ES2893305T3 - Métodos y aparatos para la adición de vapor a una caldera acoplada a una columna de destilación extractiva para una destilación extractiva mejorada - Google Patents
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Abstract
Un aparato (1) para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación, dicho aparato (1) que comprende: una columna (120) de destilación extractiva de destilación extractiva; una caldera (135) acoplado a la columna (120) de destilación extractiva; en donde la caldera (135) comprende además un dispositivo rociador de vapor interno; una línea (101) de entrada de la corriente de alimentación acoplada a la columna (120) de destilación extractiva; una línea (102) de entrada de disolvente acoplada a la columna (120) de destilación extractiva; una línea (107) de entrada de vapor acoplada al dispositivo rociador de vapor interno; y una línea de salida de vapor, en donde el aparato (1) está adaptado para que una corriente (108) de vapor generado dentro de la caldera (135) se envía de vuelta a la columna (120) de destilación extractiva y el líquido restante en la caldera (135) se envía como un producto líquido al fondo de la columna, y en donde la columna (120) de destilación extractiva comprende además una línea (109) de salida acoplada a la caldera (135) y adaptada para eliminar destilado y disolvente de la columna (120) de destilación extractiva.
Description
DESCRIPCIÓN
Métodos y aparatos para la adición de vapor a una caldera acoplada a una columna de destilación extractiva para una destilación extractiva mejorada
Antecedentes
El documento US 1560137 A divulga un aparato y método para la destilación extractiva. El documento US 5167675 A divulga un aparato y un método para la destilación que incluye una caldera con un rociador.
La adición de vapor vivo como vapor de extracción a una columna de destilación normalmente hace que las operaciones de destilación sean posibles a temperaturas más bajas que sin el vapor añadido. También se puede añadir vapor vivo cuando la columna de destilación es una columna de destilación extractiva. Normalmente, el vapor vivo se inyecta directamente en la carcasa de la columna debajo de la última bandeja colectora.
La incorporación de una caldera en un aparato de destilación para su uso como medio de calentamiento tiene numerosas ventajas operativas, entre las que se encuentran incluso hacer posible una destilación. Aunque se conoce el uso de calderas en la técnica de la destilación, no se ha descrito hasta ahora el uso simultáneo de unas calderas como medio de calentamiento para una columna de destilación y como medio para añadir vapor de extracción en un proceso de destilación extractiva.
En vista de lo anterior, los métodos y aparatos mejorados para la destilación extractiva usando una caldera tanto para calentar como para inyectar vapor de extracción tendrían importantes beneficios potenciales en la técnica. Además, las calderas que tienen un diseño modificado que permite una mayor eficiencia de transferencia de masa y calor también proporcionarían beneficios significativos en los aparatos y métodos de destilación extractiva descritos en el presente documento.
Compendio de la invención
La invención se establece en las reivindicaciones independientes 1 y 6.
En diversas realizaciones, se describen en el presente documento aparatos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación. Los aparatos incluyen una columna de destilación extractiva, una caldera acoplada a la columna de destilación extractiva y una línea de entrada de vapor. La caldera tiene un dispositivo rociador de vapor interno. La línea de entrada de vapor está acoplada al dispositivo rociador de vapor interno.
También se describen en el presente documento otras diversas realizaciones de aparatos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación. Los aparatos incluyen una columna de destilación extractiva, una caldera de tipo hervidor acoplado a la columna de destilación extractiva, una línea de entrada de corriente de alimentación, una línea de entrada de disolvente, una línea de entrada de vapor, una línea de salida para eliminar una mezcla de destilado y disolvente, y una línea de salida de vapor. La caldera tipo hervidor tiene un dispositivo rociador de vapor interno. La línea de entrada de vapor está acoplada al dispositivo rociador de vapor interno.
En otras diversas realizaciones, los aparatos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación incluyen una columna de destilación extractiva, una caldera acoplada a la columna de destilación extractiva y una línea de entrada de vapor. La caldera tiene un espacio interior y una superficie exterior. La línea de entrada de vapor está acoplada al espacio interior de la caldera.
