Способ разделения смеси ароматических углеводородов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

34I2l7

Ссюа Советских

Социалистических

Республик

Зависимый от патента №

Заявлено 01.XI.1966 (¹ 1111775/23-4) М, Кл. С 07с 7/04

Приоритет

Комитет по делам иаабретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 05.VI 1972. Бюллетень ¹ 18

УДК 665.662.9(088.8) Дата опубликования описания 15.VIII.1972

Авторы изобретения

Иностранцы

Кеннет Дуглас Уитти и Тошио Окума (Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма

«Юниверсал Ойл Продактс Компани» (Соединенные Штаты Америки) Заявитель

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ АРОМАТИЧЕСКИХ

УГЛ ЕВОДО РОДО В

Изобретен ие относится к способам разделения смеси ароматических углеводородов, сосодержащей о-ксилол.

Известен способ разделения смеси ароматических углеводородов, содержащей о-ксилол, м-ксилол, п-ксилол, этилбензол, путем последовательной ректификации. Способ заключается в том, что в первой колонне ректификации отделяют этилбензол, а кубовый остаток, содержащий ксилолы, подают во вторую колонну, где отделяют пары м- и и-ксилолов от кубового остатка, содержащего о-ксилол. Последний в третьей колонне отделяют от других углеводородов, причем пары м- и п-ксилолов направляют на обогрев по крайней мере одного из ребойлеров первой или третьей колонны.

Однако при проведении способа расходуется большое количество тепла для выделения о-ксилола в виде верхнего погона одной из колонн, кроме того, затруднено регулирование работы о-ксилольной колонны, в которой осуществляют сверхчеткую ректификацию.

С целью повышения эффективности ректификации и снижения потерь тепла, предлагается ректификации подвергать смесь, содержащую бензол, толуол и все изомеры ксилола, и пары из о-ксилольной колонны конденсировать в парогенераторе путем косвенного теплообмена с водой при температуре по крайней мере на 2,8 С выше, чем температура в ребойлере колонны, служащей для отделения бензола. Это позволяет регенерировать

99% тепла, расходуемого в о-ксилольной ко5 лонне.

Исходное сырье для ректификации содержит, мол. %: бензол 30 — 47, толуол 30 — 47, и-ксилол 5 — 1, м-ксилол 2,5 — 15, о-ксилол

1 — 5, этилбензол 1 — 10, ароматические углево10 дороды 0,5 — 4 и дифенил 0,05 — 1.

Ректификационное разделение предназначено в данном случае для регенерации достаточно чистых бензола, толуола и для выделения о-ксилола с чистотой по крайней мере 95%.

15 В предпочтительной схеме ректификации сначала выделяют наиболее низко кипящий компонент (бензол), затем — толуол, выделяющийся во второй колонне. Это разделение идет сравнительно легко.

20 Донную фракцию толуольной колонны, состоящую из большого количества ароматических углеводородов Св и небольшого количества ароматических углеводородов С9 и дифенила, затем перегоняют в третьей колонне, 25 предназначенной для осуществления точного разделения м- и о-ксилолов. и- и м-Ксилолы и этилбензол получают в верхней части колонны, в то время как о-ксилол, ароматические углеводороды Се и дифенил собирают в виде

30 кубовой фракции.

341217

Таблица 1

Предпочтительный интервал

Широкий интервал

Показатели

0,136 вЂ,700

0,54 — 2,04

88 — 138

1,0 — 2,0

0,068 вЂ,410

0,44 — 4,76

80 — 177

0,8 — 3,0

Давление в верхней части колонны, ата

Давление в донной части, ата

Температура кубовых остатков, С

Молярное отношение флегмы к питанию

Следующая стадия разделения является наиболее трудной, поскольку различие в точках кипения основных компонентов всего 5 С.

Разделение осуществляют суперректификацией в колонне, называемой о-ксилольной. Эта колонна должна иметь 120 — 160 тарелок, тепловой поток 43,5 — 119 ккал/г моль питания и дополнительное орошение (молярное отношение к питанию 5:1 — 15:1).

