Способ очистки обогащенного водой потока, получаемого в реакции фишера-тропша
Использование: изобретение относится к способу отделения по меньшей мере фракции некислотных химических продуктов (НКХ) от по меньшей мере фракции сырого газообразного продукта, получаемого в реакции Фишера-Тропша (ФТ), или от конденсата указанного продукта. Сущность: подают по меньшей мере фракцию сырого газообразного продукта или его конденсат в питательную тарелку перегонной колонны, отбирают жидкостной поток из указанной колонны с тарелки, расположенной выше питательной тарелки этой колонны. Полученный жидкостной поток разделяют на водную фазу и обогащенную НКХ фазу и возвращают водную фазу в перегонную колонну на тарелку, находящуюся ниже тарелки, с которой отбирают жидкостной поток. Технический результат: повышение эффективности способа очистки. 22 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу отделения некислотных химических продуктов от обогащенного водой потока, получаемого в реакции Фишера-Тропша (ФТ).
Обоснование изобретения
В последующем описании термин "НКХ" означает некислотные химические продукты, выбираемые из группы, включающей ацетон и высшие кетоны, метанол, этанол, пропанол и высшие спирты, т.е. кислородсодержащие углеводороды, за исключением кислот.
Термин "углеводороды" означает углеводороды, обычно нерастворимые в воде, такие как, например, парафины и олефины.
Обогащенный водой поток, получаемый в установке для проведения синтеза Фишера-Тропша (ФТ), содержит различные кислородсодержащие соединения, такие как спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и тому подобные вещества, которые являются продуктами синтетической реакции ФТ. Эти соединения находятся (частично) в водном потоке благодаря их частичной или полной растворимости в воде.
Для удаления некислотных химических продуктов (НКХ), таких как спирты, кетоны, альдегиды и другие некислотные соединения, из обогащенного водой потока необходимо применение перегонной колонны, чтобы полученную воду улучшенного качества можно было обрабатывать далее, а затем возвращать в окружающую среду. Обогащенный НКХ поток из перегонной колонны может быть обработан далее с целью получения некоторых продуктов или ему может быть найдено альтернативное применение.
Разделение НКХ и воды на фракции в перегонной колонне, обычно называемой колонной для перегонки реакционной воды (колонной ПРВ), осложнено чрезвычайно неидеальными свойствами воды и тяжелой органической фракции, присутствующей в водном потоке, в особенности С4 и более тяжелых спиртов. Такая неидеальность облегчает отгонку этих соединений от обогащенной водой жидкостной фазы ниже питающей тарелки, что и является целью указанной колонны. Однако выше питающей тарелки, по мере того как содержание воды в жидкости внутри колонны снижается, более тяжелые спирты становятся менее летучими и имеют тенденцию вновь конденсироваться.
В результате тяжелые спирты начинают накапливаться в колонне, в конце концов образуя вторую жидкостную фазу. Эта кислородсодержащая углеводородная фаза содержит гораздо больше тяжелых спиртов и гораздо меньше воды, чем первая фаза. Если вторую жидкостную фазу оставить в колонне, она будет создавать путь низкой летучести для того, чтобы тяжелые спирты мигрировали вниз, до тех пор пока они вновь не перейдут в парообразное состояние под действием поднимающихся по колонне паров. Это приводит к циркуляции кислородсодержащих углеводородов, таких как, например, тяжелые спирты, внутри колонны, к плохому распределению жидкости на тарелках и, наконец, к проскоку тяжелого материала в нижней части колонны. Такой проскок будет вызывать образование кубового продукта, не соответствующего своей спецификации, и будет вызывать проблемы в оборудовании для обработки воды, находящемся ниже по потоку, из-за загрязнений.
Таким образом, кислородсодержащую углеводородную фазу, образованную внутри колонны, обычно удаляют при помощи относительно небольшого парового потока в нижней части колонны, обычно на несколько тарелок выше ребойлера. Этот паровой поток затем конденсируют и разделяют на две фазы. Обогащенный водой поток затем вновь направляют в колонну, либо смешивая его с загрузочным материалом, либо направляя его в колонну отдельно. Кислородсодержащую углеводородную фазу обычно смешивают с головным потоком для дальнейшей обработки.
