FI57250C - Separeringsfoerfarande foer kolvaete med ett simulerat motstroems-adsorptionsfoerfarande i ett roerligt skikt - Google Patents

Description

RJSr^I [B] (11)KUULUTUSjULKAISU

lJ ' ; UTLAGGN I NGSSKMFT D/ZOU

ÄH C M» Patentti nydnn·. Ity 10 7 1920 ^ Patent medd-^lat (51) uW' o 07 C 7/12, B 01 D 15/00 SUOM I —FI N LAN P (21) P»t«nttm«kmu« — Pmwtuwaknlng 3677/71 (22) H»k«ml*ptlvl — Anaeknlngadtf 23.12.71 ^ * (23) Alkupilvt—Giltigh«ttdtg 23.12.71 (41) Tullut lullciMksI — Bllvlt offtntllg 29 06 72 ). rekisterihallitus NlhtlvtalpuK» j. kuuLjuHutaun pvm.-

Patent· och reglsterstyreisen Amöktn uttigd och uti.tkrift«n pubiteind 31.03.80 (32)(33)(31) Pyydttty Stuolksui —Begird priorltet 28.12.70 USA(US) IOI676 (71) Universal Oil Products Company, Ten U0P Plaza, Algonquin & Mt.

Prospect Roads, Des Plaines, Illinois 600l6, USA(US) (72) Joe Maxwell Pharis, Lockport, 111., Robert Frank Zabransky, Oak Brook, 111., Donald Beddoes Broughton, Evanston, 111., USA(US) (7U) Berggren Oy Ab (5I+) Hiilivedyn erotusmenetelmä simuloidulla liikkuvakerroksisella vastavirta-adsorptiomenetelmällä - Separeringsförfarande för kolväte med ett simulerat motströms-adsorptionsförfarande i ett rörligt skikt

Ala, jota tämä keksintö koskee, on hiilivedyn erotus. Tarkemmin sanoen tämä keksintö koskee simuloitua liikkuvakerroksista erotusprosessia, jossa kiinteämassainen adsorptioaine ja nestevir-taus, jonka komponenttien väkevyys vaihtelee, joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa vastavirtaperiaatteella.

Alan aikaisemmat tiedot sisältävät viitteitä vastavirtaerotus-menetelmistä, joissa käytetään kiinteää adsorptiokerrosta, ja jossa sisääntuleva neste siirretään adsorptioaineen läpi liikkuvan kerroksen simuloimiseksi. Täten tapahtuu adsorptioaineen virtausta prosessissa kiertävän nesteen suhteen. Erityisesti alan aikaisemmat tiedot paljastavat simuloidun vastavirtaan toimivan kiinteän aineen ja nesteen kontaktiprosessin peruskäsitteet, jossa prosessissa käytetään kiinteän adsorptioaineen kiinteää kerrosta, jossa on liikkuvat sisääntulo- ja ulostulovirrat, joilla saadaan aikaan niiden vyöhykkeiden erotus, joissa eri toiminnot tapahtuvat syötön erottamiseksi raffi-naatti- ja uutetuotteiksi. Tunnetaan myös väkevöimistislausvyöhyk-keen käyttö, joka on sijoitettu adsorptio- ja desorptiovyöhykkeen väliin ja jossa prosessiin syötetään puhdistusainetta adscrptioaine-hiukkasten välisiin tyhjiin kohtiin jääneen raffinaattimateriaalin 2 57250 työntämiseksi takaisin adsoprtiovyöhykkeeseen. Tämä estää raffinaat-timateriaalia kulkeutumasta adsorptiovyöhykkeestä desorptiovyöhykkee-seen, mikä saastuttaisi uutetuotteen raffinaattimateriaalilla. Käytetty puhdistusaine valitaan siten, että se on helppo erottaa syöttö-aineesta tislaamalla.

Alan aikaisemmat tiedot ovat kuvanneet myös raffinaattimateri-aalin kierrättämistä toiseen desorptiovyöhykkeeseen desorptioaineen poistamiseksi adsorptiovyöhykkeeseen menevästä adsorptioaineesta. Raffinaatin kierrätyksen tarkoituksena on poistaa desorptioaine täysin adsorptioaineesta ennen kuin sillä on mahdollisuus päästä kosketukseen syöttökomponenttien kanssa,jotka johdetaan adsorptiovyöhykkeeseen täyttövirran kautta. Täten kierrätetty raffinaattimateriaali johdetaan adsorptiovyöhykkeeseen syöttöseoksen sisääntulokohdan ja raffinaatin poistokohdan välisestä kohdasta. Tämän keksinnön menetelmä tekee mahdolliseksi adsorptiovyöhykkeen käytön johtamalla yksinomaan syöttöseosta adsorptiovyöhykkeeseen samalla kun raffinaattivir-tausta poistetaan samasta vyöhykkeestä. Tässä esitetyssä keksinnössä ei ole lainkaan raffinaattimateriaalin kierrätystä adsorptiovyöhykkeeseen.

Suomalaisessa patentissa 36605 on selostettu alkuperäinen simuloitu liikkuvan patjan vastavirtaprosessointijärjestelmä, jota esillä olevassa keksinnössä käytetään, ja suomalaisissa patenteissa 51339 ja 52*157 on selostettu ksyleenin erotusprosessi, jossa käytetään x- ja y-zeoliittiadsorptioaineita, ja johon esillä oleva keksintö on parannus.

Tämän keksinnön menetelmä koskee simuloitua liikkuvakerrok-sista vastavirtaan toimivaa prosessikaaviota, jossa vyöhykkeitä siir-tetään adsorptioaineen läpi, jotta eri adsorptioaineosat voisivat toimia adsorptio- ja desorptiovyöhykkeinä. Uutemateriaalia sisältävä puhdistusvirta johdetaan vyöhykkeeseen, joka sijaitsee adsorptio- ja desorptiovyöhykkeiden välissä (1) tähän vyöhykkeeseen mahdollisesti joutuneiden raffinaattimateriaalien syrjäyttämiseksi adsorptiokerrok-sessa olevista aukkokohdista, (2) adsorptioaineen adsorboimien syötön epäpuhtauksien poistamiseksi ja (3) sen desorptioainemäärän oleelliseksi pienentämiseksi, joka normaalisti ympäröi adsorptioainehiukka-sia tässä vyöhykkeessä, kun ei käytetä mitään puhdistusvirtausta.