Для установления давления о-ксилольной колонны в зависимости от температуры кипения кубовых остатков бензольной колонны головные пары о-ксилольной колонны конденсируют путем косвенного теплового обмена с кипящей водой в зоне парообразования. Получающийся пар имеет достаточно высокую температуру, чтобы повторно кипятить кубовые остатки бензольной колонны. Избыток пара, образованного головным конденсатором ортоксилольной колонны, позволяет вести самостоятельный контроль давления пара и температуры путем регулирования обратного дав ления, что, в свою очередь, обеспечивает точную автоматическую стабилизацию температуры флегмы о-ксилольной колонны.

Таким образом, предлагаемый способ разделения смеси углеводородов, состоящей из изомеров бензола и ксилола, включая о-ксилол, заключается в загрузке указанной смеси в бензольную перегонную колонну, в подаче тепла в донную часть этой колонны путем косвенного теплообмена в зоне повторного кипячения со сконденсированным паром, полученным из зоны генерации пара, в регенерировании из бензольной колонны головной фракции, богатой бензолом (кубовой фракции в значительной мере), и части кубовой фракции бензольной колонны в ксилольную перегонную колонну, работающую под основным давлением 0,68 — 6,8 ата, в переходе основных паров из ксилольной колонны через зону парогенерации IH в конденсировании указанных паров из верхней части колонны косвенным теплообменом с кипящей водой под регулируемым давлением и при температуре более высокой, чем температура кубовых остатков бензольной колонны, в регенерировании из зоны парогенерации сконденсированной головной фракции, включающей м- и п-ксилолы, в регенерировании из ксилольной колонны фракции кубовых остатков, содержащих о-ксилол, в отгонке пара из зоны парогенерации и в переходе по крайней мере части его в зону повторного кипячения бензольной колонны, как упомянуто выше. ) На чертеже изображена схема для осуществлен ия способа.

Ароматическое сырье, содержащее бензол, толуол, о-ксилол, и-ксилол и/или м-ксилол вместе с небольшим количеством этилбензола, ароматических углеводородов С9 и дифенила, загружают в бензольную колонну 1 через линию 2. Колонна имеет 45 — 60 ступеней, которые могут быть постоянными тарелками барботажной колонны, сетчатыми или клапанными тарелками. Пары из верхней части колонны подают по линии 8 па конденсацию в воздушный конденсатор 4 и направляют далее в приемник 5. жидкие ингредиенты из приемника 5 направляют под давлением обессеренного газа нефтеперегонного завода (линия 6), подаваемого из сборника через л инию 7.

Флегма возвращается в колонну по линии 8.

Чистую жидкость из верхней части колонны, состоящию из 100 /о бензола, выводят с верхних тарелок колонны через отводящую линию 9. Колонну 1 подогревают с помощью внешнего кипятильника 10. Пар подают в трубки кипятильника по линии 11 при регулируемой скорости потока, обеспеченной регулятором потока 12 и клапаном 18. Сконденсированный пар выводят из кипятильника 10 через линию 14 в приемник конденсатора 15.

В табл. 1 приведены рабочие условия бензольной колонны.

При использовании воздушного конденсатора, который требует относительно высокой температуры по сравнению с водоохлаждающим конденсатором, давление в приемнике несколько выше атмосферного, например около 0,068 ати газа.

Давление конденсации паров в верхней части колонны равно 1,09 — 1,36 ата, что соответствует температуре конденсации 80 — 91 С.

Кубовые остатки бензольной колонны загружают в качестве питания в толуольную колонну 16 по линии 17. Колонна 16 имеет

55 — 70 ступеней, которые могут быть постоянными тарелками барботажной колонны, сетчатыми или клапанными тарелками. Пары из верхней части колонны по линии 18 поступают на конденсацию в воздушный конденсатор

19 и стекают в приемник 20. жидкие ингредиенты приемника 20 направляют под атмосферным давлением газа по линии 21. Флегма возвращается в колонну 16 по линии 22, а чистая жидкость .из верхней части колонны, состоящая по существу из 100% толуола, уходит через линию 28. Колонну 16 подогревают с помощью внешнего кипятильника 24.

