способ получения содержащего ароматические углеводороды исходного продукта для получения летучих ароматических веществ и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения содержащего ароматические углеводороды исходного продукта для получения летучих ароматических веществ из каменноугольного сырого бензола путем испарения последнего на технологической стадии испарения посредством испарительной колонны в присутствии потока водорода и под давлением с образованием остатка испарения и выводом его, ввода выпаренного каменноугольного сырого бензола в реакцию обмена с водородом на технологической стадии очистки под давлением, подключенной к технологической стадии испарения с получением исходного продукта, отличающийся тем, что количество выводимого остатка испарения устанавливают в соответствии с концентрацией содержащихся в каменноугольном сыром бензоле компонентов, образующих полимеризат, в диапазоне от 6 до 40% от количества исходного каменноугольного сырого бензола, остаток испарения подвергают разделению на технологической стадии перегонки на низкокипящую фракцию и высококипящую фракцию, отводимую в виде кубового остатка, низкокипящую фракцию выводят из технологической стадии перегонки, конденсируют и направляют в головную часть испарительной колонны в виде обратного потока, причем на технологической стадии перегонки устанавливают двойной параметр давление газа/температура, при этом получаемый кубовый остаток, за исключением стирола, практически свободен от ароматических углеводородов с количеством атомов углерода менее 9.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на технологической стадии перегонки устанавливают давление, меньшее или равное атмосферному давлению.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на технологической стадии перегонки устанавливают температуру менее 200^oС.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что из технологической стадии перегонки отдельно от кубового остатка выводят смесь дициклопентадиена, кумарона, индена и индана.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что поток водорода подают по контуру.

6. Устройство для получения содержащего ароматические углеводороды исходного продукта для получения летучих ароматических веществ, содержащее испарительную колонну для испарения каменноугольного сырого бензола в присутствии потока водорода и под давлением, снабженную трубопроводом подвода сырого бензола, трубопроводом вывода сырого бензола в головной части, трубопроводом вывода остатка испарения и трубопроводом подачи в зоне головной части, по меньшей мере один реактор очистки под давлением для осуществления реакции обмена сырого бензола с образованием содержащего ароматические углеводороды исходного продукта для получения бензола, подсоединенный к трубопроводу вывода сырого бензола, подсоединенный к реактору очистки под давлением конденсатор/сепаратор полученного исходного продукта для отделения водорода от исходного продукта, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит перегонную колонну для разделения остатка испарения на низкокипящую фракцию и высококипящую фракцию, снабженную трубопроводом подвода остатка испарения и отводным трубопроводом, расположенным в зоне головной части, причем данный отводной трубопровод подключен к трубопроводу подачи в зоне головной части испарительной колонны, при этом между трубопроводом вывода остатка испарения из испарительной колонны и трубопроводом подвода остатка испарения к перегонной колонне установлен элемент для управления количественным потоком.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что в отводном трубопроводе перегонной колонны установлен конденсатор/сепаратор для конденсирования отведенной низкокипящей фракции остатка испарения.

8. Устройство по пп. 6 и 7, отличающееся тем, что перегонная колонна снабжена вводом обратного потока для возврата части конденсированной низкокипящей фракции.

9. Устройство по пп. 6 8, отличающееся тем, что перегонная колонна снабжена боковым отводом для вывода смеси дициклопентадиена, кумарона, индена и индана.

10. Устройство по пп. 6 9, отличающееся тем, что конденсатор/сепаратор исходного продукта через трубопровод возврата водорода соединен с трубопроводом подвода сырого бензола испарительной колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа получения содержащего ароматические углеводороды исходного продукта для получения летучих ароматических веществ из каменноугольного сырого бензола, причем каменноугольный сырой бензол испаряется на технологической стадии испарения с помощью испарительной колонны в присутствии потока водорода и под давлением при образовании испарительного остатка, испарившийся каменноугольный сырой бензол вступает в реакцию с водородом на технологической стадии очистки под давлением (на катализаторе), подключенной к технологической стадии испарения, с образованием исходного продукта, при этом испарительный остаток на технологической стадии испарения отводится и на технологической стадии перегонки разлагается на низко- и высококипящую фракции, причем высококипящая фракция отводится в виде потока зумпфа, а также устройства для осуществления способа.

