CN116020173A - 液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，包括：在连续重复注入循环的每个步骤中将补充原料注入到初始原料的注入点与抽余液的取出点之间的吸附区，每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，补充原料中目标产物含量较低，且补充原料中的目标产物未达热力学平衡。初始原料主要用于分离目标产物；注入模拟移动床反应器的补充原料主要用于强化吸附区的反应过程，生产并分离目标产物。通过在吸附区引入未达到热力学平衡的补充原料，强化吸附区内的反应过程，进一步提高了产率，增产了目标产物，同时保证目标产物的分离纯度，简化下游纯化，而且每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，不需要重新调配补充原料，原料添加更加便捷。

Description

液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法

技术领域

本发明涉及吸附分离技术领域，具体地，涉及一种液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法。

背景技术

液相模拟移动床反应器一种利用吸附原理进行液体分离操作的设备。以逆流连续操作方式，通过周期性变换液相模拟移动床反应器的物料进出口位置，实现了固体介质位置不变，而物料连续相对移动的液固两相逆流接触，对物料进行分离。

模拟移动床反应器对沸点差较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。但是现有技术中，在吸附分离时，得到的目标产物的产量较小。

发明内容

针对现有技术中目标产物的产量较小的技术问题，本发明提供了一种液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，采用该方法能够提高增产目标产物的产量，保证目标产物的分离纯度，增加工艺的灵活性。

为实现上述目的，本发明提供的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法包括：

将含有同分异构体的原料通过所述液相模拟移动床反应器进行吸附分离和转化，以提取目标产物A₁，所述原料包括初始原料F₁和补充原料；

其中，进入所述液相模拟移动床反应器的物料至少包括初始原料F₁、补充原料和解吸剂，自所述液相模拟移动床反应器抽出的物料至少包括抽出液和抽余液；所述抽出液中包含目标产物A₁；

其中，所述初始原料F₁的注入点与所述抽余液的取出点之间的区域为吸附区，所述抽余液的取出点与所述解吸剂的注入点之间的区域为隔离区，所述解吸剂的注入点与所述抽出液的取出点之间的区域为脱附区，所述抽出液的取出点与所述初始原料F₁的注入点之间区域为提纯区；

其中，所述初始原料F₁包括组分A₁、……、A_n，n为大于2的整数；

所述补充原料的注入点位于所述吸附区，注入的补充原料包括一股或多股，每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，每种原始原料包括组分A₁至A_n中的任意多个组分，原始原料中目标产物A₁的含量小于所述初始原料F₁中的目标产物A₁的含量，原始原料中的目标产物A₁未达到热力学平衡。

进一步地，所述初始原料F₁中的目标产物A₁达到热力学平衡，且目标产物A₁的吸附能力大于组分A₂至A_n中任一组分的吸附能力。

进一步地，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的比例相同或不同，其中，所述初始原料F₁的注入点、所述补充原料的注入点、所述抽余液的取出点、所述解吸剂的注入点和所述抽出液的取出点每经过一个步进时间同时向同一方向移动一个吸附床层。

进一步地，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的注入顺序相同或不同。

进一步地，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的注入时长相同或不同。

进一步地，所述注入的补充原料包括F₂、……、F_m多股，m为大于2的整数，且m≤n。

进一步地，F₂、……、F_m多股补充原料的注入点相同或不同。

进一步地，F₂、……、F_m多股补充原料的注入点不同，补充原料F_(m-1)的注入点位于补充原料F_(m-2)的注入点与补充原料F_m的注入点之间，补充原料F_(m-2)的注入点、补充原料F_(m-1)的注入点与补充原料F_m的注入点三者连续。

进一步地，初始原料F₁的注入点位于抽出液的抽出点与补充原料F₂的注入点之间，抽出液的抽出点、初始原料F₁的注入点和补充原料F₂的注入点三者连续。

进一步地，补充原料F_m的注入点位于补充原料F_(m-1)的注入点与抽出液的抽出点之间，补充原料F_m的注入点、补充原料F_(m-1)的注入点和抽出液的抽出点三者连续。

