使用串联的N个塔的模拟移动床分离方法的收集和分布通道的新颖构思与流程

文档序号:15737853发布日期:2018-10-23 21:47阅读:186来源:国知局
本发明涉及一种用于流体在串联的n塔系统中的分布和收集的新颖性装置,该n塔系统采用所述流体在被称为粒状介质的固体颗粒的介质中的流动。n个不同或堆叠的塔(即,布置在公共包层中)的级联被称为串联的n塔系统。每一塔容纳粒状介质的床,主要流体在该床中流动。这n个塔经由导管系统连接在一起,该导管在必要时允许次要流体的注入/混合或排出,这些可能的注入和排出发生在塔之间。本发明涉及可以用于从床的底部或在塔的整个截面上方收集主要流体或者相反地将所述流体从塔间导管转移到下一个塔的装置。本发明大体包括定位在塔的底部处的收集区域或分布区域的布置。本发明可以用于为流体在塔中在两个区域之间(即,粒状介质外部)在停留时间内的分布提供有利补偿,同时显著最小化被称为非选择性区域的区域的体积,该两个区域构成床的头部处的分布区域和床的底部处的收集区域并被称为非选择性的。实际上,本发明涉及模拟移动床(smb)分离方法,其中流体流在床中、在分布系统中和在注入/收集系统中的集合的同步性特别重要,以便保证该方法所需的高纯度和产量水平。在下文中,为了简洁起见,这将被称为流体同步性。术语“流体同步性”意指如果塔的截面在被假想地划分成平行移动的多个流体通道,则所有这些流体通道均必须尽可能具有从进入塔中的入口到出口的相同停留时间。此外,对于相同性能水平来说,非选择性区域的体积的任何增加都会引起设施中泵周围的流动的不期望增加,这对于方法的选择性是个问题或者增加整个方法的能量消耗。附图说明所有附图都表示向下流模式,但是本发明关于向上流模式严格对称。图1表示具有其头部处的用于流体的分布的装置和其底部处的收集装置的整个塔的图解视图。图1a是允许收集系统在周边处的定位被看见的顶视图。图2表示借助根据本发明的收集系统在被称为用于流体的径向流动模式的变型中的塔的图解视图。现有技术的审查现有技术公开如何设定用于多级塔的分布器的尺寸,即,该多级塔由沿着实质上垂直轴线布置的多个板构成,每一板支撑粒状固体的床。特定来说,专利ep0074815、us2006/0108274a1提供在用于多级塔的模拟移动床吸附的情况中使用的分布/混合装置的实例。这些装置执行以下连续功能:来自上游床的主要流体的收集、和主要流体与次要流体的混合、以及混合物朝向下游床的重新分布。那些专利描述将塔的截面划分成若干面板或径向扇形。现有技术还教导在分布系统中保证良好同步性以便关于分离获得所需性能的重要性。特定来说,专利fr2933000提出正好在到塔的入口处的分布器板之前或者正好在其之后在非选择性区域中向停留时间添加补偿元件(挡板)。2016年1月、第62卷、n1在aiche期刊中出版的silvam.、rodriguesa.和motaj.的现有技术文献“effectofdeadvolumesontheperformanceofanindustrial-scalesimulatedmoving-bedparexunitorp-xylenepurification”教导减少非选择性体积的重要性,因为增加那些体积会导致纯度下降和脱附剂消耗的增加。专利us3214247描述一种旨在供给粒状床的接触室,所述室具有侧向穿孔,所述侧向穿孔可以用于在两个相反方向上侧向地引入气相或液相。该文本的图3显示带有具有直线壁的锥形形状的通道。专利us3789989描述用于流体的分布以允许所述流体从一个床流到下一个床的设备。该设备特征在于筛子,所述筛子用于保持定位在筛子之间的实心和偏转板并且具有减少的厚度。那些系统中无一者公开用于补偿停留时间的装置。采用带有n塔系统的模拟移动床意指确保注入和收集,以及在系统中在两个塔之间的单个点处的混合。此类配置克服冲洗的问题,因为其从而最小化未由泵周围的流动冲洗的体积。除此该优点以外,本发明引入一种装置,其几何形状可以确保流体的停留时间几乎相等,而不管其通过粒状床时所采取的路径,同时最小化被称为非选择性的区域中的停留时间。技术实现要素:本发明可以被限定为一种用于流体在包含粒状固体的床的塔中的分布和收集的装置,该单元通常由串联布置的数个塔组成。此装置特别适合于模拟移动床分离方法,因为其可以用于通过显著最小化这些区域的散布来显著减少被称为非选择性体积的体积,如在形成本申请的一部分的实例中所示出的。在下文中,术语“流入流体”将用于表示进入塔的流体,并且“流出流体”表示离开塔的流体。使用本装置的方法通常使用串联的多个塔,每一塔使用根据本发明的装置作为用于引入流入流体的构件或者作为用于收集流出流体的构件。