Теплообмен с использованием маточного раствора в способе кристаллизации пара-ксилола

Изобретение относится к способу осуществления теплообмена с использованием маточного раствора в способе кристаллизации пара-ксилола (PX). Способ включает подачу потока поступающего материала и потока маточного раствора в РХ кристаллизационную установку, содержащую первый теплообменник для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала и кристаллизатор для кристаллизации РХ из потока поступающего материла, при этом поток маточного раствора охлаждается до температуры -50°С, предоставление второго теплообменника для охлаждения потока поступающего материала до его поступления в РХ кристаллизационную установку для охлаждения потока поступающего материала вторым низкотемпературным источником энергии от охлаждающего агента и предоставление третьего теплообменника для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала до того, как поток поступающего материала входит во второй теплообменник. Изобретение обеспечивает повышение процесса низкотемпературной кристаллизации и оптимальное использование охлаждения с применением теплообмена с маточным раствором дня снижения расходов на охлаждение в процессе кристаллизации. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящая заявка согласно 35 U.S.С. 119(e) притязает на преимущества предварительной заявки на патент США Регистрационный No. 61/454337, поданной 18 марта 2011 года, описание которой во всей полноте включено в настоящее изобретение посредством отсылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Заявленное изобретение относится к способам осуществления теплообмена с использованием маточного раствора в способе кристаллизации пара-ксилола. В заявленном изобретении охлаждение с применением теплообмена с маточным раствором оптимально используется для снижения расходов на охлаждение в процессе кристаллизации.

Уровень техники

Изомеры ксилола, орто-ксилол (ОХ), мета-ксилол (MX) и пара- ксилол (РХ) и этилбензол (ЕВ), являются С8 ароматическими соединениями, получающимися в процессе риформинга или в других нефтехимических процессах. Обычно примерный состав продуктов в равновесной смеси ксилолов таков: около 40% MX, 20% РХ, 20% ОХ и 20% ЕВ. Эти значения могут колебаться в пределах ±10%. Очищенные индивидуальные ксилолы в больших масштабах применяются в качестве промышленных растворителей и интермедиатов в производстве многих продуктов. Наиболее важный изомер, РХ, применяется для получения терефталевой кислоты (TPА) и диметилтерефталата (DMT), которые используются для получения волокон, пленок и бутылок из полиэтилентерефталата (PET). Для этих целей требуется РХ высокой степени чистоты (>99.7%). За последние годы потребляемое количество РХ высокой степени частоты очень сильно выросло, что отвечает потребностям быстрорастущего рынка.

Многие физические свойства индивидуальных изомеров ксилола близки между собой, например, температуры кипения, что очень затрудняет получение изомеров ксилола высокой степени чистоты обычной перегонкой. В настоящее время имеется два промышленных метода разделения и получения РХ высокой степени чистоты: адсорбция и кристаллизация. Третий метод, комбинированный процесс адсорбции/кристаллизации, был успешно продемонстрирован при испытании в промышленных условиях в 1990-х годах.

До применения в промышленном масштабе процесса РХ адсорбции низкотемпературная фракционная кристаллизация была первым и единственным промышленным методом выделения РХ из смеси С8 ароматических веществ. Совокупность ксилолов является системой, чрезвычайно удобной для кристаллизации из расплава. Температуры плавления РХ, MX, ОХ и ЕВ равны 13.3°С, -47.9°С, -25.2°С и -95.0°С соответственно, и система не образует твердых растворов выше эвтектической точки. Следовательно, кристаллы представляют собой практически чистый РХ. Разработано несколько промышленных способов кристаллизации для выделения РХ из смеси изомеров. Обычно кристаллический РХ получают в одну или две стадии кристаллизации, с регенерацией РХ около 60-65% за проход. На практике в промышленности кристаллизацию РХ проводят при температуре чуть выше эвтектической точки, от около -50°С до около -70°С для исходной равновесной смеси ксилолов. Равновесие РХ в жидкой смеси С8 ароматических изомеров (маточный раствор) ограничивает эффективность процесса кристаллизации. Кристаллы твердого РХ обычно отделяют от маточного раствора фильтрованием или центрифугированием.

