CN106390518B - 一种用液相模拟移动床同时吸附分离多股原料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用液相模拟移动床同时吸附分离多股不同组成原料的方法，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。该法可将多种不同组成的吸附原料分别注入不同的吸附分离段，同时分离得到一种或一种以上的高纯度组分，从而充分利用已有模拟移动床的处理能力。
Description
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和脱附剂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脱附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，但其处 理的是同一种组成的原料。
US4381419公开采用耦合轻质和重质两种脱附剂的吸附分离过程，以降低 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脱附剂，得到的抽 出液汇入同一个精馏塔，通过分馏塔顶得到轻质脱附剂，塔底得到重质脱附剂， 中部得到产品。
US5093004公开采用强弱两种脱附剂，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用液相模拟移动床同时吸附分离多股原料的方 法，该法将多种不同组成的吸附原料分别注入不同的吸附分离段，可同时分离 得到一种或一种以上的高纯度组分。
本发明提供的用液相模拟移动床同时吸附分离多股不同组成原料的方法， 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、……、Dm分别注入各吸附分离段的脱附区，不同组 成的m股吸附分离原料F1、F2、……、Fm，分别注入各吸附分离段的吸附区， 经吸附分离后，不被吸附的组分分别由各吸附分离段的吸附区排出，为抽余液 R1、R2、……、Rm，共m股抽余液，被吸附组分E1、E2、……、Em分别由各 吸附分离段的提纯区排出，
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ts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、……、 Dm、Em、Fm、Rm。
本发明方法将液相模拟移动床分成相互连结的m段，每段可通入不同的吸 附原料，使用不同的脱附剂，得到不同的吸附分离目的产物。本发明方法可充 分利用已有的具有多个吸附床层的吸附分离装置，利用其设计处理量同时吸附 分离多种不同组成的吸附物料，提高装置的利用率。
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为本发明将液相模拟移动床分成m个吸附分离段，各段注入物料和取 出物料的示意图。
图3为本发明同时吸附分离提纯两股不同含量对二甲苯的C8芳烃混合物中 的对二甲苯的示意图。
图4为本发明同时吸附分离提纯两股不同组分的C8芳烃混合物中的对二甲 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，各吸附分 离段可单独处理不同组成的吸附物料，得到相同或不同的分离目的产物，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的情况下，充分利用原有的吸附分离装置的 富余处理能力，处理不同组成的吸附原料；也可将具有不同含量目的产物的吸 附原料分别通入不同的吸附分离段，根据原料组成，分配各处理段的吸附区床 层数，以提高分离效率。
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股脱附剂可相同或不同；各个吸附分离段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可相同或不同。
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Ep取出点位于脱附剂Dp注入点和原料Fp注入点 之间，原料Fp注入点、抽出液Ep取出点、脱附剂Dp注入点三者之间连续；
原料Fp注入点位于抽出液Ep取出点和抽余液Rp取出点之间，抽出液Ep取出点、原料Fp注入点、抽余液Rp取出点三者之间连续；
抽余液Rp取出点位于原料Fp注入点和下一段p+1段脱附剂Dp+1注入点之 间，原料Fp、抽余液Rp取出点、脱附剂Dp+1注入点三者之间连续；
下一段p+1段脱附剂Dp+1注入点位于上一段抽余液Rp取出点和抽出液Ep+1取出点之间，抽余液Rp取出点、脱附剂Dp+1注入点、抽出液Ep+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Rm取出点和抽出液E1取出点之间，抽余液Rm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，将不同吸附组分含量的原料分别送入不同的吸附分离段， 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m种具有不同组成的原料分 别送入第一分离段、第二分离段┄第m分离段，吸附原料F1、F2和Fm均包含 两种以上在同一吸附剂上吸附能力有明显差异的组分，其中，在第一吸附分离 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，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，剩余弱吸附组分再从抽余液R2取出，以此类推，直到 最后一股吸附原料Fm中的强吸附组分从抽出液Em中取出，剩余的弱吸附组分 从抽余液Rm取出，不同组成的原料同时被分别分离提纯出各进料组成中的强 吸附组分，脱附剂D1至Dm分别从不同位置注入。
本发明方法所述的组成不同的吸附原料为对二甲苯含量或间二甲苯含量 不同的C8芳烃，吸附分离的目的产物为对二甲苯或间二甲苯。
吸附分离对二甲苯的脱附剂为对二乙苯，吸附分离间二甲苯的脱附剂为甲 苯。
所述的组成不同的吸附原料为含对二甲苯的C8芳烃和不含对二甲苯而含 乙苯的C8芳烃；对于含对二甲苯的C8芳烃原料，吸附分离的目的产物为对二 甲苯，脱附剂为对二乙苯；对于不含对二甲苯而含乙苯的原料，吸附分离的目 的产物为乙苯，脱附剂为甲苯。
本发明方法优选适用于同时分离提纯两股不同组成的C8芳烃混合物中的 对二甲苯，或同时分别分离提纯两股不同组成的C8芳烃混合物中的对二甲苯和 乙苯。
本发明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。
本发明方法在分离不同组成的烃类混合物时，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床层数的吸附分离段，进入 第一分离段的原料中目的吸附组分含量低，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 目的吸附组分含量高，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。
