专利名称：用于防止压差增加的模拟移动床吸附分离工艺及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从异构体混合物中有效地分离出各异构体的吸附分离工艺。更具体地，本发明涉及一种在使用模拟移动床(Simulated Moving BedSMB)吸附色谱分离方法的分离工艺中，防止压差(pressure drop，压降)增加的吸附分离工艺。
背景技术：
通常采用的间歇式(batch type)色谱分离方法是以吸附机理为原理的分离工艺法，由于适合于进行高纯度分离和实验室分析等，所以被广泛地应用于高纯合成化合物、精细化学合成物、食品添加剂等的分离及提炼。但是，采用该种间歇式色谱分离方法的分离工艺却存在如下问题，即，所使用的溶剂量多，在欲分离组分的吸附度的差较小的情况下难以进行分离，并且不适合于大容量分离或者连续分离。
作为解决上述问题的方法之一，可以采用移动床(True MovingBedTMB)吸附分离工艺。在这种TMB工艺中，引入了在热交换机和提取工艺等中被有效利用的逆向流动(counter current flow)的概念，通过向固定床提供与移动床相反方向的物流而将待分离的混合物溶液注入到柱中时，对固定床吸附性强的组分便随着固定床的物流流出到柱的外部，而吸附性弱的组分则随着移动床移动。
在TMB工艺中，即使两种物质间的分离度的差不大，但只要在两种物质的浓度分布曲线的两端能够被分离，也可以获得纯的物质。但是，TMB工艺与现有的固定式分离工艺相比，需使用大量的填充剂，并且由于填充剂的摩擦和流出等造成难以进行正常操作。为了克服这种缺点，开发了一种模拟移动床(simulated movingbedSMB)吸附分离工艺，其将作为固定床的吸附剂填充固定在分离柱内，每隔一定时间移动分离柱间的口，模拟固定床的逆流流动。
SMB工艺就是为解决有关TMB工艺的固定床流动的问题而开发，适用于从芳香族碳氢化合物的混合物中提炼对二甲苯(p-xylene)、苯乙烷的分离、手性化合物的制造工艺等。在这些工艺中具有代表性的已在UOP公司的美国专利第4,326,092号以及第5,382,747号披露。
在基于现有SMB工艺的对二甲苯分离工艺中，为保持适当的吸附/脱附速度和流体的液体状态，需要在吸附塔内维持高温高压状态，由于这种工艺特性，在各床层流动的流体的速度会在瞬间急剧变化，所以流体的流动会变得很不稳定。如果流体流动的不稳定性导致涡流，处于各床层上部的吸附剂粒子也会开始流动，因此，由于吸附剂粒子的相互间摩擦而产生微细粒子。这种微细粒子堆积在各床层上部而成为形成压差的原因，尤其，如果微细粒子没有均匀分布在各床层的上部而局部偏重，将会产生沟流(channeling)，使压差进一步增加。这种压差的增加本身会带来超出装置的机械限度的问题。而且，若沟流增加，会给分离的对二甲苯的纯度以及回收率带来致命的影响。
发明内容
在本发明中，为使吸附剂粒子在各床层的上部不流动，在床层的上部即吸附剂层的上部形成非活性粒子(inert ball，惰性球体)层，来解决SMB吸附分离工艺中存在的上述现有技术问题，达到本发明的目的。
本发明的目的在于提供一种用于防止模拟移动床吸附分离工艺中的压差增加的新的模拟移动床吸附分离工艺。
本发明的另一目的在于提供一种使在吸附室内的各床层上流动的流体的流动稳定，从而防止吸附剂层的吸附剂粒子的流动的模拟移动床吸附分离工艺。
本发明的另一目的在于提供一种可以防止在床层上部发生的吸附剂微细粒子蓄积的模拟移动床吸附分离系统。
本发明的另一目的在于提供一种用于防止由于在床层上部微细粒子的蓄积偏重而产生沟流的新模拟移动床吸附分离系统。
本发明的上述以及其他目的将通过以下详述的本发明来全部达成。
根据本发明的SMB吸附分离工艺系统，是使流体混合物的至少一种组分与固体吸附剂接触，再用脱附剂分离被吸附的组分的模拟移动床吸附分离工艺系统，其特征在于在床层内形成的吸附剂层的上部形成有非活性粒子层。
本发明中形成的非活性粒子层由氧化铝、多铝红柱石或陶瓷球粒子构成，在吸附剂的上部以2～3cm的厚度形成。该非活性粒子的直径优选在0.125～0.25英寸。
