Способ превращения этилбензола

Способ превращения этилбензола

Реферат

 

Изобретение относится к способу, в котором поток сырья, содержащий этилбензол, пропускают через мембрану молекулярного сита, и устройству для его осуществления. По меньшей мере часть этилбензола, который проходит через мембрану, превращают в бензол и/или ксилолы. Технический результат - повышение превращения этилбензола в потоке ароматических C₈-продуктов в пара-ксилол. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу конверсии этилбензола и к химической установке для его осуществления. Изобретение относится, в частности, к применению мембран молекулярных сит для улучшенных выделения и конверсии этилбензола.

В нефтехимическом производстве систему некоторых из наиболее важных технологических потоков составляют те, которые включают ароматические компоненты, в частности ароматические С₆-С₈ компоненты, причем они являются ценным источником сырых материалов для получения высокоценных продуктов последующей части технологической цепи. С использованием потоков таких продуктов могут быть получены бензол, толуол и ароматические С₈продукты, которые являются особенно ценными. Ароматические С₈продукты представляют собой орто-ксилол, мета-ксилол, пара-ксилол и этилбензол. Из ксилолов часто наибольшим спросом пользуется пара-ксилол, однако поскольку точки кипения этилбензола, орто-, мета- и пара-ксилолов (в дальнейшем обозначены общим термином "ароматические С₈продукты") близки, их трудно разделить фракционной перегонкой. Следствием этого явилась разработка различных альтернативных методов выделения пара-ксилола и других ароматических С₈продуктов из потоков, включающих ароматические продукты. Наиболее распространенными среди таких методов являются фракционированная кристаллизация, основанная на использовании разницы между точками замерзания у этилбензола, орто-, мета- и пара-ксилолов, и селективная адсорбция, при осуществлении которой для селективной адсорбции пара-ксилола из потоков ароматических С₈продуктов обычно применяют цеолитные материалы; адсорбированный пара-ксилол выделяют после десорбции из цеолита. Когда осуществляют любой из этих методов, из потока ароматических С₈продуктов с высоким выходом можно выделять пара-ксилол. Получаемый в результате осуществления метода кристаллизации фильтрат или получаемый в случае адсорбционного метода рафинат обеднен пара-ксилолом и содержит относительно большие количества этилбензола, орто- и мета-ксилолов. После осуществления метода кристаллизации или адсорбции такой поток, как правило, подвергают дальнейшей обработке.

В случае пара-ксилолового контура одним из дополнительных последующих процессов является процесс изомеризации, который проводят с целью увеличить долю пара-ксилола в потоке продуктов, обедненном пара-ксилолом, отводимом из таких процессов, как фракционированная кристаллизация или селективная адсорбция. Ксилолы, среди которых превалируют орто- и мета-ксилолы, можно при соответствующих температуре и давлении вводить в контакт с катализатором изомеризации, результатом чего является превращение некоторого количества орто- и мета-ксилола в пара-ксилол. Обычно необходимо также превращать большую часть этилбензола с целью предотвратить его накопление в высоких концентрациях в контуре, а также для получения более полезных ароматических продуктов, таких как пара-ксилол и бензол. Катализатор может быть выбран с учетом возможности превращения этилбензола в бензол и/или в орто-ксилол и мета-ксилол через нафтеновые промежуточные С₈ продукты и/или ароматические С₁₀продукты и бензол через переалкилирование. Катализатор конверсии этилбензола в орто-ксилол может также быть катализатором изомеризации ксилолов, и в этом случае орто-ксилол из этилбензола превращают в равновесную смесь ксилолов.

