一种模拟移动床吸附分离方法

一种模拟移动床吸附分离方法
【专利摘要】一种模拟移动床吸附分离方法，所述的模拟移动床包括m个吸附床层，每个吸附床层均设有流体收集分配器，流体收集分配器上设有该床层物流进出管线，多槽道旋转阀，多槽道旋转阀与各床层流体收集分配器上的物流进出管线之间由连接管线相连，进出模拟移动床的物流包括吸附原料、脱附剂、抽出液、抽余液和至少一股冲洗物流，在旋转阀有多股组成和流向相同的物流进出的槽道上开设多个物料出口，并在每条连接吸附床层的连接管线上设置控制阀，使进出模拟移动床吸附床的n股物流中组成和流向相同的物流共用一个槽道。该法可用尽可能少的旋转阀槽道处理多于槽道数的物流，减少设备复杂度，提高吸附分离效率。
【专利说明】一种模拟移动床吸附分罔方法

【技术领域】
[0001]本发明为模拟移动床吸附分离方法，具体地说，是一种利用模拟移动床吸分离烃类同分异构体或分离具有不同化学结构的不同组分的方法。

【背景技术】
[0002]吸附分离对于沸点差极小的同分异构体之间的分离或具有不同结构特征的不同组分之间的分离非常有效。如用于碳八芳烃异构体的分离、正构烷烃与其它结构烃类的分离。
[0003]典型的模拟移动床吸附分离过程至少包括两股进料，吸附原料(F)和脱附剂(D)，至少两股出料，抽出液(E)和抽余液(R)，其中抽出液中富集目的产品；各股物流进出吸附室的位置周期性移动，沿吸附室内物流流向各进出物流的次序为脱附剂(D)、抽出液(E)、吸附原料(F)和抽余液(R)，吸附室内物流循环构成一个首尾相接的闭环。现有技术中，控制物流进出吸附室的设备是旋转阀，或是一系列开关阀。吸附分离过程中，有多股物流共用输送管线进出吸附室，对于进出吸附室某一床层位置的管线而言，会依次通过抽余液(R)、吸附原料(F)、抽出液(E)和脱附剂(D)。管线中前一次残余的物流会污染后一次流经该管线的物流，对模拟移动床吸附分离过程造成不利的影响，尤其是当模拟移动床吸附分离过程用于生产高纯度的产品时，管线中残留的原料会污染抽出液，造成无可挽救的不利影响。
[0004]USP5977224公开了一种使用开关阀控制物流进出吸附室的旁路管线冲洗模拟移动床分离方法和设备，该方法实现了低或零浓度梯度冲洗，但此方案中持续有一股物流不经过吸附室，相当于吸附床层存在一股沟流，降低了吸附分离过程的效率。
[0005]现有技术或专利针对管路的冲洗公开了一些多路旋转阀控制的模拟移动床设备及方法:USP3201491公开了一种提高吸附分离产品纯度的方法，对残留吸附原料污染脱附剂进行了冲洗；USP5750820公开了一种多级冲洗的吸附分离方法。为最大程度开发模拟移动床装置的吸附分离效率，USP5912395公开一种提高模拟移动床吸附分离装置产能的方法，用吸附原料作为冲洗剂，对通过抽余液的管线进行冲洗；USP7977526用抽余液作为冲洗剂对通过了脱附剂的管线进行冲洗，降低了装置的脱附剂消耗；US8013202提出对于甲苯甲基化得到的高浓度对二甲苯产物，在不同于重整和异构化的二甲苯原料进料位置注入吸附塔，提高模拟移动床装置的分离效率。
[0006]在多路旋转阀控制的模拟移动床过程中，为提高吸附分离过程产品纯度或最大程度开发模拟移动床的吸附分离效率，均增加进出吸附室的物流数，这样的设计增加了多路旋转阀的设计制造难度，并且在实施过程中增大了多路旋转阀泄露的风险或限制了多路旋转阀的规模。
[0007]USP6537451公开描述了一种有多路旋转阀的内旁路冲洗模拟移动床技术，实现了多路旋转阀的模拟移动床低或零浓度冲洗。但该技术中公开的多路旋转阀在现有技术多路旋转阀的基础上增加了一组旁路冲洗的空穴，并且多路旋转阀与吸附室之间多了一组旁路冲洗的管线；由于多路旋转阀的制造更加复杂，稳定性低而难以实施。