通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，在连续重复注入循环的每个步骤中将补充原料注入到初始原料的注入点与抽余液的取出点之间的吸附区，注入的补充原料包括一股或多股，每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，每种原始原料包括组分A₁至A_n中的任意多个组分，补充原料中目标产物含量较低，且补充原料中的目标产物未达到热力学平衡。初始原料主要用于分离目标产物；注入模拟移动床反应器的补充原料主要用于强化吸附区的反应过程，生产并分离目标产物。通过在吸附区引入未达到热力学平衡的补充原料，强化吸附区内的反应过程，进一步提高了产率，增产了目标产物，同时保证目标产物的分离纯度，简化下游纯化，而且每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，不需要重新调配补充原料，原料添加更加便捷，增加了工艺的灵活性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法中补充原料注入点的示意图；

图2为本发明实施例提供的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法中不同股补充原料注入点的示意图；

图3为本发明实施例提供的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法中同股补充原料在不同步进时间添加的不同比例的原始原料的示意图；

图4为本发明实施例提供的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法中同股补充原料的多种原始原料在不同步进时间的注入顺序的示意图；

图5为本发明实施例提供的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法中同股补充原料的多种原始原料在不同步进时间的注入时长的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参考图1，本发明实施例提供一种液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，所述液相模拟移动床反应器包括p个含有固体介质的吸附床层，相邻两个吸附床层间设有流体收集分配器，每个流体收集分配器上设有该吸附床层的物料进出管线，所述方法包括：

将含有同分异构体的原料通过所述液相模拟移动床反应器进行吸附分离和转化，以提取目标产物A₁，所述原料包括初始原料F₁和补充原料；

其中，进入所述液相模拟移动床反应器的物料至少包括初始原料F₁、补充原料和解吸剂，自所述液相模拟移动床反应器抽出的物料至少包括抽出液和抽余液；所述抽出液中包含目标产物A₁；

其中，所述初始原料F₁的注入点与所述抽余液的取出点之间的区域为吸附区，所述抽余液的取出点与所述解吸剂的注入点之间的区域为隔离区，所述解吸剂的注入点与所述抽出液的取出点之间的区域为脱附区，所述抽出液的取出点与所述初始原料F₁的注入点之间区域为提纯区；

其中，所述初始原料F₁包括组分A₁、……、A_n，n为大于2的整数；

所述补充原料的注入点位于所述吸附区，所述补充原料中目标产物A₁的含量小于所述初始原料F₁中的目标产物A₁的含量，且所述补充原料中的目标产物A₁未达到热力学平衡。

具体地，本发明实施方式中，液相模拟移动床反应器包括p个含有固体介质的吸附床层，以环状构象互连，相邻两个吸附床层间设有流体收集分配器，每个流体收集分配器上设有该吸附床层的物料进出管线，能够将来自上一吸附床层，将从外部引入的物流与来自上一吸附床层的物流混合均匀，将来自上一吸附床层的物流中的一部分引出。使用液相模拟移动床反应器时，通过周期性(按照步进时间)同步切换物料进出料口的位置来模拟液相和固定相的连续逆流运动，从而实现强吸附组分吸附在固定相介质上，而弱吸附组分留在液相中向相反方向运动以达到分离的目的。从一个吸附床层切换到另一个吸附床层，开关注入点和抽出点可以使用阀(例如，旋转阀或双位或多位阀网络)，这些阀与多个吸附床层的入口管线和出口管线联合起来工作。

本申请中，液相模拟移动床反应器包括至少包括三股进料，吸附原料F₁、补充原料和解吸剂；至少两股出料，抽出液和抽余液。初始原料F₁的注入点与抽余液的取出点之间的区域为吸附区，抽余液的取出点与解吸剂的注入点之间的区域为隔离区，解吸剂的注入点与抽出液的取出点之间的区域为脱附区，抽出液的取出点与初始原料F₁的注入点之间区域为提纯区。

在液相模拟移动床反应器内，提纯区和吸附区用于允许快速和慢速组分移动得更加分开，而隔离区和脱附区则分别用于防止慢速组分落后得太靠后和快速组分前进得太靠前。每个区域允许具有不同的流速，原料的注入量固定。

初始原料F₁包括组分A₁、……、A_n，n为大于2的整数，初始原料F₁主要用于分离目标产物。抽出液中包括慢速洗脱馏分，抽余液中包括快速洗脱馏分，目标产物A₁可以从液相模拟移动床反应器的抽出液中提取出。