Такие известные способы получения пара-ксилола включают, как правило, сочетание изомеризации с фракционированной кристаллизацией и/или адсорбционным разделением. Проблема в случае этих сочетаний состоит в том, что, несмотря на улучшение рабочих характеристик катализаторов, технология изомеризации оказывается все еще относительно неэффективной при превращении этилбензола в бензол или ксилолы и позволяет получать только равновесные или почти равновесные смеси ксилолов. Следствием этого является то, что для обеспечения превращения максимальных количеств ароматических С₈продуктов в пара-ксилол совместно или без дополнительного выделения, если необходимо, орто-ксилола и/или мета-ксилола при осуществлении таких способов требуется рециркуляция больших количеств продуктов с ксилолами. Более того, в процессе изомеризации ксилолов с целью обеспечить адекватное превращение этилбензола в требуемый продукт установка для изомеризации ксилолов обычно работает в относительно жестких условиях, таких как высокая температура. Такие жесткие рабочие условия приводят к потерям значительных количеств ксилолов в установке для изомеризации ксилолов. Кроме того, в системе нефтехимического производства имеется ряд технологических потоков, которые включают ароматические продукты и которые обычно не применяют в качестве сырья в процессе выделения пара-ксилола. Такие потоки могут включать большие количества этилбензола, например потоки пиролизных С₈продуктов бензиновой фракции, которые могли бы служить ценным источником других ароматических продуктов, таких как пара-ксилол. Обычно эти потоки направляют в резервуар для автомобильного бензина.

Таким образом, в основу изобретения была положена задача разработать усовершенствованные способы и создать усовершенствованные химические установки для конверсии содержащих этилбензол потоков, например потоков с ароматическими С₈ продуктами, которые непосредственно предназначены для решения проблем, связанных с рециркуляцией больших количеств материалов, в частности, в результате низкой степени этилбензоловой конверсии.

Цеолитные мембраны описаны в различных публикациях, например US 4699892, US 5100596, ЕР 0481658, ЕР 0481659, ЕР 0481660, WO 92/13631, WO 93/00155, WO 94/01209 и WO 94/25151. Однако в этих публикациях не сказано ни о том, как использовать такие мембраны в реальных процессах конверсии этилбензола в нефтехимическом производственном цикле, ни о том, как применять такие мембраны в сочетании с известными способами с целью значительно улучшить получение пара-ксилола из продуктов, содержащих этилбензол.

Таким образом, объектом настоящего изобретения являются химическая установка и способ, применение которых позволяют повысить известный уровень техники превращения этилбензола, в частности превращения этилбензола в потоке ароматических ₈ продуктов в пара-ксилол. Сущность настоящего изобретения состоит в особом применении устройства с мембраной молекулярного сита и способа в процессе конверсии этилбензола. По настоящему изобретению мембраны молекулярных сит используют для непрерывного выделения этилбензола или смеси этилбензола/пара-ксилола из сырья, причем этот этилбензол можно превращать в ксилолы и/или бензол.

Применение в таком процессе конверсии установки с мембраной молекулярного сита и предлагаемого способа позволяет существенно усовершенствовать конверсию этилбензола. Когда процесс составляет часть ксилолового контура, это также позволяет усовершенствовать процесс получения пара-ксилола в сравнении с выделением пара-ксилола при осуществлении известных способов.

Таким образом, по настоящему изобретению предлагается способ превращения этилбензола в бензол и/или ксилолы, который включает: (а) подачу по меньшей мере части потока, включающего этилбензол, в устройство с мембраной молекулярного сита, включающее мембрану молекулярного сита, в течение периода времени и в таких условиях, чтобы по меньшей мере часть этилбензола проходила через мембрану молекулярного сита до стороны растворенного вещества у этой мембраны, и (б) превращение этилбензола по меньшей мере в части этого растворенного вещества в бензол и/или ксилолы.