[0008]CN200510074341.4公开了一种改进的模拟移动床分离方法和设备，该方法在相邻连接管线(多路旋转阀和塔板之间的连接管线)之间增设置了多路旋转阀外旁路，并增加了一组开关阀控制旁路冲洗的通断，降低了多路旋转阀的设计制造复杂程度；但该方法中，旁路与多路旋转阀之间的管线并没有得到有效冲洗；该方法对于η个吸附室的装置，需要增加η条旁路连接管线以及用于该管线的η个开关阀。
[0009]以上两种多路旋转阀内和旋转阀外的旁路冲洗与专利USP5977224类似，持续存在一股物流不经过吸附室，相当于在吸附床层存在一股沟流，降低了吸附分离过程的效率。


【发明内容】

[0010]本发明的目的是提供一种模拟移动床吸附分离方法，该法可用尽可能少的旋转阀槽道处理多于槽道数的物流，减少设备复杂度，提高吸附分离效率。
[0011]本发明提供的模拟移动床吸附分离方法，所述的模拟移动床包括m个吸附床层，每个吸附床层均设有流体收集分配器，流体收集分配器上设有该床层物流进出管线，多槽道旋转阀，多槽道旋转阀与各床层流体收集分配器上的物流进出管线之间由连接管线相连，进出模拟移动床的物流包括吸附原料、脱附剂、抽出液、抽余液和至少一股冲洗物流，其特征在于在旋转阀有多股组成和流向相同的物流进出的槽道上开设多个物料出口，并在每条连接吸附床层的连接管线上设置控制阀，使进出模拟移动床吸附床的η股物流中组成和流向相同的物流共用一个槽道。
[0012]本发明方法充分利用旋转阀中的多个槽道，将吸附分离体系中所用的多股物流中组成和流向相同的物流共用一个槽道，可增加冲洗物流数，提高模拟移动床的吸附效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1为对比例I所用旋转阀槽道数和进出吸附室各床层物流示意图。
[0014]图2为本发明在旋转阀槽道与床层连接线上设置开关阀控制物流流量的示意图。
[0015]图3为本发明在旋转阀槽道与床层连接线上设置流量阀控制物流流量的示意图。

【具体实施方式】
[0016]本发明方法充分利用旋转阀中的槽道，通过在同一槽道上设置多个出口，并将出口与指定的床层管线相连，并在连接管线上设置控制阀，可使组成和流向相同的物流共用同一槽道，通过控制流向指定吸附床层的物流流量，达到对床层有效冲洗的目的，从而提高吸附分离目的产物的纯度，提高装置运行的稳定性，并尽可能减少旋转阀的槽道数。
[0017]本发明吸附分离过程使用的模拟移动吸附床包括一个或多个吸附室，每个吸附室由若干个流体收集分配器Pi分隔为多个吸附床层Ai，即每个吸附床层均设有流体收集分配器。所述流体收集分配器的功能是:将来自上一床层的物流重新分布到下一床层，将从外部引入的物流与来自上一床层的物流混合均匀，将来自上一床层的物流中的一部分引出吸附室。流体收集分配器允许液体通过并拦截吸附剂颗粒逸出吸附剂床层，其上下表面一般采用金属丝编织网、金属烧结网或约翰逊网(Johnson Screen).从外部引入的物流至某一床层，和从上一床层引出吸附室的物流都通过一根与该床层流体收集分配器相连的管线进入和引出吸附床层。
[0018]本发明所述的模拟移动床吸附分离用于将同分异构体或具有不同结构特征、但沸点相近的组分进行吸附分离，如C8芳烃同分异构体的分离、正构烷烃与异构烃的分离等。进出模拟移动床的物流至少包括吸附原料(F)、脱附剂(D)、抽出液(E)、抽余液(R)和至少一股冲洗物流，从而形成进出吸附床层的η股物流，所述η优选5?9的整数。
[0019]吸附原料为包含吸附分离目标产物的至少两种或更多组分的混合物，吸附原料中各组分在吸附剂上的选择性不同，吸附剂对目标产物有更高的吸附选择性；脱附剂与原料沸点有较大差异，可通过精馏过程与原料中的组分分离；抽出液中富集目标产物，同时含有一部分脱附剂；抽余液中含有较少量的目标产物，其含量越少，吸附分离的效率越高，抽余液的主要成分为脱附剂和吸附原料中除目标产物外的其它组分。抽出液、抽余液分别用精馏塔或其它方式将脱附剂分离出来循环使用。