Для получения РХ из исходной равновесной смеси ксилолов маточный раствор отделяют от твердого РХ при низкой температуре. Следовательно, маточный раствор из процесса обладает значительной холодопроизводительностью вследствие его низкой температуры и высокой скорости тока. Настоящее изобретение относится к эффективному теплообмену с использованием маточного раствора в этом процессе низкотемпературной кристаллизации.

С учетом вышеуказанного способы теплообмена с использованием маточного раствора в этом процессе низкотемпературной кристаллизации для получения РХ могли бы дать значительные преимущества. Такие способы позволили бы проводить процессы кристаллизации с большей эффективностью.

Раскрытие изобретения

Согласно различным вариантам в изобретении раскрываются способы теплообмена с использованием маточного раствора в процессе кристаллизации пара-ксилола. Эти способы включают: 1) предоставление кристаллизатора или теплообменника для осуществления теплообмена с использованием низкотемпературного маточного раствора; 2) предоставление второго теплообменника для осуществления теплообмена с использованием маточного раствора с промежуточной температурой; 3) предоставление третьего теплообменника для осуществления теплообмена с использованием маточного раствора с более высокой температурой. Поток поступающего материала представляет собой среду по другую сторону теплообменников/кристаллизаторов, которая несет тепло, и поток поступающего материала охлаждается маточным раствором. В качестве возможного варианта можно иметь четвертый теплообменник для потока поступающего материала между первым кристаллизатором/теплообменником и вторым теплообменником, чтобы дополнительно оптимизировать теплообмен.

Выше в общих чертах представлены признаки настоящей заявки для того, чтобы легче было понять последующее подробное описание. Другие признаки и преимущества настоящей заявки будут описаны ниже, они составляют содержание Формулы изобретения.

Описание фигур

Для полного понимания настоящего изобретения, и его преимуществ, ниже приводится описание в сочетании с сопровождающими рисунками, которые описывают конкретные варианты изобретения, где:

на Фиг.1 показана типичная система теплообмена с использованием маточного раствора и

на Фиг.2 показана типичная система теплообмена с использованием маточного раствора с необязательным четвертым теплообменником между первым кристаллизатором и вторым теплообменником.

Осуществление изобретения

В нижеприведенном описании представлены некоторые данные, такие как конкретные количества и температура, с тем, чтобы обеспечить глубокое понимание настоящего изобретения, раскрываемого в данной заявке. Однако специалистам в данной области техники ясно, что настоящее изобретение можно применять на практике без таких конкретных данных (подробностей). Во многих случаях подробности, относящиеся к таким аспектам и т.п., не приводятся, поскольку такие подробности не являются необходимыми для полного понимания настоящего изобретения и находятся в компетенции среднего специалиста в релевантной области техники.

В процессе кристаллизации РХ основную энергию потребляют компрессоры холодильных установок, которые применяются для получения низкотемпературного хладагента для охлаждения до нужной температуры потоков поступающего материала. Желательно минимизировать холодопроизводительность за счет теплообмена между различными потоками в кристаллизационной установке перед их выпуском.

В процессе кристаллизации РХ с подачей исходной равновесной смеси ксилолов самая низкая температура ограничивается эвтектической точкой, которая находится от около -50°C до около -70°C. Маточный раствор перед выпуском находится при этой температуре перед выгрузкой. Поскольку исходная равновесная смесь ксилолов содержит только около 20% РХ, количество маточного раствора значительно. Следовательно, значительна полезная холодопроизводительность низкотемпературного маточного раствора. Оптимальный теплообмен с использованием маточного раствора повышает энергетическую эффективность процесса.