Пар нефтеперегонного завода под высоким давлением подают в трубы кипятильника 24 через линию 25, конденсат выводят оттуда по линии 26, 341217

Таблица 2

Предпочтительный интервал

Широкий интервал

Показатели

0,068 — 4,410 О, 136 — 1,700

Давление в верхней части колонны, ата

Давление в донной части, ата

Температура кобувых остатков, С

Моля р»ое отношение флегмы к питаншо

0,44 — 4,76

104 †2

0,5 — 5,0

0,54 — 2,04

116 †1

0,75 — 3,00

40

Предпочтительный интервал

Широкий интервал

Показатели

2,02 — 5,10

166 †2

0,68 — 6,80

121 †2

163 †2

3,08 — 17,00

119 †2

0,68 — 23,50

3,08 — 6,12

207 †2

7 — 10

2,02 — 7, 81

171 †2

5 — 15

В табл. 2 приведены рабочие условия толуольной колонны.

При использовании воздушного конденсатора желательно, чтобы давление в приемнике было несколько выше атмосферного, например около 0,068 ати газа. Конденсационное давление паров из верхней части колонны становится 1,36 — 1,09 ата в соответствии с температурой конденсации 121 — 113 С, Кубовые остатки толуольной колонны, в значительной степени свободные от толуола, подают в качестве питания по линии 27 в о-ксилольную колонну 28. Колонна имеет

120 †1 ступеней (на чертеже показана как одиночная колонна, хотя обычно состоит из двух смежных колонн, связанных в серии, одна колонна служит в качестве верхней ректификационной секции, другая является низшей секцией отпаривания). Эта колонна предназначена и используется для отделения о-ксилола от м- и1или и-ксилолов. Пары из верхней части колонны подают по линии 29 на конденсацию в парогенератор 80. Давление колонны контролируют регулятором давления

81, приводящимся в действие клапаном в линии верхней части колонны.

Сконденсированную головную фракцию загружают через линию 82 в расположенный у основания приемник 88, в котором поддерживают давление колонны с помощью выравнивающей линии 84. Горячая флегма возвращается в колонну по линии 85, а чистый продукт из верхней части колонны отбирают через линию Зб. Колонну 28 обогревают принудительно циркулирующим горящим газом или нефтью из топки 87.

Фракцию нижней части колонны отводят по линии 88, далее она попадает в концевую колонну (на чертеже не показана) для удаления тяжелых остатков и регенерирования

95 /о -ной чистоты о-ксилола, Воду для парогенератора 80 подают по линии 89 из приемника конденсатора 15, к которому свежий конденсат или обработанную воду добавляют по линни 40. Насыщенный пар отгоняют из гснератора по линии 41, часть его отводят по линии 11 для обогрева10

30 ния кипятильника 10 бензольной колонны, а остаток пропускают через клапан 42 в линию

48 для других нужд, например для привода турбин в действие, деаэрировання воды нагревателя. Скорость добавления воды контролируют счетчиком постоянного трехэлементного кипятильника, приводи мого в движение насосом 44.

На счетчик 45 передается информация о скорости водного питания от реометра 4б, о потребности пара от реометра 47 и об уровне барабана от передатчика 48 уровня. Давление генерации пара контролируют с помощью регулятора давления 49, приводящегося в движении клапаном 42. Он фиксирует температуру боковой секции парогенератора 80 и точно регулирует температуру флегмы для колонны

28. Как показано ранее, температура пара ниже по крайней мере íà 55 С, предпочтительно на 8,5 — 27 С, температуры флегмы для обеспечения оптимального значения разницы температуры. Давление пара в верхней части колонны 28 создают в зависимости от температуры начала кипения кубовых остатков бензольной колонны так, что пар, подаваемый в кипятильник 10, находится при более высокой температуре. Температура насыщенного пара должна быть по крайней мере на 2,8 С выше, чем температура кубовых остатков бензольной колонны, Давление в верхней части о-ксилольной колонны 28 поддерживают, как правило, 0,68—

6,8 ата в зависимости от давления бензольной колонны.

В табл. 3 приведены рабочие условия о-ксилольной колонны.