[0020]为提高吸附分离效率和提高分离的目的产物纯度，一般需用冲洗物流对床层进行冲洗。所述的冲洗物流可为脱附剂、抽出液和吸附原料中的一种或多种，也可是外加的冲洗组分。当冲洗物流为脱附剂、抽出液和吸附原料中的一种或多种时，体系中就存在有组成和流向相同的物流，另外，也可外加冲洗液，将冲洗液分成几股分别冲洗不同的床层，也可将几股冲洗液共用一个槽道。外加冲洗物流优选为与吸附分离系统所用物料碳数不同的烃，如吸附分离C8芳烃异构体，外加的冲洗物流选自C6?C7的饱和烃，包括烷烃和环烷烃，优选(:6?C7的正构烷烃，如正己烷，所述的正己烷可以含有少量其它烃，其纯度优选为94?99质量％，其余可为其它C6烷烃，如甲基戊烷。
[0021]在模拟移动床吸附室中，沿吸附室内物流流向各进出物流的顺序为脱附剂、抽出液、吸附原料和抽余液。脱附剂注入和抽出液采出之间的吸附剂床层为脱附区，抽出液采出和吸附原料加入之间的吸附剂床层为提纯区，吸附原料注入和抽余液采出之间的吸附剂床层为吸附区，抽余液采出和脱附剂注入之间的吸附剂床层为隔离区。
[0022]所述模拟移动床的床层数优选12?30个、更优选12?24个。通常采用两个吸附室共24个床层，其中脱附区3?6个床层，提纯区8?12个床层，吸附区5?8个床层，隔离区I?3个床层。
[0023]为实现液体物流与吸附剂之间的模拟两相逆流移动，要周期性地改变各物流进出吸附室的位置，每间隔特定的时间，即一个步进时间T秒，各股进出物流的位置下移(沿物流流动方向向下移)一个吸附床层。一个步进时间优选45?200秒。如共有m个吸附床层，则mXT秒为一个周期，经过一个周期后，各物流进出吸附室的位置又与初始时刻相同。
[0024]在本发明中，多槽道旋转阀的各槽道出口均与一个吸附床物流进出管线连接，并且在每条接连管线上设置控制阀。多槽道旋转阀组成和流向相同的物流共用同一个槽道的出口至少有两个，优选2?4个，即一个槽道内可有两股或多股物流在不同时间段经过，分别由不同的出口送入需要的床层。如冲洗物流与脱附剂相同时，可在一段时间内将脱附剂送入需要脱附的床层，在另一段时间内将脱附剂送至需要冲洗的床层。
[0025]本发明方法中，通过在槽道出口与床层的连接管线上设置控制阀，可控制该槽道内经过的用于冲洗床层的物流的量达到需要的量。优选地，冲洗物流的体积用量为从多槽道旋转阀至吸附剂床层所经管线总体积的0.5?3.0倍、优选0.8?2.5倍，此比值定义为冲洗比，也可用百分数表示。
[0026]所述的控制阀优选开关阀或流量调节阀，共用槽道的不同物流到达吸附床层的各物流用量通过调节控制阀开通时间或流量控制。
[0027]用开关阀时，根据各吸附床层所需物流的体积，设定通向相应床层的开关阀门处于开通状态的时间长短，在一个步进时间内，需要所需物流体积大的床层，连接该床层管线的开关阀处于开通状态的时间长，需要所需物流体积小的床层，连接该床层管线的开关阀处于开通状态的时间短。
[0028]用流量调节阀时，根据各床层所需冲洗物流的体积，调整通向相应床层的流量控制阀的开度，开度大，流向床层的冲洗液体积大，开度小，流向床层的冲洗液体积小，在一个步进时间内，流量调节阀均处于开的状态。
[0029]本发明所述的吸附分离过程适用于液相吸附分离过程，吸附分离温度优选20?300 0C，操作压力应确保体系为全液相。
[0030]本发明吸附分离的同分异构体优选二甲苯和乙苯(C8芳烃)，优选用于从C8芳烃中吸附分离对二甲苯或间二甲苯。
[0031]本发明方法用于从C8芳烃中吸附分离对二甲苯(PX)时，分离得到的PX产品纯度至少为99.5质量％，优选至少为99.7质量％。脱附剂优选对二乙苯(PDEB)，吸附剂优选钡或/和钾交换的八面沸石，优选BaX或BaKX沸石。
[0032]本发明方法用于从C8芳烃中吸附分离间二甲苯(MX)时，分离得到的MX产品的纯度至少为99.5质量％，优选至少为99.7质量％。脱附剂优选甲苯，吸附剂活性组分优选为碱金属离子交换的八面沸石，优选NaY沸石，粘结剂优选高岭土。