Однако этот отвод пара недостаточен для настолько полного удаления кислородсодержащей углеводородной фазы, чтобы она более не появлялась в колонне. Отвод пара позволяет удалить лишь столько кислородсодержащей углеводородной фазы, чтобы замедлить проскок в кубовый продукт. Таким образом, в колонне все же происходит обширная циркуляция органической фазы, что делает колонну относительно неэффективной для отделения химических продуктов от воды.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение предоставляет способ отделения по меньшей мере фракции некислотных химических продуктов (НКХ) от по меньшей мере фракции сырого газообразного продукта, получаемого в реакции Фишера-Тропша (ФТ), или от конденсата указанного продукта, включающий по меньшей мере операции:
- подачу по меньшей мере фракции сырого газообразного продукта или его конденсата в питающую тарелку перегонной колонны;
- отбор жидкостного потока из указанной колонны с тарелки, расположенной выше питающей тарелки;
- разделение жидкостного потока на водную фазу и обогащенную НКХ фазу; и
- возврат водной фазы в перегонную колонну на тарелку, находящуюся ниже тарелки, с которой отбирают жидкостной поток.
Способ может включать удаление углеводородов диапазона C5-C20 из конденсата сырого газообразного продукта при проведении предварительной операции.
Предварительная операция может включать конденсацию сырого газообразного продукта и затем разделение его в трехфазном сепараторе. Тремя потоками, выходящими из сепаратора, могут быть: хвостовой газ, углеводородный конденсат, в основном включающий углеводороды диапазона С5-С20, и так называемый поток реакционной воды, содержащей НКХ, воду, кислоты и суспендированные углеводороды.
Поток реакционной воды может, например, иметь следующий состав (масс.): 96% воды, 3% НКХ, приблизительно 1% кислот и приблизительно от 0,05 до 1% суспендированных углеводородов диапазона С5-С20.
Суспендированные углеводороды затем могут быть отделены от потока реакционной воды при помощи любого подходящего сепаратора, способного разделять поток на суспензию углеводородов и обогащенный водой поток.
Применяемым сепаратором может быть масляный коагулятор, обычно - Pall коагулятор, способный удалять углеводороды из потока реакционной воды до достижения ими концентрации от 10 частей на миллион до 1000 частей на миллион, обычно 50 частей на миллион.
Коагулятор предназначен для увеличения размеров капелек суспендированных углеводородов, чтобы было легко осуществлять разделение типа жидкость - жидкость.
Если углеводороды, содержащиеся в потоке реакционной воды (обычно от 0,05 до 1 мас.%.), не удалены до начала перегонки, они могут вызывать вспенивание внутри перегонной колонны или могут загрязнять кубовый продукт, в результате чего этот продукт не будет отвечать предъявляемым спецификацией требованиям по содержанию углеводородов.
В альтернативном воплощении сепаратор или коагулятор устанавливают не перед перегонной колонной, а используют его вместо этого для отделения углеводородов от кубового продукта перегонной колонны после перегонки.
Отделенные углеводороды могут быть поданы рециклом на операцию трехфазного разделения или направлены в установки для обработки углеводородов, находящиеся ниже по потоку.
Обогащенный водой поток, полученный при удалении суспендированных углеводородов, подают в перегонную колонну. Обогащенный водой поток может содержать некоторое количество унесенного свободного масла, оставшегося после коагуляции, и от 1 до 10 мас.% НКХ.
Перегонная колонна, применяемая для осуществления настоящего способа, может иметь от 30 до 60, обычно от 38 до 44 тарелок.
Питающая тарелка перегонной колонны может быть расположена между 7 и 15 тарелками, и обычно это тарелка 10 (при нумерации тарелок от вершины колонны вниз).
