Патент на изобретение №2254317

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2254317 (13) C1
(51) МПК 7
C07C7/10, C07C15/00
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 27.01.2011 – действует

(21), (22) Заявка: 2003134648/04, 27.11.2003

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

27.11.2003

(45) Опубликовано: 20.06.2005

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
FR 1437703 А1, 06.05.1966. US 5151161 А1, 29.09.1992. SU 859344 А1, 08.30.1981.

Адрес для переписки:

187110, Ленинградская обл., г. Кириши, ш. Энтузиастов, 1, ООО “ПО “Киришинефтеоргсинтез”, директору

(72) Автор(ы):

Залищевский Г.Д. (RU),
Гайле А.А. (RU),
Варшавский О.М. (RU),
Семенов Л.В. (RU),
Костенко А.В. (RU),
Федянин Н.П. (RU),
Колдобская Л.Л. (RU),
Кайфаджян Е.А. (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Общество с ограниченной ответственностью “Производственное объединение “Киришинефтеоргсинтез” (RU)

(54) КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ C6-C8 ИЗ СМЕСЕЙ С НЕАРОМАТИЧЕСКИМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ

(57) Реферат:

Использование: нефтепереработка и нефтехимия. Сущность: проводят экстрактивную ректификацию бензиновой фракции с последующей жидкостной экстракцией дистиллята смешанным растворителем N-метилпирролидон – сульфолан. При этом на стадии экстрактивной ректификации используется смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан, содержащий 60-80 мас.% N-метилпирролидона, а на стадии экстракции тот же смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан, содержащий 80-95 мас.% сульфолана. Технический результат – одновременное выделение высокочистых ароматических углеводородов С68 из бензиновых фракций со степенью извлечения 99,8%. 2 табл.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для извлечения ароматических углеводородов С6-C8 (бензола, толуола, ксилолов) из катализатов риформинга бензиновых фракций нефти, пироконденсатов и других смесей с неароматическими углеводородами (алканами, изоалканами, циклоалканами, олефинами).

Для извлечения ароматических углеводородов из различных продуктов нефтепереработки и нефтехимии в промышленности используются методы с применением селективных растворителей – жидкостная экстракция и экстрактивная ректификация.

Основное требование к селективным растворителям, применяемым в процессах жидкостной экстракции и экстрактивной ректификации, – высокая групповая селективность по отношению к извлекаемым ароматическим углеводородам, низкая избирательность по молекулярным массам и высокая растворяющая способность по отношению к извлекаемым компонентом.

Групповую селективность экстрагентов принято характеризовать отношением предельных коэффициентов активности разделяемых групп углеводородов в растворителе, например отношением коэффициентов активности гексана и бензола при бесконечном разбавлении в полярном растворителе (Sгр=°r/°б). Чем выше этот показатель, тем больше различие в растворимости разделяемых компонентов в экстрагенте и лучше показатели жидкостной экстракции – степень извлечения ароматических углеводородов от потенциального содержания в сырье и концентрация ароматических углеводородов в экстракте.

Селективность растворителей по молекулярным массам характеризуется отношением предельных коэффициентов активности углеводородов одного гомологического ряда, например гептана и гексана (Sмм=°rn/°r). Этот показатель имеет большое значение при одновременной экстракции ароматических углеводородов С6-C8 из широкой бензиновой фракции. Высокое значение этого критерия свидетельствует о близкой растворимости в экстрагенте высококипящих ароматических и низкокипящих насыщенных углеводородов, что является нежелательным и ухудшает результаты жидкостной экстракции.

Высокая растворяющая способность селективных растворителей характеризуется величиной, обратной коэффициенту активности ароматического углеводорода, например бензола, и обеспечивает низкое соотношение растворитель : сырье в процессе разделения.

В таблице 1 приведены данные по экстракционным свойствам наиболее эффективных промышленных растворителей, применяемых для извлечения аренов жидкостной экстракцией (сульфолан, диметилсульфоксид, триэтиленгликоль) и экстрактивной ректификацией (N-формилморфолин и N-метилпирролидон).