En otras realizaciones, se describen en el presente documento métodos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación que contiene al menos un hidrocarburo. Los métodos incluyen a) extraer el al menos un hidrocarburo de la corriente de alimentación usando un disolvente para formar una mezcla de hidrocarburo/disolvente, b) inyectar vapor de extracción directamente en la carcasa de la caldera, c) añadir vapor como medio de calentamiento en los tubos de la caldera, d ) mezclar la mezcla de hidrocarburo/disolvente con el vapor de extracción a través de un dispositivo rociador de vapor ubicado internamente en la carcasa de la caldera, y e) vaporizar la mezcla de hidrocarburo/disolvente. En algunas realizaciones, los métodos incluyen además separar el al menos un hidrocarburo de la mezcla de hidrocarburo/disolvente después de la etapa de vaporización.
Breve descripción del dibujo
Para una comprensión más completa de la presente divulgación, y las ventajas de esta, se hace ahora referencia a la siguiente descripción que se tomará junto con el dibujo adjunto que describe realizaciones específicas de la divulgación, en donde:
La FIGURA 1 muestra un esquema de un aparato de destilación extractiva ilustrativo en el que el vapor de extracción se añade directamente a una caldera.
Descripción detallada de realizaciones ilustrativas
En la siguiente descripción, se establecen ciertos detalles tales como cantidades, concentraciones, tamaños, etc.
específicos para proporcionar una comprensión completa de las diversas realizaciones divulgadas en el presente documento. Sin embargo, resultará evidente para los expertos en la técnica que la presente divulgación se puede poner en práctica sin tales detalles específicos. En muchos casos, se han omitido detalles concernientes a tales consideraciones y similares en la medida en que dichos detalles no son necesarios para obtener una comprensión completa de la presente divulgación y están dentro de las habilidades de las personas con conocimientos ordinarios en la técnica relevante.
Con referencia al dibujo en general, se entenderá que las ilustraciones tienen el propósito de describir realizaciones particulares de la divulgación y no pretenden limitarlas. Además, los dibujos no están necesariamente a escala.
Aunque la mayoría de los términos usados en el presente documento serán reconocibles por los expertos en la técnica, debe entenderse que cuando no se definen explícitamente, los términos deben interpretarse como que adoptan un significado actualmente aceptado por los expertos en la técnica. En los casos en que la construcción de un término lo vuelva sin sentido o esencialmente sin sentido, la definición debe tomarse de Diccionario Webster, tercera edición, 2009. No deben incorporarse definiciones y/o interpretaciones de otras solicitudes de patente, patentes o publicaciones, relacionadas o no, a menos que se indique específicamente en esta memoria descriptiva o si la incorporación es necesaria para mantener la validez.
Como se usa en el presente documento, el término "aromático" se refiere a aromaticidad, una propiedad química en la que un anillo conjugado de enlaces insaturados, pares solitarios u orbitales vacíos exhiben una estabilización más fuerte de lo que se esperaría por la estabilización de la conjugación sola. También puede considerarse una manifestación de deslocalización cíclica y de estabilización por resonancia. Esto normalmente, se considera que se debe a que los electrones pueden circular libremente alrededor disposiciones circulares de átomos, que están alternativamente unidos entre sí por enlaces simples y dobles.
Como se usa en el presente documento, el término "alifático" se refiere a compuestos que tienen átomos de carbono que pueden unirse en cadenas lineales, cadenas ramificadas o anillos (en cuyo caso se denominan alicíclicos). Pueden estar unidos por enlaces simples (alcanos), enlaces dobles (alquenos) o enlaces triples (alquinos).
En diversas realizaciones, los métodos y aparatos descritos en la presente divulgación hacen que los procesos de destilación extractiva, particularmente los procesos de destilación extractiva aromática sean más eficientes. Los diversos aparatos y métodos descritos en el presente documento utilizan la inyección de vapor de extracción en una caldera acoplada a una columna de destilación extractiva de un aparato de destilación extractiva para lograr la mejora en la eficiencia. Tales aparatos y métodos se han utilizado en la recuperación de estireno a partir de gasolina de pirólisis sin tratar. El estireno producido por los métodos y aparatos descritos en el presente documento puede denominarse en lo sucesivo GT-Estireno. Un experto en la técnica reconocerá que pueden extraerse hidrocarburos distintos del estireno de una corriente de alimentación utilizando los aparatos y métodos descritos en el presente documento. Por ejemplo, otros hidrocarburos pueden incluir BTX (benceno/tolueno/xilenos), isopreno, butadieno y otros compuestos vinil aromáticos.
