не столь высокой, что позволяет значительно снизить расход тепла. Поскольку содержание воды и углеводородов в растворителе в нижней Части отпарной колонны выше, чем в потоке 3, его относительная температура кипения при неизменном давлении ниже температуры кипения потока 3. Таким р.бразом, его можно использовать в меньших количествах, что обуславливает экономию значительного количества тепла, соответствующего разнице температур кипения о Поскольку максимального уровня температура достигает в нижней части отпарной колонны, понижение этой температуры означает достижение относительно хороших результатов как в отношении стойкости растворителя, так и в отношении исключения возможного явления корродирования, благодаря чему для изготовления всей установки можно использовать углеродистую сталь Поскольку операция фракционирования проходит менее интенсивно, можно исключить введение водяного пара в куб отпарной колонны за счет испарения части воды, которая получается в виде дистиллята в деканта-ционном аппарате 32. Поскольку коли99чество тепла, которое поступает от к пятильника, остается неизменным, сни жение до минимума расхода потока 3 дистиллята в соответствии с потребно стями в рафинатной промывке позволяет проводить операцию с большим флег мовым числом, благодаря чему уменьша ется количество захватываемого растворителя. Применение изоэнтальпийного рас-ширения позволяет получить поток 15 который в основном состоит из воды, предназначенной для использования в соответствии с потребностями установ ки, и использовать ту теплоту, которую невозможно использовать в других случаях, тогда как при осуществлении известных способов воду, используемую в установке, получают дистилляцией растворителя, после чего отде ляют от углеводородов в сепараторах в виде головных погонов колонны экстрактивной ректификации и колонны от парки ароматических углеводородов. Содержание воды в растворителе на стадии экстракции в аппаратах 2 и 8 составляет 0,5-12 вес„% преимущественно 0, вес, на первой ступени экстракции и 0,5-12 вес. на второй, Содержание воды в кубовом остатке колонны экстрактивной ректификации поддерживают равным 3,,8 весД в зависимости от температуры куба экстрактивной ректификации. Пример 1, Процесс осуществляют по описанной выше технологичес кой схеме. Разделению подвергают рефор мированный бензин, в состав которого входят следующие компоненты, вес.%: Бензол 10 Толуол 31 Ксилолы 21 Соединения 9суглеродными атомами + ароматические соединения 3 Неароматические соединения 30 Указанное исходное сырье в количестве 100 кг/ч подают на нижнюю тарелку колонны 2 для экстракции жидкости жидкостью Эта колонна снабжена 60 ситчатыми тарелками„ В верхнюю часть колонны 2 вводят N-формилморфолин (2%-ный раствор в воде, содержание остаточных углеводородных компонентов составляет приблизительно 1,2 вег.о%) в коли610честве 370 кг/ч. На 20-ю тарелку (нумерация тарелок начинается с са мой нижней) подают по линии 25 более тяжелую фракцию, которую получает на первой отадии конденсации в сепараторе 26 головных погонов кйлонны 13 экстрактивной ректификации, в количестве 1,5 кг/ч, из которых 0,25 кг/ч приходится на долю воды. Температуру в колонне 2 поддерживают в интервале 50-60°С;, Из головки колонны 2 отводят рафинат, который после промывки в колонне 5 в количестве 31,9 кг/ч направляют за пределы территории, занимаемой цехом или установкой. В качестве промывной воды используют ВОДУ, которая поступает из декантационного аппарата 32 и совершенно не содержит растворителя, в количестве 2,2 кг/ч, после чего ее направляют в куб экстрактора 8 для экстракции жидкости жидкостью. В куб экстрактора 8, который содержит 20 ситчатых тарелок, по линии 11 направляют более легкокипящую фракцию головного погона колонны для экстрактивной перегонки в количестве 28,6 кг/ч, причем 7, кг/ч приходится на долю водЫо В куб экстрактора 8 по линии Н подают часть потока, полученного при конденсации в конденсаторе 16 парообразного потока сепаратора 17 после изоэнтальпийного расширения, в количестве 7,8 кг/ч из которых ,3 кг/ч приходится на долю воды, а остальная часть - на долю углеводородов и растворителя. В потоке кубовых остатков, которые отводят из экстрактора 8, концентрация воды составляет ,5 вес.% в пересчете на общее количество смеси, тогда как содержание воды в пересчете на систему растворитель-вода составляет вес.. Перед введением в колонну 13 экстрактивной ректификации поток кубовых остатков, отходящий из экстрактора 8, дополняют водосодержащим потоком, подаваемым по линии 21 в количестве кг/ч (k3% от потока 15), из которых 3,2 кг/ч приходится на долю воды, остальное - на углеводороды и растворитель. В нижней части колонны 13 поддерживают температуру Ц(у°С, а концентрация воды составляет вес. в пересчете на смесь, которая включает в себя также ароматические уг- леводороды и растворитель, тогда как 11 в пересчете на один растворитель та кая концентрация достигает ,5 весД Конденсат, полумаемый из конденсатора 16, делят на два потока Т и 21, одновременно поддерживая в ко лонне экстрактивной ректификации ма симальную концентрацию воды, котора соответствует требуемым ее количест вам. Поток кубовых остатков из колонн экстрактивной перегонки направляют ректификационную, колонну 20 для отпарки ароматических углеводородов В результате отпарки полумают ароматические углеводороды высокой сте пени чистоты. Фактически содержание неароматических углеводородов составляет менее 400 ч./1000000 м. Одновременно с этим достигается высокая степень рекуперации аромати ческих углеводородов, %: Бензол 100 Толуол 99,8 Ксилолы 97 Соединения с 9 углеродными атомами аромати.ческие соединения 85 6 Для промывки рафината используют воднофазный дистиллят, который получают из декантационного аппарата 32. Температуру кубовых остатков в колонне 20 поддерживают на уровне 160°С, причем содержание в них остаточных углеводородов составляет 2 вес«% а содержание воды равно 3,9 вес„%. При изоэнтальпийном расширении получают растворитель, который направляют по линии 3 в экстрактор 2, содержащий 1,2 весД остаточных углеводородов и 2 вес водыо В сепараторе 17, а также в конденсаторе 16 поддерживают остаточное давление 110 мм.рт. ст„ В сравнении с циклом, который проводят по известному способу ГЗЗ без изоэнтальпийного расширения, экономия тепла в экстрактивной колонне составляет 18%, а в отпарной ректификационной колонне - 20%. При этом чистота получаемых ароматических углеводородов та же Данные по составу жидкой и парообразной фазы, полученной при проведении процесса в условиях примера 1 при различных давлениях изоэнтальпийного расширения, представлены в табл о 1.

