利用液相模擬移動床從原料中同時分離多種組分的方法與流程
本發明涉及一種吸附分離方法，具體地說，是一種用液相模擬移動床吸附分離烴類同分異構體的方法。
背景技術：
利用液相模擬移動床(SMB)吸附分離方法對沸點差極小的同分異構體或具有不同結構特征的組分的分離是目前本領域中較為有效的方法。該方法實現了液固兩相逆流接觸，提高了分離效率。通常在SMB裝置具有至少三個功能區，應用較多的為四個區，也有少數五個區的情況。典型的SMB吸附分離過程至少包含原料F和解吸劑D兩股進料，至少包含抽出液E和抽余液R兩股出料。
US2985589、US3201491、US3969223、US3626020、US3686342、US3997620、US4006197、US4326092等專利中公開了模擬移動床吸附分離設備和方法及其用于對二甲苯分離、間二甲苯分離、烯烴和正構烷烴分離的方法。控制物料進出吸附塔的設備可以是旋轉閥，也可以是一系列開關閥。
CN201280028723.1公開了一種將原料和解吸劑平均分為多股物流注入SMB吸附分離裝置的方法，同時相應的將抽出液和抽余液也分為多股，將功能區由4個增加到4N個(N為自然數)，以此降低吸附裝置的壓力降。US4381419公開采用耦合輕質和重質兩種解吸劑的吸附分離過程降低吸附分離裝置能耗；兩個吸附分離裝置分別采用輕質和重質解吸劑，得到的抽出液匯入同一個精餾塔，通過分餾塔頂得到輕質解吸劑，塔底得到重質解吸劑，中部得到產品。US5093004公開采用強弱兩種解吸劑，得到兩股抽出液和一股抽余液，將吸附分離裝置分割為6個區域，把吸附原料中的至少三種組分分離成三股純凈的物流。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種利用液相模擬移動床從原料中同時分離多種組分的方法，該方法能同時得到兩種或兩種以上的高純度組分。
本發明提供的利用液相模擬移動床從原料中同時分離多種組分的方法，包括將含n個床層的液相模擬移動床分成m個吸附分離段，相鄰的兩個脫附劑D注入點之間的床層為一個吸附分離段，各吸附分離段沿床層內流體流動方向順序排列，注入物流與其相連的取出物流之間的床層形成模擬移動床的功能區；
每個吸附分離段均包括脫附區、提純區、吸附區和隔離區，脫附劑D注入和抽出液E取出之間的功能區為脫附區，抽出液E取出和原料F注入之間的功 能區為提純區，原料F注入和抽余液R取出之間的功能區為吸附區，抽余液R取出和脫附劑D注入之間的功能區為隔離區；
m股脫附劑D1、D2、……、Dm分別注入各吸附分離段的脫附區；吸附原料F1注入第一吸附分離段的吸附區，經吸附分離，不被吸附的組分作為抽余液R1由第一吸附分離段的吸附區排出后作為下一個吸附分離段的原料F2注入到第二吸附分離段的吸附區中，不被吸附的組分再作為下一個吸附分離段的原料，以此類推，直到第(m-1)吸附分離段的抽余油R(m-1)作為第m吸附分離段的原料Fm注入到第m吸附分離段的吸附區中，第m吸附分離段不被吸附的組分從其吸附區取出，為抽余油Rm；被各吸附分離段吸附的組分分別由各吸附分離段的提純區取出，分別得到抽出液E1、E2、……、Em；
所述液相模擬移動床各物流的注入點和取出點每經過一個步進時間ts同時向同一方向移動一個床層，并且移動方向與吸附床內流體流動方向相同，注入點和取出點沿流體流動方向依次為D1、E1、F1、R1、D2、E2、F2、R2、……、Dm、Em、Fm、Rm。
