способ получения чистого бензола и чистого толуола и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения чистого бензола и чистого толуола из исходного продукта, содержащего ароматические углеводороды, включающий следующие стадии: исходный продукт в стабилизационной технологической ступени перегонки (1) освобождают от газов, стабилизированный исходный продукт разделяют на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и промежуточный продукт, обогащенный толуолом, промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и промежуточный продукт, обогащенный толуолом, направляют в технологическую ступень экстрактивной перегонки (2) и по отдельности подают на разные тарелки колонны для экстрактивной перегонки (4), смесь чистого бензола, чистого толуола и экстрагирующего агента извлекают из нижней части (3) колонны для экстрактивной перегонки (4) и экстрагирующий агент в технологической ступени отпаривания (5) отделяют от чистого бензола и чистого толуола и возвращают в технологическую ступень экстрактивной перегонки (2), отличающийся тем, что используют стабилизационную технологическую ступень перегонки (1), предназначенную для разделения исходного продукта на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и промежуточный продукт, обогащенный толуолом и обогащенный бензолом промежуточный продукт непосредственно из стабилизационной технологической ступени перегонки (1) направляют в технологическую ступень экстрактивной перегонки

(2), а промежуточный продукт, обогащенный толуолом, перед направлением в технологическую ступень экстрактивной перегонки (2) освобождают от высококипящих компонентов в технологической ступени предварительной перегонки (6).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный продукт, обогащенный бензолом, отбирают из стабилизационной колонны (8) стабилизационной технологической ступени перегонки (1) через боковой отвод (9), а промежуточный продукт, обогащенный толуолом, отбирают из нижней части (10) стабилизационной колонны (8).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что стабилизационная технологическая ступень перегонки (1) работает с параметрами, обеспечивающими содержание бензола в промежуточном продукте, обогащенном толуолом, от 10 до 40%, предпочтительно около 20%.

4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что технологическая ступень предварительной перегонки (6) работает с параметрами, обеспечивающими отделение компонентов с точкой кипения более 120^oС промежуточного продукта, обогащенного толуолом.

5. Способ по одному из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что в качестве экстрагирующего агента используют соединение из группы N-замещенного морфолина, заместители которого содержат менее 8 атомов С, или их смеси, предпочтительно N-формилморфолин.

6. Способ по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что в колонну для экстрактивной перегонки (4) с примерно 70 теоретическими тарелками подается промежуточный продукт, обогащенный толуолом, примерно на 20 теоретических тарелок ниже трубопровода для подачи экстрагирующего агента и промежуточный продукт, обогащенный бензолом, подается примерно на 40 теоретических тарелок ниже трубопровода для подачи экстрагирующего агента.

7. Способ по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что смесь, состоящую из чистого бензола и чистого толуола, извлеченную из технологической ступени отпарки (5), разделяют в разделительной технологической ступени (7) на ее компоненты.

8. Устройство для получения чистого бензола и чистого толуола, представляющее собой последовательно соединенные между собой стабилизационную колонну, колонну предварительной перегонки, колонну для экстрактивной перегонки, отпарную колонну и ректификационную колонну, отличающееся тем, что стабилизационная колонна (8) оснащена боковым отводом (9) для освобождения исходного продукта от газов и для разделения исходного продукта на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, а также на промежуточный продукт, обогащенный толуолом, к нижней части (10) стабилизационной колонны (8) подсоединена колонна предварительной перегонки (11) для освобождения промежуточного продукта, обогащенного толуолом, от высококипящих компонентов, колонна для экстрактивной перегонки (4) подсоединена двумя подсоединениями для подачи промежуточных продуктов (12, 13) к боковому отводу (9) стабилизационной колонны (8) и к верхней части (14) колонны для предварительной перегонки (11) и к нижней части колонны для экстрактивной перегонки (4) подсоединена отпарная колонна (15), причем из нижней части отпарной колонны можно извлекать экстрагирующий агент и подавать в трубопровод для экстрагирующего агента (17) колонны для экстрактивной перегонки (4), а из верхней части (18) отпарной колонны (15) может извлекаться смесь из чистого бензола и чистого толуола.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что стабилизационная колонная (8) имеет примерно 60 практических тарелок, причем боковой отвод (9) расположен у примерно 52-й практической тарелки, а колонна предварительной перегонки (11) имеет примерно 65 практических тарелок, колонна для экстрактивной перегонки (4) имеет примерно 70 теоретических тарелок, причем подсоединение для подачи промежуточного продукта (13) для промежуточного продукта, обогащенного толуолом, расположено ниже примерно на 20 теоретических тарелок трубопровода для подачи экстрагирующего агента (17) и подсоединение для подачи промежуточного продукта (12) для промежуточного продукта, обогащенного бензолом, расположено ниже примерно на 40 теоретических тарелок трубопровода для подачи экстрагирующего агента (17).

