CN106390515A - 利用液相模拟移动床从原料中同时分离多种组分的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用液相模拟移动床从原料中同时分离多种组分的方法，包括将含n个床层的液相模拟移动床分成m个吸附分离段，相邻的两个脱附剂D注入点之间的床层为一个吸附分离段，各吸附分离段沿床层内流体流动方向顺序排列，注入物流与其相连的取出物流之间的床层形成模拟移动床的功能区；每个吸附分离段均包括脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，上一吸附分离段的抽余液作为下一分离段的进料，抽余液从最后一个吸附分离段取出，可同时分离原料中的两个以上的不同组分。

Description

利用液相模拟移动床从原料中同时分离多种组分的方法

技术领域

本发明涉及一种吸附分离方法，具体地说，是一种用液相模拟移动床吸附分离烃类同分异构体的方法。

背景技术

利用液相模拟移动床(SMB)吸附分离方法对沸点差极小的同分异构体或具有不同结构特征的组分的分离是目前本领域中较为有效的方法。该方法实现了液固两相逆流接触，提高了分离效率。通常在SMB装置具有至少三个功能区，应用较多的为四个区，也有少数五个区的情况。典型的SMB吸附分离过程至少包含原料F和解吸剂D两股进料，至少包含抽出液E和抽余液R两股出料。

US2985589、US3201491、US3969223、US3626020、US3686342、US3997620、US4006197、US4326092等专利中公开了模拟移动床吸附分离设备和方法及其用于对二甲苯分离、间二甲苯分离、烯烃和正构烷烃分离的方法。控制物料进出吸附塔的设备可以是旋转阀，也可以是一系列开关阀。

CN201280028723.1公开了一种将原料和解吸剂平均分为多股物流注入SMB吸附分离装置的方法，同时相应的将抽出液和抽余液也分为多股，将功能区由4个增加到4N个(N为自然数)，以此降低吸附装置的压力降。US4381419公开采用耦合轻质和重质两种解吸剂的吸附分离过程降低吸附分离装置能耗；两个吸附分离装置分别采用轻质和重质解吸剂，得到的抽出液汇入同一个精馏塔，通过分馏塔顶得到轻质解吸剂，塔底得到重质解吸剂，中部得到产品。US5093004公开采用强弱两种解吸剂，得到两股抽出液和一股抽余液，将吸附分离装置分割为6个区域，把吸附原料中的至少三种组分分离成三股纯净的物流。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用液相模拟移动床从原料中同时分离多种组分的方法，该方法能同时得到两种或两种以上的高纯度组分。

本发明提供的利用液相模拟移动床从原料中同时分离多种组分的方法，包括将含n个床层的液相模拟移动床分成m个吸附分离段，相邻的两个脱附剂D注入点之间的床层为一个吸附分离段，各吸附分离段沿床层内流体流动方向顺序排列，注入物流与其相连的取出物流之间的床层形成模拟移动床的功能区；

每个吸附分离段均包括脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，脱附剂D注入和抽出液E取出之间的功能区为脱附区，抽出液E取出和原料F注入之间的功能区为提纯区，原料F注入和抽余液R取出之间的功能区为吸附区，抽余液R取出和脱附剂D注入之间的功能区为隔离区；

m股脱附剂D₁、D₂、……、D_m分别注入各吸附分离段的脱附区；吸附原料F₁注入第一吸附分离段的吸附区，经吸附分离，不被吸附的组分作为抽余液R₁由第一吸附分离段的吸附区排出后作为下一个吸附分离段的原料F₂注入到第二吸附分离段的吸附区中，不被吸附的组分再作为下一个吸附分离段的原料，以此类推，直到第(m-1)吸附分离段的抽余油R_(m-1)作为第m吸附分离段的原料F_m注入到第m吸附分离段的吸附区中，第m吸附分离段不被吸附的组分从其吸附区取出，为抽余油R_m；被各吸附分离段吸附的组分分别由各吸附分离段的提纯区取出，分别得到抽出液E₁、E₂、……、E_m；