补充原料的注入点位于初始原料F₁的注入点与抽余液的取出点之间的吸附区。补充原料在此区域注入，既可以反应产生目标产物A₁，也不会降低液相模拟移动床反应器的产品纯度。各股补充原料的浓度保持不变，注入的补充原料包括一股或多股，每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，每种原始原料包括组分A₁至A_n中的任意多个组分。在不同的步进时间每股补充原料的多种原始原料的注入方式可以根据实际情况进行调整，包括原始原料的比例、注入顺序、注入时长或注入速率以提高目标产物的产量和纯度。补充原料中目标产物A₁的含量较小或者近似于零，补充原料中的目标产物A₁未达到热力学平衡。受热力学平衡影响，补充原料中除目标产物A₁外其他物质将转化为目标产物A₁，补充原料主要用于强化吸附区的反应过程，产生并分离目标产物。固体介质除了有助于分离反应物和目标产物之外，还可以充当其他物质分别反应产生目标产物A₁的催化剂。

进一步地，所述初始原料F₁中的目标产物A₁达到热力学平衡，且目标产物A₁的吸附能力大于组分A₂至A_n中任一组分的吸附能力。

具体地，本发明实施方式中，初始原料F₁中的目标产物A₁达到热力学平衡，初始进料F₁中各组分具有明显吸附差异，目标产物A₁的吸附能力大于组分A₂至A_n中任一组分的吸附能力。

进一步地，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的比例相同或不同，其中，所述初始原料F₁的注入点、所述补充原料的注入点、所述抽余液的取出点、所述解吸剂的注入点和所述抽出液的取出点每经过一个步进时间同时向同一方向移动一个吸附床层。

具体地，本发明实施方式中，每经过一个步进时间，初始原料F₁的注入点、补充原料的注入点、抽余液的取出点、解吸剂的注入点和抽出液的取出点同时向同一方向移动一个吸附床层，并且移动方向与吸附床内流体流动方向相同。请参考图3，在不同的步进时间内，可以根据当前实际情况调整每股补充原料的多种原始原料的比例，比如补充原料F₂包括A、B、C三种原始原料，在一个步进时间内补充原料F₂包括10％A+30％B+60％C；在下一个步进时间内可以将补充原料F₂比例调整为20％A+50％B+30％C；接着再下一个步进时间内可以将补充原料F₂比例调整为30％A+30％B+40％C。

进一步地，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的注入顺序相同或不同。

请参考图4，图中纵坐标的高度不具有实际意义，仅用于区别不同的原始原料，具体地，本发明实施方式中，可以根据当前实际情况调整每股补充原料的多种原始原料的注入顺序。比如，在一个步进时间内补充原料F₂多种原始原料的注入顺序依次为A、B、C；在下一个步进时间内补充原料F₂多种原始原料的注入顺序依次为B、A、C；接着再下一个步进时间内补充原料F₂多种原始原料的注入顺序依次为C、B、A。

进一步地，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的注入时长相同或不同。

请参考图5，图中纵坐标的高度不具有实际意义，仅用于区别不同的原始原料，具体地，本发明实施方式中，可以根据当前实际情况调整每股补充原料的多种原始原料的注入时长。比如，在一个步进时间内补充原料F₂多种原始原料A、B、C的注入时长分别为(0.3ts)A+(0.2ts)B+(0.5ts)C，如图4所示；在下一个步进时间内补充原料F₂多种原始原料A、B、C的注入时长分别为(0.2ts)A+(0.1ts)B+(0.6ts)C；接着再下一个步进时间内补充原料F₂多种原始原料A、B、C的注入时长分别为(0.4ts)A+(0.2ts)B+(0.4ts)C。

进一步地，注入的补充原料包括一股或多股。

进一步地，所述注入的补充原料包括F₂、……、F_m多股，m为大于2的整数，且m≤n。

进一步地，F₂、……、F_m多股补充原料的注入点相同或不同。

具体地，请参考图2，本发明实施方式中，多股补充原料的注入点可以为同一个，也可以为不同的注入点。

进一步地，所述液相模拟移动床反应器物料注入点和取出点布置位置如下：

F₂、……、F_m多股补充原料的注入点不同，补充原料F_(m-1)的注入点位于补充原料F_(m-2)的注入点与补充原料F_m的注入点之间，补充原料F_(m-2)的注入点、补充原料F_(m-1)的注入点与补充原料F_m的注入点三者连续；