10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что к верхней части (18) отпарной колонны (15) подсоединена ректификационная колонна (19) с примерно 60 практическими тарелками, причем из нижней части (20) ректификационной колонны (19) можно отбирать чистый толуол, а из верхней части (21) ректификационной колонны (19) - чистый бензол.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения чистого бензола и чистого толуола из исходного продукта, содержащего ароматические углеводороды, при котором исходный продукт освобождают от газов в стабилизационной технологической ступени перегонки, где стабилизированный исходный продукт разделяют на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и промежуточный продукт, обогащенный толуолом, затем промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и промежуточный продукт, обогащенный толуолом, направляют в технологическую ступень экстрактивной перегонки и по отдельности подают на разные тарелки колонны для экстрактивной перегонки, при котором смесь, состоящую из чистого бензола, чистого толуола и экстрагирующего агента извлекают из нижней части колонны для экстрактивной перегонки и экстрагирующий агент в технологической ступени отпаривания отделяют от чистого бензола и чистого толуола и возвращают на ступень экстрактивной перегонки. Под чистым бензолом и чистым толуолом подразумевается, что бензол и толуол чисты в техническом смысле, т.е. что могут присутствовать незначительные загрязнения примесями. В качестве исходного продукта, содержащего ароматические углеводороды, как правило, используют коксовый сырой бензол из процесса коксования угля и/или пиролизный бензин из процесса переработки нефти. В основном, однако, применяют также, например, газационный бензол из процесса газации угля или нефти или каталитический продукт риформинга из процесса переработки нефти. Эти исходные продукты содержат большей частью остаточные количества газа из процесса изготовления исходных продуктов. Такими остаточными газами могут быть, например, сероводород, аммиак и водород. В таком случае говорят о нестабилизированных исходных продуктах. Нестабилизированный исходный продукт следует, однако, перед дальнейшей переработкой подвергнуть стабилизации, т.е. освободить от остаточных газов с тем, чтобы не могли иметь место при дальнейшей обработке никакие вредные реакции. Это осуществляется в стабилизационной технологической ступени перегонки. При этом нестабилизированный исходный продукт подается в стабилизационную колонну, а остаточный газ извлекается и отводится от головной части стабилизационной колонны. Стабилизированный исходный продукт опускается в нижнюю часть колонны. Во время проведения ступени способа по экстрактивной перегонке в колонну для экстрактивной перегонки, наряду с изготовляемыми промежуточными продуктами или продуктом, подается селективный растворитель с полярными группами в качестве экстрагирующего агента, как правило, у головной части колонны для экстрактивной перегонки. Благодаря этому парциальные давления неароматов повышаются сильнее, чем парциальные давления ароматов, и таким образом способствуют связанному с этим разделению в колонне для экстрактивной перегонки. Неароматы изымаются у головной части колонны для экстрактивной перегонки и отводятся. Экстрагирующие агенты с растворенными в них ароматами выпадают в нижнюю часть колонны для экстрактивной перегонки. Ступень отпарки использует соответствующим образом оснащенную перегоночную колонну для разделения экстрагирующего агента и ароматов. Полученная таким образом смесь бензола и толуола является практически полностью, без помех разделяемой на свои компоненты.