本發明方法利用液相模擬移動床吸附分離裝置的剩余處理能力，將其分成多個吸附分離段，在一個吸附分離段分出一股組分后，將抽余液送入下一段吸附分離區，再抽出另一組分，以此類推，可用同一吸附劑將吸附原料中的兩種或以上吸附能力有明顯差異的組分進行分離，得到兩種或兩種以上的高純度組分。
附圖說明
圖1為現有技術吸附分離C8芳烴中對二甲苯各區注入物料和取出物料的示意圖。
圖2為本發明方法用同一吸附劑分離含n種組分原料中的多種組分各吸附分離段注入和取出物料的示意圖。
圖3為本發明方法利用對二乙苯為脫附劑，從C8芳烴混合物中分別分離對二甲苯和乙苯的示意圖。
圖4為本發明方法利用對二乙苯和甲苯為脫附劑，且抽余油預先脫除脫附劑再作為下一個吸附分離段原料，從C8芳烴混合物中分別分離對二甲苯和乙苯的示意圖。
具體實施方式
本發明方法將液相模擬移動床已有的床層分成多個吸附分離段，整個吸附分離裝置有一股原料進入，一股抽余液抽出，多股脫附劑注入，多股抽出液取出，其它物流在裝置內進出。具體地，吸附原料從第一個吸附分離段注入，每個吸附分離段的抽余液均作為原料注入到下一個吸附分離段中，直到最后一個 吸附分離段，從最后一個吸附分離段取出抽余液，得到兩種或兩種以上的多種目的產物，使用相同或不同的脫附劑。本發明方法可充分利用現有的吸附分離裝置的設計處理能力，在吸附分離原料處理量減少或者吸附裝置擴能改造后設計能力提升的情況下，充分利用吸附分離裝置的富余處理能力，從吸附原料中同時提純多種組分，從而提高裝置的利用率。
本發明方法吸附分離過程使用的模擬移動吸附床包括一個或多個吸附塔，每個吸附塔被流體收集分配器分隔為多個吸附床層，所述流體收集分配器的功能是：將來自上一床層的物流重新分布到下一床層，將從外部引入的物流與來自上一床層的物流混合均勻，將來自上一床層的物流中的一部分引出吸附塔。流體收集分配器允許液體通過并攔截吸附劑顆粒逸出吸附劑床層，其上下表面一般采用金屬絲編織網、金屬燒結網或約翰遜網(Johnson Screen)。從外部引入的物流至某一床層，和從上一床層引出吸附塔的物流都通過與該床層流體收集分配器相連的管線進入和引出吸附床層。
本發明吸附分離的原料F1含有的具有明顯吸附選擇性差異的組分為3～6個，優選3～4個。
本發明液相模擬移動床的床層數n為24～36，優選為24，所述的m為2～4的整數，即將液相模擬移動床分成2至4個吸附分離段。進入各吸附分離段的m股脫附劑的可相同或不同；各個吸附分離段各功能區所包含的床層數可以相同也可以不同；各吸附分離段吸附分離的目的產物不同。
所述液相模擬移動床物料注入點和取出點布置位置如下：
各吸附分離段中，抽出液Ep取出點位于脫附劑Dp注入點和原料Fp注入點之間，原料Fp注入點、抽出液Ep取出點、脫附劑Dp注入點三者之間連續；
原料Fp注入點位于抽出液Ep取出點和抽余液Rp取出點之間，抽出液Ep取出點、原料Fp注入點、抽余液Rp取出點三者之間連續；
抽余液Rp取出點位于原料Fp注入點和下一段p+1段脫附劑Dp+1注入點之間，原料Fp、抽出液Rp取出點、脫附劑Dp+1注入點三者之間連續；
下一段p+1段脫附劑Dp+1注入點位于上一段抽余液Rp取出點和抽出液Ep+1取出點之間，抽余液Rp取出點、脫附劑Dp+1注入點、抽出液Ep+1取出點三者之間連續；
第一段脫附劑D1注入點位于最后一段m段抽余液Rm取出點和抽出液E1取出點之間，抽余液Rm取出點、脫附劑D1注入點、抽出液E1取出點三者之間連續；
p為1～m之間的整數。