Один вариант изобретения относится к способу теплообмена с использованием маточного раствора в процессе кристаллизации РХ, причем этот способ включает подачу потока поступающего материала в РХ кристаллизационную установку; предоставление первого кристаллизатора или теплообменника для осуществления теплообмена с использованием низкотемпературного маточного раствора; предоставление второго теплообменника для осуществления теплообмена с использованием маточного раствора с промежуточной температурой; предоставление третьего теплообменника для осуществления теплообмена с использованием маточного раствора с более высокой температурой; при этом поток поступающего в РХ кристаллизационную установку материала охлаждается в процессе теплообмена с маточной жидкостью.

Кристаллизаторы или кристаллизационные установки включают вертикальный сосуд, кристаллизатор с очищаемой поверхностью и промывочные колонны. В кристаллизаторах образуется суспензия кристаллов пара-ксилола высокой степени чистоты в маточном растворе. Эта суспензия подается на промывочную колонну, где кристаллы отделяются от маточного раствора и образуют расплав конечного продукта.

Согласно некоторым вариантам изобретения температура низкотемпературного маточного раствора составляет от -50°С до -70°С. Согласно другим вариантам изобретения кристаллизатор представляет собой кристаллизатор с червячной передачей, кристаллизатор с очищаемой поверхностью или часть кристаллизатора на основном участке кристаллизации РХ. Согласно другому варианту изобретения кристаллизатор может представлять собой один кристаллизатор или несколько кристаллизаторов, работающих последовательно или параллельно. Согласно другим вариантам изобретения теплообменник может представлять собой кожухотрубный теплообменник или предпочтительно теплообменник типа ″труба в трубе″.

Другой вариант изобретения относится к способу осуществления теплообмена с использованием маточного раствора в способе кристаллизации РХ путем предоставления первого кристаллизатора или теплообменника для осуществления теплообмена с использованием низкотемпературного маточного раствора; предоставления второго теплообменника для осуществления теплообмена с использованием маточного раствора с промежуточной температурой; предоставления третьего теплообменника для осуществления теплообмена с использованием маточного раствора с более высокой температурой; и предоставления четвертого теплообменника для дополнительного снижения температуры потока поступающего материала; при этом поток поступающего в РХ кристаллизационную установку материала охлаждается в процессе теплообмена с маточной жидкостью. Согласно некоторым вариантам изобретения теплообменник можно применять для охлаждения потока поступающего материала.

В способе, проиллюстрированном на Фиг.1, теплообмен с маточной жидкостью сначала происходит в первом кристаллизаторе или теплообменнике 101. Кристаллизатор может представлять собой кристаллизатор с червячной передачей или кристаллизатор с очищаемой поверхностью или часть или доля кристаллизаторов на участке кристаллизации, показанном на Фиг.1. Также может иметься несколько кристаллизаторов, работающих последовательно или параллельно. Причиной применения кристаллизатора является то, что, когда температура падает ниже температуры замерзания РХ и происходит образование кристаллов РХ, необходимо непрерывно удалять кристаллы, чтобы предотвратить накопление твердого вещества, которое может вызвать засорение оборудования. В примере, проиллюстрированном на Фиг.1, в теплообменнике 101 маточный раствор нагревается от -63°С до -54°С, а поток исходного материала охлаждается с -35°С до -40°С. Маточный раствор из теплообменника 101 дополнительно нагревается во втором теплообменнике 102, охлаждая поток исходного материала. Для минимизации засорения оборудования теплообменник 102 может представлять собой кожухотрубный теплообменник или предпочтительно теплообменник типа ″труба в трубе″. Далее маточный раствор из теплообменника 102 нагревается примерно до 35°С в третьем теплообменнике 103, как проиллюстрировано в примере, перед выгрузкой из процесса кристаллизации РХ. Этот теплый поток готов для переработки в установках, расположенных ниже по потоку, таких как установка для изомеризации ксилолов. Поток исходного материала охлаждают в теплообменнике 103 от 40°С до -17°С, как проиллюстрировано в примере. Таким образом, происходит полный теплообмен с использованием маточного раствора.