В одном из вариантов осуществления этот способ конверсии этилбензола составляет часть контура выделения ксилола. В этом варианте предпочтительный исходный материал, подаваемый в устройство с мембраной молекулярного сита, отводят из процесса выделения пара-ксилола, и он представляет собой обедненный пара-ксилолом поток, отводимый из такого процесса, который обогащен этилбензолом в сравнении с исходным материалом, направляемым в процесс выделения пара-ксилола. В этом варианте предпочтительно также, чтобы в установке для конверсии этилбензола, которая расположена в технологической линии после устройства с мембраной молекулярного сита, обеспечивались конверсия этилбензола и подача по меньшей мере части растворенного вещества из устройства с мембраной молекулярного сита в установку для конверсии этилбензола. В установке для конверсии этилбензола образуется поток, который обеднен этилбензолом в сравнении с растворенным веществом из устройства с мембраной молекулярного сита и который обогащен продуктами конверсии этилбензола, такими как бензол и/или ксилолы. В этом варианте предпочтительно также вводить конверсионный поток из установки для конверсии этилбензола, необязательно объединенный с задерживаемым материалом из устройства с мембраной молекулярного сита, в процесс изомеризации ксилолов во второй изомеризационной установке с получением изомеризатного потока, который обогащен пара-ксилоловым компонентом в сравнении с исходным материалом, направляемым в изомеризационную установку, и вводить этот изомеризатный поток в процесс выделения пара-ксилола.

В предпочтительном варианте предусмотрено дополнительное устройство с мембраной молекулярного сита, которое в технологической линии расположено после установки для пара-ксилоловой изомеризации и в котором получают растворенное вещество, обогащенное пара-ксилолом в сравнении с изомеризатом. В предпочтительном варианте это дополнительное устройство с мембраной молекулярного сита дополнительно включает катализатор изомеризации ксилолов.

Во втором варианте катализатор конверсии этилбензола содержится либо как часть мембраны молекулярного сита, либо в технологической линии после мембраны молекулярного сита, но в непосредственной близости к этой мембране, либо его используют одновременно в обоих вариантах. В наиболее предпочтительном варианте катализатор изомеризации в устройстве с мембраной молекулярного сита расположен в непосредственной близости от мембраны и со стороны растворенного вещества у этой мембраны. В таком варианте можно не применять установку для конверсии этилбензола, если этот вариант используют в ксилоловом контуре.

В дополнительном варианте или в каждом устройстве с мембраной молекулярного сита предусмотрено наличие двух или большего числа чередующихся зон катализатора и мембраны молекулярного сита.

По настоящему изобретению далее предлагается установка для конверсии этилбензола, включающая: (а) устройство с мембраной молекулярного сита, включающее мембрану молекулярного сита, и (б) средство для конверсии этилбензола, где это средство конверсии этилбензола расположено в технологической линии после мембранного устройства.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения мембрану молекулярного сита используют для селективного выделения этилбензола с небольшим количеством пара-ксилола из обедненного пара-ксилолом исходного потока, как это обычно определяют после, например, процесса выделения пара-ксилола. В этом варианте устройство с мембраной молекулярного сита размещают в технологической линии перед установкой для конверсии этилбензола. Исходный материал, направляемый в конверсионную установку, обогащают этилбензолом, и он повышает эффективность процесса конверсии этилбензола в этой установке. Продукты, отводимые из этой установки, существенно обеднены этилбензолом и обогащены пара-ксилолом, и их можно направлять в обычную установку для пара-ксилоловой изомеризации совместно с задерживаемым материалом из устройства с мембраной молекулярного сита. В таком процессе для конверсии уменьшенных количеств этилбензола необходима установка для пара-ксилоловой изомеризации, и, следовательно, она может работать при пониженных температурах и фактически представлять собой жидкофазную изомеризационную установку, которая не обладает какой-либо эффективностью при конверсии этилбензола. В целом эффект такого применения мембраны молекулярного сита состоит в оптимизации превращения этилбензола в ценные ксилолы и в существенном уменьшении потерь ксилолов, которые обычно случаются благодаря применению высокотемпературных изомеризационных установок, таких как ISOMAR^ТМ или MHTI^ТМ. В соответствии с другой модификацией этого варианта выполнения настоящего изобретения предусмотрено введение в устройство с мембраной молекулярного сита каталитического компонента. Этот каталитический компонент может быть рассчитан на конверсию этилбензола и может находиться в самой мембране. Такой каталитический компонент можно эффективно размещать вблизи мембраны со стороны растворенного вещества у этой мембраны молекулярного сита. Функция указанного катализатора состоит в катализе превращения этилбензола в ксилолы. Цель этого заключается в обеднении или поддержании относительно низкой концентрации этилбензола со стороны растворенного вещества у мембраны, благодаря чему улучшается градиент концентрации на пути через мембрану, который выступает в качестве возросшей движущей силы, вызывающей транспортировку этилбензола через мембрану. Если катализатор конверсии этилбензола в устройстве с мембраной молекулярного сита оказывается особенно эффективным, какая-либо необходимость в установке для конверсии этилбензола, которая расположена в технологической линии после устройства с мембраной молекулярного сита, может отпасть. В еще одном варианте в технологической линии после установки для пара-ксилоловой изомеризации может быть размещено второе устройство с мембраной молекулярного сита для селективного выделения или для селективного выделения и пара-ксилоловой изомеризации. Поток растворенного вещества из установки для изомеризации ксилолов или второго устройства с мембраной молекулярного сита, если оно предусмотрено, можно разделять на фракции для удаления материалов, кипящих ниже и выше температуры кипения ксилолов, например бензола, толуола и ароматических ₉продуктов, и затем направлять в установку для выделения пара-ксилола. Поток задерживаемого материала необязательно можно объединять с потоком растворенного вещества и эти объединенные потоки разделять на фракции и направлять в установку выделения обогащенного пара-ксилолом потока.