Способ указанного вначале вида известен из практики и в основном описан в источнике EP 0 434 959 A2. Согласно этому литературному источнику, разделение стабилизированного исходного продукта на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и промежуточный продукт, обогащенный толуолом, осуществляется в перегоночной колонне, причем промежуточный продукт, обогащенный бензолом, изымается у головной части перегоночной колонны, а промежуточный продукт, обогащенный толуолом, изымается у бокового отвода перегоночной колонны, в то время как составляющие части исходного продукта с высокой точкой кипения выпадают в нижнюю часть колонны и отводятся из нее. На практике в известном до некоторой степени способе к перегоночной колонне предварительно подключается стабилизационная ступень перегонки обычного вида. Этот способ в основном оправдал себя, однако в отношении чистоты полученного бензола и толуола еще может быть усовершенствован, так как лишь составляющая неароматических углеводородов в бензоле составляет еще почти 0,1% и в толуоле еще почти 0,2%.

Из литературного источника DE 15 43 119 A1 известен способ иного вида для получения бензола и толуола из исходного продукта, содержащего ароматические углеводороды, в результате которого получается очень чистый бензол, однако нечистый, с содержанием около 1,5% по весу неароматических углеводородов толуол. Этот способ работает с одной первой ступенью перегонки, в процессе которой кипящие при температуре выше 150^oC компоненты отделяются от /стабилизированного/ исходного продукта. Предварительно очищенный исходный продукт без дальнейшего отделения подается на единственную тарелку колонны для экстрактивной перегонки. На практике этот способ усовершенствован благодаря тому, что ступень процесса экстрактивной перегонки работает прерывисто, причем описанный способ время от времени прерывается для того, чтобы полученный нечистый толуол с помощью ступени процесса экстрактивной перегонки освободить от вредных неароматических углеводородов. В результате получают как очень чистый бензол, так и очень чистый толуол; недостатком, однако, является то, что благодаря прерывистости процесса требуются большие емкости для промежуточного хранения предварительно очищенного исходного продукта или нечистого толуола. Это требует расходов. К тому же этот прерывистый способ неблагоприятен в энергетическом отношении, так как требуется большего количества пара высокого давления. Вместо прерывистого способа работы можно оборудовать также вторую ступень процесса экстрактивной перегонки для дополнительной обработки нечистого толуола. Это, однако, очень дорого.

В противоположность указанному вначале уровню техники, в основе изобретения лежит техническая задача создать способ получения чистого бензола и чистого толуола из исходного продукта, содержащего ароматические углеводороды, при котором полученный бензол и толуол содержит незначительное количество примесей, в частности, меньше неароматических углеводородов, а именно без значительного повышения расходов.

Для решения этой технической проблемы изобретение сообщает, что оборудована стабилизационная технологическая ступень перегонки для разделения исходного продукта на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и на промежуточный продукт, обогащенный толуолом, и что, с одной стороны, промежуточный продукт, обогащенный бензолом, непосредственно подают из стабилизационной технологической ступени перегонки в ступень экстрактивной перегонки, а с другой стороны, промежуточный продукт, обогащенный толуолом, перед подачей в ступень экстрактивной перегонки освобождается от высококипящих компонентов в технологической ступени предварительной перегонки. Изобретение использует данные о том, что и без того имеющаяся в наличии технологическая ступень стабилизации перегонки может быть предназначена не только для удаления примесных остаточных газов, но также для одновременного разделения исходного продукта на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и на промежуточный продукт, обогащенный толуолом. Благодаря этому используемая в иных случаях для разделения исходного продукта технологическая ступень перегонки может быть использована для исключительной предварительной очистки промежуточного продукта, обогащенного толуолом, от высококипящих компонентов. К тому же технологическую ступень предварительной перегонки можно сконструировать с меньшими размерами, благодаря небольшому количественному потоку. Получается очень чистый бензол и очень чистый толуол при непрерывном ведении процесса, т.е. без необходимости в дорогостоящих резервуарах для промежуточного хранения, а также без необходимости в дополнительных технологических ступенях экстрактивной перегонки. В результате получается конечный продукт более высокой чистоты при практически тех же затратах. Потребление энергии, по сравнению с ближайшим уровнем техники, остается в основном одинаковым. В целом с помощью ведения процесса согласно изобретению получается неожиданный синергетический эффект, так как обычно улучшение чистоты конечного продукта, особенно при и без того высоком уровне чистоты, может быть достигнуто лишь при значительном повышении затрат.