Способ, проиллюстрированный на Фиг.2, аналогичен способу, проиллюстрированному на Фиг.1, за исключением того, что между первым кристаллизатором 101 и вторым теплообменником 102 вводится четвертый теплообменник 104. Четвертый теплообменник добавляется с целью утилизировать охлаждающий агент с более высокой температурой для более эффективного использования теплообмена с маточным раствором. Переход от низкотемпературного охлаждающего агента с более низкой температкрой к охлаждающему агенту с более высокой температурой означает падение общей мощности холодильной установки. Это иллюстрируется на примере охлаждающего агента (источника энергии) с более высокой температурой в четвертом теплообменнике 104 для охлаждения потока исходных материалов до температуры чуть выше точки замерзания; следовательно, процесс в первом кристаллизаторе 101 оптимизируется за счет отнятия тепла маточным раствором. Охлаждающий агент для теплообменника 104 может представлять собой охладитель, поступающий из холодильной установки, или другой подходящий агент.

Из вышеприведенного описания специалист в данной области техники может легко установить существенные признаки настоящей заявки и может, не отступая от ее сущности и объема, сделать различные изменения и модификации для того, чтобы приспособить настоящую заявку для различного применения и разных условий. Предполагается, что описанные выше варианты изобретения даны только в качестве иллюстрации и что их не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения, который определяется нижеприведенной Формулой изобретения.

1. Способ осуществления теплообмена с использованием маточного раствора в способе кристаллизации пара-ксилола (РХ), включающий:
подачу потока поступающего материала и потока маточного раствора в РХ кристаллизационную установку;
где РХ кристаллизационная установка содержит первый теплообменник для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала и кристаллизатор для кристаллизации РХ из потока поступающего материла, при этом поток маточного раствора охлаждается до температуры -50°С;
предоставление второго теплообменника, который охлаждает поток поступающего материала до его поступления в РХ кристаллизационную установку для охлаждения потока поступающего материала вторым низкотемпературным источником энергии от охлаждающего агента; и
предоставление третьего теплообменника для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала до того, как поток поступающего материала входит во второй теплообменник.

2. Способ по п. 1, в котором температура указанного потока маточного раствора составляет от -50°С до -70°С.

3. Способ по п. 1, в котором указанный первый теплообменник представляет собой кристаллизатор с червячной передачей, кристаллизатор с очищаемой поверхностью или часть кристаллизатора на основном участке кристаллизации РХ.

4. Способ по п. 1, в котором указанный первый теплообменник включает множество кристаллизаторов, работающих последовательно.

5. Способ по п. 1, в котором указанный первый теплообменник включает множество кристаллизаторов, работающих параллельно.

6. Способ по п. 1, в котором указанный второй теплообменник представляет собой кожухотрубный теплообменник.

7. Способ по п. 1, в котором указанный второй теплообменник представляет собой теплообменник типа "труба в трубе".



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике. Радиатор тепловой трубы состоит из набора горизонтальных колец 2, закрепленных на вертикально расположенном цилиндрическом корпусе 1.

Настоящее изобретение относится к устройству и способу кондиционирования при помощи активных охлаждающих балок. Система охлаждающих балок для кондиционируемого помещения содержит: блоки охлаждающих балок, каждый из которых имеет первый теплообменник и сконфигурирован для приема первичного воздуха и эжектирования первичного воздуха для создания потока вторичного воздуха через теплообменник; блок подготовки, сконфигурированный для передачи первичного воздуха из центрального блока подготовки воздуха на вход охлаждающей балки; и терминальные блоки, сконфигурированные для кондиционирования, с помощью второго теплообменника, потока рециркуляционного воздуха, извлекаемого из помещения, и смешивания кондиционированного воздуха с первичным воздухом из центрального блока подготовки воздуха для формирования объединенного потока первичного воздуха и передачи кондиционированного рециркуляционного воздуха на вход воздуха охлаждающей балки.

