CN103596670A - 在对二甲苯结晶工艺中从母液中回收能量的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于在对二甲苯结晶工艺中从母液流中回收能量的方法。来自母液的低温能量被最佳地应用于减小结晶工艺的制冷负荷。

Description

在对二甲苯结晶工艺中从母液中回收能量的方法
相关申请的交叉引用
根据美国专利法35条119(e)，本申请要求于2011年3月18日提交的美国临时专利申请序列号61／454,337的权益，该临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
请求保护的本发明涉及用于在对二甲苯结晶工艺中从母液流中回收能量的方法。在请求保护的本发明中，来自母液的能量被最佳地应用于减小结晶工艺的制冷负荷。
背景技术
二甲苯异构体，对二甲苯(OX)、间二甲苯(MX)、和对二甲苯(PX)、以及乙基苯(EB)是来自重整工艺或其它石油化工工艺的C8芳香烃。通常，平衡二甲苯混合物中的产物分布是：大约40％的MX、20％的PX、20％的OX、和20％的EB。这些量可以在±10％范围内变化。经纯化的单独二甲苯产品被大规模地用作工业溶剂和许多产品的中间体。最重要的异构体PX被用于制造对苯二甲酸(TPA)和对苯二甲酸二甲酯(DMT)，这些产品被用于制造纤维、膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶。在这些用途中，需要高纯度(>99.7％)的PX。为了满足快速增长的市场需要，在过去数年里对高纯度PX的需求大大增加。
单独二甲苯异构体的许多物理性质(例如沸点)是相似的，这使得通过常规的蒸馏方法分离高纯度二甲苯异构体变得非常困难。目前工业上采用两种方法来分离和生产高纯度PX：吸附法和结晶法。于上世纪90年代成功地现场证明了第三种方法，复合吸附／结晶工艺。
在PX吸附工艺的工业化之前，低温分步结晶法是第一种并且在许多年中仅有的是用于从C8芳香烃中分离PX的工业技术。二甲苯体系对于熔融结晶来说是非常适宜的体系。PX、MX、OX和EB的熔点分别为13.3℃、-47.9℃、-25.2℃和-95.0℃，该体系在超过共晶温度的情况下不形成固溶体。因此，晶体基本上为纯的PX。现已开发出了用于从其异构体混合物中分离PX的若干工业结晶工艺。PX晶体通常是在两个以上的结晶阶段中产生的，并且PX回收率为大约60-65％／道。在工业实践中，在仅略微超过共晶点的温度下执行PX结晶，该温度对于平衡二甲苯混合物进料为大约-50℃至大约-70℃。PX在C8芳香烃液体(母液)中的平衡限制了结晶工艺的效率。通常通过过滤或离心分离从母液中分离固体PX晶体。
在使用平衡二甲苯进料的PX生产中，在低温下从PX固体中分离母液。因此，来自工艺的母液由于其低温和高流量因而含有大量的制冷量。本发明涉及在这种低温结晶工艺中高效地从母液中回收能量的方法。
鉴于前述情况，在用于PX生产的低温结晶工艺中从母液中回收能量的方法将会具有相当大的利益。这种方法将允许实现结晶工艺的更高效操作。
发明内容
在各种实施方案中公开了用于在对二甲苯结晶工艺中从母液中回收能量的方法。所述方法包括：1)提供结晶器或换热器来从低温母液中回收能量；2)提供第二换热器来从中温母液中回收能量；3)提供来第三换热器来从高温母液中回收能量。进料料流是在换热器/结晶器另一侧的携带能量的介质，进料料流被母液冷却。一个可选方面是在第一结晶器／换热器与第二换热器之间提供用于进料料流的第四换热器，以便进一步优化能量回收。
前述部分已相当广泛地概述了本公开的特征，以便可以更好地理解接下来的详细说明。下文中将对构成权利要求的主题的本公开的其它特征和优点进行描述。
附图说明
为了更全面地理解本公开及其优点，现在参照下面的描述并结合描述本公开具体实施方式的附图，其中：
图1示出了说明性的从母液中回收能量的系统。
图2示出了具有在第一结晶器和第二换热器之间的可选的第四换热器的、说明性的从母液中回收能量的系统。
具体实施方式
在下面的描述中说明了某些细节(例如特定的数量和温度)，以提供对本文中所公开本发明实施方案的详尽理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本公开可在无这些具体细节的情况下实施。在许多情况下，关于这些考虑因素等的细节被省略了，因为这些细节对于获得对本公开的全面了解来说不是必要的并且在相关领域普通技术人员的技能范围内。
在PX结晶工艺中，主要的能量消耗来自于制冷站压缩机，这些压缩机被用于提供低温制冷量将进料料流冷却到期望温度。可取的是在排放之前通过从结晶单元内的不同物流中回收能量来使制冷量最小化。
在使用平衡二甲苯进料的PX结晶工艺中，最低操作温度受到共晶点的限制，该共晶点在-50℃和-70℃之间。在排放之前母液在此温度。因为平衡二甲苯进料中仅含有大约20％的PX，所以母液的量是很大的。因此，母液中存在大量的可供利用的低温制冷量。从母液中最佳地回收能量可提高工艺的能量效率。
本发明的一个实施方案涉及一种用于在PX结晶工艺中从母液中回收能量的方法，该方法包括向PX结晶单元提供进料料流；提供第一结晶器或换热器来从低温母液中回收低温能量；提供第二换热器来从中温母液中回收能量；提供第三换热器来从高温母液中回收能量；其中通过从母液所取得的能量将提供给PX结晶单元的进料料流冷却。
结晶器或结晶单元基于立式容器、刮壁型结晶器、和清洗柱的使用。结晶器产生高纯度对二甲苯晶体在母液中的浆体。将该浆体提供给清洗柱，在其中从母液中分离出晶体并将其熔融用于最终产品。