本发明所涉及的模拟移动层吸附分离工艺，是在使流体混合物的至少一种组分吸附在固体吸附剂上，再用脱附剂分离被吸附的组分的模拟移动床吸附分离工艺，其特征在于包括如下步骤待吸附分离的流体混合物通过流入口，并经由与回转阀连接的多路接入管线流入吸附室(柱)内；所述流入的流体混合物与形成于所述吸附室内的各床层上的吸附剂层和形成于所述吸附剂层上部的非活性粒子层接触；将吸附力相对较弱的由残液和所述脱附剂混合而成的残液混合流体从所述床层引出至引出口，所述被引出的残液混合流体在残液柱中分离成沸点高的脱附剂和沸点低的残液，通过所述脱附剂流入口将分离出的所述脱附剂再次提供给所述床层，并通过第一分离机将所述残液引出；将吸附力相对较强的由提取物和所述脱附剂混合而成的提取物混合流体从所述床层引出至引出口，所述被提取的提取物混合流体在提取物柱内分离成沸点高的脱附剂和沸点低的提取物，分离出的所述脱附剂作为追加脱附剂循环至脱附剂流入口，并通过第二分离机将提取物引出；以及通过所述回转阀按照切换时间转动，所述流体混合物流入口、残液流出口、提取物流出口以及脱附剂流入口与相邻接的多路接入管线连接，并运转。
图1是示出本发明所涉及的SMB吸附分离工艺系统的示意图。
图2是将图1中的A部分放大显示的剖面图，是示出SMB吸附分离工艺系统的吸附室内的床层的剖面示意图。
图3是用于支撑吸附剂层和非活性粒子层以形成吸附室内的床层的栅格架的平面示意图。
图4是表示在现有SMB吸附分离工艺中，形成于栅格架上部的吸附剂层的剖面示意图，(a)是形成有吸附层的剖面图，(b)是表示在吸附剂层的上部形成有由于流体的流动引起吸附剂的流动而产生微细粒子层状态的剖面图。
图5是表示在本发明所涉及的SMB吸附分离工艺系统中，形成于栅格架上部的吸附剂层和形成于吸附剂层上的非活性粒子层的剖面示意图。
图6是表示根据本发明实施例的吸附剂层的吸附剂粒子的流动实验结果的照片。
图7是表示根据本发明比较例的吸附剂层的吸附剂粒子的流动实验结果的照片。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的内容进行详细说明。
图1是示出SMB吸附分离工艺系统的示意图。
如图1所示，SMB吸附分离工艺系统在吸附室(柱)1内形成多层床层11，在各床层上形成吸附剂层。吸附室1内的各床层通过多路接入管线21连接到回转阀2。为了便于说明，在图1中示出了使用一个吸附室1的情况，但通常采用的均是二个吸附室，总共具有24个床层。
回转阀2使流体混合物流入口22、残液口23、脱附剂流入口24以及提取物流出口25连接到多路接入管线21。流体混合物流入口22和脱附剂流入口24为进料口，而残液口23和提取物流出口25分别为出料口。回转阀2的详细结构是本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易实施的。
残液柱3将通过残液口23引出的残液混合流体分离，再利用第一分离机31将分离出的残液引出，而分离出的脱附剂成分则再次作为脱附剂循环到脱附剂流入口24中。
提取物柱4将通过提取物流出口25引出的提取物混合流体分离，再利用第二分离机41将分离出的提取物引出，同时使提取物混合流体中的一部分再次作为脱附剂循环到脱附剂流入口24中。
本发明中的SMB吸附分离工艺系统在吸附室1内形成多个床层11的串联形式。在本发明的SMB吸附分离工艺中，实际上没有固定床的流动，而是按照一定时间的切换间隔，使脱附剂(desorbent)、提取物(extract)、流体混合物(feed)以及残液(raffinate)的口的位置变为移动床流动的方向，此时，柱以各个口为中心相对地安置在与移动床的流动方向相反的方向上。这样一来，就可以虚拟假想的固定床的流动来模拟与移动床逆流流动。将作为固定床使用的吸附剂填充在上述床层内，在本发明中，在所填充的吸附剂的上部还填充了非活性粒子(inert ball)，从而在吸附剂层的上部形成了非活性粒子层。
虽然脱附剂、提取物、供给物(流体混合物)以及残液的各个口22、23、24、25的位置不能连续移动，然而，如图1所示，由于设有多路接入管线21来连接各床层，并且通过回转阀2给予一定的切换间隔来使各液流周期性地移动到相邻的管线上，因而可以获得与连续工艺相类似的效果。因此，在通过流体混合物流入口注入的物质中，吸附力较弱的物质沿着移动床流入到残液流出口，而吸附力较强的物质在吸附室1的各床层11内被吸附剂吸附并由于柱随着一定时间的切换相对地移动，吸附力较强的物质流入到提取物流出口25。