Предметом изобретения, однако, является также устройство для проведения способа, которое включает стабилизационную колонну с боковым отводом для выпуска газов из исходного продукта и для разделения исходного продукта на обогащенный бензолом и обогащенный толуолом продукты; к нижней части стабилизационной колонны подсоединена колонна предварительной перегонки для освобождения обогащенного толуолом промежуточного продукта от высококипящих компонентов, колонна для экстрактивной перегонки для подачи промежуточного продукта подсоединения двумя подсоединениями к боковому отводу стабилизационной колонны и к головной части колонны для предварительной перегонки, а к нижней части колонны для экстрактивной перегонки подсоединена колонна для отпаривания, причем из нижней части отпарной колонны может извлекаться экстрагирующий агент и направляться в подающий трубопровод для экстрагирующего агента колонны для экстрактивной перегонки и из головной части отпарной колонны может извлекаться смесь из чистого бензола и чистого толуола. Другие варианты выполнения устройства согласно изобретению приведены в пунктах формулы изобретения 9 и 10.

Далее устройство согласно изобретению, а также осуществляемый с его помощью способ поясняется более подробно на основе чертежа, на котором представлен лишь один вариант выполнения изобретения. Чертеж схематически показывает конструкцию устройства согласно изобретению.

На чертеже прежде всего видно, что в основном используются стабилизационная технологическая ступень перегонки 1, технологическая ступень предварительной перегонки 6, технологическая ступень экстрактивной перегонки 2, технологическая ступень отпаривания 5 и технологическая ступень разделения 7. Стабилизационная технологическая ступень перегонки 1 в основном имеет стабилизационную колонну 8 с боковым отводом 9. Стабилизационная колонна предназначена для освобождения исходного продукта от газов и для разделения исходного продукта на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и на промежуточный продукт, обогащенный толуолом. Она содержит около 60 практических тарелок, причем боковой отвод 9 оборудован у примерно 52-й практической тарелки. Технологическая ступень предварительной перегонки 6 имеет колонну предварительной для перегонки 11 для освобождения промежуточного продукта, обогащенного толуолом, от высококипящих компонентов. Колонна предварительной перегонки 11 оснащена примерно 65 практическими тарелками. Она подсоединена к нижней части 10 стабилизационной колонны 8. В рамках технологической ступени экстрактивной перегонки 2 оборудована колонна для экстрактивной перегонки 4. Колонна для экстрактивной перегонки 4 для подачи промежуточного продукта 12, 13 подсоединена двумя подсоединениями к боковому отводу 9 стабилизационной колонны 8 и к головной части 14 колонны для предварительной перегонки 11. Она имеет около 70 теоретических тарелок, причем подсоединение для подачи промежуточного продукта 13 для промежуточного продукта, обогащенного толуолом, подсоединено примерно /на/ 20 теоретических тарелок ниже трубопровода подачи экстрактивного агента 17 и подсоединение для подачи промежуточного продукта 12 для промежуточного продукта, обогащенного бензолом, расположено 17 примерно /на/ 40 теоретических тарелок ниже трубопровода подачи экстрагирующего агента. Между подсоединениями подачи промежуточных продуктов 12, 13 можно оборудовать обычным способом каминную тарелку колонны. Технологическая ступень отпаривания 5 оснащена отпарной колонной 15, которая подсоединена к нижней части 3 колонны 4 для экстрактивной перегонки. Из нижней части 16 отпарной колонны 15 может извлекаться экстрагирующий агент и направляться в подающий трубопровод для экстрагирующего агента 17 колонны для экстрактивной перегонки 4. Из головной части 18 отпарной колонны 15 можно извлекать смесь из чистого бензола и чистого толуола. Технологическая ступень разделения образована в основном ректификационной колонной 19 с примерно 60 практическими тарелками. Ректификационная колонна 19 подсоединена к головной части 18 отпарной колонны 15. Из нижней части 20 ректификационной колонны 19 может извлекаться чистый толуол, а из головной части 21, ректификационной колонны 19 - чистый бензол.