Koska normaalitoiminnassa desorptiovyöhykkeestä poistettu materiaali johdetaan desorptio- ja adsorptiovyöhykkeiden väliseen vyöhykkeeseen, desorptioaine voi joutua kosketukseen adsorptioaineen kanssa tässä vyöhykkeessä. Adsorptio- ja desorptiovyöhykkeiden välissä sijaitse- 3 57250 vassa vyöhykkeessä oleva adsorptioaine sisältää paljon adsorboitunutta uutetta, mutta adsorptioainetta ympäröivä neste sisältää suhteellisen vähän uutetta. Desorptioaineen läsnäolo pienentää adsorptioaineen kykyä poistaa selektiivisesti tämä pieni uutema-teriaalin määrä adsorptioainetta ympäröivästä nesteestä. Tämän ongelman voittamiseksi tämä keksintö esittää käytettäväksi puhdis-tusvirtaa, joka sisältää suhteellisen suuren prosenttimäärän uute-materiaalia, ja joka johdetaan adsorptio- ja desorptiovyöhykkei-den välissä sijaitsevaan vyöhykkeeseen sen desorptioaineen korvaa-miseksi, joka alan aikaisemmissa prosesseissa tunkeutuisi tähän vyöhykkeeseen.

Uute, joka johdetaan välivyöhykkeeseen, voi olla joko de-sorptiovyöhykkeestä ensin poistettu uute, koska tämä materiaali on puhdasta uutetta, jossa on mukana vain vähän desorptioainetta, tai sitä uutetta, joka on otettu talteen uutevirran jakotislaus-kolonnista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on johtaa osa suhteellisen puhtaasta uutevirrasta vyöhykkeeseen, joka sijaitsee adsorptio-ja desorptiovyöhykkeiden välissä, jotta tässä vyöhykkeessä oleva raffinaatti (sekä adsorptioaineen adsorboima että onteloissa oleva) saataisiin poistetuksi uutteella tästä vyöhykkeestä. Tämän keksinnön toisena tarkoituksena on johtaa uutemateriaalia väli-vyöhykkeeseen desorptioaineen määrän pienentämiseksi tässä vyöhykkeessä.

Näin ollen tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi menetelmän hiilivetysyöttövirran jakamiseksi uutteeksi ja raffinaatiksi raf-finaattiin nähden uutteelle selektiivisen adsorptioaineen avulla, ja sanotussa menetelmässä syöttöseos syötetään ensimmäiseen vähintään kolmesta adsorptiovyöhykkeestä, jotka vyöhykkeet on kyt- 57250 ketty sarjaan viereisten vyöhykkeiden sekä toisen päätevyöhykkeen poistoaukon ja toisen päätevyöhykkeen tuloaukon välisillä johtoelimillä syklisen nestevirtauksen aikaansaamiseksi adsorptiovyö-hykkeitten läpi ja joissa vyöhykkeissä desorptioaineen läsnäollessa selektiivisesti adsorboituu uutetta ja jonkin verran raf-finaattia adsorboivalle aineelle, jolloin ensimmäinen vyöhyke määräytyy siksi adsorboivaksi aineeksi, joka sijaitsee syöttövirran tuloaukon ja raffinaatin poistoaukon välillä, ja jolloin ensimmäisestä vyöhykkeestä tuleva raffinaatti johdetaan myötvirtaan syöt-töseoksen tuloaukosta ensimmäisen vyöhykkeen poistoainevirtaan nähden, jolloin ainakin osa raffinaatista otetaan talteen, ja jolloin desorptioainetta johdetaan kolmanteen adsorptiovyöhykkeeseen, joka on ensimmäisen vyöhykkeen poistoainevirran suhteen vastavirtaan ensimmäisestä vyöhykkeestä, jossa kolmannessa vyöhykkeessä desorboidaan uutetta, jota johdetaan kolmannesta vyöhykkeestä myötävirtaan desorptioaineen tuloaukosta kolmannen vyöhykkeen neste-virtauksen suhteen, ja jolloin ainakin osa kolmannesta vyöhykkeestä poistuvasta uutteesta otetaan talteen.

Joko uute- tai raffinaattivirta voi sisältää runsaasti tai vain vähän desorptioainetta ja silti niitä pidetään uute- ja raf-finaattivirtoina.

Esimerkiksi kun tämän keksinnön hiilivedyn erotusprosessiin menevä syöttövirta on eromaattisten C0-hiilivetyjen seos, adsorp-tioaine voi selektiivisesti pidättää para-ksyleenin (p-X) ja sitä voidaan pitää uutteena olipa se lähes puhdasta p-X:ä tai sen ja desorptioaineen seosta. Tässä esimerkissä raffinaatti olisi meta-ksyleeniä, orto-ksyleeniä ja etyylibentseeniä (m-X, o-X ja EB) joko puhtaina tai desorptioaineella laimennettuina. Vastaavasti puhditusvirta olisi käytännöllisesti katsoen puhdasta p-X:ä, vaikka pieni määrä desorptioainetta saattaa olla läsnä.

5 57250

Adsorptioaineen "selektiivinen tilavuus" on se adsorptio-aineen tilavuusmäärä, joka absorboi uutetta syöttövirrasta. "Ei-selektiivinen tilavuus" on se adsorptioaineen tilavuusmäärä, joka ei selektiivisesti absorboi uutetta syöttövirrasta. Tämä tilavuus käsittää sekä adsorptioaineen onkalot, jotka eivät sisällä adsorboivia kohtia, että adsorboivien hiukkasten välissä olevan tilavuuden.

Kun adsorptioaine "kulkee" toimivaan vyöhykkeeseen, sen selektiiviset ja ei-selektiiviset tilavuudet vievät nestettä mukanaan tähän vyöhykkeeseen. Ei-selektiivinen tilavuus määrää sen nestemäärän, joka on lisättävä tähän vyöhykkeeseen ei-selektiivisessä tilavuudessa olevan nesteen syrjäyttämiseksi. Ellei lisätty neste huuhtele ei-selektiivistä tilavuutta, tapahtuu adsorptioaineen aiheuttamaa nesteen nettopoistoa ko. vyöhykkeeseen. Tämä poistuminen ei ole toivot-^ tavaa, sillä kulkeutunut neste sisältää usein raffinaattia.