所述液相模拟移动床各物流的注入点和取出点每经过一个步进时间t_s同时向同一方向移动一个床层，并且移动方向与吸附床内流体流动方向相同，注入点和取出点沿流体流动方向依次为D₁、E₁、F₁、R₁、D₂、E₂、F₂、R₂、……、D_m、E_m、F_m、R_m。

本发明方法利用液相模拟移动床吸附分离装置的剩余处理能力，将其分成多个吸附分离段，在一个吸附分离段分出一股组分后，将抽余液送入下一段吸附分离区，再抽出另一组分，以此类推，可用同一吸附剂将吸附原料中的两种或以上吸附能力有明显差异的组分进行分离，得到两种或两种以上的高纯度组分。

附图说明

图1为现有技术吸附分离C₈芳烃中对二甲苯各区注入物料和取出物料的示意图。

图2为本发明方法用同一吸附剂分离含n种组分原料中的多种组分各吸附分离段注入和取出物料的示意图。

图3为本发明方法利用对二乙苯为脱附剂，从C₈芳烃混合物中分别分离对二甲苯和乙苯的示意图。

图4为本发明方法利用对二乙苯和甲苯为脱附剂，且抽余油预先脱除脱附剂再作为下一个吸附分离段原料，从C₈芳烃混合物中分别分离对二甲苯和乙苯的示意图。

具体实施方式

本发明方法将液相模拟移动床已有的床层分成多个吸附分离段，整个吸附分离装置有一股原料进入，一股抽余液抽出，多股脱附剂注入，多股抽出液取出，其它物流在装置内进出。具体地，吸附原料从第一个吸附分离段注入，每个吸附分离段的抽余液均作为原料注入到下一个吸附分离段中，直到最后一个吸附分离段，从最后一个吸附分离段取出抽余液，得到两种或两种以上的多种目的产物，使用相同或不同的脱附剂。本发明方法可充分利用现有的吸附分离装置的设计处理能力，在吸附分离原料处理量减少或者吸附装置扩能改造后设计能力提升的情况下，充分利用吸附分离装置的富余处理能力，从吸附原料中同时提纯多种组分，从而提高装置的利用率。

本发明方法吸附分离过程使用的模拟移动吸附床包括一个或多个吸附塔，每个吸附塔被流体收集分配器分隔为多个吸附床层，所述流体收集分配器的功能是：将来自上一床层的物流重新分布到下一床层，将从外部引入的物流与来自上一床层的物流混合均匀，将来自上一床层的物流中的一部分引出吸附塔。流体收集分配器允许液体通过并拦截吸附剂颗粒逸出吸附剂床层，其上下表面一般采用金属丝编织网、金属烧结网或约翰逊网(Johnson Screen)。从外部引入的物流至某一床层，和从上一床层引出吸附塔的物流都通过与该床层流体收集分配器相连的管线进入和引出吸附床层。

本发明吸附分离的原料F₁含有的具有明显吸附选择性差异的组分为3～6个，优选3～4个。

本发明液相模拟移动床的床层数n为24～36，优选为24，所述的m为2～4的整数，即将液相模拟移动床分成2至4个吸附分离段。进入各吸附分离段的m股脱附剂的可相同或不同；各个吸附分离段各功能区所包含的床层数可以相同也可以不同；各吸附分离段吸附分离的目的产物不同。

所述液相模拟移动床物料注入点和取出点布置位置如下：

各吸附分离段中，抽出液E_p取出点位于脱附剂D_p注入点和原料F_p注入点之间，原料F_p注入点、抽出液E_p取出点、脱附剂D_p注入点三者之间连续；

原料F_p注入点位于抽出液E_p取出点和抽余液R_p取出点之间，抽出液E_p取出点、原料F_p注入点、抽余液R_p取出点三者之间连续；

抽余液R_p取出点位于原料F_p注入点和下一段p+1段脱附剂D_p+1注入点之间，原料F_p、抽出液R_p取出点、脱附剂D_p+1注入点三者之间连续；

下一段p+1段脱附剂D_p+1注入点位于上一段抽余液R_p取出点和抽出液E_p+1取出点之间，抽余液R_p取出点、脱附剂D_p+1注入点、抽出液E_p+1取出点三者之间连续；

