改善吸附分離的能量效率的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明方法包含用于通過用可變速驅動裝置驅動一個或多個泵來節(jié)省一個或多個方法泵中的能量的手段。本發(fā)明尤其用于使用與大循環(huán)流相關聯的模擬移動床吸附使吸附產物與組分的混合物分離，該大循環(huán)流通過可變速驅動裝置來泵送以達到相對于現有技術的能量節(jié)約。該改善對用于使對二甲苯與混合的C8芳烴分離的方法尤其適用。
【專利說明】改善吸附分離的能量效率
[0001]本申請主張在2011年11月9日申請的美國申請第13/292，713號的優(yōu)先權。
[0002]發(fā)明所屬的【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及針對泵送液體需要實質能量要求的方法中的能量節(jié)約。更具體而言，本發(fā)明涉及用于烴的吸附分離的方法中的能量節(jié)約。
[0004]發(fā)明背景
[0005]本發(fā)明應用于在泵送液體時消耗實質能量的石油和石油化學方法的背景下。所述應用的實例為將液體進料泵送至高壓和再循環(huán)方法，其中相對大體積的液體在該方法內循環(huán)。本發(fā)明與能量要求中的所得低效率相關(其中泵送速率可變)，且在作為重要考慮因素時尤其相關。
[0006]一特定應用是在用于自包含萃余物和/或另一副產物的混合物選擇性吸附萃取物的連續(xù)分離方法中。所述方法廣泛用于分離烴，例如，使對二甲苯和/或間二甲苯與CS芳烴的混合物分離，使正烷烴與石蠟混合物分離或使特定烯烴與烯烴和石蠟的混合物分離。一般而言，方法使用固體吸附劑，固體吸附劑優(yōu)先保留萃取物以便使萃取物與混合物的剩余物分離。
[0007]固體吸附劑常常呈模擬移動床的形式，其中固體吸附劑的床保持靜止且各種流進入和離開床的位置周期性地移動。吸附劑床自身通常為一連串固定子床。液體輸入和輸出的位置在流體流經床的方向上的移位模擬固體吸附劑在相反方向上的移動。通過一般稱為旋轉閥的流體導引裝置來實現液體輸入和輸出的位置的移位，該流體導引裝置結合位于吸附劑子床之間的分配器來作用。通過使液體自吸附劑床的底部循環(huán)至頂部的泵來引導循環(huán)回流(pumparound stream)。在給定位置處的循環(huán)回流的組合物和體積隨每一閥步進改變。吸附劑床可含在兩個或更多個室中，其中對應數目個循環(huán)回流和泵以及兩個泵在所述吸附單元中為典型的。在一個或多個吸附劑室間來回移動實質和變化量的材料的循環(huán)回流泵為顯著能量消耗裝置。
[0008]對于有關模擬移動床及其操作的更多細節(jié)，參見US2，985，589。關于對二甲苯分離方法，參見Mowry, J.R.的Handbook of Petroleum Refining Processes ；Meyers, R.A.Ed.；McGraw-Hi 11: New York, 1986,第 8-79 M 8-99 頁。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的為在石油和石油化學方法中提供液體的可變速率泵送中的能量節(jié)省。本發(fā)明在減輕模擬移動床吸附方法中的高泵送能量使用方面尤其有價值。
[0010]本發(fā)明的一寬泛實施方案包括一種用于在恒壓方法中控制一個或多個循環(huán)流的流動速率和節(jié)約泵送所述一個或多個循環(huán)流時的能量的方法，所述恒壓方法用于通過在模擬移動床中的吸附分離使吸附的化合物與包含兩個或更多個化合物的進料流分離，所述模擬移動床包含在包含復數個近接點的一個或多個多床吸附劑室中，其中在處理的循環(huán)期間通過使個別近接點移位，進料流和解吸劑流各自注入至所述一個或多個吸附劑室中，且包含吸附的化合物的萃取物流和萃余物流各自個別地自所述一個或多個吸附劑室取出，其中至少一個循環(huán)流包含通過以在處理的循環(huán)期間變化至少10%的流動速率泵送而循環(huán)通過一個或多個吸附劑室的變化比例的進料流、解吸劑、萃取物和萃余物，所述方法包括通過將至少一個泵連接至可變速驅動裝置來推進使所述一個或多個循環(huán)流循環(huán)的一個或多個泵。