Помимо наличия мембраны молекулярного сита, устройство с мембраной молекулярного сита может включать дополнительные элементы, которые необходимы для работы этого мембранного устройства в выбранной области применения. Обычно выбор таких дополнительных элементов в определенной степени зависит от конкретных особенностей выбранной цели применения и модальности работы устройства с мембраной молекулярного сита.

В процессах разделения мембраны молекулярных сит, прежде всего цеолитные мембраны, могут работать по самым различным принципам в зависимости от фазового состояния (т.е. газообразного или жидкого), состава и давления исходного материала. Двумя из этих принципов работы являются диффузионное испарение и диффузионная экстракция. В случае диффузионного испарения исходный материал находится в жидкой форме: фаза и молекулы, проникающие через мембрану, со стороны растворенного вещества переходят в газовую фазу. В случае диффузионной экстракции молекулы, проходящие через мембрану молекулярного сита, со стороны растворенного вещества удаляют с помощью смывающего потока. Смывающий поток может находиться либо в жидкой, либо в газовой фазе. Когда и исходный материал, и смывающий поток находятся в газовой фазе, принцип проведения операции называют газофазной диффузионной экстракцией. Настоящее изобретение применимо как к этим, так и к другим возможным принципам работы мембраны молекулярного сита в процессе разделения. Предпочтительным принципом работы является газофазная диффузионная экстракция.

Мембраны молекулярных сит могут быть также использованы в реакторе с каталитической мембраной. Реактор с каталитической мембраной, помимо мембраны молекулярного сита, включает катализатор внутри мембраны или катализатор вблизи мембраны, или его одновременно используют в обоих вариантах. Каталитическую мембрану с катализатором вблизи мембраны называют реактором с селективно проницаемой стенной мембраной.

В случае, когда устройство с мембраной молекулярного сита используют в газофазной диффузионной экстракции этилбензола или пара-ксилола, устройство с мембраной молекулярного сита может включать дополнительные элементы, обеспечивающие применение смывающего потока со стороны растворенного вещества у мембраны, применение обдувающего потока со стороны удерживаемого материала у мембраны, средство создания и поддержания отрицательного перепада давления на пути через мембрану, нагреватель для устройства, средство предварительного подогрева смывающего и/или обдувающего потоков и средство отделения смывающего и/или обдувающего потоков от соответственно потоков растворенного вещества и задерживаемого материала. Когда устройство с молекулярным ситом применяют в сочетании с изомеризационной установкой, в комбинации с такой установкой можно применять некоторые или все эти дополнительные элементы. Некоторые из этих элементов можно также применять в сочетании с другими технологическими установками, размещенными в технологической линии до или после указанных элементов. Конкретно характер и мера их участия обычно в определенной степени зависят от экономических факторов, которые обусловливают возможность применения дополнительного элемента для обеих частей процесса, например нагревателей потоков, теплообменников, компрессоров и т.д. В идеальном варианте мембрану молекулярного сита вводят в модуль таким образом, как это описано ниже для введения в устройство с мембраной молекулярного сита.