上述物料注入點和取出點之間的“連續”是指在所述的連續點之間無其他 取出或注入點存在。
本發明方法中，將含有不同吸附能力組分的原料送入第一個吸附分離段，將第一吸附段不吸附組分由抽余液抽出，并且作為吸附原料注入第二吸附分離段的吸附區，根據進入各吸附分離段的吸附原料中的吸附組分含量調整各吸附分離段脫附區、提純區、吸附區和隔離區的吸附床層數。如將含有(m+1)種在同一種吸附劑上有明顯吸附能力差異的原料送入第一分離段，經吸附分離，將原料F1中的強吸附組分從抽出液E1中取出，剩余弱吸附組分從抽余液R1取出，作為原料F2注入到第二分離段，在第二吸附分離段，經吸附分離，將F2中的強吸附組分從抽出液E2中取出，剩余的弱吸附組分再從抽余液R2取出，作為原料F3注入到第三吸附段，以此類推，直到最后一股吸附原料Fm中的強吸附組分從抽出液Em中取出，剩余的弱吸附組分從抽余液Rm取出，原料中的吸附組分按照由強至弱分別從E1至Em取出，其余組分從Rm取出，脫附劑D1至Dm分別從不同位置注入。
本發明方法中，進入各吸附分離段的m股脫附劑可相同或不同，優選使用不同的脫附劑。在使用相同的脫附劑時，各吸附分離段的抽余油可直接作為原料注入下一個吸附分離段的吸附區，在使用不同的脫附劑時，優選先通過精餾脫除抽余油中的脫附劑再作為原料注入下一個吸附分離段的吸附區。
本發明方法所述的在同一吸附劑上吸附能力有明顯差異組分的吸附原料優選為含有至少三種異構體的C8芳烴混合物。所述脫附劑優選對二乙苯或者甲苯。
本發明方法適用于從C8芳烴混合物中同時分離提純兩種或者兩種以上C8芳烴組分，還可應用于正構烷烴及單甲基支鏈烷烴與其它結構烴類的分離、烯烴與烷烴的吸附分離。
本發明方法可根據原料組成，分配各吸附分離段的吸附區床層數以及功能區床層分配，以提高分離效率。優選將液相模擬移動床分成兩個吸附分離段，每段床層數為12～18個，可根據不同原料中目的吸附分離組分的含量大小調整吸附區床層數，如對具有兩個12個床層數的吸附分離段，進入第一分離段的原料中含有強吸附組分，并且使用強解吸劑，則將該吸附分離段的脫附區、提純區、吸附區和隔離區的床層比調為2：5：3：2，進入第二吸附分離段的原料中目的強吸附組分已經取出，需要分離出次強吸附組分，則將第二分離段脫附區、提純區、吸附區和隔離區的床層比調為2：4：4：2。
下面結合附圖說明本發明。
圖1為現有技術吸附分離C8芳烴中對二甲苯各區注入物料和排出物料的示意圖。圖1中，沿床層內液體流動方向分為四個區，依次為脫附區、提純區、 吸附區和隔離區，C8芳烴F進入吸附區，經吸附分離，對二甲苯吸附于吸附劑，其余組分和脫附劑作為抽余液R在原料注入點下方取出，經脫附后的對二甲苯與脫附劑作為抽出液E由原料注入點上方取出，脫附劑D在抽出液E取出點上方注入，脫附劑D注入位置和抽余液取出位置之間為隔離區。
圖2為本發明方法將模擬移動床分成m個吸附分離段的示意圖，圖中，以各脫附劑注入位置作為吸附分離段的界線，兩股脫附劑注入位置之間為一個吸附分離段，每個吸附分離段均設有脫附區、提純區、吸附區和隔離區，第m吸附分離段的隔離區與第一吸附分離段的脫附區相連。吸附原料從第一吸附分離段注入吸附區，該吸附分離段的抽余油作為原料注入下一吸附分離段的吸附區，以此類推，直到最后一個吸附分離段，抽余油取出后不再進入吸附塔，m股脫附劑分別進入m個吸附分離段，獲得m股抽出液。所述的m優選2或3。