En el proceso de destilación extractiva de GT-Estireno, los hidrocarburos C8 hidro tratados, que incluyen el estireno, se extraen de una corriente de alimentación de gasolina de pirólisis utilizando una columna de destilación extractiva (EDC). En una operación de vapor-líquido, un disolvente extrae selectivamente el estireno en la parte inferior del EDC, mientras rechaza otros compuestos aromáticos C8 y componentes no aromáticos (es decir, compuestos alifáticos) en una corriente de refinado en la parte superior del EDC. El disolvente puede variar sin limitación. En diversas realizaciones, el EDC es una columna empaquetada. En diversas formas de realización, el EDC funciona al vacío. El calor para el EDC se suministra desde a una caldera que utiliza vapor como medio de calentamiento. El disolvente enriquecido en estireno se retira del fondo del EDC y posteriormente se alimenta a una columna de recuperación de disolvente (SRC). Se separa el estireno y, a continuación, el disolvente se envía de vuelta al EDC.
En diversas realizaciones se describen en el presente documento aparatos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación. Los aparatos incluyen una columna de destilación extractiva, una caldera acoplada a la columna de destilación extractiva y una línea de entrada de vapor. La caldera tiene un dispositivo rociador de vapor interno. La línea de entrada de vapor está acoplada al dispositivo rociador de vapor interno.
En otras diversas realizaciones, los aparatos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación incluyen una columna de destilación extractiva, una caldera acoplada a la columna de destilación extractiva y una línea de entrada de vapor. La caldera tiene un espacio interior y una superficie exterior. La línea de entrada de vapor está acoplada al espacio interior de la caldera.
En algunas realizaciones de los aparatos, la columna de destilación extractiva es un sistema de vaporización de una etapa. Sin embargo, en otras realizaciones de los aparatos, se pueden formar sistemas de vaporización de dos, tres o múltiples etapas mediante la columna de destilación extractiva.
En algunas realizaciones, de los aparatos, la línea de entrada de vapor es un circuito de generación del sistema de vapor. Dichos circuitos de generación del sistema de vapor proporcionan el equilibrio de agua del sistema en una realización. Por ejemplo, el vapor de extracción que se origina en el equilibrio de agua del sistema (circuito de generación del sistema de vapor) se inyecta en la parte inferior del EDC para ayudar en la operación de destilación
extractiva y para reducir la temperatura en la parte inferior del EDC. En algunas realizaciones, los efectos del vacío también se combinan con la adición de vapor en la parte inferior del EDC para disminuir la temperatura. Posteriormente, el agua se transporta desde el EDC en la fase de refinado, se separa del mismo y se convierte nuevamente en vapor de extracción en un proceso de circuito cerrado para operaciones de extracción adicionales. Para el proceso de destilación extractiva de GT-Estireno descrito en el presente documento, la disminución de la temperatura es particularmente ventajosa porque la polimerización del estireno en el EDC se elimina o se reduce sustancialmente.
En diversas realizaciones, la inyección de vapor de extracción se realiza directamente en la base del espacio interno de la caldera. Tal orientación de la inyección de vapor proporciona ventajosamente la mayor eficiencia de transferencia de masa/calor de la inyección de vapor de extracción. Otras diversas modificaciones para inyectar el vapor de extracción en el espacio interno de la caldera también se encuentran dentro del espíritu y alcance de la presente divulgación. Por ejemplo, la inyección de vapor de extracción debajo de la última bandeja del e Dc (sin hervidor) o por encima de la caldera (debajo de la bandeja colectora) no tendrá una eficiencia de transferencia de masa/calor tan alto. En cualquiera de estas otras diversas realizaciones, se puede utilizar la aplicación diferencial de vacío o el aumento de la velocidad de adición de vapor de extracción, por ejemplo, para mejorar la eficacia del proceso de destilación extractiva.
