Способ выделения этилбензола с увеличенным выходом - RU2670963C2

Описание

Настоящее изобретение относится к способу для дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол, и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение.

Этилбензол представляет собой углеводородное соединение с высоким коммерческим применением и значением. Его главным образом применяют для получения стирола, который представляет собой промежуточное соединение для получения полистирола. Этилбензол можно получать в реакции алкилирования между бензолом и этиленом. Альтернативный путь получения этилбензола состоит в его извлечении из смеси углеводородов, содержащей этилбензол, которую в целом получают в виде потока побочного продукта из некоторых нефтехимических способов. Смесь углеводородов, содержащая этилбензол, обычно также содержит одно или несколько углеводородных соединений с точкой кипения, близкой к точке кипения этилбензола, в частности, C₈ ароматических изомеров.

Для разделения близкокипящих соединений обычно нужен более сложный способ, чем стандартная дистилляция. Экстракционная дистилляция представляет собой один из способов, разработанных с этой целью. Ее применяют в промышленных способах и она становится все более и более важным способом разделения в нефтехимической промышленности. Основное отличие экстракционной дистилляции состоит в том, что обычно растворитель с высокой точкой кипения добавляют в смесь компонентов, подлежащую разделению, в качестве экстрагирующего средства с тем, чтобы увеличивать относительную летучесть целевых компонентов.

Относительная летучесть представляет собой меру разницы между давлением пара более летучего компонента и давлением пара менее летучего компонента в жидкой смеси. Она показывает степень способности к разделению двух компонентов в смеси. Помимо изменения относительной летучести, экстрагирующее средство также должно быть легко отделяемым от продуктов дистилляции, то есть желательная большая разница в точках кипения между экстрагирующим средством и компонентами, подлежащим разделению. Экстрагирующее средство играет важную роль в схеме экстракционной дистилляции. Следовательно, выбор подходящего экстрагирующего средства важен для предоставления эффективной и экономичной схемы.

Предприняты попытки к отделению этилбензола от смеси углеводородов. В GB 1,198,592 описан способ отделения C₈ ароматических изомеров с применением одной полифункциональной дистилляционной колонны. Дистилляцию осуществляют в многотарельчатой колонне, которая имеет по меньшей мере 250 и предпочтительно 365 тарелок, и коэффициент обратного потока от 100:1 до 250:1, чтобы достигать высокой чистоты продукта этилбензол. Известно, что большая дистилляционная колонна имеет высокую стоимость конструкции и потребляет большое количество энергии во время работы.

В US 3,105,017 описан способ разделения C₈ ароматической смеси углеводородов посредством дистилляции указанной смеси в присутствии соединения, содержащего одно бензольное кольцо, замещенное по кольцу по меньшей мере в двух положениях группой хлора в условиях для отделения фракции, обогащенной этилбензолом. Однако, этот способ не обеспечивает высокой эффективности отделения.

В US 4,299,668 описан способ отделения этилбензола от пара-ксилола и/или мета-ксилола в ректификационной колонне в присутствии экстрагирующего средства, которое содержит пентахлорфенол в качестве основного компонента с одним или несколькими другими соединениями. Пентахлорфенол выглядит как белое кристаллическое твердое вещество при комнатной температуре с высокой температурой плавления, следовательно для способа US 4,299,668 необходимы дополнительные стадия и энергия для растворения пентахлорфенола в подходящем растворителе перед применением его в качестве экстрагирующего средства. Кроме того, пентахлорфенол чрезвычайно токсичен для человека при резкой экспозиции при глотании или вдыхании.

В US 5,425,855 раскрыто применение 5-метил-2-гексанона в качестве экстрагирующего средства в дистилляции. Обнаружено, что это средство усовершенствует относительную летучесть этилбензола по отношению к п-ксилолу и делает возможным отделение этилбензола от п-ксилола посредством ректификации.

Однако все еще сохраняется потребность в усовершенствованном способе дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, такое как о-ксилол, п-ксилол, м-ксилол или их смеси.

Таким образом, цель изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ дистилляционного выделения этилбензола с увеличенным выходом из смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, который позволяет получать этилбензол высокой чистоты и достигает высокой эффективности отделения.

Дополнительная цель изобретения состоит в том, чтобы увеличивать относительную летучесть между этилбензолом и ксилолом в способе дистилляционного фракционирования.

Кроме того, цель изобретения состоит в том, чтобы способ был простым и экономически эффективным в осуществлении и, насколько возможно, устранял или по меньшей мере уменьшал применение токсичных веществ.