[0033]上述吸附分离PX或MX时，通常采用两个吸附室共24个床层，其中脱附区4?6个床层，提纯区8?11个床层，吸附区5?8个床层，隔离区2?3个床层。操作温度120?190°C，操作压力 0.8 ?1.2MPa。
[0034]适用本发明吸附分离的同分异构体还可为对二乙基苯和碳十芳烃异构体，吸附分离的目标产物为对二乙苯，吸附分离所用的脱附剂为对二甲苯。
[0035]本发明用于吸附分离具有不同结构特征组分为直链烷烃和异构烷烃，吸附分离的目标产物为异构烷烃，吸附分离所用的脱附剂为正十二烷。
[0036]本发明所述的注入冲洗物流(也称冲洗液)为某种物流进出位置的上、下游是相对于吸附室中该种物流进出位置的床层而言，沿吸附室内物流流动方向为其下游，相反为上游。如冲洗液注入抽出液抽出位置下游一个床层，即为将冲洗液注入抽出液抽出位置床层沿物流流动方向的下一个床层。
[0037]下面通过实例进一步说明本发明，但本发明并不限于此。
[0038]对比例I
[0039]使用模拟移动床吸附分离对二甲苯，其进出物料示意图见图1。模拟移动床有24个吸附床层，分布于两个吸附室内，吸附室直径5.7m，每个吸附床层高度1.06m ;其中脱附区5个床层、提纯区9个床层、吸附区7个床层、隔离区3个床层，一个步进时间T为80秒，操作温度177°C、操作压力0.88MPa。原料为含有乙苯的混合二甲苯，其中PX为18.4质量％、MX为44.5质量％、0X (邻二甲苯)为20.2质量％、乙苯为12.1质量％，其余成分为含有8?9个碳原子的烷烃，还有很少量的甲苯和C9芳烃，吸附分离目的产物为PX，脱附剂为对二乙苯，吸附剂含95质量％的BaX分子筛和5质量％的高岭土。
[0040]进出各个吸附剂床层的所有物流由八个槽道的旋转阀控制，每个槽道在同一时刻只对应一条床层连接管线，有一个进口和一个出口。每股进出物流由旋转阀的槽道线分配到吸附剂床层，即8股物流对应8个旋转阀槽道，分配到24个床层连接线至吸附剂床层，每条连接线上不设置控制阀。
[0041]对某个吸附床层，每次注入冲洗液，冲洗液经过的管线体积为单个吸附床层体积的1.35%。设置一次冲洗，在抽出液采出点上游一个床层注入，一次冲洗液(Cl)为脱附剂；二次冲洗液(C2)为抽出液，在抽出液采出点下游二个床层注入；三次冲洗液(C3)为抽出液，在原料注入点上游一个床层注入；四次冲洗液(C4)为吸附原料，在抽余液上游一个床层注入。
[0042]多槽道旋转阀由里向外的各槽道编号分别为I?8，各槽道物流分别为--第I槽道，Cl ;第2槽道，D ;第3槽道，E ;第4槽道，C2 ;第5槽道，C3 ;第6槽道，F ;第7槽道，R ；第8槽道，C4。
[0043]各股物流的流量分别为脱附剂(D) =314.4m3/h ;原料(F) =270.9m3/h ;抽出液(E)=145.9m3/h ；C1=21.9m3/h ；C2=13.5m3/h ；C3=19.0m3/h ；C4=11.7m3/h。抽余液(R)流量由系统压力控制，保证物料整体进出平衡，抽余液R的体积平衡计算流量为473.0m3/h, Cl、C2、C3、C4的冲洗比分别为133体积％、82体积％、116体积％、71体积％。图1中实线为在一个步进时间内有物料进出的管线，虚线为没有物料进出的管线。
[0044]在一个周期内，即经过24个步进时间，每个床层均经历一个完整的吸附-脱附过程，得到的对二甲苯纯度为99.75质量％，收率为95.3质量％。
[0045]实例I
[0046]用本发明方法吸附分离对二甲苯。
