Цеолитовые адсорбенты без связующего, способы получения цеолитовых адсорбентов без связующего и способы адсорбционного выделения пара-ксилола из смешанных ксилолов цеолитовыми адсорбентами без связующего

Цеолитовые адсорбенты без связующего, способы получения цеолитовых адсорбентов без связующего и способы адсорбционного выделения пара-ксилола из смешанных ксилолов цеолитовыми адсорбентами без связующего

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в основном относится к цеолитовым адсорбентам, способам их получения и способам их применения в адсорбционном способе разделения, и, в частности, относится к ВаКХ цеолитовым адсорбентам без связующего, способам их получения и способам извлечения пара-ксилола из смешанных ксилолов адсорбционными способами в жидкофазном псевдодвижущемся слое с использованием ВаКХ цеолитовых адсорбентов без связующего.

Уровень техники

Адсорбционный способ в псевдодвижущемся слое (SMB) используется во многих крупномасштабных процессах разделения нефтехимических продуктов для выделения пара-ксилола (РХ) высокой чистоты из смешанных ксилолов. В соответствии с использованием в заявке “смешанные ксилолы” относятся к смеси ароматических изомеров C₈, которая включает этилбензол (ЕВ), пара-ксилол (р-ксилол или РХ), мета-ксилол (MX) и орто-ксилол (ОХ). Пара-ксилол высокой чистоты используется для производства полиэфирных волокон, смол и пленок. Пара-ксилол обычно превращают в терефталевую кислоту (ТРА) или диметилтерефталат (DMT), который затем реагирует с этиленгликолем для образования полиэтилентерефталата (PET), сырье для большинства полиэфиров.

Общая методика, используемая при выполнении способов адсорбционного разделения в псевдодвижущемся слое, широко описана и применяется. В целом способ моделирует движение слоя адсорбента с непрерывным противотоком жидкого исходного материала относительно адсорбента. Исходный материал и продукты поступают и выходят из слоя непрерывно с почти постоянным составом. Разделение достигается с использованием различия в сродстве адсорбента к пара-ксилолу относительно других ароматических изомеров C₈.

Обычные адсорбенты, используемые в адсорбционных способах в псевдодвижущемся слое, в основном включают кристаллические алюмосиликатные цеолиты и могут включать и природные, и синтетические алюмосиликаты. Подходящие кристаллические алюмосиликатные цеолиты для использования в качестве адсорбента, селективного к пара-ксилолу, включают алюмосиликаты с клеточной структурой, в которых тетраэдры оксида алюминия и диоксида кремния непосредственно связаны друг с другом в открытой трехмерной кристаллической структуре. Тетраэдры связаны друг с другом обобщением атомов кислорода, с пространством между тетраэдрами, занятым молекулами воды до частичного или полного обезвоживания цеолита. Обезвоживание приводит к кристаллам, пронизанным каналами молекулярного размера. В гидратированной форме кристаллические алюмосиликатные цеолиты обычно представлены формулой: M_2/nO:Al₂O₃:wSiO₂:yH₂O где “М” - катион, который компенсирует электровалентность тетраэдров и обычно относится к замещаемому катионному центру, “n” представляет валентность катиона, “w” представляет количество молей SiO₂, и “у” представляет количество молей воды. Такие кристаллические алюмосиликатные цеолиты, которые находят использование в качестве адсорбента, обладают относительно четко выраженными пористыми структурами. Конкретный тип алюмосиликатного цеолита обычно определяется мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия и размерами клеточной структуры.

Катионы (М), занимающие замещаемые катионные центры в цеолитовом адсорбенте, могут быть замещены другими катионами способами ионного обмена, известными специалистам в области техники, кристаллических алюмосиликатов. Кристаллические алюмосиликаты, такие как Цеолит Х с катионами бария и калия на замещаемых катионных центрах в цеолите, как известно, селективно адсорбируют пара-ксилол в смеси, включающей, по меньшей мере, один другой ароматический изомер C₈.