Изобретение основано на неожиданной находке того, что вышеуказанные цели можно достичь посредством способа экстракционной дистилляции, в котором водный поток вводят ниже сырьевого потока, который содержит смесь этилбензола и по меньшей мере одного другого C₈ ароматического соединения.

Следовательно, настоящее изобретение предусматривает способ дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, который включает:

a) введение сырьевого потока, который содержит указанную смесь, в первую дистилляционную колонну,

b) введение первого потока, который содержит тяжелый растворитель, выше сырьевого потока, в первую дистилляционную колонну,

c) введение водного потока ниже сырьевого потока в первую дистилляционную колонну.

Конечно, во время осуществления способа по изобретению, стадии с a) до c), по меньшей мере в течение большей части времени, осуществляют одновременно.

В способе по настоящему изобретению смесь этилбензола с по меньшей мере одним другим C₈ ароматическим соединением вводят в качестве сырьевого потока в первую дистилляционную колонну на стадии a). Содержание этилбензола в смеси может варьировать в широком диапазоне. Однако очень низкое содержание этилбензола может делать способ менее экономически привлекательным.

В одном из вариантов осуществления смесь содержит от 5 до 99% масс. этилбензола, предпочтительно от 10 до 95% масс. этилбензола, более предпочтительно от 10 до 85% масс. этилбензола.

Сырьевой поток, например, можно вводить в среднюю часть первой дистилляционной колонны.

Сырьевой поток содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение.

По меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение предпочтительно выбирают из п-ксилола, м-ксилола, о-ксилола и их смесей.

Предпочтительно, все подаваемое в колонну поступает в виде одного сырьевого потока в колонну, т. е. в качестве сырьевого потока на стадии a).

Первый поток, который вводят в первую дистилляционную колонну, содержит тяжелый растворитель или предпочтительно состоит из него. Термин «тяжелый растворитель» также применим к смеси соединений, относящихся к тяжелому растворителю(растворителям), и тогда он обозначает все такие соединения.

Термин «тяжелый растворитель», как применяют в настоящем документе, в целом обозначает растворитель, который имеет точку кипения выше точки кипения по меньшей мере одного другого C₈ ароматического соединения. Тяжелый растворитель имеет точку кипения предпочтительно выше 150°C, более предпочтительно в диапазоне от 151 до 290°C.

Первый поток вводят выше сырьевого потока в первую дистилляционную колонну на стадии b).

Например, в случае, когда сырьевой поток вводят в среднюю часть первой дистилляционной колонны, первый поток вводят в верхнюю часть колонны.

Тяжелый растворитель предпочтительно содержит, или состоит из, по меньшей мере одно Cl-, S-, N- или O-содержащее соединение или их смесь.

Cl-содержащее соединение предпочтительно выбирают из 2,4-дихлорбензола, 1,2,4-трихлорбензола, 1,2,4,5-тетрахлорбензола, полихлорбензолов, гексахлорида бензола, 2,3,4,6-тетрахлорфенола, 1,2,3-трихлорпропана и их смесей и более предпочтительно выбирают из 1,2,4-трихлорбензола и 1,2,3-трихлорбензола.

S-содержащее соединение предпочтительно выбирают из диметилсульфоксида, сульфолана, метилсульфолана и их смесей.

N-содержащее соединение предпочтительно выбирают из N-формилморфолина, анилина, 2-пиролидинона, хинолина, н-метил-2-пирролидона, н-метиланилина, бензонитрила, нитробензола и их смесей.

O-содержащее соединение предпочтительно выбирают из метилсалицилата, метилбензоата, н-метил-2-пирролидона, 1,2-пропандиола (пропиленгликоля), 1,2-бутандиола, 1,3-бутандиола, бензальдегида, фенола, тетрагидрофурфурилового спирта, диэтилмалеата, этилацетоацетата, 4-метоксиацетофенона, изофорона, 5-метил-2-гексанона, 2-гептанона, циклогексанона, 2-октанона, 2-нонанона, 3-гептанона, диизобутилкетона, 5-нонанона, бензилового спирта и их смесей.

Водный поток вводят ниже сырьевого потока в первую дистилляционную колонну на стадии c).

Например, в случае, когда сырьевой поток вводят в среднюю часть первой дистилляционной колонны, водный поток вводят в нижнюю часть колонны.

Водный поток предпочтительно содержит, или состоит из, воду и/или пар и более предпочтительно содержит воду или состоит из нее.

Количество водного потока, вводимого в дистилляционную колонню на стадии c), предпочтительно является таким, чтобы подаваемая масса водного потока составляла от 0,5 до 25% масс., более предпочтительно от 1 до 20% масс., еще более предпочтительно от 2 до 15% масс. и наиболее предпочтительно от 4 до 10% масс., на основании подаваемой массы тяжелого растворителя в дистилляционную колонну.

В вариантах осуществления настоящего изобретения водный поток содержит, или состоит из, воду и по меньшей мере один легкий растворитель, выбранный из Cl-, S-, N- или O-содержащего соединения и их смесей.

Термин «легкий растворитель», как применяют в настоящем документе, в целом обозначает растворитель, который имеет точку кипения ниже точки кипения по меньшей мере одного другого C₈ ароматического соединения и ниже точки кипения этилбензола. Термин «легкий растворитель» также применяют к смеси соединений, относящихся к легкому растворителю(растворителям), и тогда он обозначает все такие соединения.

Легкий растворитель имеет точку кипения предпочтительно ниже чем 135°C, более предпочтительно ниже чем 130°C, даже более предпочтительно ниже чем 125°C, еще более предпочтительно ниже чем 120°C и наиболее предпочтительно ниже чем 110°C.

Cl-содержащее соединение предпочтительно выбирают из хлороформа, тетрахлорида углерода и их смесей.

N-содержащее соединение предпочтительно выбирают из диметиламина, диэтиламина, ацетонитрила и их смесей.

O-содержащее соединение предпочтительно выбирают из ацетальдегида, 1-пропаналя, метилизопропилкетона, 3-метил-2-пентанона, 3,3-диметил-2-бутанона, 2-пентанона, 2-метилпропаналя, 1-бутаналя, циклопентанона, ацетона, этанола и их смесей.

Способ по настоящему изобретению не ограничен отделением этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, такое как о-ксилол, п-ксилол и м-ксилол или их смеси.

В определенных вариантах осуществления способа по настоящему изобретению, смесь, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, дополнительно содержит по меньшей мере одно неароматическое соединение и/или по меньшей мере одно дополнительное ароматическое соединение.

По меньшей мере одно неароматическое соединение может представлять собой парафины, олефины, нафталины или другие углеводороды с алифатическими структурами. Предпочтительно, по меньшей мере одно неароматическое соединение выбирают из C₇-C₁₁ неароматических соединений, таких как изопропилциклопентан, 2,4,4-триметилгексан, 2,2-деметилгептан, цис-1,2-диметилциклогексан, 1,1,4-триметилциклогексан, 2,3,4-триметилгексан, 1,3,4-триметилциклогексан, 2,3-диметилгептан, 3,5-диметилгептан, 3,4-диметилгептан, 2-метилоктан, 3-метилоктан, 1-этил-4-метилциклогексан, этилциклогексан, транс-2-нонен, изобутилциклопентан, 3-этил-4-метил-3-гексен, н-нонан, цис-1-метил-3-этилциклогексан, циклооктан, изопропилгексан и их смеси.

По меньшей мере одно дополнительное ароматическое соединение может представлять собой бензол, толуол, стирол или их смеси.

Также в определенных вариантах осуществления смесь, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, может проходить через стадию предварительной обработки прежде, чем поступать в первую дистилляционную колонну для того, чтобы получать сырьевой поток, более подходящий для способа по настоящему изобретению. Стадия предварительной обработки может включать, например, разделение тяжелых углеводородных соединений, имеющих 9 атомов углерода или больше.

Первая дистилляционная колонна предпочтительно работает при давлении от 100 мбар до 1100 мбар, более предпочтительно от 140 мбар до 900 мбар, даже более предпочтительно от 180 до 700 мбар и наиболее предпочтительно от 200 до 500 мбар.

Температура в первой дистилляционной колонне предпочтительно составляет от 50°C до 250°C, более предпочтительно от 60°C до 200°C, даже более предпочтительно от 70°C до 180°C.

Количество тяжелого растворителя, введенного в дистилляционную колонну на стадии b), должно быть достаточно высоко для того, чтобы улучшать относительную летучесть этилбензола по отношению по меньшей мере к одному другому C₈ ароматическому соединению.

Количество потока тяжелого растворителя, вводимого в дистилляционную колонну на стадии b), предпочтительно является таким, чтобы массовое соотношение подачи тяжелого растворителя и сырья, т. е. соотношение общей массы потока тяжелого растворителя и общей массы сырьевого потока, вводимого в первую дистилляционную колонну, составляло от 1:1 до 10:1, более предпочтительно от 2:1 до 8:1, еще более предпочтительно от 3:1 до 7:1.