[0011]一個更特定實施例為一種用于在恒壓方法中控制一個或多個循環(huán)流的流動速率和節(jié)約泵送所述一個或多個循環(huán)流時的能量的方法，所述恒壓方法用于通過在模擬移動床中的吸附分離使對二甲苯與混合的CS芳烴分離，所述模擬移動床包含在包含復數個近接點的一個或多個多床吸附劑室中，其中在處理的循環(huán)期間通過使個別近接點移位，所述CS芳烴流和解吸劑流各自注入至所述一個或多個吸附劑室中，且包含對二甲苯的萃取物流和萃余物流各自個別地自所述一個或多個吸附劑室取出，其中所述至少一個循環(huán)流包含通過以在處理的循環(huán)期間變化至少10%的流動速率泵送而循環(huán)通過所述一個或多個吸附劑室的變化比例的混合的CS芳烴、解吸劑、對二甲苯和萃余物，所述方法包括通過將至少一個泵連接至可變速驅動裝置來推進使循環(huán)流循環(huán)的一個或多個泵。
[0012]又一更特定實施例為一種用于在恒壓方法中控制一個或多個循環(huán)流的流動速率和節(jié)約泵送所述一個或多個循環(huán)流時的能量的方法，所述恒壓方法用于通過在模擬移動床中的吸附分離使對二甲苯與混合的CS芳烴分離，所述模擬移動床包含在包含復數個近接點的一個或多個多床吸附劑室中，其中在處理的循環(huán)期間通過使個別近接點移位，所述CS芳烴流和解吸劑流各自注入至所述一個或多個吸附劑室中，且包含對二甲苯的萃取物流和萃余物流各自個別地自所述一個或多個吸附劑室取出，其中至少一個循環(huán)流包含通過以在處理的循環(huán)期間變化至少10%的流動速率泵送而循環(huán)通過所述一個或多個吸附劑室的變化比例的混合的CS芳烴、解吸劑、對二甲苯和萃余物，所述方法包括通過將至少一個泵連接至可變速驅動裝置來推進使循環(huán)流循環(huán)的一個或多個泵；和利用預測性負載控制的算法操縱可變速驅動泵的速度且與旋轉閥的轉位(index)同時調整控制的位置來控制該泵和閥的時機，從而獲得適當室間流體流動速率。
[0013]附圖簡述
[0014]圖1為用于自混合的CS芳烴回收對二甲苯的常規(guī)模擬移動床吸附方法的示意圖。
[0015]圖2為顯示本發(fā)明的能量節(jié)省裝置的位置的圖1方法的示意圖。
[0016]圖3為顯示本發(fā)明的能量節(jié)省裝置的替代配置u的圖1方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如上文所提及，本發(fā)明提供在石油和石油化學方法中在液體的可變速率泵送方面尤其相關的能量節(jié)省。當經泵送液體流的流動速率在處理的循環(huán)期間變化至少10%且尤其變化25%或更多時，流量控制閥上的壓降和相關能量損失可對處理成本具有實質影響?？赏ㄟ^將可變速驅動裝置用于在處理的循環(huán)中使液體流循環(huán)的泵來節(jié)約能量。
[0018]本發(fā)明可有用地應用于分離方法中的處理的一個或多個循環(huán)中。本發(fā)明尤其有用于吸附分離，其中在該方法中，大體積的液體通過吸附塔以可變速率和恒壓來循環(huán)。用以控制所述液體流的控制閥尤其在相對低流動速率下遭遇大壓降。處理的循環(huán)為如在吸附劑的塔的底座處量測到的恒壓系統(tǒng)，這是因為壓力在處理的循環(huán)期間不會有意變化，但0.2至
0.5，優(yōu)選0.1至0.2MPa的小變化可隨方法目標而發(fā)生。
[0019]圖1在用于使用呈模擬移動床的形式的固體吸附劑自混合的CS芳烴回收對二甲苯的方法的背景下說明已知技術。固體吸附劑的床保持靜止且可含在兩個或更多個室10和20中。吸附劑床自身通常為一連串固定子床。各種流進入和離開床的位置通過近接點A周期性地移動。液體輸入和輸出的位置在流體流經床的方向上的移位模擬固體吸附劑在相反方向上的移動。通過一般稱為旋轉閥的流體導引裝置30來實現液體輸入和輸出的位置的移位，該流體導引裝置30結合位于吸附劑子床之間的分配器來工作。旋轉閥實現通過位于吸附劑子床之間的近接點A將輸入和輸出位置移動至特定分配器。在稱為步進時間的指定時間周期之后，旋轉閥前進一轉位且將液體輸入和輸出重新導引至緊鄰先前使用的分配器且在該分配器下游的分配器。
[0020]吸附劑系統(tǒng)的主要液體輸入和輸出由四個流組成:進料流F、萃取物E、萃余物R和解吸劑D。各個流以特定流動速率流入至吸附劑系統(tǒng)中或流出吸附劑系統(tǒng)，且各個流動速率被獨立控制。在自CS芳烴的混合物回收對二甲苯時，進料流包含二甲苯和乙苯連同少量非芳族烴的混合物。引入至吸附劑系統(tǒng)的解吸劑包含能夠由吸附劑替換進料組分的液體。自吸附劑系統(tǒng)取出的萃取物含有通過吸附劑選擇性地吸附的分離的對二甲苯連同解吸劑。自吸附劑系統(tǒng)取出的萃余物含有通過吸附劑較少程度地選擇性吸附的其它二甲苯異構體、乙苯和非芳族烴連同解吸劑。還可存在相關聯的沖洗流P，該沖洗流P在近接點的移位之前清洗不適當材料的分配器。流自吸附劑床10和20流至用于分別回收萃余物產物RP和萃取物產物EP的分餾器40和50，其中將解吸劑D再循環(huán)至吸附劑室。