第一段脱附剂D₁注入点位于最后一段m段抽余液R_m取出点和抽出液E₁取出点之间，抽余液R_m取出点、脱附剂D₁注入点、抽出液E₁取出点三者之间连续；

p为1～m之间的整数。

上述物料注入点和取出点之间的“连续”是指在所述的连续点之间无其他取出或注入点存在。

本发明方法中，将含有不同吸附能力组分的原料送入第一个吸附分离段，将第一吸附段不吸附组分由抽余液抽出，并且作为吸附原料注入第二吸附分离段的吸附区，根据进入各吸附分离段的吸附原料中的吸附组分含量调整各吸附分离段脱附区、提纯区、吸附区和隔离区的吸附床层数。如将含有(m+1)种在同一种吸附剂上有明显吸附能力差异的原料送入第一分离段，经吸附分离，将原料F₁中的强吸附组分从抽出液E₁中取出，剩余弱吸附组分从抽余液R₁取出，作为原料F₂注入到第二分离段，在第二吸附分离段，经吸附分离，将F₂中的强吸附组分从抽出液E₂中取出，剩余的弱吸附组分再从抽余液R₂取出，作为原料F₃注入到第三吸附段，以此类推，直到最后一股吸附原料F_m中的强吸附组分从抽出液E_m中取出，剩余的弱吸附组分从抽余液R_m取出，原料中的吸附组分按照由强至弱分别从E₁至E_m取出，其余组分从R_m取出，脱附剂D₁至D_m分别从不同位置注入。

本发明方法中，进入各吸附分离段的m股脱附剂可相同或不同，优选使用不同的脱附剂。在使用相同的脱附剂时，各吸附分离段的抽余油可直接作为原料注入下一个吸附分离段的吸附区，在使用不同的脱附剂时，优选先通过精馏脱除抽余油中的脱附剂再作为原料注入下一个吸附分离段的吸附区。

本发明方法所述的在同一吸附剂上吸附能力有明显差异组分的吸附原料优选为含有至少三种异构体的C₈芳烃混合物。所述脱附剂优选对二乙苯或者甲苯。

本发明方法适用于从C₈芳烃混合物中同时分离提纯两种或者两种以上C₈芳烃组分，还可应用于正构烷烃及单甲基支链烷烃与其它结构烃类的分离、烯烃与烷烃的吸附分离。

本发明方法可根据原料组成，分配各吸附分离段的吸附区床层数以及功能区床层分配，以提高分离效率。优选将液相模拟移动床分成两个吸附分离段，每段床层数为12～18个，可根据不同原料中目的吸附分离组分的含量大小调整吸附区床层数，如对具有两个12个床层数的吸附分离段，进入第一分离段的原料中含有强吸附组分，并且使用强解吸剂，则将该吸附分离段的脱附区、提纯区、吸附区和隔离区的床层比调为2：5：3：2，进入第二吸附分离段的原料中目的强吸附组分已经取出，需要分离出次强吸附组分，则将第二分离段脱附区、提纯区、吸附区和隔离区的床层比调为2：4：4：2。

下面结合附图说明本发明。

图1为现有技术吸附分离C₈芳烃中对二甲苯各区注入物料和排出物料的示意图。图1中，沿床层内液体流动方向分为四个区，依次为脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，C₈芳烃F进入吸附区，经吸附分离，对二甲苯吸附于吸附剂，其余组分和脱附剂作为抽余液R在原料注入点下方取出，经脱附后的对二甲苯与脱附剂作为抽出液E由原料注入点上方取出，脱附剂D在抽出液E取出点上方注入，脱附剂D注入位置和抽余液取出位置之间为隔离区。