En las diversas realizaciones descritas en el presente documento, se utiliza la inyección de vapor de extracción en la caldera para facilitar la extracción de hidrocarburos aromáticos. En diversas realizaciones, el hidrocarburo aromático es estireno u otros compuestos vinil aromáticos. Como se mencionó anteriormente, los aparatos y métodos de la presente divulgación son ventajosos al operar a temperaturas a las que no se promueve la polimerización de compuestos vinil aromáticos.
En diversas realizaciones de la presente divulgación, se usa una caldera de tipo hervidor. Sin embargo, un experto en la técnica reconocerá que se puede usar cualquier tipo de calderas en los métodos y aparatos descritos en el presente documento. Estas calderas alternativas incluyen, por ejemplo, las calderas de termosifón y las calderas de circulación forzada. En las realizaciones descritas en el presente documento, las calderas de tipo hervidor proporcionan ventajosamente un tiempo de residencia elevado y un arrastre de líquido bajo para un proceso de destilación extractiva utilizando la inyección de vapor de extracción directamente en el espacio interior de la carcasa de la caldera.
La caldera se puede modificar para mejorar la eficiencia del proceso de destilación extractiva utilizando la masa calculada y la eficiencia de transferencia de calor del destilado. Aunque se puede usar una caldera de cualquier tamaño en los presentes métodos y aparatos, el tamaño de la caldera debería ser, preferiblemente, suficiente para proporcionar un tiempo de residencia eficaz para que se produzca una transferencia de masa suficiente entre la fase líquida y la fase gaseosa. Un tiempo de residencia efectivo depende, por ejemplo, de la composición de la corriente de alimentación que se está procesando, y una persona con habilidad normal en la técnica puede determinar fácilmente un tiempo de residencia efectivo dependiendo de los requisitos específicos del proceso. En diversas realizaciones, las calderas de la presente divulgación se han modificado para incluir también un dispositivo rociador de vapor interno que proporciona ventajosamente una mejor distribución del vapor dentro del espacio interior de su carcasa.
En otras diversas realizaciones, los aparatos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación incluyen una columna de destilación extractiva, una caldera de tipo hervidor acoplado a la columna de destilación extractiva, una línea de entrada de la corriente de alimentación, una línea de entrada de disolvente, una línea de entrada de vapor, una línea de salida para eliminar una mezcla de destilado y disolvente, y una línea de salida de vapor. La caldera tipo hervidor tiene un dispositivo rociador de vapor interno. La línea de entrada de vapor está acoplada al dispositivo rociador de vapor interno.
En otras realizaciones, se describen en el presente documento métodos para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación que contiene al menos un hidrocarburo. Los métodos incluyen a) extraer el al menos un hidrocarburo de la corriente de alimentación usando un disolvente para formar una mezcla de hidrocarburo/disolvente, b) inyectar vapor de extracción directamente en la carcasa de la caldera, c) añadir vapor como medio de calentamiento en los tubos de la caldera, d ) mezclar la mezcla de hidrocarburo/disolvente con el vapor de extracción a través de un dispositivo rociador de vapor ubicado internamente en la carcasa del hervidor, y e) vaporizar la mezcla de hidrocarburo/disolvente. En algunas realizaciones, los métodos incluyen además separar el al menos un hidrocarburo de la mezcla de hidrocarburo/disolvente después de la etapa de vaporización. En algunas realizaciones, la carcasa de la caldera es la de una caldera de tipo hervidor.
Ejemplo experimental:
El siguiente ejemplo se proporciona para ilustrar más completamente algunas de las realizaciones divulgadas anteriormente. Los expertos en la técnica deberían apreciar que el ejemplo que sigue representa un modo ejemplar para la práctica de la divulgación.