Обычно цеолитовые адсорбенты, используемые в способах разделения, содержат цеолитовый кристаллический материал, диспергированный в аморфном материале или неорганической матрице с каналами и полостями в них, которые обеспечивают доступ жидкости в кристаллический материал. Диоксид кремния, оксид алюминия или некоторые глины и их смеси являются типичными для таких материалов неорганическими матрицами, которые действуют как "связующее" для формирования или агломерации цеолитовых кристаллических частиц, которые иначе представляли бы собой мелкодисперсный порошок. Агломерированные цеолитовые адсорбенты таким образом могут быть в форме частиц, таких как экструдаты, агрегаты, таблетки, макросферы, такие как шарики, гранулы, и т.п.

Связующее обычно является инертным и не вносит вклад в адсорбцию. Усилия были направлены на улучшение эффективности адсорбента увеличением селективной части (объем цеолита) в адсорбентах, превращением связующего в селективный цеолит в процессе конверсии, называемом “цеолитизация”, сохраняя прочность и макропористость цеолитового адсорбента. Этот процесс конверсии приводит к цеолитовому адсорбенту “без связующего”. Хотя этот процесс конверсии приводит к увеличению эффективности адсорбента, прилагаются дополнительные усилия по увеличению показателей процесса и снижению эксплуатационных расходов на способы адсорбционного разделения.

Соответственно, желательно создать адсорбент без связующего и способы извлечения пара-ксилола высокой чистоты из смешанных ксилолов в способе жидкофазного разделения с использованием адсорбента без связующего так, чтобы улучшить показатели способа и снизить эксплуатационные расходы. Кроме того, желательно создать ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего, который снижает количество адсорбента и десорбента, необходимого для обработки определенного количества исходного материала, и который обладает увеличенной мезо-ти макропористостью, скоростью массопереноса и механической прочностью. Также желательно создать способ формирования такого адсорбента без связующего. Кроме того, другие искомые признаки и характеристики настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания изобретения и прилагаемой формулы изобретения, вместе с прилагающимися чертежами и этим известным уровнем техники.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предлагаяет ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего, способ получения ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего и способ адсорбционного выделения пара-ксилола из смешанных ксилолов с использованием ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего. ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего содержит:

часть цеолита, конвертированного из связующего, образованного из х массовых процентов (% масс.) инертного глинистого связующего, где х находится в диапазоне 10-20% масс. от ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего;

(100-х) % масс. цеолита Х с мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия 2,5±0,5; и

катионы бария (Ва) и калия (К) в замещаемых катионных центрах ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего, в котором содержание К находится в диапазоне 0,25-0,9% масс. и Ва более 31,6% масс. от ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего. Часть цеолита, конвертированного из связующего, и Цеолит Х могут быть смешаны с кукурузным крахмалом до формирования части цеолита конвертированного из связующего. Кукурузный крахмал составляет 0-5% масс. от общего процентного содержания части цеолита, конвертированного из связующего, и Цеолита X. Процентное содержание Цеолита X, инертного глинистого связующего, кукурузного крахмала, К, и Ва относится к нелетучему остатку.

В соответствии с примером осуществления способ получения агломерированного ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего включает формирование агломератов с замещаемыми ионным обменом центрами, причем агломераты сформированы из Цеолита Х с мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия 2,5±0,5 и инертного связующего. Кукурузный крахмал также может быть добавлен на стадии формирования агломерата. Затем агломераты активируют на стадии, при которой кукурузный крахмал выгорает. Стадия активирования превращает каолиновое глинистое связующее в мета-каолиновое глинистое связующее. На следующей стадии мета-каолиновое глинистое связующее превращают в цеолит, конвертированный из связующего. Замещаемые ионным обменом центры агломератов затем обменивают на Ва и К, причем содержание К находится в диапазоне 0,25-0,9% масс., а Ва более 31,6% масс. от агломерированного ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего. Агломерированный ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего затем высушивают, чтобы зафиксировать содержание воды в нем.