На чертеже представлены без обозначения несколько теплообменников, а также дефлегматоров колонн. Их без труда может рассчитать и оборудовать средний специалист. Подразумевается, что тепловая энергия используется оптимально.

С помощью представленного устройства согласно изобретению осуществляется заявленный способ следующим образом. Исходный продукт в стабилизационной технологической ступени перегонки 1 освобождается от газов. При этом стабилизационная технологическая ступень перегонки 1 оборудована для разделения исходного продукта на промежуточный продукт, обогащенный бензолом, и на промежуточный продукт, обогащенный толуолом. Это осуществляется благодаря тому, что промежуточный продукт, обогащенный бензолом, извлекают через боковой отвод стабилизационной колонны 8 и что промежуточный продукт, обогащенный толуолом, извлекают из нижней части 10 стабилизационной колонны 8. При этом стабилизационная технологическая ступень перегонки 1 обеспечивает промежуточный продукт, обогащенный толуолом с содержанием от 10 до 40% бензола, предпочтительно около 20% /5%/ бензола. Это имеет одинаковое значение при условии, что содержащийся в исходном продукте метилциклогексан до 70% переходит в промежуточный продукт, обогащенный толуолом. Обогащенный бензолом промежуточный продукт непосредственно из стабилизационной технологической ступени перегонки 1 направляется в технологическую ступень экстрактивной перегонки 2. Обогащенный толуолом промежуточный продукт перед подачей в технологическую ступень экстрактивной перегонки 2 освобождается от высококипящих компонентов в технологической ступени предварительной перегонки 6. При этом технологическая ступень предварительной перегонки 6 работает таким образом, что компоненты с точкой кипения более чем примерно 120^oC отделяются от промежуточного продукта, обогащенного толуолом. Такими компонентами являются в основном ароматические углеводороды с более чем 7 атомами, а также более высокие, неароматические углеводороды. В технологической ступени экстрактивной перегонки 2 обработка производится с N-формилморфолином в качестве экстрагирующего агента. Альтернативой является, однако, также другое вещество из группы N-замещенного морфолина, заместители которого имеют меньше 8 атомов, или их смесь. Этот экстрагирующий агент известен, например, из источника - патента DE 15 68 940 C3. Экстрагирующий агент вводится в верхней части колонны для экстрактивной перегонки 3. Смесь, состоящая из чистого бензола, чистого толуола и экстрагирующего агента извлекается из нижней части колонны для экстрактивной перегонки 4. В технологической ступени отпаривания 5 экстрагирующий агент отделяется от чистого бензола и чистого толуола и возвращается в ступень 2 для экстрактивной перегонки. Смесь чистого бензола и чистого толуола, извлеченная из технологической ступени отпаривания, разделяется на свои компоненты, т.е. чистый бензол и чистый толуол, в технологической ступени разделения 7. Это получается без проблем с обеспечением очень высокой селективности.

Сравнительные эксперименты, проведенные согласно способу по изобретению и способу по литературному источнику EP 0 434 959 A2, дали среди прочих результаты, приведенные в конце текста в таблице, где

НА означает неароматические углеводороды. В отношении бензола видно, что не только значительно повышается чистота бензола, но что неожиданным образом одновременно можно констатировать повышение выхода. Это, в частности, также важно и потому, что потери бензола должны удаляться из отходящих газов из соображений защиты окружающей среды, что требует затрат. Эти расходы снижаются при повышении выхода и, как следствие, при снижении потерь. К тому же при бензоле речь идет о веществе более "ценном", по сравнению с толуолом. В отношении толуола можно констатировать, что достигается заметное повышение чистоты. Одновременно, однако, несколько снижается выход. Сравнение обоих способов в отношении затрат на оборудование и энергию не показывают какой-либо значительной разницы.

Сравнение способа согласно изобретению с описанным вначале непрерывным способом согласно литературному источнику DE 15 43 119 A1 показывает, что хотя и достигаемая чистота бензола или толуола сравнимы, затраты на оборудование при способе согласно изобретению значительно меньше, так как не требуется больших резервуаров для промежуточного хранения. К тому же для заявленного способа требуется примерно на одну треть меньше дорогостоящего пара высокого давления.