Таблица 1
Экстракционные свойства селективных растворителей при 30°С
Растворитель Групповая селективность Селективность по молекулярным массам Растворяющая способность
Сульфолан 29,6 1,375 0,412
Диметилсульфоксид 20,4 1,406 0,303
Триэтиленгликоль 15,7 1,559 0,259
N-формилморфолин 18,4 1,474 0,439
N-метилпирролидон 13,1 1,246 0,926

Эффективность разделения смесей методом экстрактивной ректификации определяется величиной коэффициента относительной летучести ключевой пары компонентов в присутствии селективного растворителя:

a=11/22

где 1 и 2 – коэффициенты активности разделяемых компонентов;

1 и Р°2 – давления насыщенного пара компонентов.

Недостатки экстрактивной ректификации:

1. Сравнительно низкая степень извлечения низкокипящих целевых компонентов, несмотря на их наименьшие коэффициенты активности в растворителе (2). Из-за высоких величин Р°2 произведение 2Р°2 может оказаться достаточно высоким и селективность выделения таких компонентов низкая.

2. Низкая степень чистоты высококипящих целевых компонентов, остающихся в кубовом остатке. Высококипящие нецелевые компоненты с низкими значениями P°1 характеризуются невысокими произведениями 11, вследствие чего такие компоненты могут оставаться в кубовом остатке. Как следствие этого недостатка – желательность использования в качестве сырья процесса экстрактивной ректификации более узкокипящих фракций по сравнению с экстракцией.

3. Еще один недостаток экстрактивной ректификации связан с тем, что этот процесс основан на равновесии жидкость -пар, причем желательно, чтобы на всех тарелках колонны существовала лишь одна жидкая фаза. При расслаивании жидкости на тарелках происходит снижение коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов. В связи с этим к растворителям для экстрактивной ректификации предъявляются повышенные требования по растворяющей способности даже к компонентам, отгоняющимся из колонны.

Однако ранее установлена тенденция, в соответствии с которой растворители с высокой растворяющей способностью сравнительно малоселективны. Такие высокоселективные растворители как сульфолан, широко применяющиеся в качестве экстрагентов, обычно не используются в индивидуальном виде для процессов экстрактивной ректификации из-за недостаточно высокой растворяющей способности. Таким образом, еще один недостаток экстрактивной ректификации – использование менее селективных растворителей по сравнению с экстрагентами (табл.1).

В связи с перечисленными недостатками экстрактивной ректификации в нефтепереработке более широко применяются экстракционные процессы, в особенности для разделения и очистки фракций с широкими пределами кипения. В отличие от экстрактивной ректификации эффективность процесса экстракции зависит лишь от отношения коэффициентов активности разделяемых компонентов в экстрагенте, а отношение давлений насыщенных паров значения не имеет.

Однако важнейший метод выделения аренов C6-C8 из катализаторов риформинга – экстракция – не свободен от следующих недостатков:

1. Снижение степени извлечения гомологов бензола по сравнению с бензолом по мере увеличения числа углеродных атомов в молекулах аренов. Так, степень извлечения диметилсульфоксидом в процессе Французского института нефти составляет для бензола, толуола и ксилолов 99,5, 98,5 и 95,0% соответственно [Ремон Н., Рембо С., Жанжан П., Розадо Ж.С. Разделение углеводородов, включая проектно-конструкторские разработки. М.: Внешторгиздат, 1971. – С.42-55]. При использовании в качестве экстрагента сульфолана проявляется та же закономерность, выраженная менее резко – 99,9, 99,5 и 98,0% для бензола, толуола и ксилолов [Сульфолан: свойства и применение в качестве селективного растворителя / А.А.Гайле, В.Е.Сомов, О.М.Варшавский, Л.В.Семенов, СПб: Химиздат, 1998. – 144 с.].

2. Ключевые, наиболее трудноудаляемые при экстракции углеводороды – низкокипящие алканы и циклоалканы, в частности метилциклопентан. Они растворяются в полярных растворителях лучше, чем высококипящие насыщенные углеводороды, и поэтому частично остаются в экстрактной фазе. Для их удаления приходится отгонять рисайкл и предбензольную фракцию, расход которых в расчете на сырье достигает 80-100 и 20-25% соответственно. Возврат этих рециркулирующих потоков в экстрактор приводит к снижению реального отношения экстрагента к углеводородам и селективности разделения, к увеличению диаметров экстрактора и ректификационных колонн.

