通过向再沸器添加蒸汽以改善萃取蒸馏的方法和设备

摘要

本文描述了通过从再沸器向萃取蒸馏塔内部添加蒸汽来进行萃取蒸馏的方法与设备。所述设备包括萃取蒸馏塔、与萃取蒸馏塔连接的再沸器(如釜式再沸器)和蒸汽输入管线。蒸汽输入管线与再沸器的内部蒸汽分布器装置连接。本文还描述了利用所述设备来对烃进料流进行萃取蒸馏的方法。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月2日提交的美国临时专利申请61/239,272的优先权；该临时专利申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及向与萃取蒸馏塔相连的再沸器添加蒸汽以改善萃取蒸馏的方法和设备。

背景技术

向蒸馏塔添加流通蒸汽作为汽提蒸汽通常使得可以在比没有添加蒸汽的情况下的温度低的温度下进行蒸馏操作。在蒸馏塔为萃取蒸馏塔时，也可以添加流通蒸汽。通常，蒸汽被直接注入最后一片集液盘之下的塔壳中。

将再沸器引入蒸馏设备以作为加热介质具有多种操作优点，其一是使蒸馏成为可能。虽然在本领域中使用再沸器是已知的，但同时使用再沸器作为蒸馏塔的加热介质和作为添加汽提蒸汽的手段目前尚未有记载。

鉴于上述情况，使用再沸器来加热和注入汽提蒸汽的用于萃取蒸馏的改进方法和设备在本领域中将具有显著的潜在益处。此外，具有传质和传热效率提高的改进设计的再沸器也将在本文所述的萃取蒸馏设备和方法中产生显著的益处。

发明内容

在多个实施方案中，描述了用于对来自进料流的提取物进行萃取蒸馏的设备。所述设备包括萃取蒸馏塔、与所述萃取蒸馏塔连接的再沸器和蒸汽输入管线。所述再沸器具有内部蒸汽分布器装置。所述蒸汽输入管线与所述内部蒸汽分布器装置连接。

本文还描述了用于对来自进料流的提取物进行萃取蒸馏的设备的其他多个实施方案。所述设备包括萃取蒸馏塔、与所述萃取蒸馏塔连接的釜式再沸器、进料流输入管线、溶剂输入管线、蒸汽输入管线、用于移除蒸馏物和溶剂的混合物的输出管线以及蒸汽输出管线。釜式再沸器具有内部蒸汽分布器装置。蒸汽输入管线与内部蒸汽分布器装置连接。

在其他多个实施方案中，用于对来自进料流的提取物进行萃取蒸馏的设备包括萃取蒸馏塔、与蒸馏塔连接的再沸器和蒸汽输入管线。再沸器具有内部空间和外表面。蒸汽输入管线连接至再沸器的内部空间。

在其他实施方案中，描述了用于对来自包含至少一种烃的进料流的提取物进行萃取蒸馏的方法。所述方法包括：a)利用溶剂从所述进料流萃取至少一种烃以形成烃/溶剂混合物；b)将汽提蒸汽直接注入再沸器壳中；c)向再沸器管中添加蒸汽作为加热介质；d)通过位于所述再沸器壳内的蒸汽分布器装置将烃/溶剂混合物与所述汽提蒸汽混合；和e)蒸发所述烃/溶剂混合物。在一些实施方案中，所述方法还包括在所述蒸发步骤之后从所述烃/溶剂混合物分离所述至少一种烃。

上文已经比较广泛地概述了本发明的特征，以便可以更好地理解下文的详细说明。额外的特征和优点将在下文描述，其构成权利要求的主题。

附图说明

为了更全面的理解本发明以及其优点，将结合附图进行以下说明来描述本发明的特定实施方案，附图中：

图1显示其中将汽提蒸汽直接添加到再沸器的示例性萃取蒸馏设备的示意图。

具体实施方式

在接下来的说明中，列举出某些细节如具体的量、浓度、尺寸等，目的是为本文公开的多个实施方案提供透彻的理解。然而，对于本领域的技术人员，在没有这些具体细节的情况下显然也可以实施本发明。在许多情况下，由于这些细节对于完整的理解本发明是非必要的，并且它们在相关领域的普通技术人员的技能范围内，所以涉及这些考虑因素的细节等已被省略。