[0047]按图2所示流程吸附分离对二甲苯PX，模拟移动床、各区域床层数、吸附原料、吸附剂、脱附剂、操作温度压力、步进时间均同对比例I。物流流量分别为:D+C1=(314.4+21.9) =336.3m3/h ；F+C4= (270.9 + 11.7) =282.6m3/h ；E=145.9m3/h ；C2+C3=(13.5+19.0) =32.5m3/h ;抽余液流量由系统压力控制，保证物料整体进出平衡，抽余液R的体积平衡计算流量为473.0m3/h。旋转阀槽道数为5，其中有三个槽道设置两个出口，并且连接旋转阀槽道和吸附床的各条连接管线上均设置开关阀(XV)。
[0048]将组成和流向相同的物流，D/Cl，C2/C3和F/C4由同一槽道进出，具体地，D/C1占用最里圈的第I槽道，该槽道有两个出口，分别通向第I吸附床Al和第5吸附床A5，C2/C3共用第3槽道，第3槽道的两个出口分别通过管线与第8吸附床AS和第14吸附床A14相连，F/C4共用第5槽道，第5槽道的两个出口分别通过管线与第15吸附床A15和第21吸附床A21相连，第2槽道采出抽出液(E)，第4槽道采出抽余液(R)。
[0049]图2为一个步进时间某一时刻的状态。在此刻有3个开关阀处于关闭状态(实心黑色)，其余21个开关阀处于开通状态(空心白色)，实线为有物流进出管线，虚线为没有物流进出管线。
[0050]对于图中状态，在一个步进时间T内物流D和物流Cl的流量由LI和L5上的阀XVl和阀XV5的开通和关闭时间确定，在一个步进时间内，阀XVl先于阀XV5打开，向吸附床Al输送脱附液，其打开时间为:物流D的流量/ (物流D的流量+物流Cl的流量)XT ；在达到打开时间后，即关闭该阀，再打开XV5，向吸附床A5输送一次冲洗液，XV5的打开时间为:物流Cl的流量/ (物流D的流量+物流Cl的流量)XT。物流C2和物流C3的流量由阀XV8和阀XV14的开通和关闭时间控制；物流F和物流C4的流量由阀XV14和阀XV21的开通和关闭时间控制。在该步进时间内，XVI, XV5，XV8，XV14，XV15和XV21的开通时间分别为:74.8秒，5.2秒，33.2秒，46.8s秒，76.7秒和3.3秒，XV6、XV22始终打开。
[0051]在一个周期内得到的对二甲苯纯度为99.79质量％，收率为95.5质量％。与对比例I相比，对二甲苯纯度略有上升的原因是:抽出液和吸附原料之间的冲洗物流C2和C3线速度提高(一个步进时间内的冲洗液总体积流量保持不变)，冲洗效果得到改善。
[0052]实例2
[0053]用本发明方法吸附分离间二甲苯。
[0054]按图3所示流程吸附分离间二甲苯MX，原料为含有乙苯的混合二甲苯，其中PX为18.4质量％、MX为44.5质量％、OX (邻二甲苯)为20.2质量％、乙苯为12.1质量％，其余成分为含有8?9个碳原子的烷烃，还有很少量的甲苯和C9芳烃，吸附分离目的产物为MX，脱附剂为甲苯，吸附剂含92质量％的NaY分子筛和8质量％的高岭土。
[0055]图3中，模拟移动床有24个吸附床层，其中脱附区5个床层、提纯区11个床层、吸附区6个床层、隔离区2个床层，一个步进时间为85秒。旋转阀槽道数为5，其中有冲洗液流过的一个槽道设置四个出口，并且连接旋转阀槽道和吸附床的各条连接管线上均设置流量阀(CV)，图中空心阀为全开状态的阀，实心阀为部分开启的阀。
[0056]设置一次冲洗液(Cl)在抽出液上游一个床层注入，冲洗比例为130体积％ ;二次冲洗液(C2)在抽出液下游三个床层注入，冲洗比例为80体积％ ;三次冲洗液(C3)在吸附原料上游一个床层注入，冲洗比例为110体积％ ;四次冲洗液(C4)在抽余液上游一个床层注入，冲洗比例均为100体积％。Cl?C4冲洗液的组成均为纯度为95质量％的正己烷，其余为与正己烷沸点接近的烷烃，主要是甲基戊烷。对某个吸附床层，每次注入冲洗液，冲洗液经过的管线体积为单个吸附床层体积的1.40%，所用脱附剂为甲苯。