В предпочтительном варианте осуществления способ в соответствии с изобретением содержит стадию d), в которой второй поток, обогащенный этилбензолов, отводят из первой дистилляционной колонны, обычно сверху или из верхней части колонны. Извлечение этилбензола, определяемое как соотношение этилбензола во втором потоке и этилбензола в сырьевом потоке, предпочтительно выше 1, более предпочтительно выше чем 1,5, более предпочтительно выше 2, даже более предпочтительно выше 2,5, еще более предпочтительно выше 3 и наиболее предпочтительно выше 3,5. Обычно это соотношение не выше 50.

Второй или головной поток дополнительно может содержать воду и легкий растворитель. В таком случае, способ в соответствии с изобретением предпочтительно дополнительно содержит стадию f) отделения этилбензола от воды и легкого растворителя, присутствующих во втором потоке на стадии d). Это можно выполнять, например, посредством разделения фаз в декантаторе и/или дистилляционном отделении в другой дистилляционной колонне после отведения головного потока.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления способ в соответствии с изобретением включает стадию e), в которой третий поток, обогащенный по меньшей мере одним другим C₈ ароматическим соединением и дополнительно содержащий тяжелый растворитель, отводят из колонны, обычно из куба или нижней части колонны.

В одном из вариантов осуществления способа по изобретению применяют вторую дистилляционную колонну. Эту вторую колонну также обозначают как регенерационная колонна для растворителя. В этом варианте осуществления способ предпочтительно дополнительно содержит стадию g), на которой предварительно отведенный третий поток со стадии e), обрабатывают во второй дистилляционной колонне для того, чтобы отделять по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение от тяжелого растворителя

По причине эффективности, потоки можно извлекать и повторно применять в способе по настоящему изобретению. Потоки, например, отведенные из отделительного блока на стадии e) и/или второй дистилляционной колонны на стадии g), можно применять повторно в первой дистилляционной колонне. Предпочтительно, воду и/или тяжелый растворитель и/или легкий растворитель повторно применяют в первой дистилляционной колонне.

Термин «коэффициент обратного потока», как применяют в настоящем документе, определяют как соотношение обратного потока потока дистиллята. Предпочтительно, в первой дистилляционной колонне в способе по настоящему изобретению применяют коэффициент обратного потока от 1 до 30, более предпочтительно от 2 до 25, более предпочтительно от 4 до 20 и наиболее предпочтительно от 5 до 15.

Настоящее изобретение также относится к применению водного потока, вводимого ниже сырьевого потока, который содержит смесь этилбензола и по меньшей мере одного другого C₈ ароматического соединения при дистилляционном отделении этилбензола от указанной смеси для увеличения эффективности разделения.

Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано с помощью примера, описанного далее, и со ссылкой на следующую фиг.:

на фиг. 1 представлена типичная схема последовательности операций в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Схема способа экстракционной дистилляции

Образцовая схема последовательности операций для имитации способа в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения объяснена в настоящем документе далее со ссылкой на фиг. 1.

Три потока вводят в экстракционную дистилляционную колонну 10, которую также обозначают как первая дистилляционная колонна. Внутренние части первой дистилляционной колонны можно выбирать различным образом, чтобы получать желаемую эффективность, например, дистилляционную колонну можно заполнять множеством уплотненных слоев или тарелок.

Сырьевой поток 11, содержащий смесь, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение, вводят в колонну 10 через трубопровод, например, в средней части колонны. Температуру смеси можно корректировать при необходимости, например, с применением теплообменника. Одновременно, первый поток 12, содержащий тяжелый растворитель, и водный поток 13, содержащий воду, вводят в первую дистилляционную колонну 10 через два соответствующих трубопровода. Первый поток 12 вводят выше сырьевого потока 11, например, в верхней части колонны 10, тогда как водный поток 13 одновременно вводят ниже сырьевого потока 11, например, в нижней части колонны 10.

Тяжелый растворитель предпочтительно образует смесь с более высокой точкой кипения с по меньшей мере одним другим C₈ ароматическим соединением и подлежит отгонке вниз первой дистилляционной колонны 10, тогда как более легкокипящий этилбензол, который обладает меньшей аффинностью к тяжелому растворителю, будет отгоняться вверх колонны.

Из верха или верхней части первой колонны отводят второй поток 14, который содержит этилбензол, воду и необязательно легкий растворитель. Этот второй поток можно вводить в фазовый разделитель 20, в котором этилбензол отделяют от воды. Поток, который содержит отделенный этилбензол, который также обозначают как богатый этилбензолом поток, часть которого затем можно повторно применять в первой дистилляционной колонне в виде обратного потока 21 или просто пропускать в хранилище 22. Отделенную воду также можно дополнительно применять или повторно применять в первой дистилляционной колонне 10 в качестве водного потока 23, как показано на фиг. 1.

Из куба первой колонны 10 отводят третий поток 15, содержащий тяжелый растворитель и по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение. Этот третий поток 15 также может содержать небольшие и меньшие количества этилбензола. Третий поток можно вводить в регенерационную колонну 30 для растворителя, которую также обозначают как вторую дистилляционную колонну. Там по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение отделяют от тяжелого растворителя. Из куба регенерационной колонны 30 для растворителя отводят тяжелый растворитель, который можно применять повторно в первой дистилляционной колонне 10 в качестве первого потока 32.

Из верхней части регенерационной колонны 30 для растворителя отводят поток 31, который содержит по меньшей мере одно другое C₈ ароматическое соединение и вероятно незначительные количества этилбензола. Этот поток также обозначают как обедненный этилбензолом поток.

Дополнительное оборудование, такое как теплообменник, насос или компрессор, можно добавлять в любое подходящее местоположение в технологической системе для того, чтобы должным образом корректировать условия способа. Подходящие размеры и конфигурацию всего оборудования в способе может модифицировать средний специалист в данной области для соответствия точной композиции сырьевого потока, экстрагирующего средства и конкретных применяемых условий работы.

Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно описаны в следующем примере.

ПРИМЕР 1

Компьютерную симуляцию выполняли с применением программного обеспечения для симуляции «Aspen HYSYS®», которое симулирует подачу сырьевого потока, содержащего 14,66% масс. этилбензола, 20,21% масс. п-ксилола, 43,35% масс. м-ксилола и 21,78% масс. о-ксилола, при скорости подачи 133 г/мин в экстракционную дистилляционную колонну, которая имеет 18 ступеней. Различные растворители, как показано в таблице 1, вводили в экстракционную дистилляционную колонну на ступени 2, т. е. в местоположении выше точки введения сырьевого потока на ступени 10. В качестве сравнительного примера, проводили симуляцию, когда растворитель не вводят. Рабочие температуры симулировали на протяжении колонны в диапазоне от 75°C до 175°C. Симулировали давление в колонне 200 мбар и 1000 мбар, соответственно (см. далее таблицу 1). Массовое соотношение растворителя и сырьевого потока фиксировали равным 5:1. Модель симуляции дополнительно содержала такие особенности, что богатый этилбензолом поток отводили в верхней части колонны и обедненный этилбензолом поток отводили в нижней части колонны. Симулировали возвращение части богатого этилбензолом потока из верхней части колонны в колонну в виде обратного потока с коэффициентом обратного потока 10.

Для того чтобы демонстрировать эффект добавления воды в колонну, симулировали, что воду вводят выше («вода выше») и ниже («вода ниже») сырьевого потока, соответственно, со скоростью 36 г/мин. Для сравнения, также симулировали, что воду не вводят в колонну. Результаты представлены далее в следующей таблице 1.

В таблице 1 можно видеть, что введение воды в систему повышает эффективность отделения в способе при рабочем давлении 200 мбар и 1000 мбар, соответственно, и для всех применяемых растворителей. Обнаружено, что более высокое содержание этилбензола получали в головном потоке, отводимом из верхней части колонны («конц. ЭБ в головной части»). В частности, более высокую эффективность обнаруживали, когда воду вводили в местоположении ниже точки введения сырьевого потока в соответствии с настоящим изобретением («вода ниже»).

Далее в таблице 1 TCB представляет собой 1,2,4-трихлорбензол и NMP представляет собой н-метил-2-пирролидон.

Таблица 1

Реферат

Изобретение относится к способу дистилляционного отделения этилбензола от смеси, которая содержит этилбензол и по меньшей мере одно другое Cароматическое соединение. Способ включает: a) введение сырьевого потока, который содержит указанную смесь, в первую дистилляционную колонну, b) введение первого потока, который содержит тяжелый растворитель, выше сырьевого потока в первую дистилляционную колонну, c) введение водного потока ниже сырьевого потока в первую дистилляционную колонну, причем водный поток содержит воду и по меньшей мере один легкий растворитель, выбранный из Cl-, S-, N- или O-содержащего соединения и их смесей. Также изобретение относится к применению водного потока, включающего легкий растворитель. Использование предлагаемого изобретения позволяет отделять этилбензол более эффективно. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Формула