Способ выделения пара-ксилола из смеси ароматических ксилолов включает контактирование смеси с ВаКХ цеолитовым адсорбентом без связующего, состоящим из части Цеолита Х с мольным отношением диоксида кремния к оксиду алюминия 2,5±0,5 и части цеолита, конвертированного из связующего, причем ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего, содержит Ва и К в катионных замещаемых центрах в количестве, по меньшей мере, 31,6 и 0,25-0,9% масс. от ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего, соответственно. Пара-ксилол селективно адсорбируется на адсорбенте, и менее селективно сорбируемую часть смеси удаляют из процесса потоком рафината. Пара-ксилол очищают в зоне очистки. Пара-ксилол выделяют десорбцией десорбентом в зоне десорбции и извлекают потоком экстракта.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение далее будет описано совместно со следующими чертежами, в которых одинаковые цифры обозначают одинаковые элементы и в которых:

Фиг.1 является блок-схемой способов получения ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего согласно примерам осуществлений настоящего изобретения;

Фиг.2 является упрощенной иллюстрацией примера камеры с четырьмя зонами адсорбента установки адсорбционного разделения, используемой в способе фиг.1 согласно примеру осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 является графиком линейной регрессии, иллюстрирующим взаимосвязь между весовым процентным содержанием К в ВаКХ цеолитовом адсорбенте без связующего в соответствии с осуществлением настоящего изобретения и отношением десорбент/исходный материал (D/F);

Фиг.4 является графиком, сравнивающим отношение D/F ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего в соответствии с осуществлением настоящего изобретения с отношением D/F ВаКХ 2,0 адсорбента без связующего;

Фиг.5 является графиком, сравнивающим эффективность ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего в соответствии с осуществлением настоящего изобретения с эффективностью ВаКХ 2,0 цеолитового адсорбента без связующего;

Фиг.6 является наложенным контурным графиком, иллюстрирующим оптимизированную область рецептуры цеолитового адсорбента;

Фиг.7 является диаграммой, иллюстрирующей относительные скорости массопереноса различных адсорбентов, включая ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего в соответствии с осуществлением настоящего изобретения;

Фиг.8 является графиком линейной регрессии зависимости потерь при истирании в воде (% мелких фракций) от содержания Цеолита Х (% масс.) в ВаКХ цеолитовом адсорбенте без связующего в соответствии с осуществлением настоящего изобретения;

Фиг.9 является графиком результатов ртутной порометрии ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего, полученного с кукурузным крахмалом в соответствии с примерами осуществлений настоящего изобретения и без кукурузного крахмала; и

Фиг.10 является блок-схемой, иллюстрирующей стадии способа использования ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего в установке адсорбционного разделения фиг.2 в соответствии с примерами осуществлений настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Последующее подробное описание изобретения является по существу просто примером и не предназначено для ограничения изобретения или заявки и применения изобретения. Кроме того, отсутствует намерение быть связанными любой теорией, существующей в известном уровне техники или последующем подробном описании изобретения.

В соответствии с примерами осуществлений настоящего изобретения, ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего включает часть цеолита, конвертированного из связующего, сформированную из х массовых процентов (% масс.) инертного глинистого связующего, где х находится в диапазоне 10-20% масс. от ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего, и (100-х) % масс. Цеолита Х (кристаллический алюмосиликатный цеолит) с мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия 2,5±0,5. Ва и К. находятся в замещаемых катионных центрах в ВаКХ цеолитовом адсорбенте без связующего, с содержанием К 0,25-0,9% масс. и Ва более 31,6% масс. от ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего. Кроме того, инертное глинистое связующее и Цеолит Х могут быть смешаны с кукурузным крахмалом до формирования части цеолита конвертированного из связующего. Кукурузный крахмал составляет 0-5% масс. от общего % масс. части цеолита, конвертированного из связующего, и Цеолита X. Процентное содержание Цеолита X, инертного глинистого связующего, кукурузного крахмала, К и Ва относится к нелетучему остатку. Объем пор ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего, измеренный Hg порометрией, составляет 0,25-0,35 см³/г.

Согласно примерам осуществлений настоящего изобретения, Цеолит Х включает определенный кристаллический алюмосиликатный цеолит для использования в адсорбенте. В гидратированной форме Цеолит Х может быть представлен в единицах молей оксидов следующим образом:

0,9±0,2M_2/nO:Al₂O₃:2,5±0,55SiO₂:yH₂O,

где "М" является, по меньшей мере, одним катионом с валентностью не более 3, которая компенсирует электровалентность тетраэдров и в основном относится к замещаемому катионному центру, "n" представляет валентность катиона и "у" представляет количество молей воды (величина у доходит до 9 в зависимости от природы М и степени гидратации кристаллического вещества). Цеолит Х обладает относительно четко выраженной пористой структурой. При первоначальном приготовлении Цеолита X катион "М" обычно является преимущественно натрием и таким образом упоминается как натриевый Цеолит X. Определенное мольное отношение SiO₂/Al₂O₃ Цеолита Х находится в диапазоне 2,5±0,5. В предпочтительном осуществлении мольное отношение диоксид кремния:оксид алюминия Цеолита Х находится в диапазоне 2,3-2,7 и наиболее предпочтительно составляет 2,5.