+8,53 1,7 53.96 Вода0,9 N-формилморфолинБензол Толуол Ксилол Ароматические g,65 и,об 0,85

П р и я е р 2, Процесс проводят аналогично примеру 1, в нижней части колонны 13 поддерживают .температуру концентрация воды в ней, 2,5б 1,23 5,70

соствгвляет Л,7 Этого достигают путем рециркуляции около О вес. от общего количества паровой фазы, выходящей из сепаратора 17 после 1,88 56,45 2,21 57,88 6,89 21,56 96.i«2 0,11 1,35 0,0i« 0.03 5.96 0,26 0,23 0,97 Н,57 1,07 U,62

13973016I

охлаждения его в конденсаторе 16 по концентрация воды составляет 5 весД трубопроводу.21.а концентрация углеводородов-3 вес Д.

Нижняя часть отпарной ректификаци- энтальпийном расширении, приведены онной колонны работает при 152С s в табл„ 2. Ь57 5t.27 2,25 Вода N-ФормилморфоВ этих условиях расход тепла в ко лонне 20 оказывается сниженным до 18,2 ккал/кг исходного сырья, и тем самым обеспечивается экономия в расходе тепла, составляющая около 27 по отношению к известному способу. П р и м е р Зе Процесс проводят аналогично примеру 1. В нижней части экстрактивной колонны 13 поддерживают температуру 136°С. Концентрация воды в нижней части этой колонны составляет около 6,3 весД,которую 3,00 59,68 3,90 59,67 N-ФормилморфолинБензол Толуол Ксилол Ароматические 1,66 20,28 1,92 ,20,67

Результаты, полученные при изоТ а б л и 2,7 57;89 3,12 58,33 обеспечивают путем рециркуляции около 80 вес от общей паровой фазы, выходящей из сепаратора 17 после охлаждения в конденсаторе 16 по трубопроводу 21 „ Нижняя часть отпарной ректификационной колонны 20 работает при температуре , концентрация воды составляет 7 весв, а концентрация углеводородов - около k вес Л, Результаты изоэнтальпи йного рас1 ;ирения представлены в табл, 3. Т а б л и ц а 3 ,8 59,35 ,90 58,99 2,09 20,99 2,22 21,2t 159 В этих условиях расход тепла в от парной колонне 20 снижается до Н6,1 ккал/кг исходного сырья, и тем самым обеспечивается экономия в расходе тепла, составляющая около 38 по отношению к известному способу„ Аналогичным образом процесс может быть осуществлен при уменьшении рабочей температуры низа колонны 20 от до и при увеличении содержания воды от до 6,3 вес,%, формула изобретения 1, Способ выделения ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими путем двухступенчатой жидкостной экстракции с водосодержащим N-формилморфолином в качестве селективного растворителя с получением экстракта и рафината и последующей подачей экстракта на экстрактив ную ректификацию с разделением полученного дистиллята путем двухступенчатой конденсации на более высоко кипящую фракцию, возвращаемую на первую ступень экстракции в зону меж ду точками ввода растворителя и исхо ного сырья, и фракцию с более низкой температурой кипения, возвращаемую в куб второй ступени Э стракции, и ректификацией кубового остатка экстрактивной ректификации в присутствии воды с отбором в дистилляте смеси ароматических углеводородов с водои и разделением последней на ароматические углеводороды и воду, которую возвращают в качестве флегмы на стадию ректификации и подают на промывку полученного рафината, с последующим вводом промывной воды в куб второй ступени экстракции и от16бором в кубовом остатке ректификации растворителя, возвращаемого на стадию, экстракции, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат, в кубовый остаток на стадии ректификации отбирают растворитель, содержащий 3,9 7 весо% воды и 2- ароматических углеводородов, который подвергают изоэнтальпийному расширению до остаточного давления 0-160 мм рт.ст. с отбором жидкого потока растворителя, содержащего 0,,9 вес Л воды и 0,79-2, весо ароматических углеводородов, возвращаемого на первую ступень экстракции,и парообразного потока растворителя, обогащенного водой и ароматическими углеводородами, который подвергают конденсации с последующим смешением 40-80 вес.,% полученного конденсата с экстрактом, отводимым со стадии экстракции перед его подачей на стадию экстрактивной ректификации и подачей оставшейся части конденсата в куб второй ступени экстракции, 2.Способ по п.. 1, отличаю щи и с я тем , что экстракцию проводят при 15-100°С. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что экстрактивную ректификацию и ректификацию проводят при 50-160°С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент СССР № ii85588, кл. С 07 С 7/10, опублико 1973. 2.Патент СССР ° 563116, кл. С 07 С 7/10, опублик. 1977. 3.Патент Великобритании № 1271596, кл. С 07 С 7/02, опублик. 1972 (прототип) о