在吸附室1的内部设有中心管14，并利用循环泵5使流体混合物循环。
图2是将图1中的A部分放大显示的剖面图，示出了SMB吸附分离工艺系统的吸附室内的床层。图3是用于支撑吸附剂层以形成吸附室内的床层的栅格架的平面示意图。
如图2所示，在床层11的内部以中心管14为中心设有圆板型的栅格架12，在该栅格架的上面形成吸附剂层和非活性粒子层。栅格架由分别形成于中心管14的外壁和吸附柱11的内壁的环形支架16支撑。上下床层间的流体移动通过栅格架12进行。
各栅格架12均与中心管分配器15连接，并通过床层管线13连接到多路接入管线21。如图3所示，由于本发明的栅格架12为双重格网，只使液体状的流体通过，从而起到了床层11的隔膜的作用，且由饼状的24个块构成。
图4是表示在现有SMB吸附分离工艺中形成于栅格架上部的吸附剂层的剖面图，(a)是形成有吸附层的剖面图，(b)是表示在吸附剂层的上部形成有微细粒子层的状态的剖面图，该微细粒子层由于流体的流动引起吸附剂的流动而产生。
如图4(a)所示，在将吸附剂填充到HA高度的现有工艺中，随着流体的流入吸附剂6流动，吸附剂相互摩擦而粉碎产生的吸附剂微细粒子6′如图4(b)所示蓄积HB1的高度。由于这种微细粒子的蓄积，引起吸附室1内的压差增加，尤其，一旦微细粒子局部偏重，便会产生沟流，压差将进一步大幅增加。在对二甲苯的分离工艺中，这种压差的增加和沟流会给分离出的对二甲苯的纯度和回收率带来致命的影响。
图5是表示本发明所涉及的SMB吸附分离工艺系统中形成于栅格架上部的吸附剂层6和形成于吸附剂层6上的非活性粒子层7的剖面图。
本发明所采用的非活性粒子层7，用于防止当流体流入到床层内时在床层的上部产生的涡流(eddy current)带动吸附剂粒子流动、造成粒子相互间摩擦而使吸附剂粒子粉碎、导致微细粒子蓄积在床层上部的现象的产生。过去，为防止栅格架和其正下方的床层上部的吸附剂间直接接触造成粒子粉碎，通常会采用使填充在床层内的吸附剂层6的上部留有大约4cm的空间的吸附剂填充方式，但是这种现有方式存在使吸附剂流动的问题。在本发明中，通过在吸附剂层的上部形成非活性粒子层，不但不会防碍流体与吸附剂接触，而且还具有压紧非活性粒子下部的吸附剂的效果和均匀分散流入床层中的流体的流动的效果，从而有效地防止了流体的流动引起的吸附体粒子的摇动。
作为本发明所使用的非活性粒子的具体例子，可以采用氧化铝、多铝红柱石、陶瓷球等，但优选采用其中的氧化铝球。
本发明的非活性粒子层在吸附剂层的上部优选形成2～3cm的厚度，考虑到吸附剂的直径，优选使用直径在0.125～0.25英寸范围的非活性粒子。
下面，参照图1对本发明的吸附分离工艺进行说明。
首先，在形成于吸附室1内的各床层11上的吸附剂层的上部形成非活性粒子层。上述流体混合物通过流体混合物流入口22并经由与回转阀2连接的多路接入管线21流入到吸附室1内，与填充在上述吸附室内的各床层11上的吸附剂接触。吸附力相对较弱的残液和脱附剂混合而形成的残液混合流体从床层被引出至残液流出口23。被引出的残液混合流体在残液柱3中分离为沸点高的脱附剂和沸点低的残液，上述脱附剂经由脱附剂流入口24再次循环到床层中，而上述残液经由第一分离机31引出。
吸附力相对较强的提取物和上述脱附剂混合而形成的提取物混合流体从床层被引出至提取物流出口25。被提取的提取物在提取物柱4中分离为沸点高的脱附剂和沸点低的提取物。被分离的脱附剂作为追加的脱附剂再循环到脱附剂流入口24中，而提取物则从第二分离机41引出。通过回转阀按照切换时间转动，与各床层11连接的流体混合物流入口、残液流出口、提取物流出口以及脱附剂流入口连接到与上述各口相邻接的多路接入管线上。
通过在各床层的吸附剂层6的上部形成非活性粒子层7可以解决前面所指出的现有SMB吸附分离工艺所存在的问题。这种非活性粒子层7不但不会防碍流体与吸附剂接触，而且由于其可以稳定流体的流动，防止流体流动所带来的吸附剂的流动以及微细粒子的产生，从而可防止因压差的增加和微细粒子引起的沟流。
本发明将通过下述的实施例进一步具体化，但下述的实施例只不过是本发明的具体实例而已，其并不用于限定或限制本发明的保护范围。