Ejemplo 1: Aparato de destilación extractiva que contiene una caldera. Las diversas realizaciones de la presente divulgación ahora se entenderán mejor con referencia a la FIGURA 1. La FIGURA 1 muestra un esquema de un aparato 1 ilustrativo de destilación extractiva en el que el vapor de extracción se añade directamente a una caldera. Como se muestra en la FIGURA 1, una corriente de alimentación de C8 hidro tratada (que contiene estireno) se extrae
de gasolina de pirólisis y se añade a la columna 120 de destilación extractiva a través de la línea 101 de entrada de la corriente de alimentación. En el presente ejemplo, el corte extracción C8 es rica en estireno (~30 a 40% en peso). La columna 120 de destilación extractiva es una columna empaquetada conectada a la línea 101 de entrada del flujo de alimentación y línea 102 de entrada de disolvente. En diversas realizaciones, el aparato de destilación extractiva se opera al vacío. En diversas realizaciones, el disolvente pobre se alimenta a la columna 120 de destilación extractiva a través de la línea 102 de entrada de disolvente en un intervalo de temperatura entre aproximadamente 70 °C y aproximadamente 100 °C.
La columna 120 de destilación extractiva está acoplada a la caldera 135 de tipo hervidor. La entrada de calor en la caldera 135 de tipo hervidor es proporcionado por la línea 106 de entrada de vapor saturado. El vapor saturado se condensa dentro de los tubos de la caldera. En diversas realizaciones, la temperatura del fondo de la columna 120 de destilación extractiva se controla, utilizando una caldera 135 de tipo hervidor, para ser aproximadamente 120 °C o menos. Ventajosamente, tales temperaturas no conducen relativamente a la polimerización del estireno en el fondo de la columna.
En diversas realizaciones de los aparatos de destilación extractiva, en una operación de vapor-líquido, el disolvente pobre extrae el estireno en el fondo de la columna 120 de destilación extractiva, mientras se rechaza el refinado (otros hidrocarburos aromáticos C8 e hidrocarburos no aromáticos) en la parte superior de la columna 120 de destilación extractiva .Los vapores de la parte superior de la columna se condensan y se envían al separador 130 a través de la línea 125, después de pasar por el condensador 127. En el separador 130, una fase acuosa se elimina por separación de fases y se pasa a través de la línea 104 de eliminación de agua. El agua decantada en la línea 104 de eliminación de aguase bombea como agua de proceso a través de un circuito de generación del sistema de vapor (no se muestra) y se devuelve a la caldera 135. Una vez en la caldera 135, el agua se convierte en vapor de extracción, que entra en la caldera 135 a través de la línea 107 de vapor de extracción en la base de la caldera. En una realización, la fracción de hidrocarburos (refinado) que queda en el separador 130 después de que la separación de agua se bombea de nuevo a la columna 120 de destilación extractiva a través de la línea 105 de reflujo, a una relación de reflujo de aproximadamente 1. Alternativamente, el refinado se puede extraer del sistema a través de la línea 103 de eliminación de reflujo.
El vapor de extracción de la línea 107 de vapor de extracción se rocía internamente en la caldera 135 y mezclado con corriente 109 líquida de la columna 120 de destilación extractiva. Después, la corriente 108 de vapor generada por el vapor de extracción dentro del caldera 135 se envía de vuelta a la columna 135 de destilación extractiva debajo de la bandeja 150 colectora. La corriente 108 de vapor proporciona un disolvente pobre para continuar el proceso de destilación extractiva y calienta aún más la columna 120 de destilación extractiva. El líquido restante en la caldera 135 (que contiene estireno y disolvente) se envía a través de la línea 110 de caldera como producto líquido al fondo de la columna. Desde allí, el estireno más el disolvente se bombea a través de la línea 111 a la columna 160 de recuperación de disolvente.
La caldera 135 está construido especialmente para los procesos de destilación extractiva de la presente divulgación para proporcionar una extracción eficiente. Como se mencionó anteriormente, el vapor de extracción se añade a la caldera 135 a través de la línea 107 de vapor de extracción. Una vez en la caldera 135, el vapor de extracción entra en el dispositivo 140 de rociado interno. La adición de vapor de extracción reduce ventajosamente la presión parcial del estireno extraído. Saliendo de la caldera 135, el estireno más disolvente se envía como producto líquido a través de la línea 110 de caldera al fondo de la columna 120 de destilación extractiva.