一般地，参考附图，应理解附图是用于描述本发明的特定实施方案，而无意于将其限制于此。此外，附图不一定按比例绘制。

虽然本文使用的大多数术语对本领域中的普通技术人员而言是已知的，但是应注意，当没有明确定义时，这些术语应该用本领域普通技术人员目前接受的含义来解释。在术语的结构使术语无意义或者基本上无意义的情况下，应采用2009年第3版韦伯斯特词典(Webster’s Dictionary)的定义。定义和/或解释不应该从其他专利申请、专利或相关或不相关的出版物中纳入，除非本说明书明确规定或者该纳入对于保持有效性是必要的。

本文所用的术语“芳香族”是指芳香化合物属性，其是一种化学性质，其中不饱和键、孤对或空轨道的共轭环相比仅由共轭所述表现出的稳定性更强的稳定性。它也可以被认为是一种循环离域和共振稳定的表现。这通常被认为是因为电子可以在交替形成单、双键的原子的圆形布置周围自由循环引起的。

本文所用的术语“脂肪族”是指具有能够连接到直链、支链或环(在这种情况下，它们被称为脂环)的碳原子的化合物。它们可以通过单键(烷烃)、双键(烯烃)或三键(炔)连接。

在多个实施方案中，本发明描述的方法与设备使萃取蒸馏工艺更为有效，尤其芳香烃的萃取蒸馏工艺。本文所述的多种方法与设备通过向连接至萃取蒸馏设备的萃取蒸馏塔的再沸器注入汽提蒸汽来提高效率。这些设备和方法已被用于在从未经处理的裂解汽油中回收苯乙烯。通过本文所述的方法与设备生产的苯乙烯在下文可称为GT苯乙烯。本领域的普通技术人员将认识到，可以利用本文所述的设备和方法从进料流萃取除苯乙烯之外的其他烃。例如，其他烃可以包括BTX(苯/甲苯/二甲苯)、异戊二烯、丁二烯和其他乙烯基芳香族化合物。

在GT苯乙烯萃取蒸馏过程中，包括苯乙烯的加氢处理的C8烃是利用萃取蒸馏塔(EDC)从裂解汽油进料流中获得的中心馏分。在汽-液操作中，溶剂选择性地将苯乙烯萃取至萃取蒸馏的底部沉积物中，同时将其他C8芳香族化合物和非芳香族组分(即脂肪族化合物)弃入EDC顶部的提余液流中。溶剂可以变化，而不受限制。在多个实施方案中，EDC为填料塔。在多个实施方案中，EDC在真空下操作。EDC的热由利用蒸汽作为加热介质的再沸器提供。将富含苯乙烯的溶剂从EDC底部抽出并随后送至溶剂回收塔(SRC)。分离苯乙烯，然后将溶剂送回EDC。

在多个实施方案中，描述了用于对来自进料流的提取物进行萃取蒸馏的设备。所述设备包括萃取蒸馏塔、与萃取蒸馏塔连接的再沸器和蒸汽输入管线。再沸器具有内部蒸汽分布器装置。蒸汽输入管线与内部蒸汽分布器装置连接。

在其他多个实施方案中，用于对来自进料流的提取物进行萃取蒸馏的设备包括萃取蒸馏塔、与萃取蒸馏塔连接的再沸器和蒸汽输入管线。再沸器具有内部空间和外表面。蒸汽输入管线与再沸器的内部空间连接。

在所述设备的一些实施方案中，萃取蒸馏塔是一级蒸发系统。然而，在所述设备的其他实施方案中，可以通过萃取蒸馏塔形成二级、三级或四级蒸发系统。

在所述设备的一些实施方案中，蒸汽输入管线是蒸汽体系产生回路。在一个实施方案中，这些蒸汽体系产生回路为系统水平衡做准备。例如，源自系统水平衡(蒸汽体系产生回路)的汽提蒸汽被注入EDC塔底，以促进萃取蒸馏操作并降低EDC底部的温度。在一些实施方案中，还结合使用真空作用和EDC底部的蒸汽添加以降低温度。随后从EDC输送提余相中的水，将水与提余相分离，并且在闭合回路过程中将水重新转变成汽提蒸汽以用于另外的萃取蒸馏操作。对于本文所述的GT苯乙烯萃取蒸馏工艺，降低温度尤其有利，其原因是消除或基本上降低EDC上的苯乙烯聚合。