[0021]通過11和21表示的循環(huán)流分別通過泵12和22引導，泵12和22使來自一個吸附劑床室的物理底部的液體循環(huán)以重新進入另一吸附劑床室的物理頂部。包含進料流、解吸劑、萃取物和萃余物的循環(huán)流的組合物隨每一閥步進而改變。在四個主要流移動通過吸附劑床時，不僅進入和離開吸附劑床的組合流的組合物而且其體積顯著變化；該變化在自混合的C8芳烴回收對二甲苯時通常多達60%。通過泵12引導來自第一室10的物理底部的流出液11以重新進入第二室20的物理頂部的流被視為循環(huán)回流，且此流的速率一般通過壓力控制器13通過閥14來控制。引導來自第二室20的物理底部的流出液21重新進入第一室10的物理頂部的流被視為循環(huán)回流且一般通過流量控制器23和閥24來控制。
[0022]圖2和圖3展示在圖1中所說明的方法的背景下在連續(xù)吸附方法中本發(fā)明的可變速驅動裝置的置放。吸附室100和200對應于圖1的室10和20，旋轉閥300對應于閥30，且分餾器400和500對應于圖1的40和50。流F、E、R和D具有與圖1中的命名相同的命名。循環(huán)流110和210對應于圖1中的循環(huán)流11和21。
[0023]為了克服所述功率損失，本發(fā)明用如圖2和圖3中所展示的可變速泵和驅動器來替換控制閥。所述圖關于對應吸附劑床100和200及旋轉閥300以及對應分餾器400和500來重復圖1的吸附劑床10和20以及旋轉閥30的說明；所述圖的描述對應于圖1的描述且出于描述簡潔起見而省略。來自吸附劑床100和200的循環(huán)回流110和210的速率如分別在流量計112和212中所指示，流量計112和212可為渦輪流量計、外部傳感器或本領域中已知的能夠提供所述流動速率的任何其它裝置。循環(huán)泵111和211與圖1的泵12和22相同地定位，但圖2和圖3的泵通過可變速驅動器以通過流量計112和212以及控制系統(tǒng)113和213指示的流動速率推進。驅動器可配置為(例如)直接驅動裝置或齒輪馬達鏈驅動裝置或對于泵性能而言最佳的任何連接件，且優(yōu)選為針對離心泵的直接驅動裝置。驅動器可為具有通過變化至馬達的頻率或電壓中的一個或多個來控制的速度的馬達，優(yōu)選地，感應馬達連接至離心泵，其中速度通過改變交流電壓供應器的頻率來控制?；蛘?，驅動器可為本領域中已知的連續(xù)可變蒸汽渦輪。
[0024]關于連接至控制器113和213的儀表和閥，圖3不同于圖2。圖3將流量控制閥214和224而非流量指示器連接至控制器113和213 ;當流動速率增加時，泵速首先增加，封閉CV且接著在凈流(net stream)過渡之后，CV即敞開，且在流量減小時，CV首先封閉且在凈流過渡發(fā)生之后，泵速減小以敞開閥。控制閥結合可變速驅動器和預測性負載控制的這種使用減小驅動器的大小且可使由流變化的過渡時間平穩(wěn)。
[0025]優(yōu)選通過專家系統(tǒng)控制可變速驅動器以節(jié)約能量，專家系統(tǒng)可包含可程序化邏輯控制器(PLC)、計算機硬件、計算機軟件、臺式計算機、大型計算機、服務器、客戶端、集成電路或作為單獨組件或單一裝置處于系統(tǒng)上或外的一個位置中的其它適當裝置。本發(fā)明的控制系統(tǒng)用于在吸附方法中優(yōu)選通過預測性負載控制的算法使循環(huán)流的流動平穩(wěn)，該算法不僅利用量測到的流量數據，而且利用吸附方法的已知參數和內部數學關系。所使用的算法可有用地稱作分區(qū)過渡控制算法(ZTC)。循環(huán)流的體積在輸入和輸出“分區(qū)”移動通過吸附劑床時以已知方式改變(如通過旋轉閥的轉位位置判定)，從而在吸附劑床內達成適當流體流動速率。流量的特別顯著改變在萃余物在室100與室200之間過渡時發(fā)生。將所述改變程序化至算法中，其中對驅動器速度和/或控制閥的調整在接收實際流量數據之前預期改變；亦即，算法在床過渡期間結合旋轉閥的轉位感測控制器位置且隨后關于旋轉閥的轉位來預先定位可變速馬達和任選控制閥的速度以使振蕩平穩(wěn)，另外，該算法可感測預先定位的精度且調整后續(xù)定位。因此，系統(tǒng)利用預測性負載控制的算法操縱可變速驅動泵的速度且與旋轉閥的轉位同時調整控制的位置來控制泵速和任選閥的改變的時機，從而獲得適當室間流體流動速率。