初始原料F₁的注入点位于抽出液的抽出点与补充原料F₂的注入点之间，抽出液的抽出点、初始原料F₁的注入点和补充原料F₂的注入点三者连续；

补充原料F_m的注入点位于补充原料F_(m-1)的注入点与抽出液的抽出点之间，补充原料F_m的注入点、补充原料F_(m-1)的注入点和抽出液的抽出点三者连续；

解吸剂的注入点位于抽余液的抽出点与抽出液的抽出点之间，抽余液的抽出点、解吸剂的注入点和抽出液抽出点三者连续；

抽出液的抽出点位于解吸剂的注入点与原始原料F₁的注入点之间，原始原料F₁的注入点、抽出液的抽出点、解吸剂的注入点三者连续；

补充原料F_m的注入点位于补充原料F_(m-1)的注入点与抽出液的抽出点之间，补充原料F_m的注入点、补充原料F_(m-1)的注入点，抽出液的抽出点三者连续；

抽余液的抽出点位于补充原料F_m的注入点与解吸剂的注入点之间，补充原料F_m的注入点、抽余液的抽出点、解吸剂的注入点3三者连续。

进一步地，n介于2～6，进一步优选地，n为3或4。

进一步地，p介于12～36，进一步优选地，p介于16～36。

液相模拟移动床反应器的操作条件将取决于在吸附床层中的固体介质。液相模拟移动床反应器中反应的预定温度通常在170℃至300℃之间。液相模拟移动床反应器中反应的压力通常在2000KPa至3000KPa之间。随着反应的不同，其它预定温度和压力也是可能的。

本发明的方法可应用于液相异构化可逆反应，增产碳八芳烃混合物中的对二甲苯。

本发明的方法还可以应用于其他领域，比如，医药，食品等领域，如增产D-果糖和D-阿洛酮糖混合物中的D-阿洛酮糖；以及增产果糖，葡萄糖混合物中的果糖等。

本发明的方法可以使用许多不同类型的催化剂和分离介质(固体介质)进行混合反应和分离。也可以使用单一固体同时作为催化剂和分离介质。固体介质包括但不限于聚合树脂、分子筛或其它。

实施例一

本实施例以n＝3、m＝2为例，进入液相模拟移动床反应器的物料包括：初始原料F₁，包含A₁、A₂和A₃组分，A₁达到热力学平衡；补充原料F₂，不包含A₁，仅包含A₂和A₃组分，A₁未达到热力学平衡；解吸剂D。自液相模拟移动床反应器抽出的物料包括抽出液E和抽余液R。以下所用的含量均为质量百分比。

本实施例可以从C8芳烃混合原料中提纯对二甲苯。初始原料F1各组含量：对二甲苯(PX)27.4％、间二甲苯(MX)57.8％、邻二甲苯(OX)14.8％。补充原料F₂包括A、B、C三种原始原料，每种原始原料包括A₂、A₃两种组分，各原始原料含量为：

原始原料A：间二甲苯(MX)89.4％、邻二甲苯(OX)10.6％；

原始原料B：间二甲苯(MX)79.6％、邻二甲苯(OX)20.4％；

原始原料C：间二甲苯(MX)30.8％、邻二甲苯(OX)69.2％。

固体介质内的吸附剂的含量：沸石(BaX)95％、高岭土5％。固体介质内的催化剂为beta分子筛。吸附剂占吸附剂和催化剂总量的87.6％。解吸剂D为甲苯。周期性同步切换物料进出料口的位置的一个步进时间为38.2秒，液相模拟移动床反应器的温度为260℃、压力为2100KPa。初始原料F₁进料温度150℃，补充原料F₂进料温度150℃。