[0057]将组成和流向相同的物流，Cl、C2、C3和C4共用一个槽道，为第3槽道，原料进入第5槽道，脱附剂进入第I槽道，抽出液由第2槽道采出，抽余液由第4槽道采出。控制各股物流的流量分别为脱附剂(D) =617.2m3/h ;原料(F) =166.3m3/h ;抽出液(E) =348.9m3/h，抽余液(R) =507.3m3/h，Cl+C2+C3+C4=22.5+13.8+19.1+17.3=72.7m3/h。操作温度 170。。、操作压力0.80MPa。
[0058]在一个步进时间85秒内，第3槽道的四个出口分别与吸附床A5，A8，A14和A21相连，其中C1/C2/C3/C4物流分别由CV5，CV8，CV14和C21控制，将阀调整至部分开启状态，使流量分别为22.5、13.8、19.1和17.3m3/h，其余流量调节阀处于全开状态。
[0059]经一个周期，得到的间二甲苯的纯度为99.69质量％，收率为95.2质量％。
【权利要求】
1.一种模拟移动床吸附分离方法，所述的模拟移动床包括m个吸附床层，每个吸附床层均设有流体收集分配器，流体收集分配器上设有该床层物流进出管线，多槽道旋转阀，多槽道旋转阀与各床层流体收集分配器上的物流进出管线之间由连接管线相连，进出模拟移动床的物流包括吸附原料、脱附剂、抽出液、抽余液和至少一股冲洗物流，其特征在于在旋转阀有多股组成和流向相同的物流进出的槽道上开设多个物料出口，并在每条连接吸附床层的连接管线上设置控制阀，使进出模拟移动床吸附床的η股物流中组成和流向相同的物流共用一个槽道。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于模拟移动床的床层数m为12?30，η为5?9的整数。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于多槽道旋转阀的各槽道出口均与一个吸附床物流进出管线连接，并在连接管线上设置控制阀。
4.按照权利要求1?3所述的任意一种方法，其特征在于多槽道旋转阀中组成和流向相同的物流共用同一个槽道的出口至少有两个。
5.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于多槽道旋转阀中组成和流向相同的物流共用同一个槽道的出口至少有2?4个。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的控制阀为开关阀或流量调节阀。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的冲洗物流为脱附剂、抽出液和吸附原料中的一种或多种。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于冲洗物流选自C6?C7的饱和烃。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于冲洗物流的体积用量为从多槽道旋转阀至吸附剂床层所经管线总体积的0.5?3.0倍。
10.按照权利要求1?7所述的方法，其特征在于共用槽道的不同物流到达吸附床层的各物流用量通过调节控制阀开通时间或流量控制。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的吸附分离过程为液相吸附分离过程。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于吸附分离用于从C8芳烃中分离对二甲苯或间二甲苯。
【文档编号】B01D15/18GK104511183SQ201310454629
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】杨彦强, 王德华, 郁灼, 王辉国, 马剑锋, 王红超, 李犇 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院