Каменный сырой бензол получается в качестве побочного продукта при коксовании угля, в частности, каменного угля, и в качестве основной составной части содержит бензол. Прочими составными частями являются толуол, ксилолы, ароматические вещества с более чем 8 атомами C, а также неароматические вещества. Наряду с названными составными частями в каменноугольном сыром бензоле содержатся также, кроме того, серные, кислородные и азотные соединения, а также соединения с ненасыщенными связями C-C. Посредством очистки под давлением с помощью водорода серные, кислородные и азотные соединения, а также соединения с ненасыщенными связями C-C распадаются и насыщаются. Возникает содержащий ароматические углеводороды исходный продукт для получения летучих ароматических веществ, который после очистки под давлением может содержать еще газы, такие как сероводород, водород и аммиак, и поэтому называется нестабилизированным. Подразумевается, что исходный продукт содержит и должен содержать также толуол и ксилолы, так как эти вещества наряду с бензолом являются экономически ценными продуктами. Так как очистка под давлением является каталитической газовой реакцией каменноугольного сырого бензола с водородом, то каменнооугольный сырой бензол сначала должен быть подвергнут испарению. Для этого служит технологическая стадия испарения. При этом уже в испарительной колонне происходит определенное разделение каменноугольного сырого бензола на низко- и высококипящую составные части. Уже на технологической стадии испарения устанавливается давление, необходимое для очистки, происходящей под давлением, обычно 30-60 бар. Под водородом понимают не только технически чистый водород, но и, например, коксовый газ, который содержит большую долю водорода. При этом давление в названной зоне устанавливается соответственно парциальному давлению водорода, а именно, соответственно содержанию водорода в коксовом газе.

Известен способ получения содержащего ароматические углеводороды исходного продукта для получения летучих ароматических веществ, а также устройство для его осуществления (патент DE 1418275, кл. C 07 C 15/04, 1970). Процесс включает в себя стадии испарения каменноугольного сырого бензола на технологической стадии испарения посредством испарительной колонны в присутствии потока водорода и под давлением с образованием остатка испарения и направления выпаренного каменноугольного сырого бензола на реакцию обмена с водородом на технологической стадии очистки под давлением, подключенной к технологической стадии испарения с образованием исходного продукта.

При осуществлении способа получения содержащего ароматические углеводороды исходного продукта из каменноугольного сырого бензола имеет место основная проблема, которая базируется на способных к полимеризации составных компонентах каменноугольного сырого бензола, в частности, на стироле и диолефинах. Эти способные к полимеризации составные компоненты при повышающихся температурах и повышающихся парциальных давлениях отличаются усиленной способностью к образованию полимеризатов, которые последовательно осаждаются, в особенности в зоне технологической стадии испарения и технологической стадии перегонки, а также в теплообменниках. Следствием является то, что процесс через определенные промежутки времени должен прерываться для удаления полимеризатов. Это в значительной мере мешает, особенно если временные интервалы являются короткими.

Способ названного выше типа известен из практики. При этом низкокипящая фракция испарительного остатка из технологической стадии перегонки возвращается в использованный каменноугольный сырой бензол. Технологическая стадия очистки работает при атмосферном давлении и по нему устанавливается температура. Известный в этом отношении способ имеет множество недостатков. Во-первых, значительная часть ароматических веществ, имеющих меньше, чем 9 атомов C, переходит в высококипящую фракцию технологической стадии очистки, в результате чего выход в части составных компонентов исходного продукта является неудовлетворительным. Он составляет для ароматических веществ, имеющих менее 9 атомов C, редко более 97% в части их содержания в каменноугольном сыром бензоле. Мешает также большое количество образующихся в качестве побочных продуктов высококипящих фракций. С другой стороны, высококипящие компоненты, например, нафталин, остаются частично в исходном продукте, где они мешают последующей переработке исходного продукта или же изымаются из последующего использования. И, наоборот, выход, например, нафталина, который получают при дальнейшей обработке, как например, в процессе перегонки дегтя, в высококипящей фракции является неудовлетворительно низким. Причиной всех этих недостатков является то, что известный способ с учетом по возможности длинных временных интервалов между перерывами, необходимыми для удаления полимеризатов, должен использоваться таким образом, что образование полимеризатов должно удерживаться в разумных границах. Оказалось, что это, с одной стороны, регулируется только за счет несколько селективного (нечеткого) способа работы в рамках технологической ступени перегонки и, с другой стороны, за счет ограничения возвращенного количества низкокипящей фракции, содержащей компонент, образующий полимеризат, откуда вытекают названные выше недостатки. Ограничение возвращенного количества низкокипящей фракции, содержащей компонент, образующий полимеризат, необходимо для уменьшения отложений на технологической стадии испарения и в теплообменниках.