Фиг.1 является блок-схемой способа 10 получения ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего в соответствии с примером осуществления. Способ начинается с формирования агломератов адсорбента (стадия 12), состоящих из Цеолита Х и инертного связующего. Цеолит Х агломерируют в шарики адсорбента, используя инертное связующее, смешиванием при окружающей температуре с водой. В предпочтительном осуществлении инертное связующее содержит каолиновую глину с мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия в диапазоне 2,0-2,2, предпочтительно 2,0. Каолиновая глина поставляется, например, U.S. Silica Co., Berkeley Springs, WV. Шарики могут содержать 80-90% масс. Цеолита X и 10-20% масс. каолинового глинистого связующего (относительно нелетучего остатка). Каолиновое глинистое связующее скрепляет исходный порошок цеолита, чтобы сформировать шарики адсорбента с размером частиц в диапазоне 0,3-0,8 мм и увеличенной механической прочностью, что показывают тесты на истирание в воде, как описано далее. Хотя были описаны агломераты в форме шариков, изобретение ими не ограничено. Цеолит Х может быть агломерирован в частицы другой формы, такие как экструдат, агрегаты, таблетки, макросферы, гранулы, и т.п.

В примере осуществления добавки, такие как кукурузный крахмал, также могут быть смешаны с Цеолитом Х и инертным связующим в ходе стадии 12 формирования агломератов. Кукурузный крахмал может быть добавлен в количестве 0-5,0% масс. (относительно нелетучего остатка) от общего веса части цеолита, конвертированного из связующего, и исходного Цеолита Х для целей, описанных далее. Другие добавки могут включать полимеры и волокна.

Для превращения каолинового глинистого связующего в цеолит, конвертированный из связующего, агломераты активируют при 625°С или выше для превращения каолинового глинистого связующего в мета-каолиновое глинистое связующее (стадия 13). Каолиновое глинистое связующее вступает в эндотермическую реакцию дегидроксилирования и превращается в разупорядоченную фазу мета-каолина. Если ранее был добавлен кукурузный крахмал, он выгорает во время этой стадии.

Затем мета-каолиновое глинистое связующее выщелачивают щелочью при температуре 80°С раствором гидроксида натрия, и мета-каолиновое связующее превращается в цеолит, конвертированный из связующего, с мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия в диапазоне 2,0-2,2, предпочтительно 2,0 (стадия 14). Для превращения 1 г мета-каолинового глинистого связующего необходим 41 г 2,4% масс. NaOH. Превращение приводит к 15% увеличению селективного объема пор, по определению измерением емкости по O₂ Макбэйна (McBain) при температуре жидкого O₂. Такое измерение описано в “Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry and Use” by Donald W. Breck, John Wiley & Sons, 1974. Таким образом, шарики адсорбента содержат по существу 100% цеолит с незначительным количеством инертного связующего, образуя шарики цеолитового адсорбента “без связующего”. Шарики адсорбента включают часть Цеолита Х (из исходного Цеолита X) с мольным отношением диоксид кремния: оксид алюминия в диапазоне 2,5±0,5, предпочтительно 2,5, и часть цеолита, конвертированного из связующего, с мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия в диапазоне 2,0-2,2, предпочтительно 2,0. Хотя было описано превращение каолинового глинистого связующего, изобретение им не ограничено. Например, другие глинистые связующие могут быть превращены в цеолит, конвертированный из связующего. Неограничивающие примеры включают глины, принадлежащие к группе галлуазита. Кроме того, хотя было описано использование раствора гидроксида натрия в качестве щелочного раствора для превращения связующего, изобретение этим не ограничено. Кроме гидроксида натрия другие водные растворы гидроксидов щелочных металлов могут быть использованы для превращения. Неограничивающие примеры включают раствор гидроксида калия или смесь гидроксида натрия и гидроксида калия.