Adsorptioaineen selektiivinen tilavuus voi tietyissä tapauksissa adsorboida raffinaattia. Uutteen ja raffinaatin välillä on kilpailua adsorptioaineen adsorboivista kohdista. Jos suuri määrä raffinaattia on läsnä tyhjässä tilassa ja uutetta on hyvin vähän hukkatilassa, adsorptioaine saattaa adsorboida jonkin verran raffinaattia.

Tämän keksinnön prosessissa tarvitaan kolme erillistä toi-mintavyöhykettä, vaikka valinnaisesti myös neljättä vyöhykettä voidaan käyttää. Adsorptiovyöhykkeessä (vyöhyke 1) adsorptioaine joutuu kosketukseen syöttövirran kanssa ja adsorboi uutemateriaalin syöttö-seoksesta. Syötön adsorboitumattomat komponentit poistetaan vyöhykkeestä 1 raffinaattivirtana. Raffinaatin koostumus vaihtelee käytännöllisesti katsoen puhtaasta desorptioaineesta, jota on läsnä aikaisemmasta desorptiovaiheesta tulleena joko adsorptioaineen selektiivisessä tai ei-selektiivisessä tilassa, käytännöllisesti katsoen ' 100 %:en raffinaattimateriaaliin. Vyöhyke 1 voidaan määritellä adsorptioaineeksi, joka on sijoittunut syöttövirran sisääntulon ja raffinaatin poistokohdan välille. Päävirran vyöhykkeessä 1 katsotaan olevan alaspäin edettäessä syöttövirrasta raffinaattivirtaan päin.

Välittömästi ylävirtaan vyöhykkeestä 1 on vyöhyke 2, joka on puhdistusvyöhyke. Vyöhykkeen 2 rajat määräytyvät uutteen poisto-kohdan ja syötön sisääntulon mukaan. Tässä vyöhykkeessä tapahtuvat oleelliset toiminnat ovat: (1) vyöhykkeeseen 2 adsorptioaineen mukana siirtyneen raffinaattimateriaalin syrjäyttäminen ei-selektiivisestä tilavuudesta; ja (2) kaiken adsorptioaineen selektiiviseen tilavuuteen adsorboituneen raffinaattima- 6 57250 teriaalin desorboiminen. Puhdistus suoritetaan uutteen avulla. Virtaus vyöhykkeessä 2 on kohti alavirtausrajaa, syöttövirran sisääntuloa.

Välittömästi ylävirtaan vyöhykkeestä 2 on vyöhyke 3, de-sorptiovyöhyke. Desorptioainetta johdetaan tähän vyöhykkeeseen sen uutteen syrjäyttämiseksi, joka on adsorboitunut adsorptioaineeseen aikaisemmassa kontaktissa syöttövirran kanssa. Vyöhykkeen 3 määrittelee sen raja ylävirtaan, desorptioaineen syöttökohta, ja sen raja alavirtaan, uutteen poistokohta. Nesteen virtaussuunta vyöhykkeessä 3 on sama kuin vyöhykkeissä 1 ja 2.

Joissakin tapauksissa voidaan käyttää myös neljättä vyöhykettä. Mikäli tätä vyöhykettä käytetään, se sijaitsee välittömästi ylävirtaan vyöhykkeestä 3· Vyöhykkeessä 4 pidetään desorptiovaiheessa tarvittavaa desorptioaineen määrää, koska vyöhykkeestä 1 poistettu raffinaatti johdetaan vyöhykkeeseen 4 desorptioaineen syrjäyttämiseksi tästä vyöhykkeestä desorptiovyöhykkeeseen 3· Vyöhyke 4 sisältää riittävästi adsorptioainetta, jotta se estäisi raffinaattia kulkemasta vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 3 vyöhykkeen 4 kautta. Jos vyöhykkeestä 1 tuleva raffinaatti pääsisi vyöhykkeeseen 3, vyöhykkeestä 3 poistettu uute saastuisi. Jos neljättä vyöhykettä ei käytetä, on raffinaatin poistonopeutta valvottava huolellisesti, jotta estettäisiin raffinaattimateriaalin virtaaminen vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 4. Raffinaattivirran poisto vyöhykkeestä 1 voidaan myös jakotislata desorptioaineen erottamiseksi raffinaatista, ja ainakin osa jakotislatusta desorptioaineesta johdetaan vyöhykkeeseen 4.

Tämä vaihe vaatii ylimääräiset jakotislauslaitteet ja se johtaa desorptiomateriaalin tehottomaan käyttöön.

Adsorboivissa erotusprosesseissa on tärkeä tekijä adsorp-tioaineen selektiivisyys jonkin komponentin suhteen verrattuna johonkin toiseen komponenttiin. Selektiivisyys (B) määritellään seuraa-valla yhtälöllä: /X\

Selektiivisyys = B , = \Y/ a χ/y -/χΓ \Y/ u jossa B esittää selektiivisyyttä, x ja y esittävät vertailtavien komponenttien tilavuusprosentteja, a ja u esittävät adsorboitua ja adsorboitumatonta faasia. Selektiivisyys mitataan tasapaino-olosuhteissa, so. kun adsorptiokerroksen yli johdetun syöttövirran koostumus ei muutu sen jälkeen kun se on ollut kosketuksessa adsorptiokerroksen kanssa.

^ 57250

Adsorboivissa erotusprosesseissa aromaattien kuten ksylee-nien ja dietyylibenseenin erotus voidaan suorittaa kiteisillä alu-miinisilikaattiadsorptioaineilla. Yleisiä kiteisiä alumiinisilikaat-teja, joilla aromaatit voidaan tehokkaasti erottaa, ovat synteettisesti valmistetut X- ja Y-tyyppiset zeoliitit.

X- ja Y-tyyppiset zeoliittiadsorptioaineet sisältävät vaihtokykyisissä kationisissa osissaan mieluummin kationeja ryhmästä, johon kuuluvat kalium, rubidium, kesium, barium, kupari, hopea, litium, natrium, beryllium, magnesium, kalsium, strontium, kadmium, koboltti, nikkeli, mangaani ja sinkki tai niiden yhdistelmät.