本发明的实施例以及比较例采用下述的方法进行实验，该实验用于观察填充在床层内的吸附剂粒子流动的程度。
实施例首先，在吸量管内装入吸附剂，再在该吸附剂的上部装入0.5cm厚的非活性粒子后，使吸量管的上部与水龙头连接并注水。流速大致规定在2cm/s，用量筒接收落到吸量管下方的水，通过确认每单位时间接收到的水的量，来进行测量。在进行该过程的期间，观察床层上部的粒子的流动。观察结果在图6中用照片表示。
比较例在吸量管的内部不形成非活性粒子层而只形成吸附层之后，用与上述实施例相同的方法进行实验，观察吸附剂粒子的流动。观察结果在图7中用照片表示。
如图6以及图7所示，本发明所涉及的床层内的非活性粒子层可以防止因流体的流动引起的吸附剂粒子的流动。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
符号说明1吸附室(chamber)2回转阀(rotary valve)3残液柱(raffinate column)4提取物柱5循环泵6吸附剂6′吸附剂微细粒子7非活性粒子层11床层(bed)12栅格架(grid)13床层线14中心管15中心管分配器16环形支架(support ring)21多路接入管线22流体混合物流入口23残液口24脱附剂流入口25提取物流出口31第一分离机41第二分离机
权利要求
1.一种SMB吸附分离工艺系统，是使流体混合物的至少一种组分与固体吸附剂接触，再用脱附剂分离被吸附的组分的模拟移动床吸附分离工艺系统，其特征在于在床层内形成的吸附剂层的上部形成有非活性粒子层。
2.根据权利要求1所述的SMB吸附分离工艺系统，其特征在于所述非活性粒子是从氧化铝球、多铝红柱石球以及陶瓷球所形成的组中进行选择的。
3.根据权利要求1所述的SMB吸附分离工艺系统，其特征在于在所述吸附剂层的上部形成的所述非活性粒子层的厚度为2cm～3cm。
4.根据权利要求1所述的SMB吸附分离工艺系统，其特征在于所述非活性粒子的直径为0.125英寸～0.25英寸。
5.一种SMB吸附分离方法，是在使流体混合物的至少一种组分吸附在固体吸附剂上，再用脱附剂分离被吸附的组分的模拟移动床吸附分离工艺，其特征在于包括如下步骤待吸附分离的流体混合物通过流入口，并经由与回转阀连接的多路接入管线流入吸附室(柱)内；所述流入的流体混合物与形成于所述吸附室内的各床层上的吸附剂层和形成于所述吸附剂层上部的非活性粒子层接触；将吸附力相对较弱的由残液和所述脱附剂混合而成的残液混合流体从所述床层引出至引出口；将吸附力相对较强的由提取物和所述脱附剂混合而成的提取物混合流体从所述床层引出至引出口；以及通过所述回转阀按照切换时间转动，所述流体混合物流入口、残液流出口、提取物流出口以及脱附剂流入口与相邻接的多路接入管线连接，并运转。
6.根据权利要求5所述的SMB吸附分离方法，其特征在于所述被引出的残液混合流体在残液柱中分离成沸点高的脱附剂和沸点低的残液，通过所述脱附剂流入口将分离出的所述脱附剂再次提供给所述床层，并通过第一分离机将所述残液引出。
7.根据权利要求5所述的SMB吸附分离方法，其特征在于所述被提取的提取物混合流体在提取物柱内分离成沸点高的脱附剂和沸点低的提取物，分离出的所述脱附剂作为追加脱附剂循环至脱附剂流入口，并通过第二分离机将提取物引出。
8.根据权利要求5所述的SMB吸附分离方法，其特征在于所述非活性粒子层是从氧化铝球、多铝红柱石球以及陶瓷球所构成的组中进行选择的。
9.根据权利要求5所述的SMB吸附分离方法，其特征在于在所述吸附剂层的上部形成的所述非活性粒子层的厚度为2cm～3cm。
10.根据权利要求5所述的SMB吸附分离方法，其特征在于所述非活性粒子的直径为0.125英寸～0.25英寸。
全文摘要
本发明提供一种模拟移动床(SMB)吸附分离工艺系统，是使流体混合物的至少一种组分与固体吸附剂接触，再用脱附剂分离被吸附的组分的模拟移动床吸附分离工艺系统，其特征在于在床层内形成的吸附剂层的上部形成有非活性粒子层。
文档编号B01J8/18GK1689687SQ20051006330
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月6日 优先权日2004年4月6日
发明者李镇硕, 申南澈 申请人:三星综合化学株式会社