这些塔中粒状床内的流体流动可以是轴向的或径向的。设置有根据本发明的装置的一系列塔的任何布置(作为用于引入的构件或者作为用于收集的构件)都将落入本发明的范围内。更确切地说,本发明可以因此被限定为一种用于流体在设置有粒状固体的床的一个或多个塔中的分布或用于流出流体在这一个或多个塔中的收集的装置,其中:-流入流体借助于具有可变截面的分布通道进行分布,在该分布通道中流体以恒定速度流动,-流出流体借助于具有可变截面的分布通道进行收集,在该分布通道中流体以恒定速度流动。特定来说,本装置适用于一种使用串联布置的多个塔的模拟移动床分离方法。在此情况下并且根据图1和图1.a中所示的第一变型,使用根据本发明的收集装置的模拟移动床方法可以如下描述:流体在粒状固体的床内部的循环是轴向的,并且到该床中的注入借助于实质上居中在塔的垂直轴线上的导管(2)执行,该导管(2)向由弯曲壁(4)限定的水平分布通道(3)进行供给,粒状固体的床(6)然后通过筛子(5)从分布通道(3)被供给,并且流体在实质上垂直方向上流过粒状床(6),流体然后经由周边导管(10)从由弯曲壁(9)限定的收集通道(8)收集在筛子(7)的下方,并且整个流然后被收集在实质上居中在塔的垂直轴线上的单个排空导管(11)中。根据图2中所示的第二变型,使用根据本发明的分布装置的方法可以如下描述:流体在粒状固体的床内部的循环在径向上执行,流体经由向由壁(4)限定在中心中的中心通道(3)进行供给的导管(2)引入到塔的中心中,然后从中心朝向周边(由筛子(5)和(7)限定)通过粒状床(6),在该处,流体被收集在由壁(9)限定在外部处的周边区域(8)中,该壁(9)使液体经由周边导管(10)返回到实质上居中在塔的轴线上的排空导管(11)。使用根据本发明的装置的模拟移动床分离方法可以使得待被分离的进料是包含7至9个碳原子的芳族化合物的任何混合物。采用根据本发明的装置的模拟移动床分离方法可以使得待被分离的进料是正构烷烃和异构烷烃的混合物。采用根据本发明的装置的模拟移动床分离方法可以使得待被分离的进料是正构烯烃和异构烯烃的混合物。采用根据本发明的装置的模拟移动床分离方法可以使得通过所述装置的主要流体具有在600至950kg/m3的范围内的密度和在0.1至0.6cpo的范围内的粘度。具体实施方式本发明试图克服的问题是限制串联的n塔系统的非选择性区域中停留时间的差异,每一塔设置有粒状床。实际上,这些差异使分离性能恶化,同时最小化所述非选择性区域的体积(在下文中,为简单起见,被称为非选择性体积),对与并不具有非选择性区域的系统相同的性能水平而言,这导致设施的泵周围的流动的不希望增加。本发明涉及一种系统,其可以用于在塔的完整截面的尺度上保证流体在分布/收集系统中的良好同步性,并且其还通过适当修整分布和收集通道的形状来产生低的非选择性体积。根据本发明的塔可以被组织成两种流动模式:-轴向模式,其中粒状床内部的流动实质上沿着塔的垂直轴线。-径向模式,其中粒状床内部的流动实质上从周边朝向塔的中心或者从塔的中心朝向周边。根据流动模式,塔的尺寸如下:-对于轴向模式,直径在1至15m的范围内,优选地在7至12m的范围内。粒状床的高度在0.2与1.5m之间变化,优选地在0.4与1m之间;-对于径向模式,直径在1.5至15m的范围内,高度可以形成的截面在1至200m2的范围内,优选地在5至80m2的范围内。粒状床的截面根据从流入收集器到流出收集器的半径改变。粒状床的厚度在0.2与1.5m之间变化,优选地在0.4与1m之间。注入和收集以及混合在系统(1)中在两个塔之间的单个点处执行。根据图1中所示的第一实施例,床处于轴向模式中,并且到该床中的注入借助于实质上居中在塔的垂直轴线上的导管(2)执行,该导管(2)经由喷嘴向水平分布通道(3)进行供给。一般来说,分布通道配备有图1中未显示的喷射断路器。分布通道(3)的壁(4)具有可以在分布通道(3)中确保恒定速度的形状,这意味着可以从根本上最小化非选择性体积,并且可以在粒状床(6)中获得流动的均匀分布。此速度在0.1至5m/s的范围内,理想地在0.5至2.5m/s的范围内。作为径向坐标r的函数的从筛子(5)限定的通道(3)的高度理想地遵循以下分布曲线:其中是流体在粒状床中的表观速度,其被定义为体积流率与塔的截面的比,并且r是塔的半径。粒状床(6)然后从分布通道(3)通过筛子(5)被供给。流体在实质上垂直方向上流过粒状床(6)。流体然后被收集在筛子(7)下方的收集通道(8)中。收集通道(8)的壁(9)理想地具有以下分布曲线:。