' Tämän keksinnön prosessissa käytetyn desorptioaineen tulee olla helposti erotettavissa syöttövirrasta. Uutetta desorboitaessa sekä desorptioaine että uute poistetaan adsorptioaineesta yhdessä. Näiden kahden materiaalin erotus vaaditaan uutteen puhtauden lisäämiseksi. Näin ollen suositellaan desorptioaineita, joiden kiehumis-alue on erilainen kuin syöttöseoksella, jotta voitaisiin käyttää jako-tislausta uutteen erottamiseksi desorptioaineesta ja käyttää desorptioaine uudelleen prosessissa. Kun haluttu tuote on ksyleeni-isomeeri, ovat käyttökelpoisia desorptioaineita benseeni, tolueeni, eetterit, alkoholit, klooratut sykliset yhdisteet, sykliset dieenit ja ketonit. Ksyleenejä voidaan käyttää desorptioaineina dietyylibenseenisyöttö-aineille, kun taas dietyylibenseeniä voidaan käyttää desorptioainee-na ksyleenisyöttöaineille.

On mahdollista toimia sekä neste- että höyryfaasissa, vaikka nestefaasitoiminta on suositeltavaa johtuen alhaisemmista lämpötila-vaatimuksista ja hieman paremmista alempien lämpötilojen aiheuttamista selektiivisyyksistä. Lämpötilat, joita voidaan käyttää ksyleeni-isomeerin adsorptiossa, ovat n. 40-250°0. Paineet voivat vaihdella välillä n. 1-35 atm. Desorptio-olosuhteille ovat ominaisia samat lämpötila- ja painealueet kuin adsorptiossakin käytetään.

Tämä keksintö on erityisen käyttökelpoinen käsiteltäessä syöttövirtoja, jotka sisältävät vähintään kahta komponenttia, jotka valitaan dietyylibenseeneistä tai ksyleeneistä, joihin kuuluu etyyli-benseeni, joka mahdollisesti sisältää pieniä määriä suoraketjuisia ja haarautuneita parafiineja, sykloparafiineja ja aromaatteja, joihin kuuluvat bentseeni, tolueeni, naftaleenit,ja samantapaiset aineet. Aromaattisia isomeerejä erotettaessa suositellaan käytettäväksi syöttövirtoja, jotka sisältävät n. 80-100 tilavuus-? aromaatteja.

Liitteenä oleva piirros esittää erästä tyypillistä tapaa tämän keksinnön prosessin suorittamiseksi. Liitteen piirroksessa on 8 57250 neljä erillistä toimintavyöhykettä, joihin kuuluu valinnainen neljäs vyöhyke. Piirros esittää adsorptioaineen kiinteää kerrosta tai sarjaa sen kiinteitä kerroksia, joissa tulo- ja poistovirrat on yhdistetty yksityisiin kerroksiin. Kiinteän adsorptioaineen suhteen vastavirtaan kulkevaa nestettä simuloidaan vaihtamalla yksityiset tulo- ja poistovirrat kunkin toimintavaiheen jälkeen.

Jotkut vyöhykkeistä 1, 2, 3 ja 4 saattavat vaatia enemmän adsorptioainetta kuin muut tai kaikki voivat sisältää saman määrän. Kolme perusvyöhykettä tarvitaan erotuksen suorittamiseen: adsorptio-vyöhyke, puhdistusvyöhyke, ja desorptiovyöhyke. Valinnainen neljäs vyöhyke estää uutteen saastumisen vyöhykkeestä 1 tulevalla raffinaa-tilla. Rajavyöhykkeet 1 ja 4 on yhdistetty putkilla 10 ja 11, jotka sallivat nesteen vyöhykkeestä 1 virrata vyöhykkeeseen 4 tai vyöhykkeeseen 3, jos valinnaisvyöhykettä 4 ei käytetä. Uusi nestevirtaus kulkee yläsuuntaan, mutta joissakin tapauksissa yhtä vyöhykettä voidaan hoitaa siten, että neste voi virrata lyhyen aikaa nesteen netto-virtauksen suuntaa vastaan. Tulo- ja poistovirrat 5, 6, 7, 8 ja 9 vaihdetaan samaan suuntaan kuin nesteen nettovirtaus kunkin toimintavaiheen jälkeen. Normaalisti tulo- ja poistovirtojen vaihtaminen pitkin kiinteää adsorptiokerrosta suoritetaan samanaikaisesti ja samaan suuntaan adsorptiokerrosta pitkin. Muissa tapauksissa kaksi tai useampaa vyöhyketoimintoa voi tapahtua adsorptioaineessa kahden tulo- ja poistovirran välillä ennen kuin tulo- ja poistovirrat vaihdetaan.

Piirroksessa vyöhyke 1 on adsorptiovyöhyke, jota rajoittavat syöttöputki 6 ja raffinaattiputki 5, joka liittyy vyöhykkeeseen 1 putken 11 välityksellä. Puhdistusvyöhykettä 2 rajoittavat uuteputki 8 ja syöttöputki 6. Desorptiovyöhykettä 3 rajoittavat desorptioai-neen tuloputki 9 ja uuteputki 8. Valinnaisvyöhyke 4 sijaitsee raffi-naattiputken 5 ja desorptioaineputken 9 välissä.

Pumppuja ja venttiilejä ei ole esitetty. Pumppu voidaan sijoittaa yhteen tai useampaan putkeen kokonaisvirtauksen synnyttämiseksi. Systeemin hydrauliset ominaisuudet voidaan suunnitella virtauksen määräämiseksi yhteen suuntaan läpi systeemin tai virtausta ohjaavia laitteita kuten takaiskuventtiilejä voidaan sijoittaa vyöhykkeiden väliin pakottamaan kokonaisvirtaus yhteen suuntaan.

Syöttövirta tulee sisään prosessiin putkea 6 pitkin. Koska kokonaisvirtaus on ylöspäin, kaikki vyöhykkeestä 2 putkea 12 pitkin tuleva aine virtaa vyöhykkeeseen 1. Uute ja jonkin verran raffinaat-tia adsorboituu adsorptioaineen selektiiviseen tilavuuteen. Materiaa- 9 $7250

Iin joka adsorboituu, täytyy toistuvasti desorboida desorptioainetta, jota jo on läsnä adsorptioaineen selektiivisessä tilavuudessa. On mahdollista pitää adsorptioaine puhtaana desorptioaineesta antamalla oleellisesti puhtaan, vyöhykkeestä 1 tulevan raffinaatin päästä kosketukseen adsorptioaineen kanssa vyöhykkeessä 4 desorptioaineen syrjäyttämiseksi adsorptioaineesta, joka seuraavassa vaiheessa muodostaa osan adsorptiovyöhykkeestä.