Таким образом, недостатком известных способов одновременной экстракции бензола, толуола и ксилолов сульфоланом, диметилсульфоксидом и др. растворителями является низкая степень извлечения толуола и ксилолов, необходимость большого объема возвратных потоков, а недостатком способов экстрактивной ректификации является невозможность одновременного выделения бензола, толуола и ксилолов с приемлемой степенью извлечения и чистотой.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению способ получения ароматических углеводородов путем разделения углеводородных смесей [Пат. 14337703 Франция.1966; С.А., V.66, 48089]. В этом патенте предложен комбинированный процесс выделения ароматических углеводородов сначала в колонне экстрактивной дистилляции с N-метилпирролидоном с последующей противоточной экстракцией аренов из головного продукта обводненным N-метилпирролидоном.

Недостатком этого способа является использование на стадии экстракции малоселективного для экстракционного выделения аренов растворителя – N-метилпирролидона.

Более селективны смеси сульфолана с N-метилпирролидоном, которые предложены в качестве экстрагента аренов из смесей с неароматическими углеводородами [А.с.859344 СССР, 1981]. Эта же композиция растворителей запатентована в качестве разделяющего агента для выделения алкадиенов из смесей с алкенами методом экстрактивной ректификации [Пат; 5151161 США, 1992].

Для выделения ароматических углеводородов из смесей с неароматическими методом экстрактивной ректификации смешанный растворитель сульфолан – N-метилпирролидон не запатентован.

В табл.2 приведены данные по экстрактивной ректификации катализата риформинга фракции 62-105°С с сульфоланом, N-метилпирролидоном и их смесями.

Сырьем служил стабильный катализат установки бензольного риформинга ЛГ-35-8/300Б OOO “ПО” Киришинефтеоргсинтез”, содержащий 40,5 мас.% ароматических углеводородов, в том числе, мас.%: бензола -16,5, толуола – 22,0, аренов C8 -2,0.

Опыты экстрактивной ректификации для определения оптимального состава смешанного растворителя проводились на колонне периодического действия эффективностью 15 теоретических тарелок при массовом соотношении растворитель : сырье 3:1. Проводился отбор нескольких фракций дистиллята, которые анализировали методом газожидкостной хроматографии. Отбор дистиллята заканчивали при температуре кубового остатка около 180°С.

Таблица 2
Результаты выделения аренов из катализата риформинга фракции 62-105°С экстрактивной ректификацией с сульфоланом, N-метилпирролидоном и смесями растворителей
Состав растворителя, мас.% Выход дистиллята, мас.% Отбор насыщенных углеводородов с дистиллятом, мас.% Содержание аренов, мас.% Степень извлечения аренов, мас.%
сульфолан N-МП дистиллят кубовой остаток сумма аренов бензол
100 47,88 75,3 7,8 70,7 90,8 77,3
100 48,9 78,9 4,0 75,5 95,2 88,1
60 40 45,5 72,3 5,5 70,3 93,8 84,8
30 70 51,4 84,6 1,9 81,2 97.5 93,8

Отбор дистиллята в последнем опыте был заключен при температуре кубового остатка 170°С. Несмотря на это при использовании смеси N-метилпирролидон – сульфолан состава 70/30 мас.% степень отбора насыщенных углеводородов с дистиллятом от потенциала в сырье оказалась выше, а содержание аренов в дистилляте ниже, чем в присутствии индивидуальных растворителей. Соответственно содержание аренов в кубовом остатке и их степень извлечения максимальны в последнем опыте. При содержании N-метилпирролидона в смешанном растворителе 40 мас.% результат несколько хуже, чем при использовании чистого N-метилпирролидона. По-видимому, при этом составе растворителя, как и в присутствии сульфолана, в условиях опыта образуются две жидкие фазы с углеводородами, что снижает эффективность процесса.

Синергетический эффект, отмеченный при использовании смеси N-метилпирролидон – сульфолан состава 70/30 мас.% обусловлен, по-видимому, гомогенизацией системы, а также снижением температуры процесса по сравнению с опытом с сульфоланом. Смешанный растворитель этого состава использовали в последующих опытах экстрактивной и экстрактивно-азеотропной ректификации.

С целью увеличения степени извлечения ароматических углеводородов С6-C8 при их одновременном извлечении из широкой бензиновой фракции предлагается использовать комбинированный метод экстрактивной ректификации с последующей жидкостной экстракцией полученного дистиллята, причем на стадии экстрактивной ректификации используется смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан состава 60-80/40-20 мас.%, предпочтительно 70/30 мас.%, а на стадии экстракции тот же смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан, но другого состава 5-20/95-80 масс %, предпочтительно 10/90 мас.%.