此分布曲线意味着所有流体流在经由导管(2)的入口与经由导管(11)的出口之间的停留时间相等。图1中的壁4和9的表示是图解性的,并且并不对应于数学形状。根据此实施例,离开通道(8)的流体经由定位在周边处的导管系统(10)被收集,如图1.a中可见的,该导管系统(10)收集排空导管(11)中的流出流体。导管(10)的数量通常在4与20之间变化,优选地在6与12之间。导管截面的尺寸将确保在1至8m/s的范围内的流体速度。此外,本发明的范围包括使分布和收集系统颠倒,即,更确切地说,通过使用上述分布系统作为收集系统,并且通过使用上述收集系统作为分布系统。在包括一系列塔的工业单元中,这些塔可以是具有根据本发明的分布系统的任何塔,或者实际上是具有根据本发明的收集系统的任何塔。还可以交替方式连接塔,即,一个塔与根据本发明的收集系统连接,并且下一个塔与根据本发明的分布系统连接。根据图2中所示的第二实施例,床在径向上操作,并且到该床中的注入借助于垂直导管(2)或者借助于实质上定位在由壁(4)限定在中心中的塔的中心中的环形管执行。分布通道(3)的壁(4)具有可以保证分布通道中的恒定速度和流动在粒状床(6)中的均匀分布的形状。此速度在0.1至5m/s的范围内,理想地在0.5至2.5m/s的范围内。作为从流体进入塔中的入口取得的轴向坐标z的函数的、从塔的轴线取得的、壁(4)的径向位置理想地具有以下分布曲线:其中是粒状床的总高度。液体在床(5)中从中心朝向床的周边在径向上流动,并且被收集在周边区域(8)中。作为从流体进入塔中的入口取得的轴向坐标z的函数的、从所述塔的轴线取得的、壁(9)的径向位置理想地具有以下分布曲线:其中是在径向方向上限定的床的厚度。图2中所示的表示是图解性的,并且并不重现和的数学形状。整个流由定位在周边处的导管系统(10)收集,该导管系统(10)使流出流体进入到排空导管(11)中。所有塔具有根据本发明的分布系统,或者其全部具有根据本发明的收集系统。还可以交替方式连接塔,即,一个塔与根据本发明的收集系统连接,并且下一个塔与根据本发明的分布系统连接。如上文所解释,本发明的范围包括颠倒分布和收集系统,即,更确切地说,通过使用上述分布系统作为收集系统,并且通过使用上述收集系统作为分布系统。本发明还可以描述为一种采用根据本发明的装置的模拟移动床分离的方法,其中待被分离的进料是包含7至9个碳原子的芳族化合物的任何混合物。本发明还可以视为一种采用根据本发明的装置的模拟移动床分离的方法,其中待被分离的进料是正构烷烃和异构烷烃的混合物。本发明还可以视为一种采用根据本发明的装置的模拟移动床分离的方法,其中待被分离的进料是正构烯烃和异构烯烃的混合物。本发明还可以视为一种采用根据本发明的装置的模拟移动床分离的方法,其中通过所述装置的主要流体具有在600至950kg/m3的范围内的密度和在0.1至0.6cpo的范围内的粘度。根据现有技术和根据本发明的实例考虑包括1m高的粒状床的、具有10m的直径的塔。具有725kg/m3的密度和0.2cp的粘度的流体的流动以2cm/s的表观速度发生在塔内部。此表观速度在假定为自由的塔的截面范围内计算。在专利fr2933000中提出的现有技术解释如何设定挡板的尺寸以便校正停留时间的分布。环形截面(液体在边缘、挡板和塔的壁之间的通道)与塔的总截面之间的比被选择成与该专利的实例的比相同,即,8.3%。所属领域的技术人员将在分布和收集通道中以及分布和收集导管中获得最大速度,此速度用于设定所述通道和所述导管的尺寸。在此实例中,使用2.5m/s的最大速度。当根据此现有技术设定尺寸时,这导致13.2m3的非选择性体积(分布和收集)。根据本发明并且为了不增加粒状床中的散布而使用1m/s的针对通道的设定尺寸速度,非选择性区域的体积为2.2m3。所属领域的技术人员将根据为了在床中保持等效的理论板高度为1mm的最大可容许压降的推理来评估并且可能调整1m/s的速度。因此,与由专利us3214247表示的现有技术相比,本发明可以将非选择性体积除以2,并且可以将使用在专利fr2933000中定义的较老现有技术计算的非选择性体积几乎除以4。通过减少停留时间的散布来完成这些体积的减少。实际上,非选择性体积和散布的减少是维持模拟移动床分离方法的性能的基本要素。非选择性区域的体积(m3)非选择性区域的变化(s2)现有技术设定尺寸,而不设定通道的轮廓26.54线性轮廓情况下的设定尺寸(比较专利us3789989),无补偿13.22根据本发明的设定尺寸,具有补偿7.61当前第1页12
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