本发明方法中，SMB吸附分离的每个脱附剂D注入点注入的脱附剂可以 相同也可以不相同，优选不同的脱附剂。
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。有m股不同组成的原料、 m股脱附剂分别进入m个吸附分离段，获得m股抽出液和m股抽余液。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 二甲苯的示意图。第一混合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。第二混合C8芳烃原料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。两段吸附分离区的目的吸附组分均为对二甲苯，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。第一混合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，在上方取出含对二甲苯的抽出液E1， 脱附剂D1在抽出液E1取出位置上方注入。不含对二甲苯的第二混合C8芳烃原 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 上方取出含乙苯的抽出液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目的吸附组分为对二甲苯，脱附剂为对二乙苯；第二段吸附分离 区的目的吸附组分为乙苯，脱附剂为甲苯。
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。整个吸附分离装置具有两股原料注入、两股脱附剂注 入、两股抽余液取出、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。
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％。
原料F2各组分含量为：乙苯(EB)10质量％、对二甲苯(PX)25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：
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99.80质量％，对二甲苯收率为98.6 质量％；第二吸附分离段得到的抽出油的对二甲苯纯度为99.79质量％，收率为 99.3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两股原料注入、两股脱附剂注 入、两股抽余液取出、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。
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％。
原料F2各组分含量为：乙苯(EB)18.75质量％、间二甲苯(MX)62.5 质量％、邻二甲苯(OX)18.75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。所用脱附剂D1为对二乙苯，D2为甲苯(TOL)。
各物料流速如下：
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99.0 质量％；第二吸附分离段得到的抽出油的乙苯纯度为99.7质量％，收率为83.7 质量％。
Claims (9)
1.一种用液相模拟移动床同时吸附分离多股不同组成原料的方法，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、……、Dm分别注入各吸附分离段的脱附区，不同组成的m股吸附分离原料F1、F2、……、Fm，分别注入各吸附分离段的吸附区，经吸附分离后，不被吸附的组分分别由各吸附分离段的吸附区排出，为抽余液R1、R2、……、Rm，共m股抽余液，被吸附组分E1、E2、……、Em分别由各吸附分离段的提纯区排出；
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ts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、……、Dm、Em、Fm、Rm，
第一段脱附剂D1注入点位于最后一段m段抽余液Rm取出点和抽出液E1取出点之间，抽余液Rm取出点、脱附剂D1注入点、抽出液E1取出点三者之间连续，
将不同吸附组分含量的原料分别送入不同的吸附分离段，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。
2.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。
3.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Ep取出点位于脱附剂Dp注入点和原料Fp注入点之间，原料Fp注入点、抽出液Ep取出点、脱附剂Dp注入点三者之间连续；
原料Fp注入点位于抽出液Ep取出点和抽余液Rp取出点之间，抽出液Ep取出点、原料Fp注入点、抽余液Rp取出点三者之间连续；
抽余液Rp取出点位于原料Fp注入点和下一段p+1段脱附剂Dp+1注入点之间，原料Fp、抽余液Rp取出点、脱附剂Dp+1注入点三者之间连续；
下一段p+1段脱附剂Dp+1注入点位于上一段抽余液Rp取出点和抽出液Ep+1取出点之间，抽余液Rp取出点、脱附剂Dp+1注入点、抽出液Ep+1取出点三者之间连续；
p为1～m之间的整数。
4.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。
5.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。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的各吸附分离段吸附分离的目的产物相同或不同。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的组成不同的吸附原料为对二甲苯含量或间二甲苯含量不同的C8芳烃，吸附分离的目的产物为对二甲苯或间二甲苯。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于吸附分离对二甲苯的脱附剂为对二乙苯，吸附分离间二甲苯的脱附剂为甲苯。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的组成不同的吸附原料为含对二甲苯的C8芳烃和不含对二甲苯而含乙苯的C8芳烃；对于含对二甲苯的C8芳烃原料，吸附分离的目的产物为对二甲苯，脱附剂为对二乙苯；对于不含对二甲苯而含乙苯的原料，吸附分离的目的产物为乙苯，脱附剂为甲苯。
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