Сырье – фракция Б-Т-К катализата риформинга или пироконденсата подается в нижнюю часть колонны экстрактивной ректификации, в верхнюю секцию которой поступает регенерированный селективный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан состава 70/30 мас.%. Дистиллят колонны экстрактивной ректификации, в которой попадает часть ароматических углеводородов (в основном бензол), поступает в противоточный экстрактор. В верхнюю секцию экстрактора поступает тот же смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан состава 10/90 мас.%. Экстрактная фаза объединяется с кубовым остатком колонны экстрактивной ректификации и подается в отпарную ректификационную колонну, в которой с помощью острого водяного пара отгоняется небольшое количество примесей насыщенных углеводородов и как боковой погон – ароматический экстракт. Нижний продукт – регенерированный смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан состава 40/60 мас.% поступает в вакуумный перегонный куб, откуда верхний продукт N-метилпирролидон – сульфолан состава 70/30 мас.% поступает в колонну экстрактивной ректификации, а нижний продукт -N-метилпирролидон – сульфолан состава 10/90 мас.% – в экстрактор.

Пример.

В куб колонны экстрактивной ректификации эффективностью 15 теоретических тарелок загружают 100 г стабильного катализата фр.62-105°С состава, мас.%: ароматические углеводороды – 40,5 (в том числе бензол 16,5, толуол 22,0, арены C8 2,0), насыщенные углеводороды 59,5. Содержание куба нагревают до кипения и в верхнюю часть колонны подают смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан состава 70/30 мас.% при объемном отношении к дистилляту 1,5:1. Опыт экстрактивной ректификации заканчивают при достижении температуры кубового остатка 180°С. Дистиллят и кубовый остаток анализируют хроматографически. Выход дистиллята 67,6 г (67,6 мас.% на сырье), масса кубового остатка 178,4 г, в том числе его углеводородной части 32,4 г (32,4 мас.% на сырье). Содержание бензола в дистилляте 12,8 мас.%, толуол и арены C8 – отсутствуют, насыщенных углеводородов 87,2 мас.%. Содержание ароматических углеводородов в углеводородной части кубового остатка 98,3 мас.%, насыщенных углеводородов C8-C9 1,7 мас.%. Степень извлечения толуола и ксилолов на стадии экстрактивной ректификации 100%, бензола 47,5%. В дистиллят отгоняется 99 мас.% насыщенных углеводородов сырья.

Из дистиллята экстрагируют бензол смешанным растворителем сульфолан – N-метилпирролидон состава 90/10 мас.% в экстракторе эффективностью 7 теоретических ступеней. Дистиллят поступает при температуре 40°С в нижнюю часть экстрактора, а растворитель при 50°С при массовом соотношении к дистилляту 2:1 – в верхнюю часть экстрактора. С верха экстрактора отбирается рафинатная фаза, после водной промывки которой получают 58,8 г рафината, в котором содержится 0,15 мас.% бензола.

Экстрактную фазу объединяют с кубовым остатком колонны экстрактивной ректификации. В отпарной ректификационной колонне с помощью острого водяного пара отгоняют 1 г насыщенных углеводородов и бензола (содержание бензола 34 мас.%), которые возвращают в качестве рецикла в колонну экстрактивной ректификации. Затем отгоняют 40,2 г экстракта – ароматических углеводородов. Из экстракта выделяют ректификацией 16,1 г бензола со степенью чистоты 99,93 мас.%, 22 г толуола чистотой 99,9 мас.% и 2,1 г аренов C8, содержащих 4,7 мас.% примесей насыщенных углеводородов. Степень извлечения суммы ароматических углеводородов комбинированным методом 99,8 мас.% в том числе бензола (с учетом бензола, содержащегося в рецикле) 99,5 мас.%, толуола и аренов C8 100 мас.%.

Формула изобретения

Способ извлечения ароматических углеводородов С6-C8 из смесей с неароматическими углеводородами экстрактивной ректификацией с последующей экстракцией дистиллята смешанным растворителем N-метилпирролидон – сульфолан, отличающийся тем, что на стадии экстрактивной ректификации используется смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан, содержащий 60-80 мас. % N-метилпирролидона, а на стадии экстракции тот же смешанный растворитель N-метилпирролидон – сульфолан, содержащий 80-95 мас. % сульфолана.

Categories: BD_2254000-2254999