Изобретение относится к энергетике. Теплообменная система, содержащая единое устройство, имеющее область, погруженную в ванну с текучей средой, и свободное пространство вверху, в котором накапливается паровая фаза, одну внутреннюю область, открытую с обоих концов, расположенную внутри упомянутого устройства и полностью погруженную в ванну с текучей средой, теплообменные поверхности, причём, по меньшей мере, одна из теплообменных поверхностей находится внутри данной внутренней области и, по меньшей мере, одна другая поверхность находится в пространстве между упомянутой внутренней областью и стенками данного устройства.

Изобретение относится к теплопередающим устройствам, а именно к гравитационным тепловым трубам, предназначенным преимущественно для использования при охлаждении грунта.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в газоразделительных теплообменных установках, предназначенных для разделения газовых сред путем их охлаждения и дальнейшей конденсации или десублимации.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках для микроприборов. Представлены материалы, компоненты и способы, направленные на изготовление и использование микромасштабных каналов с текучей средой для системы теплообмена, причем температура и поток текучей среды регулируется, частично, за счет макроскопической геометрии микромасштабного канала и подбора по меньшей мере части стенки микромасштабного канала и составляющих частиц, образующих текучую среду.

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к способу подогрева бражки теплом барды. Способ включает подачу бражки в трубное пространство одного кожухотрубного теплообменника, при этом барда направляется в трубные пучки другого теплообменника, а межтрубное пространство заполняется жидким теплоносителем (лютером, технологической водой, ректификованным спиртом), который постоянно перекачивается насосом из межтрубного пространства одного теплообменника в межтрубное пространство другого, обеспечивая непрерывную циркуляцию теплоносителя между двумя теплообменниками и теплообмен в системе барда-теплоноситель-бражка.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для передачи теплоты на значительные расстояния при малом температурном напоре. Магнитожидкостная тепловая труба, содержащая частично заполненный теплоносителем - магнитной жидкостью герметичный цилиндрический корпус с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль, расположенный на внутренней стенке корпуса, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса соосно с ним, состоящий из защитного корпуса, корпуса-основы из немагнитного материала, предназначенного для намотки поверх него нескольких отделенных друг от друга диэлектрическими разделительными шайбами электромагнитных катушек индуктивности, создающих внутри артериального фитиля, соединяющего торцевые стенки магнитожидкостной тепловой трубы, размещенного в корпусе-основе, бегущее в сторону зоны испарения магнитное поле, направленное вдоль оси магнитожидкостной тепловой трубы.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах аккумулирования теплоты и холода, например в антигравитационных бесфитильных тепловых трубах.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках для кондиционеров. Предложен теплообменник, в котором в трубке подачи газа и трубке подачи жидкости блока соединительных трубок соединительные части, в которых алюминиевые трубки (первые трубки для хладагента: трубки для хладагента, сформированные из алюминия или алюминиевого сплава) и медные трубки (вторые трубки для хладагента: трубки для хладагента, сформированные из меди или медного сплава), соответственно, соединяются друг с другом, располагаются в ниспадающих частях алюминиевых трубок.

Изобретение относится к усовершенствованному способу непрерывного получения раствора солей, в частности получения адипата гексаметилендиамина, и к устройству для осуществления такого способа.

Изобретение относится к способу селективного удаления газообразных продуктов реакции из газообразной системы, включающей реагенты и продукты, при проведении химических реакций, таких как синтез аммиака, метанола и т.д., и реакторам для проведения способа.

Изобретение относится к аппаратам погружного горения, основное назначение которых - выпарка различных растворов минеральных солей. В ряде случаев аппараты погружного горения применяются для других целей: подогрева и охлаждения, декарбонизации и т.п.

Изобретение относится к области нефтехимии, в частности к установке получения олефиновых или изоолефиновых С3-С5 углеводородов дегидрированием парафиновых или изопарафиновых С3-С5 углеводородов.

Изобретение относится к технологии производства полиолефинов, в частности, предложенная технология относится к режимам работы при полимеризации полиолефинов. Способ производства полиолефина включает соединение в реакторе жидкофазной полимеризации катализатора с разбавительной смесью, содержащей разбавитель и олефиновый мономер.