图2为本发明方法将模拟移动床分成m个吸附分离段的示意图，图中，以各脱附剂注入位置作为吸附分离段的界线，两股脱附剂注入位置之间为一个吸附分离段，每个吸附分离段均设有脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，第m吸附分离段的隔离区与第一吸附分离段的脱附区相连。吸附原料从第一吸附分离段注入吸附区，该吸附分离段的抽余油作为原料注入下一吸附分离段的吸附区，以此类推，直到最后一个吸附分离段，抽余油取出后不再进入吸附塔，m股脱附剂分别进入m个吸附分离段，获得m股抽出液。所述的m优选2或3。

图3为本发明方法将模拟移动床分成2个吸附分离段吸附分离C₈芳烃中对二甲苯和乙苯的示意图。混合C₈芳烃原料F₁进入第一吸附分离段的吸附区，在原料注入位置下方取出抽余液R₁，在上方取出抽出液E₁，脱附剂D₁在抽出液E₁取出位置上方注入。抽余油R₁直接作为第二吸附分离段的原料F₂进入第二吸附分离段的吸附区，在原料F₂注入位置下方取出抽余液R₂，在上方取出抽出液E₂，脱附剂D₂在抽出液E₂取出位置上方抽余液R₁取出位置下方注入，脱附剂D₁在抽出液E₁和抽余液R₂取出位置之间。第一吸附分离段的吸附目的组分为对二甲苯，第二吸附分离段的吸附目的组分为乙苯，脱附剂均为对二乙苯。

图4为本发明方法将模拟移动床分成2个吸附分离段吸附分离C₈芳烃中对二甲苯和乙苯的示意图。混合C₈芳烃原料F₁进入第一吸附分离段的吸附区，在原料注入位置下方取出抽余液R₁，在上方取出抽出液E₁，脱附剂D₁在抽出液E₁取出位置上方注入。抽余液R₁通过精馏脱除脱附剂之后作为第二吸附分离段的原料F₂进入第二吸附分离段的吸附区，在原料注入位置下方取出抽余液R₂，在上方取出抽出液E₂，脱附剂D₂在抽出液E₂取出位置上方抽余液R₁取出位置下方注入，脱附剂D₁在抽出液E₁和抽余液R₂取出位置之间。第一段吸附分离区的吸附目的组分为对二甲苯，脱附剂D₁为对二乙苯；第二段吸附分离区的吸附目的组分为乙苯，脱附剂D₂为甲苯。

下面通过实例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。

对比例1

按图1所示，用现有技术的分离方式从C₈芳烃混合物中吸附分离对二甲苯。吸附原料的组成为：乙苯(EB)15质量％、对二甲苯(PX)20质量％、间二甲苯(MX)50质量％、邻二甲苯(OX)15质量％。

液相模拟移动床有24个吸附床层，每个床层长度为1.1米，直径为1.9米，装置设计的原料处理量为498.4L/min。整个吸附分离装置具有一股原料F注入、一股脱附剂D注入、一股抽余液R取出、一股抽出液E取出，分为脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，各区床层分配如下：

脱附区(在脱附剂D注入和抽出液E取出之间)： 5个床层；

提纯区(在抽出液E取出和原料F注入之间)： 9个床层；

吸附区(在原料F注入和抽余液R取出之间)： 7个床层；

隔离区(在抽余液R取出和脱附剂D注入之间)： 3个床层。

一个步进时间为85.0秒，每隔一个步进时间，各进出物料沿床层内液体流动方向移动一个床层。操作温度177℃、操作压力0.88MPa。吸附剂含95质量％的BaX沸石和5质量％的高岭土。所用脱附剂为对二乙苯(PDEB)。

各物料流速如下：

原料F： 249.2L/min；

脱附剂D： 316.3L/min；

抽出液E： 119.4L/min；

抽余液R： 446.1L/min。

将所得抽出液和抽余液中的脱附剂除去，得到抽出油和抽余油，其中抽出油中对二甲苯纯度为99.81质量％，收率为98.9质量％(相对吸附原料中PX含量)。

实例1

按图3所示，将对比例1有24个吸附床层的液相模拟移动床装置分成两个吸附分离段，每段有12个床层，按床层内液体流动方向，第一吸附分离段位于第二吸附分离段的上游。整个吸附分离装置有一股原料注入、两股脱附剂注入、一股抽余液取出、两股抽出液取出。两个吸附分离段均有脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，各区床层分配如下：