Kun syöttövirta saapuu vyöhykkeeseen 1 , vastaava tilavuus-määrä raffinaattia poistuu vyöhykkeestä 1 putkeen 11. Koko putkessa 11 oleva raffinaatti tai osa siitä voidaan ottaa talteen putken 5 kautta ja loput johtaa putken 10 kautta joko vyöhykkeeseen 3 tai vyöhykkeeseen 4 mikäli sellaista käytetään.

Kierrätysvirta johdetaan puhdistusvyöhykkeeseen 2 putken ^ 7 kautta. Putki 7 voi olla missä tahansa vyöhykkeessä 2, mutta on suositeltavaa, että putki 7 sijaitsee siten, että jonkin verran adsorptioainetta on putken 7 ja putken 6 välissä.

Vyöhyke 2 poistaa raffinaatin adsorptioaineesta. Kun adsorptioaine saapuu puhdistusvyöhykkeeseen adsorptiovyöhykkeestä, se sisältää yleensä jonkin verran raffinaattia sekä selektiivisessä että ei-selektiivisessä tilavuudessaan. Raffinaatti poistetaan adsorptioaineesta saattamalla se kosketukseen uute- tai puhdistus-virran kanssa. Alan aikaisemmassa prosessissa adsorptioaine joutuisi kosketukseen uutetta ja huomattavan määrän desorptioainetta sisältävän seoksen kanssa ja tämä seos poistaisi raffinaatin adsorptioaineesta. Osa uutteesta joutuu vyöhykkeestä 3 putken 13 kautta myös puhdistusvyöhykkeeseen 2. Tämän keksinnön puhdistusvirta tekee mahdolliseksi raffinaatin poiston adsorptioaineesta samalla kun se vähentää oleellisesti tai poistaa kokonaan sen desorptioaineen määrän, joka joutuu puhdistusvyöhykkeeseen. Desorptioaineen eliminoiminen ' tai oleellinen vähentäminen puhdistusvyöhykkeestä parantaa adsorptio aineen kykyä adsorboida uutetta adsorptioainetta ympäröivästä nesteestä.

Mestevirtausta vyöhykkeessä 2 voidaan ohjata säätämällä putken 7 kautta saapuvan puhdistusmateriaalin, putken 13 kautta saapuvan materiaalin tai putken 12 kautta poistuvan materiaalin määrää.

Vyöhyke 3, joka on vyöhykkeen 2 päänestevirtauksen suhteen välittömästi ylävirtaan vyöhykkeestä 2, tekee mahdolliseksi adsorptioaineen vyöhykkeissä 1 ja 2 adsorboiman uutteen talteenoton. Desorptio-aine tulee vyöhykkeeseen 3 putkien 9 ja 14 kautta ja desorboi uutteen adsorptioaineen selektiivisestä tilavuudesta. Uute otetaan talteen ίο 572 50 vyöhykkeestä 3 putkien 13 ja 8 kautta. Nestevirtaus vyöhykkeessä 3 on näin ollen putkesta 9 kohti putkea 8. Vyöhykkeessä 3 oleva adsorp-tioaine erityisesti ylävirtauksen puoleisella rajalla lähellä putkea 9 sisältää käytännöllisesti katsoen puhdasta desorptioainetta sekä ei-selektiivisessä että selektiivisessä tilavuudessaan.

Vyöhykettä 4 voidaan käyttää sekä vähentämään prosessin vaatiman desorptioaineen määrää että estämään uutteen saastumista raffi-naatilla. Vyöhykettä 4 käytettäessä, raffinaatti, jota ei poisteta putken 5 kautta tulee vyöhykkeeseen 4 putkien 10 ja il kautta syrjäyttäen desorptioaineen adsorptioaineen ei-selektiivisestä tilavuudesta. Desorptioaine poistetaan samanaikaisesti vyöhykkeestä 4 vyöhykkeeseen 3 putken 14 kautta. Vyöhykkeestä 4 poistettu desorptioaine pyrkii pienentämään putkesta 9 saadun tuoreen desorptioaineen vaadittua määrää.

Kun vyöhykettä 4 ei käytetä, tulee materiaalin, joka poistuu vyöhykkeestä 1 putken 11 kautta ja joka sivuuttaa putken 5, olla puhdasta raffinaatista. Alkuperäinen neste, joka poistetaan vyöhykkeestä 1, sisältää erittäin suuren määrän desorptioainetta ja se voidaan turvallisesti johtaa vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 3. Koska tämä neste sisältää vain vähän tai ei lainkaan raffinaattia, nesteen poisto putken 5 kautta vähenee tai lakkaa kokonaan. Kun vyöhykkeestä 1 poistettu neste sisältää huomattavan määrän raffinaattia, virtaus vyöhykkeeseen 3 pysäytetään ja raffinaatti poistetaan putken 5 kautta. Samalla kun raffinaattia poistetaan putken 5 kautta, desorptioainetta voidaan johtaa vyöhykkeeseen 3 putken 9 kautta.