圖3為本發明方法將模擬移動床分成2個吸附分離段吸附分離C8芳烴中對二甲苯和乙苯的示意圖。混合C8芳烴原料F1進入第一吸附分離段的吸附區，在原料注入位置下方取出抽余液R1，在上方取出抽出液E1，脫附劑D1在抽出液E1取出位置上方注入。抽余油R1直接作為第二吸附分離段的原料F2進入第二吸附分離段的吸附區，在原料F2注入位置下方取出抽余液R2，在上方取出抽出液E2，脫附劑D2在抽出液E2取出位置上方抽余液R1取出位置下方注入，脫附劑D1在抽出液E1和抽余液R2取出位置之間。第一吸附分離段的吸附目的組分為對二甲苯，第二吸附分離段的吸附目的組分為乙苯，脫附劑均為對二乙苯。
圖4為本發明方法將模擬移動床分成2個吸附分離段吸附分離C8芳烴中對二甲苯和乙苯的示意圖。混合C8芳烴原料F1進入第一吸附分離段的吸附區，在原料注入位置下方取出抽余液R1，在上方取出抽出液E1，脫附劑D1在抽出液E1取出位置上方注入。抽余液R1通過精餾脫除脫附劑之后作為第二吸附分離段的原料F2進入第二吸附分離段的吸附區，在原料注入位置下方取出抽余液R2，在上方取出抽出液E2，脫附劑D2在抽出液E2取出位置上方抽余液R1取出位置下方注入，脫附劑D1在抽出液E1和抽余液R2取出位置之間。第一段吸附分離區的吸附目的組分為對二甲苯，脫附劑D1為對二乙苯；第二段吸附分離區的吸附目的組分為乙苯，脫附劑D2為甲苯。
下面通過實例進一步詳細說明本發明，但本發明并不限于此。
對比例1
按圖1所示，用現有技術的分離方式從C8芳烴混合物中吸附分離對二甲苯。 吸附原料的組成為：乙苯(EB)15質量％、對二甲苯(PX)20質量％、間二甲苯(MX)50質量％、鄰二甲苯(OX)15質量％。
液相模擬移動床有24個吸附床層，每個床層長度為1.1米，直徑為1.9米，裝置設計的原料處理量為498.4L/min。整個吸附分離裝置具有一股原料F注入、一股脫附劑D注入、一股抽余液R取出、一股抽出液E取出，分為脫附區、提純區、吸附區和隔離區，各區床層分配如下：
脫附區(在脫附劑D注入和抽出液E取出之間)： 5個床層；
提純區(在抽出液E取出和原料F注入之間)： 9個床層；
吸附區(在原料F注入和抽余液R取出之間)： 7個床層；
隔離區(在抽余液R取出和脫附劑D注入之間)： 3個床層。
一個步進時間為85.0秒，每隔一個步進時間，各進出物料沿床層內液體流動方向移動一個床層。操作溫度177℃、操作壓力0.88MPa。吸附劑含95質量％的BaX沸石和5質量％的高嶺土。所用脫附劑為對二乙苯(PDEB)。
各物料流速如下：
原料F： 249.2L/min；
脫附劑D： 316.3L/min；
抽出液E： 119.4L/min；
抽余液R： 446.1L/min。
將所得抽出液和抽余液中的脫附劑除去，得到抽出油和抽余油，其中抽出油中對二甲苯純度為99.81質量％，收率為98.9質量％(相對吸附原料中PX含量)。
實例1
按圖3所示，將對比例1有24個吸附床層的液相模擬移動床裝置分成兩個吸附分離段，每段有12個床層，按床層內液體流動方向，第一吸附分離段位于第二吸附分離段的上游。整個吸附分離裝置有一股原料注入、兩股脫附劑注入、一股抽余液取出、兩股抽出液取出。兩個吸附分離段均有脫附區、提純區、吸附區和隔離區，各區床層分配如下：
第一吸附分離段：
脫附區1：2個床層； 提純區1：5個床層；
吸附區1：3個床層； 隔離區1：2個床層；
第二吸附分離段
脫附區2：2個床層； 提純區2：5個床層；
吸附區2：3個床層； 隔離區2：2個床層。