在多个实施方案中，汽提蒸汽被直接注入再沸器内部空间的底部。这种汽提蒸汽注入的方向有利地提供了最高的汽提蒸汽注入的传质/传热效率。将汽提蒸汽注入再沸器内部空间的其他多种修改方案也在本发明的精神和范围内。例如，将汽提蒸汽注入EDC最后一片塔盘之下(无再沸器)或再沸器之上(集液盘之下)不会具有同样高的传质/传热递效率。在这些其它多个实施方案的任意实施方案中，例如，可以通过差动施加真空或提高汽提蒸汽添加速率来能提高萃取蒸馏工艺的效率。

由本文所述的多个实施方案中，将汽提蒸汽注入再沸器中可用于促进芳香烃的萃取。在多个实施方案中，该芳香烃为苯乙烯或其他乙烯基芳香族化合物。但是，本文所述的方法与设备可用于对来自进料流的其他蒸馏物进行萃取蒸馏，但是也在本发明的精神和范围内。如上文所述，本发明的方法和设备的有利之处在于在不促进乙烯基芳香族化合物聚合的温度下操作。

在本发明的多个实施方案中，采用釜式再沸器。然而，本领域的普通技术人员将认识到，任意种类的再沸器均可用于本文所述的方法和设备。这类替代再沸器包括例如热虹吸再沸器和强制循环再沸器。在本文所述的实施方案中，釜式再沸器有利地为将汽提蒸汽直接注入再沸器壳的内部空间中的萃取蒸馏工艺提供高的停留时间和低的液体夹带。

再沸器可以通过使用计算出的蒸馏物传质和传热递效率进行修改来提高萃取蒸馏工艺的效率。虽然在本发明方法和设备可以使用任意尺寸的再沸器，但是为了获得最高效率，再沸器的尺寸优选足以提供有效的停留时间，以在液相和气相之间发生足够的传质。有效的停留时间取决于例如被处理进料流的组成，本领域的普通技术人员可以根据具体的工艺要求来容易地确定有效的停留时间。在多个实施方案中，本发明的再沸器已被改进为还包括内部蒸汽分布器装置，该装置有利地使蒸汽更好地分布在再沸器壳的内部空间中。

在其它多个实施方案中，用于对来自进料流的提取物进行萃取蒸馏的设备包括萃取蒸馏塔、与萃取蒸馏塔连接的再沸器、进料蒸汽输入管线、溶剂输入管线、蒸汽输入管线、用于移除蒸馏物和溶剂的混合物的输出管线和蒸汽输出管线。釜式再沸器具有内部蒸汽分布器装置。蒸汽输入管线与内部蒸汽分布器装置连接。

在其他实施方案中，描述了对来自包含至少一种烃的进料流的提取物进行萃取蒸馏的方法。所述方法包括a)利用溶剂从所述进料流萃取至少一种烃以形成烃/溶剂混合物；b)将汽提蒸汽直接注入再沸器壳中；c)向再沸器管中注入蒸汽作为加热介质；d)通过位于所述再沸器壳内的蒸汽分布器装置将所述烃/溶剂混合物与所述汽提蒸汽混合；和e)蒸发烃/溶剂混合物。在一些实施方案中，所述方法还包括在所述蒸发步骤之后从所述烃/溶剂混合物分离所述至少一种烃。在一些实施方案中，所述再沸器壳是釜式再沸器壳。

实验实施例：

提供以下实施例的目的是更为充分地举例说明上述公开的一些实施方案。本领域的普通技术人员应理解，以下实施例代表用于实施本发明的示例性方式。本领域的普通技术人员应理解，根据本发明，可以对公开的具体实施方案进行多种变化，并且这些变化仍然获得相同或类似的效果，但是不脱离本发明的精神和范围。