Alunperin putken 8 kautta poistettu materiaali on lähes puhdasta uutetta. Tämä uute voidaan poistaa kokonaan prosessista putken 8 kautta tai osa uutteesta voidaan johtaa vyöhykkeeseen 2 putken 13 kautta vyöhykkeessä 2 olevan adsorptioaineen huuhtomiseksi. Jonkin ajan kuluttua vyöhykkeestä 3 putken 13 kautta poistetussa uutteessa on läsnä huomattava määrä desorptioainetta. Tämä materiaali voidaan sitten poistaa prosessista putken 8 kautta. Tämän jälkeen putki 13, joka yhdistää putken 8 vyöhykkeeseen 2, voidaan sulkea ja ulkoinen uutteen puhdistusvirta voidaan syöttää vyöhykkeeseen 2 putken 7 kautta. Vyöhykkeestä 3 putken 8 kautta poistettu uute voidaan myös jakotislata desorptioaineen erottamiseksi uutteesta ja kierrättää sitten osa uutteesta putken 7 kautta vyöhykkeeseen 2. Täten uute voidaan johtaa vyöhykkeeseen 2 putken 13 kautta, putkesta 8 poistuvan uutevirran ollessa käytännöllisesti katsoen pysähdyksissä tai, jos huomattava määrä desorptioainetta on läsnä, voidaan vyöhykkeessä 2 käyttää ulkoisesti kierrätettyä puhdistusvirtaa tai jotakin molempien 11 57250 kaavioiden yhdistelmää. Kierrätysvirran kokonaisvaikutukset ovat kaksinaiset: 1) desorptioaineen haitallinen vaikutus adsorptioaineen selektii-visyyteen pienenee erityisesti, kun ei-selektiivisessä tilavuudessa on läsnä suhteellisen pienet määrät uutetta ja kun halutaan adsorboida uutemateriaalin viimeiset jäännösosat; ja 2) puhdistusvirran johtaminen vyöhykkeeseen 2 poistaa tämän vyöhykkeen alaspäin virtaavasta osasta raffinaatin, joka on läsnä adsorptioaineen ei-selektiivisessä tilavuudessa. Tämä raffinaatti poistetaan vyöhykkeesen 1 putken 12 kautta.

Tulo- ja poistovirtojen kiertävä eteneminen kiinteän kerrok-« sen läpi voidaan toteuttaa jakoputkistolla, jossa venttiilit toimivat peräkkäin siirtääkseen tulo- ja poistovirtoja samaan suuntaan ^ kokonaisnestevirtauksen kanssa ja simuloidakseen nesteen vastakkaissuuntaista virtausta adsorptioaineisiin nähden. Kiertävä lautasvent-tiili, josta tulo- ja poistovirrat on yhdistetty venttiiliin ja putkiin, joiden läpi tulo- ja poistovirrat kulkevat, on suunnattu samaan suuntaan koko kerroksen läpi. Sekä jakoputkistojärjestely että kiertävä lautasventtiili tunnetaan alalla.

Adsorptioaine itse asiassa siirtyy toiminnan aikana. Ad-sorptioaine poistaa uutteen syöttövirrasta adsorptiovyöhykkeessä ja sen jälkeen adsorptioaine joutuu desorptiovyöhykkeeseen ja uute otetaan talteen. Voi myös olla toivottavaa puhdistaa adsorptioaineen huokostilavuus sen liikkuessa itse asiassa vyöhykkeestä toiseen. Tämä estää nesteen saastumisen uudessa vyöhykkeessä vanhasta vyöhykkeestä tulevalla nesteellä.

Monissa tapauksissa on toivottavaa, että vyöhykkeessä on yksi tai useampia tulo- ja poistovirtoja, jotka pysyvät käyttämättöminä siinä vyöhykkeessä tapahtuvien toimintojen aikana. Adsorptio-aineeseen voi olla liitettynä yksi tai useampia putkia samalla tavoin kuin jokin toimivista tulo- tai poistovirroista siten, että kun toi-minta-aika on päättynyt, tulo- ja poistovirrat siirretään yksinkertaisesti seuraavaan käyttämättömään putkeen alavirran suuntaan. Täten tulo- ja poistovirtojen siirtäminen tekee mahdolliseksi raffinaatin ja uutteen tasaisen tuotannon yhdessä syöttö- ja desorptiovirtojen sekä puhdistusaineen kierrätysvirran tasaisen käytön kanssa. Tässä esimerkissä suoritettiin vertailuja kiinteäkerroksisten vastavirta-prosessien välillä, joissa käytettiin puhdistusvirtoja tai jotka olivat ilman niitä.

12 57250 Näissä kokeissa käytetty, laitteisto koostui kolonnista, joka sisälsi 24 erillistä adsorptioainekerrosta kytkettynä sarjaan. Siir-toaukot kerrosten välillä sallivat materiaalia syötettävän prosessiin tai poistettavan siitä.

Koko laite sisälsi n. 42,7 litraa kiteistä alumiinisilikaat-tiadsorptioainetta. Seulat sisälsivät n. 6,1 litraa selektiivistä tilavuutta tai huokostilavuutta ja n. 25,4 litraa ei-selektiivistä tilavuutta tai hukkatilavuutta.

Kaikki kokeet suoritettiin n. 177°C:ssa ja n. 14,6 atm:n paineessa. Syöttönä oli ksyleeniseos, joka sisälsi n. 14,4 paino-? p-X, 35,1 paino-? m-X, 18,1 paino-? o-X, 31,9 paino-? EB, 0,4 paino-? isopropyylibenseeniä ja 0,1 paino-? butyylibenseeniä.

Kaikissa kokeissa käytetty adsorptioaine oli 13 X-tyyppinen zeoliitti, joka oli ionivaihdettu sekä bariumilla että kaliumilla. Adsorptioaine kuivattiin ennen sen käyttöä kokeisiin korotetussa lämpötilassa zeoliitin vesipitoisuuden alentamiseksi.

Kokeissa käytetty desorptioaine oli DEB-isomeerien (dietyy-libenseeni) seos, joka sisälsi 60,4 tilavuus-? m-DEB (nestetilavuus-?, meta-dietyylibenseeniä), 7*4 tilavuus-? o-DEB (orto-dietyylibensee-nia), 25,6 tilavuus-? p-DEB (para-dietyylibenseeniä) ja 6,6 tilavuus-? BB (butyylibenseeniä). Näiden kokeiden ainoana tarkoituksena oli määrittää puhdistusaineen kierrätysvirtojen edut. Mitään yrityksiä ei tehty optimi toimintaparametrien löytämiseksi mitä tulee käytettyihin lämpötiloihin, paineisiin, adsorptioaineeseen, desorptioaine-tyyppeihin tai muihin käyttökelpoisiin syöttöseoksiin.

Käytetty laitteisto käsitti neljä erillistä toimintavyöhy- kettä.