第一吸附分离段：

脱附区1：2个床层； 提纯区1：5个床层；

吸附区1：3个床层； 隔离区1：2个床层；

第二吸附分离段

脱附区2：2个床层； 提纯区2：5个床层；

吸附区2：3个床层； 隔离区2：2个床层。

第一吸附分离段有两股进料，分别为原料F₁和脱附剂D₁，两股出料，分别为抽出液E₁和抽余液R₁，得到的抽余油R₁直接作为第二吸附分离段的原料F₂注入吸附分离装置分离乙苯。

第二吸附分离段有两股进料，分别为原料F₂和脱附剂D₂，两股出料，分别为抽出液E₂和抽余液R₂。

原料F₁各组分含量为：乙苯(EB)15质量％、对二甲苯(PX)20质量％、间二甲苯(MX)50质量％、邻二甲苯(OX)15质量％。

一个步进时间为170秒，每隔一个步进时间，各进出物料沿床层内液体流动方向移动一个床层。操作温度177℃、操作压力0.88MPa。吸附剂含95质量％的BaX沸石和5质量％的高岭土。脱附剂D₁和D₂均为对二乙苯(PDEB)。

各物料流速如下：

原料F₁：249.2L/min； 原料F₂：459.6L/min；

脱附剂D₁：380.3L/min； 脱附剂D₂：302.4L/min；

抽出液E₁：179.3L/min； 抽出液E₂：115.4L/min；

抽余液R₁：459.6L/min； 抽余液R₂：637.2L/min；

将所得抽出液和抽余液中的脱附剂除去，得到抽出油和抽余油，其中第一吸附分离段得到的抽出油的对二甲苯纯度为99.70质量％，对二甲苯收率为99.5质量％；第二吸附分离段得到的抽出油的乙苯纯度为99.43质量％，收率为47.5质量％。

实例2

按图4所示，将对比例1有24个吸附床层的液相模拟移动床装置分成两个吸附分离段，每段有12个床层，按床层内液体流动方向，第一吸附分离段位于第二吸附分离段的上游。整个吸附分离装置具有一股原料注入、两股脱附剂注入、一股抽余液取出、两股抽出液取出。两个吸附分离段均有脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，各区床层分配如下：

第一吸附分离段：

脱附区1：2个床层； 提纯区1：5个床层；

吸附区1：3个床层； 隔离区1：2个床层；

第二吸附分离段

脱附区2：2个床层； 提纯区2：4个床层；

吸附区2：4个床层； 隔离区2：2个床层。

第一吸附分离段有两股进料，分别为原料F₁和脱附剂D₁，两股出料，分别为抽出液E₁和抽余液R₁，抽余油R₁取出后经过分馏设备将脱附剂去除，然后再作为第二吸附分离段的原料F₂注入吸附分离装置分离乙苯。

第二吸附分离段有两股进料，分别为原料F₂和脱附剂D₂，两股出料，分别为抽出液E₂和抽余液R₂。

原料F₁各组分含量为：乙苯(EB)15质量％、对二甲苯(PX)20质量％、间二甲苯(MX)50质量％、邻二甲苯(OX)15质量％。

一个步进时间为189.8秒，每隔一个步进时间，各进出物料沿床层内液体流动方向移动一个床层。操作温度177℃、操作压力0.88MPa。吸附剂含95质量％的BaX沸石和5质量％的高岭土。所用脱附剂D₁为对二乙苯，D₂为甲苯(TOL)。

各物料流速如下：

原料F₁：199.4L/min； 原料F₂：162.5L/min；

脱附剂D₁：338.9L/min； 脱附剂D₂：271.1L/min；

抽出液E₁：176.2L/min； 抽出液E₂：122.0L/min；

抽余液R₁：364.8L/min； 抽余液R₂：308.9L/min；

将所得抽出液和抽余液中的脱附剂除去，得到抽出油和抽余油，其中第一吸附分离段得到的抽出油的对二甲苯纯度为99.72质量％，对二甲苯收率为99.5质量％；第二吸附分离段得到的抽出油的乙苯纯度为99.51质量％，收率为79.3质量％。