Жидкостной поток может быть отобран из колонны с тарелки, расположенной непосредственно под тарелкой, на которой впервые появляется или образуется обогащенная НКХ фаза, причем указанная тарелка расположена выше питающей тарелки, таким образом затрудняя движение указанной фазы в нижележащую область колонны и последующую рециркуляцию в верхнюю часть колонны. Затем жидкостной поток может быть разделен на водную фазу и фазу, обогащенную НКХ.
Жидкостной поток может быть отобран из перегонной колонны с тарелки, расположенной между тарелкой 4 и тарелкой 13, обычно это тарелка 6 (при нумерации тарелок от вершины колонны). Жидкостной поток может быть разделен на водную фазу и фазу, обогащенную НКХ, при помощи декантатора, расположенного внутри или снаружи колонны.
Водную фазу возвращают в колонну на тарелку, расположенную ниже тарелки, с которой отбирают жидкостной поток, обычно эта тарелка расположена непосредственно под тарелкой, с которой отбирают жидкостной поток.
Отделенная фаза, обогащенная НКХ, может быть смешана с головными продуктами перегонной колонны для дополнительной обработки, или она может быть обработана самостоятельно для выделения собственных ценных компонентов, или она может быть подана в установку для гидрообработки (hydrroprocessing unit), которую обычно располагают в том же месте, что и перегонную колонну.
Обогащенная НКХ фаза, полученная при разделении жидкостного потока, отобранного из колонны, может содержать от 90 до 100%, обычно 95 мас.%. НКХ (в основном, включая тяжелые спирты), в то время как водная фаза может содержать от 80 до 100%, обычно приблизительно 94 мас.% воды.
Обедненный НКХ и обогащенный водой поток может быть извлечен в виде кубового продукта колонны.
Кубовый продукт может в основном включать воду и органические кислоты из обогащенного водой потока, а также минимальное количество НКХ, обычно приблизительно 50 частей на миллион. Перед дальнейшей переработкой или перед сливом в окружающую среду кубовый продукт может быть использован для нагревания обогащенного водой потока, поступающего в перегонную колонну.
Поток, обогащенный НКХ и содержащий воду, может быть извлечен в виде головного продукта колонны.
Режим работы колонны может быть таким, чтобы головной продукт содержал от 15 до 45%, обычно от 25 до 30 мас.% воды.
Подробное описание изобретения
Изобретение будет далее описано на следующем неограничивающем примере со ссылкой на прилагаемый чертеж, где показана диаграмма воплощения способа в соответствии с настоящим изобретением.
На чертеже номер 10 позиции обычно показывает способ отделения по меньшей мере фракции некислотных химических продуктов (НКХ) от фракции 28, обогащенной конденсированной водой, сырого газообразного продукта 12, получаемого в реакции 14 Фишера-Тропша (ФТ).
Способ 10 включает предварительную операцию, в которой суспендированные углеводороды удаляют из фракции сырого газообразного продукта 12.
Предварительная операция включает конденсацию сырого газообразного продукта 12 и отделение его в типичном трехфазном сепараторе 16. Сепаратор 16 покидают три потока: хвостовой газ 18, углеводородный конденсат 20, в основном включающий углеводороды диапазона С5-С20, и так называемый поток 22 реакционной воды, содержащей НКХ, воду, кислоты и суспендированные углеводороды.
Поток 22 реакционной воды обычно имеет следующий состав (мас.): 96% воды, 3% НКХ, приблизительно 1% кислот и приблизительно от 0,05 до 1% суспендированных углеводородов диапазона С5-С20.
Поток 22 реакционной воды затем разделяют, применяя Pall коагулятор 24, который разделяет поток 22 реакционной воды на суспензию 26 углеводородов и обогащенный водой поток 28.
Pall коагулятор 24 способен удалять углеводороды из потока 22 реакционной воды до достижения ими концентрации от 10 частей на миллион до 1000 частей на миллион, обычно 50 частей на миллион.
Суспензию 26 углеводородов либо подают рециклом в трехфазный сепаратор 16 или направляют в установки для обработки углеводородов (не показаны), находящиеся ниже по ходу потока.