Когда устройство с мембраной молекулярного сита включает мембрану молекулярного сита или реактор с селективно проницаемой стенной мембраной, его применяют в сочетании с пара-ксилоловой изомеризационной установкой и размещают в технологической линии после этой изомеризационной установки, при этом в устройстве с мембраной молекулярного сита целесообразно поддерживать более низкую температуру, чем в изомеризационной установке. В предпочтительном варианте поддерживают температуру, которая на 50-100^oF ниже температуры в изомеризационной установке (согласно расчетам Rusty). Целесообразность этого объясняется возможностью достичь оптимальных жизнеспособности катализатора мембранного устройства и мембранной селективности.

Когда имеется установка для выделения пара-ксилола, в ней применяют технологию разделения, получая поток, обогащенный пара-ксилолом, и поток, обедненный пара-ксилолом. Такая технология разделения включает, например, известные способы фракционированной кристаллизации и селективной адсорбции с помощью, в частности, адсорберов с молекулярными ситами. Таким образом, установкой для выделения пара-ксилола может служить установка фракционированной кристаллизации, в которой используют разницу точек замерзания этилбензола, орто-, мета- и пара-ксилолов, или может служить установка селективной адсорбции, в которой для селективной адсорбции пара-ксилола из потоков ароматических С₈ продуктов обычно используют цеолитные материалы; адсорбированный пара-ксилол выделяют после десорбции из цеолита. Установкой для выделения параксилола может также служить сочетание таких разделительных установок или в ней может быть использована другая, менее распространенная технология, такая как фракционная перегонка.

Установки фракционированной кристаллизации в данной области техники хорошо известны и описаны, например, в US 4120911. Технически приемлемые методы включают метод кристаллизационного разделения изомеров, методы с применением кристаллизаторов прямого контактирования с СО₂, барабанных скребковых кристаллизаторов и методы непрерывной противоточной кристаллизации. Процесс в кристаллизаторе можно, например, проводить в соответствии с описанием к патенту US 3662013, выданном на имя Machell и др. Осуществление промышленных методов фракционированной кристаллизации, как правило, позволяет выделять из исходного материала, вводимого в установку для выделения пара-ксилола, приблизительно 60-68% пара-ксилола, когда этот исходный материал представляет собой равновесную или почти равновесную смесь ксилолов и этилбензола. Причина этого ограничения кроется в образовании эвтектической смеси пара-ксилола с мета-ксилолом. Однако фактически выделяемое количество определяется составом исходного материала, и возможность рекуперировать более значительные количества возникает, когда содержание пара-ксилола в исходном материале выше его содержания при равновесной концентрации ксилолов.

Селективные адсорбционные установки также хорошо известны в данной области техники и описаны, например, в патентах US 3706812, US 3732325 и US 4886929, а также в той литературе, которая упомянута в настоящем описании, причем все эти публикации включены в настоящее описание в качестве ссылок. Технически приемлемые методы включают методы UOP PAREX^ТМ и IFP-Chevron ELUXYL^ТМ. Согласно техническим методам селективной адсорбции цеолитами пара-ксилол можно выделять в более значительных количествах, чем по методам фракционированной кристаллизации; как правило, из исходного материала, вводимого в установку для выделения пара-ксилола, их осуществление позволяет выделять свыше 90% или больше, чаще свыше 95%, пара-ксилола.

В установке для выделения пара-ксилола получают обогащенный пара-ксилолом поток, который обычно включает свыше 99% пара-ксилола, содержание которого может достигать даже 99,9%. Конкретно выделяемое количество зависит от применяемого метода, конструкции и рабочих условий конкретной установки. Остальная часть этого потока приходится на долю этилбензола, орто- и мета-ксилолов, толуола, ароматических С₉продуктов, парафинов, нафтенов и возможно небольшого количества других материалов. В результате выделения пара-ксилола получают также обедненный пара-ксилолом поток, содержащий остальную часть этилбензола, орто- и мета-ксилолов, толуола, ароматических С₉продуктов, парафинов и т.д. совместно со всем тем пара-ксилолом, который направляют в установку для выделения пара-ксилола и который не удаляют в составе обогащенного пара-ксилолом потока. Именно такой обедненный пара-ксилолом поток далее направляют в устройство с мембраной молекулярного сита.