在本发明的某些实施方案中，低温母液的温度为-50℃至-70℃。在本发明的其它实施方案中，结晶器是螺旋型(screw type)结晶器、刮壁型结晶器、或者是主PX结晶工段中的结晶器的一部分。在本发明的另一个实施方案中，结晶器可以是单个结晶器、或者是串联或并联操作的多个结晶器。在本发明的其它实施方案中，换热器可以是壳/管型换热器，或者更有利地是套管式换热器(doublepipe heat exchanger)。
本发明的另一个实施方案涉及一种用于在PX结晶工艺中从母液中回收能量的方法，该方法包括：提供第一结晶器或换热器来从低温母液中回收能量；提供第二换热器来从中温母液回收能量；提供第三换热器来从高温母液中回收能量；以及提供第四换热器来进一步降低进料料流温度，其中利用从母液中所取得的能量将提供给PX结晶单元的进料料流冷却。在本发明的某些实施方案中，可利用换热器来冷却进料料流。
在图1中所示的方法中，首先在第一结晶器或换热器101中回收母液的能量。结晶器可以是螺旋型结晶器、或者刮壁型结晶器、或者图1中所示结晶工段中的结晶器的部分或一部分。结晶器也可以是串联或并联操作的多个结晶器。使用结晶器的原因是当温度下降至低于PX的结晶点且形成PX晶体时必须连续地去除晶体以防止可能引起设备堵塞的固体积聚。在图1所示的实例中，在第一结晶器或换热器101中母液被从-63℃加热至-54℃，并且进料料流被从-35℃冷去至-40℃。在第二换热器102中来自第一结晶器或换热器101的母液被进一步加热以回收额外的能量用于冷却进料料流。第二换热器102可以是普通的壳／管型换热器，或者更有利地是套管式换热器以便使设备堵塞问题最小化。在离开PX结晶工艺之前，在第三换热器103中来自第二换热器102的母液被进一步加热至大约35℃，如本实例中所述。该温热的母液料流准备好在下游单元(如二甲苯异构化单元)中进行处理。在第三换热器103中进料料流被从40℃冷却至大约-17℃，如本实例中所示。由此，来自母液的能量被完全回收。
在图2中所示的方法中，除了在第一结晶器101与第二换热器102之间引入了第四换热器104以外，其余则类似于图1中所示方法。第四换热器的加入是为了利用高温能量源以便更好地利用来自母液的能量。从低温能量源转换成高温能量源意味着制冷站的总功率减小。这由提供给第四换热器104将进料料流温度冷却至略微高于进料的结晶点的高温能量源示出；由此，使第一结晶器101对来自母液的低温能量的利用最大化。用于第四换热器104的冷却介质可以是来自制冷站的制冷剂、或者其它合适介质。
基于前面的描述，本领域技术人员可以容易地了解本公开的基本特征，并且在不背离本发明精神和范围的前提下可以作出各种变化和修改以使本公开适应各种用途和条件。上文中描述的实施方案意图只是说明性的，不应被当做对所附权利要求中所限定的本公开的范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于在对二甲苯结晶工艺中从母液中回收能量的方法，所述方法包括：
向对二甲苯结晶单元提供进料料流；
提供第一结晶器或换热器来从低温母液中回收低温能量；
提供第二换热器来从中温母液中回收能量；以及
提供第三换热器来从高温母液中回收能量；
其中利用所述母液来冷却所述进料料流。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述低温母液的温度为-50℃至-70℃。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结晶器或换热器是螺旋型结晶器、刮壁型结晶器、或者主对二甲苯结晶工段中的结晶器的一部分。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结晶器或换热器包括多个串联操作的结晶器。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一结晶器或换热器包括多个并联操作的结晶器。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二换热器是壳/管型换热器。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二换热器是套管式换热器。
8.一种用于在对二甲苯结晶工艺从母液中回收能量的方法，所述方法包括：
向对二甲苯结晶单元提供进料料流；
提供第一结晶器或换热器来从低温母液中回收低温能量；
提供第二换热器来从中温母液中回收能量；
提供第三换热器来从高温母液中回收能量；以及
提供降低所述进料料流温度的第四换热器。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述低温母液的温度为-50℃至-70℃。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述第一结晶器或换热器是螺旋型结晶器、刮壁型结晶器、或者主对二甲苯结晶工段中的结晶器的一部分。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述第一结晶器或换热器包括多个串联操作的结晶器。
13.如权利要求8所述的方法，其中所述第一结晶器或换热器包括多个并联操作的结晶器。
14.如权利要求8所述的方法，其中所述第二换热器是壳／管型换热器。
15.如权利要求8所述的方法，其中所述第二换热器是套管式换热器。
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