Разработка энергосберегающей схемы разделения трехкомпонентной азеотропной смеси бензолциклогексан-гексан (стр. 4 из 13)
Близкие к отмеченным выше результаты были достигнуты и на первой установке экстракции аренов сульфоланом, построенной в 1961 г. в Италии.
Впоследствии показатели работы установок были улучшены, степень извлечения аренов составила, %: бензол – 99.9, толуол – 99.5, арены С8 – 98, а содержание неароматических примесей в бензоле снизилось до 0.01, в толуоле – до 0.02 и аренах С8 – до 0.1% (масс.)
Принципиальная технологическая схема процесса представлена на рис.5. Регенерация сульфолана из экстрактной фазы проводится ректификацией с острым водяным паром. В колонне 2 отпаривается рисайкл (остающиеся в экстрактной фазе насыщенные углеводороды вместе с частью бензола), который возвращается в экстрактор 1. В колонне 3 с острым водяным паром и при небольшом разрежении для снижения температуры низа колонны отгоняется экстракт, который после отделения от воды в сепараторе 6 разделяется ректификацией на товарный бензол, толуол и арены С8. Рафинатная фаза промывается водой в экстракционной колонне 4 для удаления растворенных примесей сульфолана.
Рис.5
Принципиальная технологическая схема процесса экстрактивной ректификации аренов С6-С8 из фракции 62-140 0С катализата риформинга
1-экстрактор; 2-ректификационная колонна (отпаривание рисайкла); 3-колонна выделения экстракта; 4 –колонна водной промывки рафинатной фазы; 5,6-сепараторы.
В промышленной эксплуатации к 1992 г. находились 107 установок экстракции аренов сульфоланом. Мощность установок удалось повысить при использовании в экстракторе новых тарелок фирмы UOP типа «MultipleUpcomer», а в отпарных колоннах – «MultipleDowncomer», при этом пропускная способность колонн возросла на 35%.
Д. Григориу с сотрудниками исследовано влияние различных факторов на коэффициенты разделения углеводородов при экстракции аренов сульфоланом (и другими экстрагентами) из фракции 65-154 0С катализата риформинга (табл.4).
Табл. 4.
Влияние параметров процесса экстракции аренов сульфоланом из фракции 65-154 сульфоланом из фракции 65-154 0С сульфоланом из фракции 65-154 0С катализата риформинга на коэффициенты разделения β
| t, 0C | β | S\F | β | Содержание воды,%(масс.) | β |
| 100 | 9.32 | 0.26:1 | 6.26 | 1 | 9.32 |
| 125 | 7.91 | 5.65:1 | 8.69 | 4 | 9.90 |
| 150 | 6.99 | 21.4:1 | 9.90 | 7 | 11.1 |
Влияние температуры процесса на значения β исследовалось при содержании воды в сульфолане 1% (масс.); влияние массового соотношения сульфолан :сырье (S\F) – при 100 0С, содержание воды в сульфолане 4% (масс.); влияние содержания воды в сульфолане – при 100 0С и концентрации аренов в сырье 9% (масс.) как следует из табл.4, коэффициенты разделения увеличиваются при снижении температуры, повышения соотношения сульфолан : сырье и добавлении воды к сульфолану. Полученные результаты можно объяснить аналогичным влиянием рассмотренных факторов на групповую селективность, которая хорошо коррелирует с коэффициентами разделения. Отмечено, что влияние соотношения экстрагент : сырье на значение β проявляется для сульфолана более резко, чем для диметилсульфоксида и N-метилпирролидона с 10% (масс.) воды. Добавление же воды, наоборот, в меньшей степени повышает селективность сульфолана, чем селективность (lg β) диметилсульфоксида и N-метилпирролидона.
Различный характер изменения селективности отмечен и при добавлении воды к сульфолану и N-формилморфолину: обводнение сульфолана резко снижает его растворяющую способность по отношению к аренам, мало влияя на селективность; добавление же воды к N-формилморфолину значительно повышает селективность при относительно малом снижении растворяющей способности.
В работах приведены результаты одноступенчатой экстракции аренов С6-С9 из катализата риформинга сульфоланом и другими экстрагентами при их массовом отношении к сырью 3:1 (табл.5). Как следует из табл.5, сульфолан уступает по основным результатам процесса экстракции диметилсульфоксиду, N-метилпирролидону и диметилформамиду с 10%(масс.) воды.
Однако сопоставление эффективности различных экстрагентов проведено не в оптимальных условиях: так, диметилсульфоксид применятся на промышленных установках при содержании воды 9% (масс.), N-метилпирролидон – при температуре 50-60 0С, а диметилформамид имеет невысокую гидролитическую стабильность и поэтому используется в безводном состоянии в процессе экстрактивной ректификации, а не экстракции.
Таблица 5.