Поток ароматических С₈продуктов, который можно использовать в качестве сырья установки для выделения пара-ксилола, если ее применяют, или устройства с мембраной молекулярного сита, когда установка выделения пара-ксилола не предусмотрена, может поступать из самых различных источников нефтехимического предприятия. Одним из возможных источников является реформинг бензино-лигроиновой фракции. Примеры таких процессов включают Exxon POWERFORMING^ТМ, UOP Platforming^ТМ, IFP Aromizing^ТМ. Другим возможным источником является поток пиролизных С₈ продуктов бензиновой фракции из процессов крекинга водяным паром. Такой поток содержит относительно большое количество этилбензола. Еще одним возможным источником является процесс UOP Cyclar для превращения потоков С₃/С₄углеводородов в ароматические продукты (см., например, патент US 5258563, который включен в настоящее описание в качестве ссылки). Другим возможным источником являются процессы толуолового диспропорционирования и/или переалкилирования ароматических С₉продуктов. Примеры таких процессов включают UOP TATORAY^ТМ, TORAY TAC9^ТМ, Mobil Selective Toluene Disproportionation^ТМ (MSTDP), Mobil Toluene Disproportionation^ТМ (MTDP), IFP Xylenes PLUS^ТМ и FINA T2BX^ТМ. Существуют и другие возможные источники потоков ароматических С₈продуктов. Применение какого-либо конкретного источника потока ароматических С₈продуктов для осуществления способа по настоящему изобретению решающего значения не имеет, поэтому им может служить индивидуальный технологический поток или сочетание потоков, отводимых из любых вышеперечисленных процессов.

Установка конверсии этилбензола может быть идентичной обычной установке для пара-ксилоловой изомеризации, проводимый в которой процесс включает конверсию этилбензола, как это изложено ниже. Эта установка может работать в условиях, которые значительно отличаются от условий, создаваемых при обычной пара-ксилоловой изомеризации. Так, в частности, она может работать с использованием тех же катализаторов, но в других условиях, которые оптимизированы для конкретно необходимой реакции конверсии этилбензола, например превращения в бензол и/или ксилолы.

Установкой для пара-ксилоловой изомеризации может служить любая из хорошо известных в данной области техники установок, таких как представленные в патентах US 4236996, US 4163028, US 4188282, US 4224141, US 4218573, US 4236996, US 4899011, US 3856872 и в заменяющем патенте Re. 30157, которые включены в настоящее описание в качестве ссылок.

В качестве изомеризационного катализатора можно использовать любой из хорошо известных в данной области техники катализаторов для изомеризационных установок. В изомеризационных установках используют главным образом каталитические системы двух типов. Выбор катализатора оказывает влияние на общий выход и структуру ароматических комплексов, а также на конструкцию всего устройства и его экономические показатели. Катализатор первого типа предназначен для превращения этилбензола в ксилолы и изомеризации обедненного пара-ксилолом перерабатываемого сырья в почти равновесную ксилоловую композицию. Каталитическую систему этого типа обычно предпочитают производители ароматических продуктов, перед которыми стоит задача получить максимальное количество пара- и орто-ксилоловой продукции из неизменного количества перерабатываемого сырья. Вторая каталитическая система также предназначена для изомеризации обедненного пара-ксилолом перерабатываемого сырья, однако эта каталитическая система обеспечивает скорее деалкилирование этилбензола с получением бензола, чем превращение этилбензола в ксилолы. Эту каталитическую систему часто используют, когда потребность в бензоле высока в сравнении с потребностью в получении орто- и пара-ксилолов или когда доступность перерабатываемого сырья не является ограничивающим фактором.