Nyt esitetään laitteiston yksityiskohtainen kuvaus edeten alavirran suuntaan raffinaatin poistokohdasta, putkesta 5 vyöhykkeeseen 4. Vyöhyke 4 sisältää neljä sarjaan kytkettyä kerrosta. Vyöhykkeen 4 alavirran puoleisella rajalla putki 9 on desorptioaineen sisääntulokohta. Seuraavana on vyöhyke 3, joka sisältää kuusi ad-sorptiokerrosta sarjassa. Vyöhykkeen 3 alavirran puoleisella rajalla putki 3 on uutteen poistokohta. Seuraavana on vyöhyke 2, joka sisältää 8 adsorptiokerrosta. Puhdistusaineen sisääntulokohta, putki 7 on yhden kerroksen päässä putkesta 8. Putkesta 7 alavirtaan on kuusi adsorptiokerrosta. Alavirtaan näistä kuudesta adsorptiokerroksesta on huuhdonta-aineen sisääntulokohta, jota ei ole esitetty ja sitä seuraa yksi lisäkerros huuhdonta-aineen sisääntulosta alavirtaan.

Täten vyöhyke 2 sisältää kahdeksan kerrosta, yksi kerros putkien 13 57250 7 ja 8 välissä, kuusi kerrosta putken 7 ja huuhdonta-aineen sisääntulon välissä ja yksi kerros huuhdonta-aineen sisääntulon ja putken 6 välissä. Huuhdontavirta poisti syöttökomponentit siitä putkesta, jonka läpi syöttövirta oli kulkeutunut sen jälkeen kun se oli siirretty uuteen asemaansa alavirtaan. Tämä esti uutetta saastumasta raffi-naatilla.

Vyöhykkeet 1 ja M oli yhdistetty putkella 10, joka sisälsi pumpun, joka kierrätti nestettä vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 4. Taka-iskuventtiilejä voidaan myös käyttää adsorptiokerrosten välillä, jotta varmistettaisiin, että nesteen nettovirtaus tapahtuu yhteen suuntaan.

Kokeissa, joissa puhdistusvirtaa ei käytetty, putki 7 jätettiin pois prosessista ja muut tulo- ja poistovirrat olivat samanlaisia kuin yllä esitettiin.

Kaikissa tässä esimerkissä suoritetuissa kokeissa toimintojen kokonaiskierros 24 adsorptiokerroksen läpi vaati n. 1/2 tuntia tai toiminta kunkin tulo- ja poistovirtojen siirtymän välillä l,2ö min.

Tärkeä tekijä on refluksointisuhde eri toimintavyöhykkeissä. Refluksointisuhde missä tahanea vyöhykkeessä määritetään seuraavalla yhtälöllä:

Vyöhykkeeseen tuleva Vyöhykkeeseen tulevan . . ' !eKi?viS!nn!!!avuile·

Refluksointisuhde = - - -— -3-r-s -=—:

Vyöhykkeeseen tulevan adsorptioameen selektiivinen tilavuus

Kun refluksointisuhde on 0, vyöhykkeeseen tuleva nesteen tilavuus on tarkalleen sama kuin vyöhykkeeseen tulevan adsorptioaineen ei-selek-tiivinen tilavuus. Jos refluksointisuhde on positiivinen, vyöhykkeeseen tulevan nesteen nettomäärä ylittää vyöhykkeeseen tulevan adsorptioaineen hukkatilavuuden. Täten vyöhykkeeseen tuleva neste ' huuhtoo pois kaiken vyöhykkeeseen tulevan adsorptioaineen ei-selek- tiivisessä tilavuudessa kulkeutuneen nesteen. Jos refluksointisuhde on negatiivinen luku, adsorptioaineen ei-selektiivisessä tilavuudessa vyöhykkeeseen tuodun nesteen tilavuus ylittää tähän vyöhykkeeseen tulevan nesteen virtausmäärän. Täten adsorptioaineen ei-selektiivisessä tilavuudessa oleva neste ei poistu täydellisesti adsorptioai-neesta.

Useimmissa tapauksissa vyöhykkeiden refluksointisuhde oli positiivinen adsorptioaineen puhdistuessa tehokkaasti.

Suoritettiin kolme koetta ulkoisen refluksoinnin (puhdistus-virran) käytön vaikutusten osoittamiseksi. Päätoimintaolosuhteet ja koetulokset esitetään seuraavasaa taulukossa: 57250 in

Taulukko

Kokeet 12 3

Refluksointisuhteet

Vyöhyke 2 1,2 1,2 0,85

Vyöhyke 3 2,4 2,4 2,0

Vyöhyke 4 -0,1 -0,1 -0,1

Virtausmäärät 1/min 15°C:ssa (gph @ 60°P)

Syöttö 10,4 (2,74) 10,4 (2,74) 10,4 (2,74)

Desorptioaine 32,2 (8,52) 32,2 (8,52) 27,3 (7,22)

Puhdistusaine (0) 0,95 (0,25) 1,70 (0,45)

Uutteen puhtaus, paino-# 96,7 99,2 99,6

Uutoksen hyötysuhde, # ^ 84,4 84,8 85,0 1^Määrätty uutevirrassa olevan uutteen suhteena sekä raffinaati-että uutevirrassa olevaan uutteeseen.

Kokeissa 2 ja 3, joissa käytettiin puhdistusvirtaa, uute-materiaalin puhtaus nousi n. 96,7 #:sesta n. 99,2-99,6 #:seen puhtauteen. Nämä kolme koetta suoritettiin kaikki samoissa perustoi-mintaolosuhteissa uutoksen hyötysuhteen ollessa n. 84-85 #, mikä on kyllin korkea kaupallisiin prosesseihin.

Kokeessa 3 käytettiin vähemmän desorptioainetta kuin kokeissa 1 ja 2. Desorptioaineen pienentynyt virtaus vyöhykkeeseen 3 pienensi vyöhykkeen 3 refluksointisuhdetta ja uutevirran 8 ohittavan nesteen tilavuutta, mikä johti refluksointisuhteen vähäiseen pienenemiseen vyöhykkeessä 2. Kokeen 3 paremmat tulokset johtuvat puhdistusvirran tai ulkoisen refluksoinnin kasvusta eikä vyöhykkeiden refluksointisuhteiden muutoksista.

Uutteen puhtauden paraneminen oli hämmästyttävä. Kokeen 1 uute sisälsi 825 # niin paljon epäpuhtauksia kuin kokeen 3 uute (3,3 paino-% epäpuhtauksia vs. 0,4 paino-# epäpuhtauksia). Samanlaiset edulliset tulokset havaittiin kokeessa 2, vaikkakin pienemmässä määrin.