Затем обогащенный водой поток 28 подают в перегонную колонну 30 на питающую тарелку 32.
Жидкостной поток 34 отбирают из колонны 30 с тарелки, расположенной выше питающей тарелки 32. Жидкостной поток 34 включает две жидкостные фазы, образованные в перегонной колонне 30, а именно фазу, обогащенную НКХ, и обогащенную водой или водную фазу. Отбор жидкостного потока 34 по существу означает удаление почти всей жидкости из колонны 30, в результате чего на этом этапе из колонны 30 удаляют наибольшее возможное количество обогащенной НКХ фазы.
Затем жидкостной поток 34 разделяют на водную фазу 36 и фазу 38, обогащенную НКХ, после чего водную фазу 36 возвращают в перегонную колонну 30 на тарелку, расположенную ниже тарелки, с которой отбирают жидкостной поток 34. Обедненный НКХ и обогащенный водой поток 40 извлекают в виде кубового продукта колонны 30. Обогащенный НКХ поток 42, содержащий воду, извлекают в виде верхнего (головного) продукта колонны 30.
Перегонная колонна 30, показанная на фиг.1, имеет 42 тарелки. Питающая тарелка 32 - это тарелка 10 (при нумерации тарелок от вершины колонны 30 вниз), а жидкостной поток 34 извлекают с тарелки 6 (при нумерации тарелок от вершины колонны 30). В показанном воплощении жидкостной поток 34 отделяют посредством декантатора 44, расположенного снаружи колонны 30. Режим работы колонны 30 обычно таков, что головной продукт 42 содержит от 15 до 45%, обычно от 25 до 30 мас.% воды. Кубовый продукт 40 содержит в основном воду и органические кислоты из сырого продукта 12, а также минимальное количество НКХ, обычно приблизительно 50 частей на миллион. Обогащенный НКХ поток 38 обычно содержит 95 мас.% НКХ (включая в основном тяжелые спирты), в то время как водная фаза 36 обычно содержит приблизительно 94 мас.% воды. Перед дальнейшей переработкой или перед сливом в окружающую среду кубовый продукт 40 используют для нагревания обогащенного водой потока 28, поступающего в перегонную колонну 30, при помощи теплообменника 46.
В приведенной ниже таблице представлены экспериментальные данные, полученные при разделении обогащенного водой потока, имеющего состав, аналогичный составу, обычно определяемому в обогащенных водой потоках из установки синтеза Фишера-Тропша, в соответствии с описанными выше операциями способа, начиная с того момента, когда обогащенный водой поток 28 подают в перегонную колонну 30.
| Таблица | ||||
| Состав, мас.% | Обогащенный водой поток 28 | Головной продукт 42 | Обогащенная НКХ фаза 38 | Кубовый продукт 40 |
| Вода | 98,1 | 26,2 | 8,3 | 99,8 |
| Альдегиды | <0,1 | <0,1 | 0,0 | 0,0 |
| Кетоны | <0,1 | 0,5 | 0,1 | 0,0 |
| Метанол и этанол | 1,3 | 53,0 | 3,3 | 0,0 |
| Спирты С3, С4 и С5 | 0,5 | 19,5 | 27,8 | 0,0 |
| Спирты С6+ | <0,1 | 0,4 | 45,9 | 0,0 |
| Другие НКХ | <0,1 | 0,3 | 9,0 | <0,1 |
| Кислоты | 0,1 | 0,2 | 5,7 | 0,1 |
| Поток (кг/ч) | 703,6 | 21,7 | 0,6 | 682,5 |
Результаты ясно показывают, что обогащенная НКХ фаза, которая накапливалась ранее над питающей тарелкой, по существу удаляется из колонны через поток 34 жидкости и в конечном итоге извлекается в виде обогащенной НКХ фазы 38. Существенное удаление обогащенной НКХ фазы таким образом препятствует накоплению тяжелых спиртов в колонне, что в свою очередь устраняет проблемы, связанные с таким накоплением, как описано выше, и позволяет осуществить эффективное отделение НКХ от обогащенного водой потока 28.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено каким-либо специфическим воплощением или конфигурацией, описанными и проиллюстрированными в настоящем документе.