第一吸附分離段有兩股進料，分別為原料F1和脫附劑D1，兩股出料，分別為抽出液E1和抽余液R1，得到的抽余油R1直接作為第二吸附分離段的原料F2注入吸附分離裝置分離乙苯。
第二吸附分離段有兩股進料，分別為原料F2和脫附劑D2，兩股出料，分別為抽出液E2和抽余液R2。
原料F1各組分含量為：乙苯(EB)15質量％、對二甲苯(PX)20質量％、間二甲苯(MX)50質量％、鄰二甲苯(OX)15質量％。
一個步進時間為170秒，每隔一個步進時間，各進出物料沿床層內液體流動方向移動一個床層。操作溫度177℃、操作壓力0.88MPa。吸附劑含95質量％的BaX沸石和5質量％的高嶺土。脫附劑D1和D2均為對二乙苯(PDEB)。
各物料流速如下：
原料F1：249.2L/min； 原料F2：459.6L/min；
脫附劑D1：380.3L/min； 脫附劑D2：302.4L/min；
抽出液E1：179.3L/min； 抽出液E2：115.4L/min；
抽余液R1：459.6L/min； 抽余液R2：637.2L/min；
將所得抽出液和抽余液中的脫附劑除去，得到抽出油和抽余油，其中第一吸附分離段得到的抽出油的對二甲苯純度為99.70質量％，對二甲苯收率為99.5質量％；第二吸附分離段得到的抽出油的乙苯純度為99.43質量％，收率為47.5質量％。
實例2
按圖4所示，將對比例1有24個吸附床層的液相模擬移動床裝置分成兩個吸附分離段，每段有12個床層，按床層內液體流動方向，第一吸附分離段位于第二吸附分離段的上游。整個吸附分離裝置具有一股原料注入、兩股脫附劑注入、一股抽余液取出、兩股抽出液取出。兩個吸附分離段均有脫附區、提純區、吸附區和隔離區，各區床層分配如下：
第一吸附分離段：
脫附區1：2個床層； 提純區1：5個床層；
吸附區1：3個床層； 隔離區1：2個床層；
第二吸附分離段
脫附區2：2個床層； 提純區2：4個床層；
吸附區2：4個床層； 隔離區2：2個床層。
第一吸附分離段有兩股進料，分別為原料F1和脫附劑D1，兩股出料，分別為抽出液E1和抽余液R1，抽余油R1取出后經過分餾設備將脫附劑去除，然后再作為第二吸附分離段的原料F2注入吸附分離裝置分離乙苯。
第二吸附分離段有兩股進料，分別為原料F2和脫附劑D2，兩股出料，分別為抽出液E2和抽余液R2。
原料F1各組分含量為：乙苯(EB)15質量％、對二甲苯(PX)20質量％、間二甲苯(MX)50質量％、鄰二甲苯(OX)15質量％。
一個步進時間為189.8秒，每隔一個步進時間，各進出物料沿床層內液體流動方向移動一個床層。操作溫度177℃、操作壓力0.88MPa。吸附劑含95質量％的BaX沸石和5質量％的高嶺土。所用脫附劑D1為對二乙苯，D2為甲苯(TOL)。
各物料流速如下：
原料F1：199.4L/min； 原料F2：162.5L/min；
脫附劑D1：338.9L/min； 脫附劑D2：271.1L/min；
抽出液E1：176.2L/min； 抽出液E2：122.0L/min；
抽余液R1：364.8L/min； 抽余液R2：308.9L/min；
將所得抽出液和抽余液中的脫附劑除去，得到抽出油和抽余油，其中第一吸附分離段得到的抽出油的對二甲苯純度為99.72質量％，對二甲苯收率為99.5質量％；第二吸附分離段得到的抽出油的乙苯純度為99.51質量％，收率為79.3質量％。
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