[0026]使實質和變化量的材料在吸附劑室間來回移動的已知技術的循環(huán)回流泵和壓送環(huán)路泵為顯著能量消耗裝置。相對大循環(huán)組合流的顯著變化在所述循環(huán)泵中導致能量使用方面的實質低效率，根據已知技術，循環(huán)泵必須過大以適應最大流量。在2000立方米/小時的低流動速率下，相關聯的控制閥上的壓降可為350kPa，其中具有200kW的耗散功率。本發(fā)明因此提供能量節(jié)省的顯著可能。
[0027]實施例:
[0028]針對假設吸附分離方法計算與流動速率的閥控制相關聯的浪費的能量的量。平均計算速率設定在2000m3/小時下，且速率在循環(huán)內自平均速率的119%至75%變化。在流動速率變化時，泵所需的能量的46.3%至63%被浪費用于控制。在具有兩個吸附鏈的情況下，浪費的功率總計達9700兆瓦小時/年，其中在每千瓦小時$0.065的功率成本下具有$630, 000的價值。
[0029]必須強調，上文描述僅說明優(yōu)選實施方案，且不意欲為對本發(fā)明的一般寬泛范圍的不當限制。舉例而言，可自前述描述容易地外推用于同時控制一個以上特性的程序。類似地，本領域技術人員將理解可調整步進時間和流的流動速率兩者的方式。雖然描述的范圍因此為狹窄的，但本領域技術人員將理解外推至本發(fā)明的更寬泛范圍的方式。
【權利要求】
1.一種用于在恒壓方法中控制一個或多個循環(huán)流的流動速率和節(jié)約泵送所述一個或多個循環(huán)流時的能量的方法，所述恒壓方法用于通過模擬移動床中的吸附分離使吸附的化合物與包含兩個或更多個化合物的進料流分離，所述模擬移動床包含在包含多個近接點的一個或多個多床吸附劑室中，其中在處理的循環(huán)期間通過使個別近接點移位，進料流和解吸劑流各自注入所述一個或多個吸附劑室中，且包含所述吸附的化合物的萃取物流和萃余物流各自個別地自所述一個或多個吸附劑室取出，其中至少一個循環(huán)流包含通過以在處理的循環(huán)期間變化至少10%的流動速率泵送而循環(huán)通過所述一個或多個吸附劑室的變化比例的進料流、解吸劑、萃取物和萃余物，所述方法包括通過將至少一個泵連接至可變速驅動裝置來推進使所述一個或多個循環(huán)流循環(huán)的一個或多個泵。
2.根據權利要求1的方法，其中各個可變速驅動裝置由可變速馬達組成。
3.根據權利要求1的方法，其中可變速驅動裝置為可變速蒸汽渦輪。
4.根據權利要求1至3中任一項的方法，其進一步包括利用預測性負載控制的算法操縱可變速驅動泵的速度。
5.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中流動速率變化25%或更多。
6.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中進料流包含混合的CS芳烴，且萃取物流包含對二甲苯。
7.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中進料流包含混合的CS芳烴，且萃取物流包含間二甲苯。
8.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中進料流包含脂族烴和芳族烴的混合物，且萃取物流包含正烷烴。
9.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中進料流包含石蠟烴和烯烴的混合物，且萃取物流包含正烯烴。
10.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中使個別近接點移位包括利用旋轉閥，和 利用預測性負載控制的算法操縱可變速驅動泵的速度且與旋轉閥的轉位同時調整所述控制的位置來控制泵速的改變時機，從而獲得適當的室間流體流動速率。
【文檔編號】C07C7/12GK103917280SQ201280054839
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權日:2011年11月9日
【發(fā)明者】S·J·弗雷, L·H·佩滕吉爾, M·R·范德科特 申請人:環(huán)球油品公司