液相模拟移动床反应器有24个吸附床层，长度为1.14米，直径为4.12米。各吸附床层分配如下：

脱附区：包含4个吸附床层；

提纯区：包含3个吸附床层；

吸附区：包含15个吸附床层，在吸附区第4、5个吸附床层间注入补充原料F₂；

隔离区：包含2个吸附床层。

各物料流速如下：原始原料F₁：56926.46kg/h；补充原料F₂：5000.00kg/h；解吸剂D：301193.50kg/h；抽出液E：286720.20kg/h；抽余液R：76399.73kg/h。

通过调整原始原料的比例、注入顺序和注入时长，最终提纯得到对二甲苯，纯度为70％，对二甲苯产量为85.40kg/h，对二甲苯产率为121.79％。

通过本发明提供的方法，在吸附区引入未达到热力学平衡的补充原料，强化吸附区内的反应过程，进一步提高了产率，增产了目标产物，同时保证目标产物的分离纯度，简化下游纯化，每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，不需要重新调配补充原料，原料添加更加便捷，可以根据实际情况调整不同原始原料的注入方式，增加了工艺的灵活性，并且通过调整原始原料的比例、注入顺序和注入时长能够进一步提高目标物产率和分离纯度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，所述液相模拟移动床反应器包括p个含有固体介质的吸附床层，相邻两个吸附床层间设有流体收集分配器，每个流体收集分配器上设有该吸附床层的物料进出管线，其特征在于，所述方法包括：

将含有同分异构体的原料通过所述液相模拟移动床反应器进行吸附分离和转化，以提取目标产物A₁，所述原料包括初始原料F₁和补充原料；

其中，进入所述液相模拟移动床反应器的物料至少包括初始原料F₁、补充原料和解吸剂，自所述液相模拟移动床反应器抽出的物料至少包括抽出液和抽余液；所述抽出液中包含目标产物A₁；

其中，所述初始原料F₁的注入点与所述抽余液的取出点之间的区域为吸附区，所述抽余液的取出点与所述解吸剂的注入点之间的区域为隔离区，所述解吸剂的注入点与所述抽出液的取出点之间的区域为脱附区，所述抽出液的取出点与所述初始原料F₁的注入点之间区域为提纯区；

其中，所述初始原料F₁包括组分A₁、……、A_n，n为大于2的整数；

所述补充原料的注入点位于所述吸附区，注入的补充原料包括一股或多股，每股补充原料包括多种连续注入的原始原料，每种原始原料包括组分A₁至A_n中的任意多个组分，原始原料中目标产物A₁的含量小于所述初始原料F₁中的目标产物A₁的含量，原始原料中的目标产物A₁未达到热力学平衡。

2.根据权利要求1所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，所述初始原料F₁中的目标产物A₁达到热力学平衡，且目标产物A₁的吸附能力大于组分A₂至A_n中任一组分的吸附能力。

3.根据权利要求2所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的比例相同或不同，其中，所述初始原料F₁的注入点、所述补充原料的注入点、所述抽余液的取出点、所述解吸剂的注入点和所述抽出液的取出点每经过一个步进时间同时向同一方向移动一个吸附床层。

4.根据权利要求3所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的注入顺序相同或不同。

5.根据权利要求4所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，不同步进时间内，同一股补充原料的多种原始原料的注入时长相同或不同。

6.根据权利要求5所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，所述注入的补充原料包括F₂、……、F_m多股，m为大于2的整数，且m≤n。

7.根据权利要求6所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，F₂、……、F_m多股补充原料的注入点相同或不同。

8.根据权利要求7所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，F₂、……、F_m多股补充原料的注入点不同，补充原料F_(m-1)的注入点位于补充原料F_(m-2)的注入点与补充原料F_m的注入点之间，补充原料F_(m-2)的注入点、补充原料F_(m-1)的注入点与补充原料F_m的注入点三者连续。

9.根据权利要求8所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，初始原料F₁的注入点位于抽出液的抽出点与补充原料F₂的注入点之间，抽出液的抽出点、初始原料F₁的注入点和补充原料F₂的注入点三者连续。

10.根据权利要求9所述的液相模拟移动床反应器增产目标产物的方法，其特征在于，补充原料F_m的注入点位于补充原料F_(m-1)的注入点与抽出液的抽出点之间，补充原料F_m的注入点、补充原料F_(m-1)的注入点和抽出液的抽出点三者连续。

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