Laajassa käyttömuodossa tämä menetelmä koskee aromaattien erotusprosessia, jossa vähintään 3 erillistä vyöhykettä saa aikaan uutemateriaalin adsorption, puhdistuksen ja desorption syöttöseok-sesta, jossa prosessissa puhdistusvirta, joka sisältää uutemateriaa-lia, johdetaan prosessiin, joka tekee mahdolliseksi oleellisesti kaiken uutemateriaalin talteenoton syöttöseoksesta.

Claims (5)

15 57250 Hiilivedyn erotusalaan perehtyneiden on helppo huomata tämän keksinnön muut käyttömuodot ja muunelmat. Yllä esitetyn esimerkin ja laajan käyttötarkoituksen ei ole tarkoitettu rajoittavan tämän keksinnön patenttivaatimuksissa määritettyä laajaa tarkoitusta.

1. Menetelmä hiilivetysyöttövirran jakamiseksi uutteeseen ja raf-finaattiin raffinaattiin nähden uutteelle selektiivisen adsorptioai-neen avulla, jolloin syöttöseos syötetään ensimmäiseen vähintään kolmesta adsorptiovyöhykkeestä, jotka vyöhykkeet on kytketty sarjaan viereisten vyöhykkeiden sekä toisen päätevyöhykkeen poistoau-kon ja toisen päätevyöhykkeen tuloaukon välisillä johtoelimillä syklisen nestevirtauksen aikaansaamiseksi adsorptiovyöhykkeitten läpi ja joissa vyöhykkeissä desorptioaineen läsnäollessa selektiivisesti adsorptoituu uutetta ja jonkin verran raffinaattia adsorboivalle aineelle, jolloin ensimmäinen vyöhyke määräytyy siksi adsorboivaksi aineeksi, joka sijaitsee syöttövirran tuloaukon ja raffinaatin poistoaukon välillä, ja jolloin ensimmäisestä vyöhykkeestä tuleva raffinaatti johdetaan myötävirtaan syöttöseoksen tuloaukosta ensimmäisen vyöhykkeen poistoainevirtaan nähden, jolloin ainakin osa raf-finaatista otetaan talteen, ja jolloin desorptioainetta johdetaan kolmanteen adsorptiovyöhykkeeseen, joka on ensimmäisen vyöhykkeen poistoainevirran suhteen vastavirtaan ensimmäisestä vyöhykkeestä, jossa kolmannessa vyöhykkeessä desorboidaan uutetta, jota johdetaan kolmannesta vyöhykkeestä myötävirtaan desorptioaineen tulo-aukosta kolmannen vyöhykkeen nestevirtauksen suhteen, ja jolloin ainakin osa kolmannesta vyöhykkeestä poistuvasta uutteesta otetaan talteen, tunnettu siitä, että 1) uutetta oleva puhdistusvir-ta johdetaan toiseen adsorptiovyöhykkeeseen, joka sijaitsee vastavirtaan ensimmäisestä vyöhykkeestä ensimmäisen vyöhykkeen neste-virtaukseen nähden ja myötävirtaan kolmannesta vyöhykkeestä kolmannen vyöhykkeen nestevirtaukseen nähden, jolloin toisessa vyöhykkeessä raffinaattia desorboidaan adsorbentista ja raffinaattia syrjäytetään adsorboivan aineen sisätiloista ja 2) syöttövirran tulo-aukkoa, raffinaatin poistoaukkoa, desorptioaineen tuloaukkoa, uutteen poistoaukkoa ja puhdistusvirran tuloaukkoa jaksottaisesti siirretään adsorboivan aineen läpi myötävirtaan ensimmäisen vyöhykkeen nestevirtaukseen nähden, jolloin vyöhykkeitä siirretään adsorbtio-aineen läpi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 16 57250 siitä, että uutetta otetaan talteen jakotislaamalla uutteen erottamiseksi desorptioaineesta ja että puhdistusvirta muodostuu ainakin osaksi erotetusta uutteesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mentelmä, tunnettu siitä, että osa kolmannesta vyöhykkeestä johdetusta uutteesta sisältää ainoastaan vähän desorptioainetta ja että puhdistusvirta muodostuu ainakin osaksi kolmannen vyöhykkeen uutteista.

1. Förfarande för separering av en inmatningsström av kolväte i extrakt och raffinat med ett i förhällande tili raffinatet för extraktet selektivt adsorptionsmedel, varvid inmatningsblandningen mätäs tili den första av minst tre adsorptionszoner, vilka zoner kopplats i serie via ledningsorgan mellan bredvid varandra liggande zoner samt den ena ändzonens utloppsöppning och den andra änd-zonens inloppsöppning för att ästadkomma en cyklisk vätskeströmning genom adsorptionszonerna och i vilka zoner sker en selektiv adsorption pä adsorbenten av extrakt och i nägon män raffinat vid närvaro av desorptionsmedel, varvid den första zonen definieras som det ad-sorberande ämnet, som befinner sig mellan inmatningsblandningens inloppsöppning och raffinatets utloppsöppning, och varvid raffinatet frän den första zonen leds i medströmsriktning frän inmatningsblandningens inloppsöppning i förhällande tili utgängsmaterialströmmen i första zonen, varvid ätminstone en del av raffinatet tages tili vara och varvid desorptionsmedel leds tili den tredje adsorptions-zonen, som i förhällande tili den första zonens utgängsmaterialström ligger motströms frän den första zonen, coh i vilken tredje zon extrakt desorberas, vilket extrakt leds frän den tredje zonen med-ströms frän desorptionsmedlets inloppsöppning i förhällande tili vätskeströmningenitredje zonen, och varvid ätminstone en del av extraktet frän den tredje zonen tages tili vara, känneteck-n a t av att 1) en reningström av extrakt leds tili den andra ad-sorptionszonen, som befinner sig i förhällande tili vätskeströmningen i den första zonen motströms frän den första zonen och i förhällande tili vätskeströmningen i den tredje zonen medströms frän den tredje zonen, varvid raffinat desorberas frän adsorbenten i den andra zonen och raffinat förträngs frän det adsorberande ämnets inre och 2) inmatningsströmmens inloppsöppning, raffinatets utloppsöppning, desorptionsmedlets inloppsöppning, extraktets utloppsöppning och reningsströmmens inloppsöppning periodvis förflyttas med-