Примерами процессов и каталитических систем, которые включают возможность превращения этилбензола в бензол, являются процесс Mobil MHTI (высокотемпературная изомеризация по методу фирмы Mobil) и катализатор (см., например, патенты US 3856871 и US 4638105, которые включены в настоящее описание в качестве ссылок), процесс Mobil MHAI (высокоактивная изомеризация по методу фирмы Mobil) и катализатор, процесс АМОСО AMSAC и катализатор, и процесс UOP ISOMAR^ТМ I-100 и катализатор.

Примерами процессов и каталитических систем, которые включают возможность превращения этилбензола в ксилолы, являются процессы IFP/ENGELHARD Octafining и Octafining II и катализатор и процесс UOP ISOMAR^ТМ 1-9 и катализатор. Другие процессы включают использование катализаторов, способных превращать этилбензол в ароматические С₁₀продукты посредством алкилирования или переалкилирования.

В изомеризационных установках, как правило, используют катализаторы цеолитного или морденитного типа. Изомеризационные катализаторы, которые, как известно, ускоряют превращение орто- и мета-ксилола в пара-ксилол, включают промотированные металлами цеолиты, такие как, например, промотированный Pt продукт ZSM-5, промотированный Pt морденит, промотированные металлами борсиликаты и т. д. Примерами технических катализаторов являются катализаторы Mobil MHAI и ISOMAR^ТМ 1-9.

Изомеризационный реактор приспособлен и в этих условиях эффективен для изомеризации орто- и мета-ксилола в пара-ксилол, а также для успешного превращения этилбензола в бензол и/или ксилолы. В качестве такого реактора целесообразно использовать установку для жидкофазной изомеризации, работающую при низкой температуре, при которой происходит незначительная или не происходит никакой конверсии этилбензола. Используемое в настоящем описании понятие "приспособлен и эффективен" указывает на создание таких условий в технологической установке, которые приведены в настоящем описании, таких как температура, давление, объемные скорости, продолжительность реакции, другие реагенты и все другие технологические условия, необходимые для обеспечения протекания целевой реакции, процесса конверсии или разделения, т.е. нормальной работы этой технологической установки.

Поскольку этилбензол превращают в ксилолы в конвертере для этилбензола, установка для пара-ксилоловой изомеризации может работать в условиях, оптимзированных для изомеризации ксилолов, так как если он подвергается полному превращению в установке для конверсии этилбензола, отсутствует необходимость в конверсии этилбензола в этой установке.

Рабочая температура, как правило, находится в интервале 400 - 900^oF, a манометрическое давление находится в пределах 25-500 фунтов/кв.дюйм. Среднечасовая скорость подачи сырья (СЧСП) в пересчете на углеводородный исходный материал, как правило, находится в интервале 0,5-20. Большинство изомеризационных каталитических систем требует наличия источника водорода, который можно вводить в изомеризационный реактор с целью способствовать протеканию реакции изомеризации, в ходе которой орто- и мета-ксилолы превращаются в пара-ксилол, с целью способствовать превращению этилбензола в бензол и/или ксилолы и с целью способствовать также предотвращению закоксовывания катализатора изомеризации.

Даже когда используют катализатор изомеризации или конверсии этилбензола, который не требует присутствия водорода, если мембрана молекулярного сита представляет собой цеолитную мембрану, в предпочтительном варианте осуществления способа по настоящему изобретению должен присутствовать водород, поскольку цеолитным мембранам свойственно уменьшение потока.

Было установлено, что при работе мембран молекулярных сит и мембранных композитов молекулярных сит в присутствии водорода уменьшение потока существенно ослабляется. Независимо от этого было установлено, что некоторое количество водорода можно добавлять для поддержания транспортного потока на заданном приемлемом уровне в процессах разделения. Ослабления уменьшения потока достигают, когда водород содержится в исходном потоке, растворенном веществе или необязательном смывающем потоке, если его применяют, или в любом сочетании исходного потока, растворенного вещества и необязательного смывающего потока. Когда мембраны молекулярных сит и мембранные композиты молекулярных сит работают в отсутствие водорода при одновременном использовании углеводородного сырья, с течением времени отмечают практически экспоненциальное уменьшение проходящего через мембрану потока.