Результаты одноступенчатой экстракции аренов С6-С9 из катализата риформинга.
| Экстрагент | Содержание воды в экстрагенте, %(масс.) | t, 0C | Содержание аренов, %(масс.) | Степень извлечения аренов, % | β | |
| сырье | экстракт | |||||
| Сульфолан | 1.0 | 100 | 28.0 | 60.0 | 56.5 | 7.8 |
| Диметилсульфоксид | 0.05 | 50 | 30.0 | 67.5 | 64.0 | 11.3 |
| Диоксид серы | - | -30 | 24.5 | 49.0 | 80.6 | 12.0 |
| N-метилпирролидон | 10.0 | 25 | 29.5 | 67.5 | 63.4 | 10.5 |
| Этиленкарбонат | 0.3 | 90 | 30.0 | 73.0 | 44.5 | 11.7 |
| Морфолин | 14.0 | 25 | 28.5 | 67.5 | 35.6 | 7.25 |
| Фурфурол | 4.0 | 25 | 30.0 | 52.5 | 67.3 | 5.28 |
| Диметилформамид | 10.0 | 25 | 30.0 | 63.5 | 60.5 | 9.1 |
| Тиодипропионитрил | - | 65 | 28.8 | 82.0 | 48.4 | 19 |
| Оксидипропионитрил | - | 65 | 28.0 | 71.5 | 51.5 | 11.5 |
| Диэтилгликоль | 10.0 | 150 | 29.5 | 71.0 | 24.0 | 7.3 |
В то же время сульфолан обеспечивает значительно более высокую степень извлечения аренов по сравнению с диэтиленгликолем в соответствии с более высокой растворяющей способностью сульфолана. Коэффициент разделения углеводородов при использовании сульфолана β = 7.8 представляется заниженным, не соответствующим максимальной селективности по сравнению с другими экстрагентами.
А.З. Биккуловым с сотрудниками проведена оптимизация параметров процесса экстракции аренов сульфоланом из фракций катализата риформинга 62-105 0С и 105-140 и 105-140 0С. Оптимальны следуюшие условия:
Для фракции 62-105 0С – содержание воды в сульфолане 3.22% (об.), объемное соотношение экстрагент : сырье 2.75 : 1, температура 52 0С, расход рисайкла 51.3% (об.) от сырья, число ступеней контакта 7;
Для фракции 105-140 0С – содержание воды в сульфолане 8.0% (об.), объемное соотношение экстрагент : сырье около 2.8 : 1, температура 119 0С, расход рисайкла 44.6% (об.) от сырья, число ступеней контакта 11.2.
Найденные оптимальные режимы экстракции приблизительно соответствуют условиям промышленных процессов, однако содержание воды в сульфолане, в особенности при экстракции ксилолов, представляется завышенным.
В работе исследован процесс экстракции бензола, толуолов и ксилолов сульфоланом в 10-ступенчатом каскаде экстракторов: влияние температуры, соотношения экстрагент : сырье, скорости перемешивания. В качестве оптимальных условий рекомендовано соотношение сульфолан : сырье 3:1 и температура 30 0С.
Технико-экономические показатели процессов экстракции аренов из различных фракций катализата риформинга сульфоланом и гликолями сопоставлены в табл.6.
Табл. 6.
Технико-экономические показатели процессов экстракции аренов из фракции 62-140 0С катализата риформинга сульфоланом и гликолями.
| Показатели | Сульфолан | Диэтиленгликоль | Триэтиленгликоль | Тетраэтиленгликоль |
| Массовое соотношение экстрагент:сырье | 4:1 | 15:1 | 10:1 | 6:1 |
| Содержание воды в экстрагенте, % (масс.) | <1.5 | 7 | 5 | 5 |
| Расход рисайкла %(масс.)на сырье | 50 | 80 | 80 | 80 |
| Температура, 0С | 100 | 150 | 150 | 150 |
| Давление в экстракторе, МПа | 0.5 | 0.8-1 | 0.8-1 | 0.8-1 |
| Расход на 1 т аренов: | ||||
| пар, Гкал | 1.99 | 2.7 | 2.45 | 2.21 |
| Электроэнергия, кВт*ч | 61.1 | 71.5 | 61.7 | 50.0 |
| Вода оборотная,м3 | 6.3 | 10.1 | 9.7 | 9.3 |
Себестоимость производства аренов экстракцией сульфоланом ниже не только по сравнению с экстракцией гликолями, но и другими экстрагентами. Так, она составляет 89.4% от себестоимости аренов, выделенных с использованием смешанного экстрагента N-метилпирролидон – этиленгликоль.
Сульфолан наиболее эффективный экстрагент аренов из нафты – фракции с концом кипения до 200 0С.
С использованием метода UNIFACв работе рассчитаны равновесные составы фаз в процессе экстракции бензола из смеси с гексаном, селективность и емкость (растворяющая способность) 21 полярного растворителя, а также энергозатраты при экстракции аренов и регенерации экстрагентов. Наиболее селективным и наилучшим растворителем с учетом критерия минимальных энергетических затрат оказался сульфолан.
Метод UNIFAC был использован и для моделирования фазовых равновесий жидкость – жидкость в системе сульфолан – арены С6-С8 – алканы С6-С8. Рассчитанные составы равновесных экстрактной и рафинатной фаз удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.
Экологическими требованиями во многих странах мира ограничивается содержание аренов, и прежде всего бензола, в бензине. Так, в Японии к 1999г. допустимое содержание бензола в бензине должно быть снижено до 1% (масс.), для чего рекомендуется экстракция сульфоланом. Многие нефтеперерабатывающие компании (NipponOil, CosmoOil, ShowaShell, KyokutoOil, KoaOil) уже начали строительство установок экстракции бензола из бензина.