Затем на шарики цеолитового адсорбента без связующего действуют катионами Ва²⁺ и катионами К⁺ для ионного обмена, чтобы получить “ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего” (стадия 16). В предпочтительном осуществлении по существу все замещаемые центры с ионом Na шариков цеолитового адсорбента без связующего замещаются на Ва и К, таким образом, что процентное содержание Na в ВаКХ цеолитовом адсорбенте без связующего предпочтительно составляет менее 0,3%, более предпочтительно менее 0,11% (относительно нелетучего остатка). Обмен ионов бария и калия проходит в относительном количестве так, чтобы содержание К составляло 0,25-0,9% масс. относительно нелетучего остатка (не включая воду), предпочтительно 0,3-0,75% масс., и Ва более 31,6% масс. от ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего.

В одном примере осуществления обмен может состоять из одной стадии со смесью Ва и К так, чтобы процентное содержание Ва и К в ВаКХ цеолитовом адсорбенте без связующего находилось в вышеуказанных диапазонах. Альтернативно обмены могут проходить последовательно, с обменом на каждой стадии соответствующего количества ионов, чтобы получить ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего с процентным содержанием ионов Ва и К в вышеуказанных диапазонах. Единственная стадия и альтернативные последовательные стадии обмена представлены вместе на фиг.1 в качестве стадии 16. Хотя ионный обмен описан как проходящий после агломерирования Цеолита Х и после превращения, изобретение этим не ограничено. Обмен Ва и К может проходить до агломерации Цеолита Х или после формирования агломератов и перед превращением, но некоторый ионный обмен может все еще требоваться после превращения, поскольку для превращения мета-каолина в цеолит используется гидроксид натрия. Расчеты катионной обменной емкости Цеолита Х описаны в “Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, and Use” by Donald W. Breck, John Wiley & Sons, 1974.

Затем ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего высушивают, чтобы зафиксировать содержание в нем воды (стадия 18). В связи с этим ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего активируют промывкой и высушиванием шариком до 4-7% потерь при прокаливании (LOI при 900°С). Высушивание обычно выполняют тепловой активацией, предпочтительно при температуре 175-250°С. Содержание воды в адсорбенте выражено в заявке в соответствии с признанным LOI испытанием при 900°С. Тест LOI описан в Методе испытаний UOP №UOP954-03 (доступном в ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA, 19428-2959 USA).

Как отмечено выше, на стадии формирования шариков кукурузный крахмал может быть добавлен к смеси Цеолита Х и глинистого связующего. Добавление кукурузного крахмала увеличивает мезо- и макро-пористость шариков адсорбента, как объясняется более подробно далее. В соответствии с обычным использованием и в заявке, "макропоры" определены как поры с диаметром пор более 50 нм и "мезо-поры" определены как поры с диаметром пор 2-50 нм. Макро- и мезо-пористость облегчает превращение связующего, обеспечивая протекание через связующее раствора гидроксида натрия для превращения. Макро- и мезо-поры также помогают улучшить скорость массопереноса ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего.

ВаКХ цеолитовый адсорбент без связующего согласно примерам осуществлений настоящего изобретения может быть использован в способе адсорбционного разделения в псевдодвижущемся слое для извлечения пара-ксилола из смешанных ксилолов. Адсорбенты являются селективными по отношению к пара-ксилолу. В одном примере осуществления, как показано на фиг.10, способ 40 включает контактирование смеси ксилола в условиях жидкофазной адсорбции с ВаКХ цеолитовым адсорбентом без связующего (стадия 42), вызывающее сорбцию пара-ксилола на ВаКХ цеолитовом адсорбенте без связующего (стадия 44), вызывающее удаление менее селективно сорбируемой части смеси из контакта с ВаКХ адсорбентом без связующего потоком рафината (стадия 46), и очистку и извлечение пара-ксилола десорбцией десорбентом в условиях десорбции (стадия 48). Десорбент замещает пара-ксилол в адсорбенте. Условия адсорбции могут включать диапазон температуры 148-177° Цельсия (300-350 градусов по Фаренгейту), и диапазон давления от атмосферного до 3447 кПа (500 фунт кв. дюйм), необходимые для обеспечения работы в жидкой фазе, с предпочтительным давлением 690 кПа (100 фунт кв. дюйм) (в заявке называемые “условиями жидкофазной адсорбции”). Предпочтительное время цикла составляет 20-34 минуты. Условия десорбции предпочтительно включают те же температуру и давление, что используются для адсорбции.

В способе адсорбционного разделения в псевдодвижущемся слое эти стадии выполняют в отдельных зонах (как описано далее) с шариками адсорбента, удерживаемыми в одной или большем числе адсорбционных камер. Фиг.2 показывает упрощенную адсорбционную камеру с четырьмя зонами 20. В способе 40 адсорбционного разделения в псевдодвижущемся слое, адсорбция и замещение проходят непрерывно при использовании непрерывного потока исходного материала F и потоков десорбента D, и обеспечивают непрерывное получение экстракта Е и потока рафината R. В такой системе постоянное движение жидкости из большого числа точек ввода ниже адсорбционной камеры вызывает восходящее движение адсорбента, содержавшегося в адсорбционной камере 20.

Много специальных терминов используются для описания способов в псевдодвижущемся слое. Термин "поток исходного материала" или “входящий поток исходного материала”, обозначает поток в способе, которым смесь исходного материала подают к адсорбенту. Смесь исходного материала включает один или большее число компонентов экстракта и один или большее число компонентов рафината. "Компонент экстракта" является соединением или типом соединения, которое более селективно удерживается адсорбентом, в то время как "компонент рафината" или “материал рафината” является соединением или типом соединения, которое удерживается менее селективно. В заявке смесь исходного материала включает смешанные ксилолы. Как указано выше, в соответствии с использованием в заявке “смешанные ксилолы” относятся к смеси ароматических изомеров C₈, которая включает этилбензол (ЕВ), пара-ксилол (РХ), мета-ксилол (MX) и орто-ксилол (ОХ). Соответственно, этилбензол (ЕВ) и мета- и орто-ксилол (MX и ОХ, соответственно) в потоке исходного материала являются компонентами рафината, в то время как пара-ксилол (РХ) является компонентом экстракта. Термин "десорбент" в общем должен означать материал, способный замещать компонент экстракта. Подходящий десорбент для способа, описанного в заявке, включает р-диэтилбензол (PDEB), но изобретение им не ограничено. Другие подходящие десорбенты включают толуол и тетралин. Термин "поток десорбента" или “входящий поток десорбента” означает поток, которым десорбент подается к адсорбенту. Термин "поток рафината" или “выходящий поток рафината” означает поток, которым большинство компонентов рафината удаляют из адсорбента. Состав потока рафината может меняться от 100% десорбента до по существу 100% компонентов рафината. Термин "поток экстракта" или “выходящий поток экстракта” должен означать поток, которым материал экстракта, замещенный десорбентом, удаляют из адсорбента. Состав потока экстракта может меняться от 100% десорбента до по существу 100% компонентов экстракта.

Термин "селективный объем пор" адсорбента определяется как объем адсорбента, который селективно удерживает компоненты экстракта из потока исходного материала. Термин "неселективная пористость" адсорбента является объемом адсорбента, который не удерживает селективно компоненты экстракта из потока исходного материала. Этот объем включает полости адсорбента, которые способны удерживать компоненты рафината, и пустоты между частицами адсорбента. Селективный объем пор и неселективную пористость выражают в единицах объема, и они являются важными при определении точных расходов жидкости, которую требуется подать в рабочую зону для эффективной работы заданного количества адсорбента.

Когда адсорбент "проходит" в рабочую зону (определенную и описанную далее), его неселективная пористость вместе с его селективным объемом пор переносят жидкость в эту зону. Неселективная пористость используется при определении количества жидкости, которая должна пройти в ту же зону в направлении противотока к адсорбенту для замещения жидкости, присутствующей в неселективном объеме пор. Если расход жидкости, проходящей в зону, менее скорости поступления неселективной пористости материала адсорбента, входящего в эту зону, это чистый унос жидкости в зону адсорбентом. Так как этот чистый унос является жидкостью, присутствующей в неселективной пористости адсорбента, в большинстве случаев, она включает менее селективно удерживаемые компоненты исходного материала.