В отсутствие водорода расход потока растворенного вещества F через мембрану молекулярного сита в любой конкретный момент времени t можно приблизительно определить по расходу потока в какой-либо более ранний произвольно выбранный момент времени F₀ с помощью константы скорости К в соответствии со следующим уравнением: F=F₀e^-Кt В качестве единицы измерения расхода потока в данном случае используют кг/м²день. Это уравнение описывает экспоненциальное уменьшение расхода потока по времени. С помощью такого уравнения жизнеспособность потока может быть определена как длительность периода времени, в течение которого расход потока растворенного вещества уменьшается от первоначального значения до 1/е, где можно рассчитать по следующему уравнению: =1/К Подобным же образом период полупрохождения потока t_1/2 определяют как время, в течение которого первоначальный расход потока уменьшается до половины его значения. Период полупрохождения потока определяют по следующему уравнению: t_1/2=(1n 1/2) Скорость уменьшения расхода потока К с ростом рабочей температуры усиливается и зависит от молекулярного состава перерабатываемого сырья и состава мембраны. Приблизительно экспоненциальное уменьшение расхода потока с течением времени связано с особыми затруднениями при проведении процессов высокотемпературного разделения углеводородного сырья. Проведение процесса разделения при высоких температурах особенно эффективно, поскольку с возрастанием температуры коэффициенты диффузии типичных растворенных веществ повышаются. Кроме того, в случае применения мембран в качестве компонентов в реакторе с каталитической мембраной может понадобиться создание высоких температур, поскольку многие каталитические процессы протекают только при высоких температурах. Однако с повышением рабочих температур период полупрохождения потока резко уменьшается.

Примером наиболее серьезных затруднений, которые вызывают уменьшение транспортного потока, является, по-видимому, выделение пара-ксилола и/или этилбензола в качестве растворенного вещества из исходного потока, представляющего собой смесь ксилолов. Уменьшение транспортного потока в предпочтительном температурном интервале разделения порядка 170-500^oС вызвало бы быстрое падение выхода пара-ксилола и/или этилбензола, причем уменьшение расхода потока обычно отмечают в случае селективно проницаемых мембран молекулярных сит и мембранных композитов молекулярных сит, выполненных на алюминийоксидных и стальных подложках. Было установлено, что период полупрохождения потока через мембраны из цеолита MFI и мембранные композиты с цеолитом MFI, селективно проницаемые для пара-ксилола и/или этилбензола, в случае удаления растворенного вещества из исходной смеси ароматических продуктов А8 с использованием аргонового смывающего потока при 225^oС в 10-10000 раз меньше, чем при комнатной температуре. Однако в процессе разделения ксилолов при 300^oС первоначально с использованием в смывающем потоке инертного газа, такого как аргон или азот, с последующим добавлением в смывающий поток водорода транспортный поток увеличивался, а затем, когда использовали водород, оставался стабильным, в то время как в отсутствие водорода он затухал.

Хотя предотвращение уменьшения потока и его восстановление благодаря присутствию водорода можно наблюдать во всех случаях, в которых исходный поток состоит из углеводородов, скорость изменения транспортного потока по времени зависит от процесса условий разделения и разделения/катализа, таких как температура, давление, перепад давления или разница давлений на пути через мембрану и объемная скорость. Скорость изменения зависит также от состава исходного материала, состава и структуры мембраны и мембранного композита, парциального давления водорода, соотношения между количеством содержащегося водорода и количеством исходного материала и других аналогичных параметров. Точная скорость уменьшения потока варьируется в зависимости от выбранной мембраны и слегка возрастает также с ростом давления исходного материала. В этих экспериментах давление исходного материала, смешанных ароматических продуктов А8 (ксилолов и этилбензола), варьировали в интервале 1-15 атм, а давление смывающего потока поддерживали на том же уровне или на 2-10 атм ниже его давления. Когда в процессах разделения водород отсутствовал, при температуре, приближавшейся к ~400^oС, период полупрохождения потока о