1. Способ отделения по меньшей мере фракции некислотных химических продуктов (НКХ) от по меньшей мере фракции сырого газообразного продукта, получаемого в реакции Фишера-Тропша (ФТ), или от конденсата указанного продукта, включающий по меньшей мере следующие операции:
подачу по меньшей мере фракции сырого газообразного продукта или его конденсата на питающую тарелку перегонной колонны;
отбор жидкостного потока из указанной колонны с тарелки, расположенной выше питающей тарелки;
разделение жидкостного потока на водную фазу и обогащенную НКХ фазу и
возврат водной фазы в перегонную колонну на тарелку, находящуюся ниже тарелки, с которой отбирают жидкостной поток.
2. Способ по п.1, в котором способ включает удаление углеводородов диапазона C5-C20 из конденсата сырого газообразного продукта на предварительной операции.
3. Способ по п.2, в котором способ включает предварительную операцию, которая включает конденсацию сырого газообразного продукта перед разделением его в трехфазном сепараторе.
4. Способ по п.3, в котором тремя потоками, выходящими из сепаратора, являются хвостовой газ, углеводородный конденсат, включающий в основном углеводороды диапазона C5-C20, и поток реакционной воды, содержащей НКХ, воду, кислоты и суспендированные углеводороды.
5. Способ по п.4, в котором суспендированные углеводороды затем отделяют от потока реакционной воды при помощи любого подходящего сепаратора, способного разделять поток на суспензию углеводородов и обогащенный водой поток.
6. Способ по п.5, в котором применяемый сепаратор - это масляный коагулятор.
7. Способ по п.6, в котором коагулятор способен удалять углеводороды из потока реакционной воды до достижения ими концентрации от 10 частей на миллион до 1000 частей на миллион.
8. Способ по п.1, в котором двухфазный сепаратор и/или коагулятор применяют для отделения углеводородов от кубового продукта перегонной колонны.
9. Способ по п.5, в котором отделенные углеводороды подают рециклом в сепаратор.
10. Способ по п.5, в котором обогащенный водой поток подают в перегонную колонну.
11. Способ по п.1, в котором перегонная колонна имеет от 30 до 60 тарелок.
12. Способ по п.1, в котором перегонная колонна имеет от 38 до 44 тарелок.
13. Способ по п.1, в котором питающая тарелка перегонной колонны расположена между тарелкой 7 и тарелкой 15 при нумерации тарелок от вершины колонны вниз.
14. Способ по п.1, в котором питающая тарелка перегонной колонны - это тарелка 10.
15. Способ по п.1, в котором жидкостной поток отбирают из колонны с тарелки, расположенной непосредственно под тарелкой, на которой впервые появляется или образуется обогащенная НКХ фаза.
16. Способ по п.15, в котором жидкостной поток затем разделяют на водную фазу и фазу, обогащенную НКХ.
17. Способ по п.16, в котором жидкостной поток разделяют на водную фазу и фазу, обогащенную НКХ, посредством декантатора, расположенного внутри или снаружи колонны.
18. Способ по п.1, в котором жидкостной поток отбирают из перегонной колонны с тарелки, расположенной между тарелкой 4 и тарелкой 13.
19. Способ по п.1, в котором жидкостной поток отбирают с тарелки 6 перегонной колонны.
20. Способ по п.1, в котором водную фазу возвращают в колонну на тарелку, расположенную ниже тарелки, с которой отбирают жидкостной поток.
21. Способ по п.1, в котором водную фазу возвращают в колонну на тарелку, расположенную непосредственно под тарелкой, с которой отбирают жидкостной поток.
22. Способ по п.1, в котором режим работы колонны таков, что головной продукт содержит от 15 до 45 мас.% воды.
23. Способ по п.1, в котором режим работы колонны таков, что головной продукт содержит от 25 до 30 мас.% воды.