В способе с псевдодвижущимся слоем четыре точки доступа являются действующими в любой момент: входящий поток исходного материала, входящий поток десорбента, выходящий поток рафината и выходящий поток экстракта. При необходимости могут быть использованы дополнительные технологические линии доступа. Синхронно с этим моделируемым восходящим движением твердого адсорбента движется жидкость, занимающая свободный объем адсорбента. Чтобы поддерживать контакт в противотоке, поток жидкости вниз по адсорбционной камере может быть обеспечен насосом. Поскольку работающая точка ввода жидкости перемещается в ходе цикла, то есть от верхней части адсорбционной камеры к основанию, циркуляционный насос 30 камеры действует в различных зонах, что требует различных расходов потоков. Может быть установлен программируемый регулятор потока (не показан), чтобы задавать и регулировать эти расходы.

Работающие точки ввода жидкости эффективно делят адсорбционную камеру на отдельные зоны, у каждой из которых различная функция. В этом осуществлении способа обычно имеется три отдельных рабочих зоны для проведения способа, хотя в некоторых случаях может быть использована дополнительная четвертая зона.

Обращаясь к фиг.2, адсорбционная зона 22 определена как адсорбент, расположенный между входным потоком исходного материала и выходным потоком рафината. В этой зоне поток исходного материала приходит в контакт с адсорбентом, компонент экстракта удерживается и поток рафината удаляют. Так как общий поток через зону 22 состоит из потока исходного материала, который входит в зону до потока рафината, который выходит из зоны, поток в этой зоне рассматривается, как протекающий в нисходящем направлении от ввода исходного материала до вывода потока рафината.

Непосредственно выше относительно потока жидкости в адсорбционной зоне 22 находится зона 24 очистки. Зона 24 очистки определена как адсорбент между выходным потоком эктракта и входным потоком исходного материала. Основными операциями, проходящими в зоне 24, являются вытеснение из неселективных пор адсорбента всех компонентов рафината, переносимых в зону 24 путем перемещения адсорбента в эту зону и вытеснения всех компонентов рафината, удерживаемого селективным объемом пор адсорбента. Очистка достигается прохождением части материала потока экстракта, выходящего из десорбционной зоны 26 (обсужденная далее) в зону 24 у верхней границы зоны 24 для осуществления вытеснения материала рафината. Поток жидкости в зоне 24 направлен вниз по направлению от выходного потока экстракта до входного потока исходного материала. Пара-ксилол дополнительно обогащается, поскольку десорбент вытесняет компоненты рафината из неселективных пор адсорбента и селективных пор в зону 22.

Непосредственно выше зоны 24 относительно течения жидкости в зоне 24 находится десорбционная зона 26. Десорбционная зона 26 определена как адсорбент между входным потоком десорбента и выходным потоком экстракта. Функция десорбционной зоны 26 состоит в обеспечении возможности десорбенту, который проходит в эту зону, вытеснить компонент экстракта, который удерживался в адсорбенте во время предыдущего контакта с потоком исходного материала в зоне 22 в предыдущем рабочем цикле. Поток жидкости в зоне 26 по существу идет в том же направлении, что и в зонах 22 и 24.

При необходимости в примере осуществления может быть использована буферная зона 28. Эта зона, определенная как адсорбент между выходящим потоком рафината и входящим потоком десорбента, если используется, расположена непосредственно выше относительно потока жидкости в зоне 26. Зона 28 может быть использована для сохранения количества десорбента, используемого на стадии десорбции, поскольку часть потока рафината, который удален из зоны 22, может быть перемещен непосредственно в зону 28 для вытеснения присутствующего десорбента и вызвать его течение в зону десорбции 26. Зона 28 содержит достаточно десорбента, чтобы можно было предотвратить прохождение в зону 26 материала рафината, присутствующего в потоке рафината, проходящем из зоны 22 в зону 28, загрязняющее таким образом поток экстракта, удаленного из зоны 24. В случаях, при которых не используется необязательная зона 28, необходимо тщательно контролировать поток рафината, вытекающий из зоны 22 в зону 28 так, чтобы поток непосредственно из зоны 22 в зону 26 мог быть остановлен, когда присутствует заметное количество материала рафината в потоке рафината, проходящем из зоны 22 в зону 26 для предотвращения загрязнения выходящего потока экстракта.

Примеры

Нижеследующее является примерами ВаКХ цеолитового адсорбента без связующего различного состава (рецептуры А-К), как показано в таблице 1 далее, в соответствии с примерами осуществлений. Примеры представлены только в иллюстративных целях, и в любом случае не предназначены для ограничения различных осуществлений настоящего изобретения.

Эти примеры были выполнены согласно стадиям, описанным выше, с использованием порошка 13Х1 цеолита с мольным отношением диоксид кремния:оксид алюминия 2,5 и глинистым каолиновым связующим.

Таблица 1
Рецептура	Цеолит, % масс.	Глинистое каолиновое связующее, % масс.	Кукурузный крахмал, % масс.	K, % масс.	Ва, % масс.	Na, % масс.
А	82	18	0	0,3	32	0,1
В	88	12	0	0,3	32	0,2
С	82	18	5	0,3	33	0,1
D	88	12	5	0,3	33	0,1
Е	82	18	0	1,0	32	0,2
F	88	12	0	1,0	32	0,1
G	82	18	5	1,0	32	0,1
Н	88	12	5	1,0	32	0,1
I	85	15	2,5	0,7	33	0,1
J	85	15	2,5	0,7	33	0,1
K	85	15	2,5	0,7	33	0,1

Эксперименты по оценке импульсных/динамических характеристик, известного уровня техники, проводят с определенной смесью исходного материала для определения адсорбционной емкости и селективности различных рецептур. Используют динамический аппарат для тестирования, состоящий из адсорбционной камеры объемом 70 см³ с частями ввода и вывода в противоположных концах камеры. Камеру помещают в устройстве контроля температуры и, кроме того, используют оборудование контроля давления для работы камеры при постоянном заданном давлении. Оборудование для хроматографического анализа подключают к линии вывода камеры и используют для анализа "в потоке" вытекающего из адсорбционной камеры потока.

Импульсные испытания выполняют при помощи этого аппарата и следующую общую методику используют для определения селективности, массопереноса и других данных для различных рецептур адсорбента. Адсорбент приводят в равновесие с р-диэтилбензолом пропусканием десорбента через адсорбционную камеру. В удобное время импульсную порцию исходного материала, содержащего известные концентрации несорбирующегося парафинового трассера (n-нонан) и определенных ароматических изомеров (РХ, ЕВ, MX и ОХ,) растворенных в десорбенте, вводят в течение нескольких минут. После введения поток десорбента возобновляют и трассер и ароматические изомеры элюируют как в жидкостно-твердофазной хроматографии. Вытекающий продукт анализируют хроматографическим оборудованием в потоке, и регистрируют кривую соответствующих пиков составляющих компонентов (не показана). (Альтернативно, образцы выходящего потока могут быть собраны периодически и позже проанализированы отдельно газовой хроматографией). Также выполняют динамический тест (также известный как тест до проскока) для определения сорбционной емкости, селективности PX/PDEB и характеристик массопереноса. Адсорбент сначала приводят в равновесие с толуолом (содержащим известную концентрацию несорбирующегося парафинового трассера (n-нонан) пропусканиием толуола через адсорбционную камеру. В удобное время поток меняют на поток смеси пара-диэтилбензола и пара-ксилола. Со временем происходит проскок пара-ксилола и пара-диэтилбензола. Сорбционную емкость определяют по разнице общей суммы пара-ксилола и пара-диэтилбензола, подаваемых в адсорбционную камеру, минус общая сумма элюированных пара-ксилола и пара-этилбензола.

По информации, полученной из хроматографических кривых, оценивают характеристики адсорбента относительно удельной емкости по компоненту экстракта и селективности по одному изомеру относительно другого и десорбенту. Чем выше емкость адсорбента по компоненту экстракта, тем лучше адсорбент. Повышенная емкость отдельного адсорбента позволяет снизить количество адсорбента, необходимого для отделения компонента экстракта для заданной загрузки смеси исходного материала. Снижение количества адсорбента, необходимого для определенного адсорбционного разделения, уменьшает стоимость процесса разделения. Достаточная начальная емкость адсорбента должна сохраняться во время реального использования в процессе разделения в течение экономически приемлемого срока службы.

Селективность (В) по изомеру может быть выражена не только для одного компонента смеси исходного материала по сравнению с другим, но также может быть выражена межд