Изобретение относится к аппарату для обработки зернистого материала жидкостью под давлением и может быть использовано для десорбции различных компонентов из адсорбентов, например из активированного угля в технологических процессах извлечения благородных металлов.

Изобретение относится к способу эксплуатации системы шлюзов сыпучего материала, которые используют для загрузки под избыточным давлением технологического устройства, содержащего технологический газ, причем во время сброса давления в шлюзах газ и энергию давления частично сохраняют посредством компенсации давления с одним или несколькими напорными резервуарами и вновь используют во время нагнетания давления.

Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов для газожидкостных систем, применяемых в химической, горнорудной, микробиологической промышленностях и других отраслях, и может быть использовано для биологической очистки природных, сточных и промышленных вод, газификации питьевых вод, флотации различных пульп посредством аэрации жидких сред различными газами.

Изобретение относится к способу получения полимера с использованием устройства блокировки. Устройство блокировки представляет собой инструментальную систему, которая сконструирована для действия в ответ на условия, указывающие на потенциальную опасную ситуацию или последовательность, и предназначено для применения в способе получения полимера, который включает стадии: полимеризацию мономера и необязательно сомономера в реакторе с получением полимера, необязательно в присутствии инертного углеводорода, и выгрузку полученного полимера из реактора, при этом блокировка основана на температуре в реакторе и включает стадии: измерение температуры в реакторе и сравнении измеренной температуры с пороговым значением температуры, которое находится ниже обычного интервала температуры в реакторе, ожидаемого для получения соответствующего полимера, при этом выгрузку допускают, если измеренная температура выше, чем пороговое значение, и предотвращают, если измеренная температура ниже, чем пороговое значение.

Настоящее изобретение относится к способу получения монофиламентного волокна или капель полимера, образованных из полилактона, полученного полимеризацией L-лактида, D-лактида, D,L-лактида, мезо-лактида, гликолида, ε-капролактона, триметилен карбоната или их смесей, которую проводят в реакторе периодического действия, снабженном по крайней мере одним перемешивающим элементом и поршнем с приводом для извлечения продукта реакции через минимум одну фильеру, включающему следующие стадии: а) приготовление реакционной смеси, содержащей L-лактид, D-лактид, D,L-лактид, мезо-лактид, гликолид, ε-капролактон, триметилен карбонат или их смесь, катализатор и опционально регулятор молекулярной массы и другие добавки, б) загрузка реакционной смеси в реактор в сухом или расплавленном виде, после которой рабочий объем реактора герметично закрывается поршнем, в) проведение полимеризации в нагретом выше температуры плавления мономера реакторе при перемешивании, причем перемешивающие элементы могут опускаться и подниматься на различную высоту независимо от поршня, г) извлечение продукта реакции из реактора посредством выдавливания расплава полилактона через минимум одну фильеру с получением монофиламентного волокна или капель полимера.

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств и может быть использовано при получении гидроксида алюминия из насыщенных алюминатных растворов.

Изобретение относится к способу осуществления теплообмена с использованием маточного раствора в способе кристаллизации пара-ксилола. Способ включает подачу потока поступающего материала и потока маточного раствора в РХ кристаллизационную установку, содержащую первый теплообменник для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала и кристаллизатор для кристаллизации РХ из потока поступающего материла, при этом поток маточного раствора охлаждается до температуры -50°С, предоставление второго теплообменника для охлаждения потока поступающего материала до его поступления в РХ кристаллизационную установку для охлаждения потока поступающего материала вторым низкотемпературным источником энергии от охлаждающего агента и предоставление третьего теплообменника для осуществления теплообмена через стенку между потоком маточного раствора и потоком поступающего материала до того, как поток поступающего материала входит во второй теплообменник. Изобретение обеспечивает повышение процесса низкотемпературной кристаллизации и оптимальное использование охлаждения с применением теплообмена с маточным раствором дня снижения расходов на охлаждение в процессе кристаллизации. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх