交換器和與其相關的方法
2023-05-11 03:06:01 1
交換器和與其相關的方法
【專利摘要】一個典型實施例是烷基化的方法。該方法可包括提供來自於第一烷基化區的第一流出物；以及提供來自於第二烷基化區的第二流出物。一般地，其中，所述第一流出物和第二流出物被供給到用於使得分餾區再沸的交換器中。
【專利說明】交換器和與其相關的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年6月27日提交的美國申請N0.13/170, 143的優先權。
【技術領域】
[0003]本發明總體上涉及使用一個或多個交換器進行的多種方法，諸如烷基化方法。
【背景技術】
[0004]在足以限制反應溫升的條件下，在多級、全液相的反應器中可執行利用丙烯而使得苯烷基化的處理。經常情況下，通過分級地加入丙烯反應物(也起到級間反應器冷激的作用)可獲得控制反應溫度的效果，其中大量循環的反應器排除物再循環流從最後反應級流回到第一反應級。該反應器流出物再循環流可起熱沉的作用，以控制多級中的放熱量。
[0005]舉例說明，基於淨的反應器流出物，按體積算，反應器流出物再循環流的量是3.5至I。就此而言，反應器流出物再循環流可要求使用多個大容量的且與多個熱交換器組合的再循環泵，其中在提供層間反應器冷激之前這些熱交換器冷卻一部分再循環流。結果，強烈地希望通過所述多級所產生的熱量(而不是在不具有重新獲取其他適當的工藝中的熱量的益處的情況下僅僅使用冷卻設備)來提高該方法的效率。
【發明內容】
[0006]一個示例性實施例可以是用於烷基化的方法。該方法可包括提供來自於第一烷基化區的第一流出物；以及提供來自於第二烷基化區的第二流出物。一般地，其中，所述第一流出物和第二流出物被供給到用於使得分餾區再沸的交換器。
`[0007]另一示例性實施例可以是交換器。該交換器可包括第一離散管束、第二離散管束和第三離散管束。典型地，各管束適用於接收用於交換熱量的不同流。
[0008]又一示例性實施例可以是利用一種或多種C3—碳氫化合物而使苯烷基化的方法。所述方法可包括:提供包含一種或多種來自於第一烷基化區的已烷基化的苯化合物的第一流出物，提供包含一種或多種來自於第二烷基化區的已烷基化的苯化合物的第二流出物，提供包含一種或多種來自於第三烷基化區的已烷基化的苯化合物的第三流出物，將來自於所述插入式再沸器(stab-1n boiler)的所述第一、第二和第三流出物供給到包括一個或多個空氣冷卻器的冷卻區中，將來自於所述冷卻區的所述第一流出物供給到所述第二烷基化區，將來自於所述冷卻區的所述第二流出物供給到所述第三烷基化區，將來自於所述冷卻區的所述第三流出物供給到所述第四烷基化區。通常，將所述第一、第二和第三流出物供給到用於使苯分餾塔中間再沸的插入式再沸器中。
[0009]本文公開的一些實施例可提供利用多種流出物(即，分別來自於第一烷基化區和第二烷基化區的第一流出物和第二流出物)在另一工藝(諸如，使得分餾區再沸的工藝)中供熱的工藝。優選地，使用至少三股來自於各自的烷基化區的流出物來使得分餾區(諸如，將異丙基苯和苯分開的分餾區，在此分餾區中，所述交換器可以是一插入式再沸器)再沸。使用位於塔中的較高位置的中間再沸器(其中溫差驅動力是有利的)可減少底部再沸器處較高價值的較高溫度的加熱介質(諸如傳熱油、高溫蒸汽)或燃料加熱器的使用，由此提高了能量效率並且減少了外部設備成本。另外，本文公開的這些實施例可提供帶有三組離散管束的交換器，各組離散管束具有分開的入口和出口，所述離散管束可接收多股分開的工藝流(這些工藝流優選地都處於大致相同的溫度下)以用於將額外的熱負荷供給到例如分餾區。此外，與可能由層間冷激而產生的回混相對比，取消層間冷激(inter-bed quench)可改進自活塞流反應器構型的單烷基化的選擇性。
[0010]定義
[0011]在本文中使用的術語「流」可包括多種碳氫化合物分子，諸如直鏈、支鏈，或者環烷烴、烷烴、二烯烴、炔烴，以及可選的其他物質，例如氣體，例如氫氣，或者雜質諸如重金屬以及硫和氮的化合物。這些流也可包括芳香族以及非芳香性的碳氫化合物。此外，碳氫化合物分子可以是縮寫的C1，C2，C3……Cn，其中「η」表示碳原子在所述一個或多個碳氫化合物分子中的數量。
[0012]在本文中使用的術語「區」可指代包括一種或多種裝備物件和/或一個或多個子區的區域。裝備物件可包括一個或多個反應器或反應器容器、加熱器、交換器、管件、泵、壓縮機，以及控制器。另外，一裝備物件諸如反應器、乾燥機或容器等還可包括一個或多個區域或子區。
[0013]在本文中使用的術語「烷基化」可指將烷基引入到有機分子中。例如，可以將乙烯基團和/或丙烯基團引入到苯分子中，或者甲醇基團可引入到甲苯分子中。
[0014]在本文中使用的術語 「交換器」可指促進兩種流體之間的熱傳遞的設備，且可包括插入式再沸器、冷凝器、蒸發器、空氣冷卻器、釜式交換器、雙管式交換器、帶折流板殼管式交換器、強制再循環再沸器，或者豎式或水平式熱虹吸再沸器。