Таблица 3

Давление в верхней части колонны, ата

Температура пара в верхней части колонОC

Температура флегмы, С

Дaaaå»»å геперированного пара, ата

Давление в пиж»ей асти колонны, ага

Температура в ц»ьк»ей части колонны, С

61олярное отношение флегмы к питанию

Пример. Ароматическое сырье со скоростью приблизительно 2380000 л в день перерабатывают по описанной схеме. Материальный баланс для трех разделительных колонн представлен в табл, 4, а рабочие условия в табл. 5.

341217

Таблица 4

Верхняя часть бензольной колонны (линия 9) Верхняя часть толуольной колонны (линия 23) Нижняя часть бензольной

КОЛОННЫ (линия 17) Нижняя часть толуольной колонны (линия 27) Верхняя часть

О-КСНЛОЛЬНОй колонны (линия 36) Питание бензольной колонны (линия 2) Нижняя часть о-ксилольной

КО IOHH6I (линия 38) Компоиспты кг моль/ час кг люль/ час кг люль/ час кг. люль/ час кг. люль/ час кг моль/ кг.люль/ мол.

МОЛ, мол.

МОЛ. мол. мол. мол. оо о ао о ю

06

:о оо час

or о час

100

40,0

40,0

3,5

3,2

3,0

3,1

2,0

526,0

521,0

48,0

42,7

40,5

107,0

26,0

526

БЕНЗО.П

Толуол

Этвлбепзо.п и-Ксялол о-Кснлол .ч-Ксплол

Ароматические углеводороды Cq

Дифенил

521,0

48,0

42,7

40,5

107,0

26,0

66,0

6,1

5,4

5,1

13,6

3,4

100

521

48,0

42,7

40,5

107,0

26,0

18,0

16,0

15,1

40,0

9,7

48,0

42,7

1,8

106,0

24,2

21,2

0,9

53,7

0,6

38,7

1,5

26,0

0,8

55,4

2,1

37,2

3,1

3,1

0,4

0,2

3,1

1,2

3,1

4,5

Таблица 5 о-Ксилольная колонна

Бензоль- Толуольная ная колонна колонна

Показатели

2,72

177

8,50

54

1,36

62

1,36

Число тарелок

Давление в верхней части, ата

Температура пара в верхней части колонны, оС

Температура флсгмы, оС

Молярное отношение фпегмы к литанию

Давление в нижней частп колонны, ата

Температура в нижней части колонны, оC

121

104

1,05

1,50

1,7

3,8

219

1,7

177

121

Конденсатор парогенератора верхней части о-ксилольной колонны продуцирует 44300 кг/час 20 насыщенного пара при 5,1 ата для производительности 22200000 ккал/час, это соответствует регенерации более чем 99% затрат тепла на колонну, снабжаемую кипятильником. Из этого пара 28200 кг)час переходит и конденси- 25 руется в кипятильнике бензольной колонны, который имеет производительность 14,2 млн. ккал/час. Если кипятильник бензольной колонны работает под нормально высоким давлением пара нефтеперегонного завода (17 атм), 30 он требует приблизительно 31200 кг/час такоro пара. Предлагаемый способ позволяет экономить 31200 кг/час пара нефтеперегонного завода в дополнение к свыше 15900 кг/час пара низкого давления для других нужд и обеспечивает лучшую работу о-ксилольиой колонны.

Предмет изобретения

1. Способ разделения смеси ароматических углеводородов, содержащей изомеры ксилола, путем ее ректификации в ряде последовательно расположенных ректификационных колонн, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ректификации и снижения потерь тепла, ректнфикации подвергают смесь содержащую бсизол, толуол и изомеры ксилола, пары, выходящие из верхней части колонны отделения о-ксилола от и- и и-ксилолов, подвергают конденсации в парогенераторе путем косвенного теплообмена с водой при температуре на 2,8 С выше, чем температура в ребойлере колонны отделения бензола.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в колонне отделения о-ксилола от и- и я-ксилолов давление верхнего погона составляет

2,02 — 5,10 ата.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть водяного пара, образующегося в парогенераторе, подают в ребойлер колонны выделения бензола.

47

1 !

45

Составитель Н. Лихтерова

Редактор О. Кузнецова Техред 3. Тараненко Корректор Е. Михеева

Заказ 2483/14 Изд. № 1059 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-З5, Раушская паб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2