Claims (9)

1.一种利用液相模拟移动床从原料中同时分离多种组分的方法，包括将含n个床层的液相模拟移动床分成m个吸附分离段，相邻的两个脱附剂D注入点之间的床层为一个吸附分离段，各吸附分离段沿床层内流体流动方向顺序排列，注入物流与其相连的取出物流之间的床层形成模拟移动床的功能区；

每个吸附分离段均包括脱附区、提纯区、吸附区和隔离区，脱附剂D注入和抽出液E取出之间的功能区为脱附区，抽出液E取出和原料F注入之间的功能区为提纯区，原料F注入和抽余液R取出之间的功能区为吸附区，抽余液R取出和脱附剂D注入之间的功能区为隔离区；

m股脱附剂D₁、D₂、……、D_m分别注入各吸附分离段的脱附区；吸附原料F₁注入第一吸附分离段的吸附区，经吸附分离，不被吸附的组分作为抽余液R₁由第一吸附分离段的吸附区排出后作为下一个吸附分离段的原料F₂注入到第二吸附分离段的吸附区中，不被吸附的组分再作为下一个吸附分离段的原料，以此类推，直到第(m-1)吸附分离段的抽余油R_(m-1)作为第m吸附分离段的原料F_m注入到第m吸附分离段的吸附区中，第m吸附分离段不被吸附的组分从其吸附区取出，为抽余油R_m；被各吸附分离段吸附的组分分别由各吸附分离段的提纯区取出，分别得到抽出液E₁、E₂、……、E_m；

所述液相模拟移动床各物流的注入点和取出点每经过一个步进时间t_s同时向同一方向移动一个床层，并且移动方向与吸附床内流体流动方向相同，注入点和取出点沿流体流动方向依次为D₁、E₁、F₁、R₁、D₂、E₂、F₂、R₂、……、D_m、E_m、F_m、R_m。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于吸附分离的原料F₁含有的具有明显吸附选择性差异的组分为3～6个。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的n为24～36，所述的m为2～4的整数。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述液相模拟移动床物料注入点和取出点布置位置如下：

各吸附分离段中，抽出液E_p取出点位于脱附剂D_p注入点和原料F_p注入点之间，原料F_p注入点、抽出液E_p取出点、脱附剂D_p注入点三者之间连续；

原料F_p注入点位于抽出液E_p取出点和抽余液R_p取出点之间，抽出液E_p取出点、原料F_p注入点、抽余液R_p取出点三者之间连续；

抽余液R_p取出点位于原料F_p注入点和下一段p+1段脱附剂D_p+1注入点之间，原料F_p、抽出液R_p取出点、脱附剂D_p+1注入点三者之间连续；

下一段p+1段脱附剂D_p+1注入点位于上一段抽余液R_p取出点和抽出液E_p+1取出点之间，抽余液R_p取出点、脱附剂D_p+1注入点、抽出液E_p+1取出点三者之间连续；

第一段脱附剂D₁注入点位于最后一段m段抽余液R_m取出点和抽出液E₁取出点之间，抽余液R_m取出点、脱附剂D₁注入点、抽出液E₁取出点三者之间连续；

P为1～m之间的整数。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于进入各吸附分离段的m股脱附剂相同或不同。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于各个吸附分离段所包含的床层数相同或不同。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于根据进入各吸附分离段的吸附原料中的吸附组分含量调整各吸附分离段脱附区、提纯区、吸附区和隔离区的吸附床层数。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于其特征在于所述的吸附原料F₁为含有至少三个异构体的C₈芳烃混合物。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于各吸附分离段的抽余油可直接作为原料注入下一个吸附分离段的吸附区，也可以先通过精馏脱除其中的脱附剂再作为原料注入下一个吸附分离段的吸附区。