La corriente de estireno más disolvente en línea 111 se envía a la columna 160 de recuperación de disolvente, donde el estireno se separa del disolvente como producto puro. A continuación, el disolvente se envía de vuelta a la columna 120 de destilación extractiva a través de la línea 102, según sea necesario.
Como es conocido por un experto en la técnica, la eficiencia de transferencia de masa de una operación de extracción con vapor se define como:
Ev - presión parcial real del material en la salida
presión parcial del material si el equilibrio prevalece
normalmente, se asume que la eficiencia de transferencia de masa para las calderas es del 100% (cerca de una etapa teórica). Sin embargo, la eficiencia de transferencia de masa del 100% no es aplicable cuando el vapor de extracción se añade directamente a una caldera, especialmente para calderas verticales donde el tiempo de residencia en la zona de contacto (entre el vapor y la fase líquida que entra a la caldera) no es lo suficientemente largo. Se encontró que el tipo de caldera tipo hervidor descrito en la presente realización de la FIGURA 1 proporcionaba ventajosamente un alto tiempo de residencia (contacto íntimo) entre las fases. Se estableció un modelo para estimar/calcular la eficiencia, y esto formó la base para el dimensionamiento mecánico y el aparato de rociador de la caldera.
Claims (10)
1. Un aparato (1) para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación, dicho aparato (1) que comprende:
una columna (120) de destilación extractiva de destilación extractiva;
una caldera (135) acoplado a la columna (120) de destilación extractiva;
en donde la caldera (135) comprende además un dispositivo rociador de vapor interno;
una línea (101) de entrada de la corriente de alimentación acoplada a la columna (120) de destilación extractiva; una línea (102) de entrada de disolvente acoplada a la columna (120) de destilación extractiva;
una línea (107) de entrada de vapor acoplada al dispositivo rociador de vapor interno; y
una línea de salida de vapor,
en donde el aparato (1) está adaptado para que una corriente (108) de vapor
generado dentro de la caldera (135) se envía de vuelta a la columna (120) de destilación extractiva y el líquido restante en la caldera (135) se envía como un producto líquido al fondo de la columna, y
en donde la columna (120) de destilación extractiva comprende además una línea (109) de salida acoplada a la caldera (135) y adaptada para eliminar
destilado y disolvente de la columna (120) de destilación extractiva.
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde la caldera (135) es una caldera de tipo hervidor.
3. El aparato (1) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la columna (120) de destilación extractiva comprende un sistema de vaporización de una etapa.
4. El aparato (1) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la línea (106) de entrada de vapor comprende un circuito de generación del sistema de vapor.
5. El aparato (1) de la reivindicación 1, en donde la caldera (135) se selecciona del grupo que consiste en una caldera de tipo hervidor, una caldera de termosifón y una caldera de circulación forzada.
6. Un método para la destilación extractiva de un extracto de una corriente de alimentación que comprende al menos un hidrocarburo usando el aparato de la reivindicación 1, dicho método que comprende:
a) proporcionar una corriente de alimentación a la columna (1) de destilación extractiva para extraer el al menos un hidrocarburo de la corriente de alimentación usando un disolvente para formar una mezcla de hidrocarburo/disolvente; b) inyectar vapor de extracción directamente en la caldera (135) y añadir vapor como medio de calentamiento en los tubos de la caldera dentro de la caldera (135);
c) proporcionar la mezcla de hidrocarburo/disolvente de la columna (120) de destilación extractiva a la caldera (135) y mezclar la mezcla de hidrocarburo/disolvente con el vapor de extracción a través de un dispositivo rociador ubicado internamente en la carcasa de la caldera; y
d) vaporizar la mezcla de hidrocarburo/disolvente.
7. El método de la reivindicación 6, que comprende, además:
separar el al menos un hidrocarburo de la mezcla de hidrocarburo/disolvente después de la etapa de vaporización.
8. El método de la reivindicación 6, en donde la carcasa del hervidor comprende una caldera de tipo hervidor.
9. El método de la reivindicación 6, en donde el extracto es un hidrocarburo aromático.
10. El método de la reivindicación 6, en donde el hidrocarburo aromático es estireno.
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