В противоположность этому в основу изобретения положена техническая проблема указать способ получения содержащего ароматические углеводороды исходного продукта из каменноугольного сырого бензола, с помощью которого можно получить высокий выход ароматических углеводородов, имеющих меньше, чем 9 атомов C в исходном продукте, при одновременно уменьшенном количестве образующейся в качестве побочного продукта высококипящей фракции после технологической стадии перегонки и с помощью которого, к тому же, удлиняются временные интервалы между перерывами в проведении способа для удаления отложений.

Для решения этой технической проблемы изобретение показывает, что количественный поток выводимого испарительного остатка устанавливается в зависимости от концентрации содержащихся в каменноугольном сыром бензоле компонентов, образующих полимеризат, в диапазоне от 6 до 40% количественного потока (использованного) каменноугольного сырого бензола и что низкокипящая фракция испарительного остатка выводится из технологической стадии перегонки, конденсируется и подается в головную часть испарительной колонны в виде обратного потока, причем на технологическом этапе перегонки устанавливается двойной параметр давление газа/температура, при этом поток зумпфа, за исключением стирола, практически свободен от ароматических углеводородов, имеющих меньше, чем 9 атомов C.

Изобретение опирается на научные выводы, что подаваемая в испарительную колонну в виде обратного потока низкокипящая фракция после технологической стадии перегонки улучшает селективность или соответственно избирательность испарения каменноугольного сырого бензола в испарительной колонне. Уже в результате этого повышается выход ароматических углеводородов с числом атомов C менее 9 в испаренном каменноугольном сыром бензоле, и одновременно углеводороды с числом атомов более 8 усиленно переходят в испарительный остаток. Это позволяет устанавливать двойной параметр давление газа/температура таким образом, что за исключением стирола в потоке зумпфа технологической ступени перегонки практически не выпадают в качестве побочных продуктов ароматические углеводороды с числом атомов C менее 9, причем, несмотря на эту регулируемость, одновременно не происходит увеличения отложений полимеризата, ухудшающего показатели процесса, если количественный поток выводимого испарительного остатка лежит в указанной области. Отложение полимеризатов может быть дополнительно уменьшено, если количественный поток отводимого испарительного остатка в указанной области согласуется с концентрацией содержащихся в каменноугольном сыром бензоле компонентов, образующих полимеризат. При этом общее правило таково, что при высоких концентрациях отводится большой количественный поток и наоборот.

В предпочтительной форме выполнения изобретения на технологической стадии перегонки устанавливается давление, которое равно или меньше, чем атмосферное давление, например, вакуум. В случае вакуума имеется в виду вакуум, который принят в техническом смысле при перегонке. В дальнейшей форме выполнения изобретения на технологической стадии перегонки устанавливается температура, составляющая менее 200^oC. Уже каждое мероприятие само по себе и, в частности, оба мероприятия в сочетании друг с другом на основе умеренных условий перегонки приводят к сокращению степени образования полимеризата в области технологической стадии перегонки.

В другой предпочтительной форме выполнения изобретения смесь дициклопентадиена, кумарона, индена и индана из технологической стадии перегонки раздельно отводится от потока зумпфа. Эти вещества могут быть затем использованы для дальнейшей переработки, например, в кумароновую смолу. Это разделение может быть, в частности, без проблем возможно потому, что технологическая стадия перегонки, как более подробно поясняется выше, работает с высокой селективностью.

Предпочтительным образом поток водорода подается по контуру. Таким образом, гарантируется оптимальное использование задействованного водорода или, например, содержащего водород коксового газа. При этом подразумевается, что водород или свежий коксовый газ должен подаваться в той степени, в которой расходуется водород при осуществлении очистки под давлением.

Изобретение касается также устройства для осуществления заявленного способа.

Изобретение более подробно поясняется на чертеже, представляющем лишь один пример осуществления как способа, так и устройства.