实施例1：包含再沸器的萃取蒸馏设备。参照图1将更好的理解本发明的多个实施方案。附图1显示采用其中向再沸器直接添加汽提蒸汽的示例性萃取蒸馏设备1的示意图。如附图1所示，加氢处理的C8进料流(含苯乙烯)是来自裂解汽油的中心馏分，并且通过进料流输入管线101添加到萃取蒸馏塔120。在本实施例中，C8中心馏分富含苯乙烯(～30至～40wt.％)。萃取蒸馏塔120是与进料流输入管线101和溶剂输入管线102连接的填料塔。在多个实施方案中，萃取蒸馏设备在真空下操作。在多个实施方案中，在约70℃至约100℃的温度下通过溶剂输入管线102将溶剂进料至萃取蒸馏塔120。

萃取蒸馏塔120与釜式再沸器135连接。输入釜式再沸器135的热由饱和蒸汽输入管线106提供。饱和蒸汽在再沸器管内冷凝。在多个实施方案中，利用釜式再沸器135将萃取蒸馏塔120的塔底温度控制在约120℃以下。有利的是，这样的温度相对不利于塔底中的苯乙烯聚合。

在萃取蒸馏设备的多个实施方案中，在气-液操作中，贫溶剂将苯乙烯萃取至萃取蒸馏塔120的塔底，同时将提余液(其他C8芳香烃以及非芳香烃)弃至萃取蒸馏塔120塔顶。塔顶蒸汽在穿过冷凝器127之后被冷凝并通过管线125送至分离罐130。在分离罐130中，水相通过相分离被移除，并穿过水移除管线104。水移除管线104中的排出水作为工艺水被泵送穿过蒸汽体系产生回路(未显示)，然后被送回再沸器135。到了再沸器135之后，水被转化成汽提蒸汽，后者通过再沸器底部的汽提蒸汽管线107进入再沸器135。在一个实施方案中，进行水分离之后余留在分离罐130中的烃级分(提余液)以约为1的回流比通过回流管线105被泵送回到蒸馏塔120。或者，提余液可以通过提余液移除管线103从系统抽出。

来自汽提蒸汽管线107的汽提蒸汽在再沸器135中进行内部分布，并且与来自萃取蒸馏塔120的液体流109混合。之后，将由再沸器135内的汽提蒸汽产生的蒸气流108送回集液盘150之下的萃取蒸馏塔135。蒸气流108为持续进行萃取蒸馏工艺提供贫溶剂并进一步加热萃取蒸馏塔120。再沸器135中的剩余液体(含苯乙烯和溶剂)作为液体产物通过再沸器管线110送至蒸馏塔底。在蒸馏塔底，苯乙烯和溶剂通过管线111被泵送至溶剂回收塔160。

再沸器135特别构建用于本发明的萃取蒸馏以提供高效萃取。如上文所述，汽提蒸汽通过汽提蒸汽管线107添加到再沸器135。在进入再沸器135之后，汽提蒸汽进入内部蒸汽分布器装置140。汽提蒸汽的添加有利地降低苯乙烯的分压。在离开再沸器135之后，苯乙烯和溶剂作为液体产物通过再沸器管线110被送至萃取蒸馏塔120的塔底。

管线111中的苯乙烯和溶剂被送至溶剂回收塔160，苯乙烯在此处作为纯产物与溶剂分离。然后，根据需要，将溶剂通过管线102送回萃取蒸馏塔120。

如本领域普通技术人员已知的，汽提蒸汽操作的传质效率定义如下：

Ev＝出口物料的实际分压/达到平衡时的物料分压

再沸器的传质效率通常假定为100％(接近一个理论级)。然而，当直接向再沸器添加蒸汽时，100％的传质效率是不合适的，尤其是对于在接触区(在进入再沸器的液相和蒸汽之间)中的停留时间不足够长的垂直式再沸器如此。已发现图1实施方案中描述的釜式再沸器有利地在两相之间提供高的停留时间(紧密接触)。已建立了用于估算/计算效率的模型，其形成再沸器机械尺寸和分布设备的基础。

从以上的说明，本领域的普通技术人员可以容易地确定本发明的基本特征，并在不脱离其精神和范围的情况下，可以进行各种变化和修改，以使本发明适于各种用途和条件。上述实施方案仅是用作举例说明；而不应被视为对本发明范围的限制，本发明的范围由所附权利要求限定。