На чертеже в первую очередь видно, что предусмотрены технологическая стадия 1 испарения, технологическая стадия 3 очистки и технологическая стадия 4 перегонки. В рамках технологической стадии 1 испарения предусмотрена испарительная колонна 2. В примере выполнения испарительная колонна 2 - это ступенчатый испаритель. Само собой разумеется, в качестве альтернативы здесь могут использоваться также испарительные устройства эквивалентного типа. Испарительная колонна 2 оборудована для испарения каменноугольного сырого бензола в присутствии потока водорода и под давлением. Она имеет подводящий трубопровод 5 для сырого бензола, отводящий трубопровод 6 для сырого бензола в головной части испарительной колонны 2, вытяжной трубопровод 7,для зумпфа для отвода испарительного остатка, а также подводящий трубопровод 8 в зоне головы испарительной колонны 2. В рамках технологической ступени очистки под давлением предусмотрен по меньшей мере один реактор 9, 9" для очистки под давлением для осуществления реакции обмена каменноугольного сырого бензола с образованием содержащего ароматические углеводороды исходного продукта, служащего для получения бензола. В примере выполнения оборудованы два реактора 9, 9" для очистки под давлением, которые установлены последовательно. При этом реактор 9 для очистки под давлением подключен к вытяжному трубопроводу 6 для вытяжки сырого бензола. К реактору 9" для очистки под давлением подключен конденсатор исходного продукта/сепаратор 10 для разделения водорода и исходного продукта. Отсюда получают исходный продукт. Технологическая стадия 4 перегонки имеет перегонную колонну 11 для разложения испарительного остатка на низкокипящую фракцию и высококипящую фракцию. Она оборудована трубопроводом 12 подвода испарительного остатка, а также вытяжным трубопроводом 13 в головной части перегонной колонны 11. При этом вытяжной трубопровод 12 перегонной колонны 11 подключен к подводящему трубопроводу в зоне головной части испарительной колонны 2. Между вытяжным трубопроводом 7 испарительной колонны 2 и трубопроводом 12 подвода испарительного остатка перегонной колонны 11 размещен элемент 14 управления количественным потоком. В вытяжном трубопроводе 13 перегонной колонны 11 оборудован конденсатор/сепаратор 15 для осуществления конденсации выводимой низкокипящей фракции испарительного остатка. Перегонная колонна 11 оборудована вводом 16 обратного потока для возврата части конденсированной низкокипящей фракции. Итак, обычным способом можно повлиять на селективность перегонной колонны. Перегонная колонна 11 имеет, наконец, боковой отвод 17 для отвода смеси, состоящей в основном из дициклопентадиена, кумарона, индена и индана. Конденсатор/сепаратор 10 исходного продукта через перепускную линию 18 водорода соединен с подводящей линией 5 сырого бензола испарительной колонны 2. К перепускной линии 18 водорода подсоединен трубопровод 19 подвода коксового газа для пополнения израсходованного водорода. В целом видно, что поток водорода в основном подается по циркуляционному контуру. На чертеже обозначены без ссылочных позиций теплообменники и элементы для подачи жидкости или газа/компрессоры. Они рассчитаны в соответствии с требованиями.

Способ по изобретению функционирует так, как поясняется ниже. Каменноугольный сырой бензол испаряется на технологической стадии 1 испарения с помощью испарительной колонны 2 в присутствии потока водорода и под давлением с образованием испарительного остатка. Выпаренный каменноугольный сырой бензол на технологической стадии 3 очистки под давлением, которая подключена к технологической стадии 1 испарения, вводится в реакцию с водородом на катализаторе с образованием исходного продукта. Испарительный остаток отводится их технологической стадии 1 испарения и на технологической стадии 4 перегонки разлагается на низко- и высококипящую фракцию. При этом высококипящая фракция отводится как поток зумпфа. Низкокипящая фракция испарительного остатка выводится из технологической стадии 4 перегонки, конденсируется и подводится в головную часть испарительной колонны 2 в виде обратного потока. При этом на технологической стадии 4 перегонки устанавливается двойной параметр давление газа/температура, при этом поток зумпфа, за исключением стирола, практически свободен от ароматических углеводородов с количеством атомов C менее 9. В частности, в технологической ступени 4 перегонки устанавливается давление, которое меньше или равно атмосферному давлению, а также температура, которая меньше, чем 200^oC. Как правило, температура лежит выше 100^oC. На основе этого температурного уровня или уровня давления в этой колонне от 5 до 55% испарительного остатка подвергается предварительному испарению при поступлении испарительного остатка на днище перегонной колонны. Перегонная колонна оснащена двадцатью теоретическими тарелками. На технологической стадии 1 испарения количественный поток выводимого испарительного остатка устанавливается в соответствии с концентрацией образующих полимеризат компонентов, содержащихся в каменноугольном сыром бензоле, в диапазоне от 6 до 40% количественного потока каменноугольного сырого бензола. Смесь дициклопентадиена, кумарона и индана отводится в перегонной колонне 11 с помощью бокового отвода 17 отдельно от потока зумпфа.

Опыты показали, что выпадающее в виде побочных продуктов количество высококипящей фракции технологической стадии перегонки уменьшается на 0,5-1% относительно использованного количества каменноугольного сырого бензола. К тому же выход углеводородов с количеством атомов C более 8 в высококипящей фракции относительно используемого количества каменноугольного сырого бензола составляет более 97%.

Исследования относительно образования отложений показали, что временной интервал между двумя паузами в технологическом процессе, необходимыми для устранения отложений, продлен приблизительно на 1 год и более.