[0015]在本文中使用的術語「富含」是指流中的一種化合物或一類化合物的摩爾含量至少大體是50%，優選地70%的量。
[0016]在本文中是使用的術語「基本上/實質上」是指流中的一種化合物或一類化合物的摩爾含量至少大體是80%，優選地90%，最優地99%的量。
[0017]如描繪的那樣，圖中的工藝流管線可互換地指代，例如管線、管道、供給料、部分、流出物、剩餘物、產品或流。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是不例性烷基化設備的不意圖。
[0019]圖2Α是沿圖1的線2A-2D的示例性再沸器的端部正視圖。
[0020]圖2Β是沿圖1的線2A-2D的另一示例性再沸器的端部正視圖。
[0021]圖2C是沿圖1的線2A-2D的又一示例性再沸器的端部正視圖。
[0022]圖2Β是沿圖1的線2A-2D的又一示例性再沸器的端部正視圖。
【具體實施方式】
[0023]參考圖1，烷基化設備100可包括烷基化反應器110、分餾區200以及冷卻區500。一般地，如果在如下所述將流出物返回到烷基化區之前需要去除額外的熱量的話，設置冷卻區500。一般地，烷基化設備100能夠接收包括一種或多種C3碳氫化合物(典型地，丙烯)的供給料60，該供給料可分成幾股流。尤其是，C3供給料60可分成第一部分丙烯64、第二部分丙烯68和第三部分丙烯72。如圖1所示並且在下文中將詳細描述，這幾部分丙烯可分別在和「A」處直接供給到再循環的流出物中。剩餘部分的丙烯流76可與包括苯的再循環流80混合以形成混合供給料90。在下文中將詳細描述再循環流80。
[0024]烷基化反應器110可包括第一烷基化區120、第二烷基化區140、第三烷基化區160和第四烷基化區180。雖然公開了四個烷基化區，應當理解可使用任何適當數量的烷基化區，例如兩個至八個烷基化區。第一、第二、第三和第四烷基化區120、140、160和180可在任何適當的條件下例如在70°C _180°C的溫度和100-10000kPa的壓力下獨立操作。可將烷基化區流出物184傳遞到下一步工藝(諸如傳遞到可包括脫丙烷塔的分餾區以去除輕餾分)，並且可在進一步分餾之前與其他工藝流出物(諸如烷基轉移流出物)混合。在例如US7, 744，828中描述了這些示例性的區域。另外，如果冷卻區500不足以移除烷基化流出物中的熱量的話，如下所述，烷基化區流出物184的至少一部分可通過加入到混合供給料90中而再循環到烷基化反應器110的頂部。一般地，希望將烷基化區流出物184的任何這種再循環減至最低程度。
[0025]在附加的工藝之後，烷基化區流出物184可全部或部分地作為苯塔供給料190提供。特別地，分餾區200可包括分餾塔210，諸如苯塔。分餾塔210可包括容納交換器300的至少一部分的槽260。該示例性實施例中的交換器300可以是向分餾塔210提供中間熱負荷的插入式再沸器。
[0026]通常，分餾塔210可提供包括苯的頂部流220和包括諸如異丙基苯(cumene)的已烷基化的苯的底部流240。分餾塔210可在任意適當的條件下操作，諸如30°C至220°C範圍內的操作溫度和160kPa至280kPa範圍內的壓力。頂部流220中的苯可在120°C至170°C的溫度下提供。頂部流220可與剩餘部分的丙烯流76混合以形成供向烷基化反應器110的混合供給料90。
[0027]在操作中，混合流90可被提供到形成第一流出物或第一烷基化流出物124的第一烷基化區120。第一流出物124可提供到交換器300中以移除一些熱量。一般地，分餾塔210中的液體收集在槽260中，該槽中的液體可通過交換器300而再沸。此後，第一流出物124可提供到冷卻區500中。
[0028]冷卻區500可包括一個或多個空氣冷卻器，諸如第一空氣冷卻器510、第二空氣冷卻器520和第三空氣冷卻器530，但是可使用任意數量的冷卻器。此外，該冷卻器可使用其他流體，諸如水，在一個優選的實施例中，該冷卻器是一個或多個氣冷式熱交換器。或者，可使用任何適當的交換器。此後，第一流出物124可流過冷卻區500，尤其是第一空氣冷卻器510，以被冷卻到適於被供給到第二烷基化區140的溫度。在被提供到第二烷基化區140上方之前，第一流出物124可與第三部分丙烯72混合。
[0029]類似地，第二流出物或第二烷基化流出物144和第三流出物或第三烷基化流出物164可從相應的第二和第三烷基化區140和160中排出。類似地，第二流出物144和第三流出物164可被供給到交換器300中。此後，第二流出物144和第三流出物164可流過冷卻區500，特別是相應的第二空氣冷卻器520和第三空氣冷卻器530，以在分別與第二部分丙烯68和第一部分丙烯64混合之前冷卻到適當的溫度。接著，第二流出物144和第三流出物164可被供給到上述相應的烷基化區中，也就是，第三烷基化區160和第四烷基化區180。在反應物經過第四烷基化區180之後，可獲得烷基化區流出物184。冷卻區500可將已冷卻的再循環流出物供給到烷基化區中，以防止放熱反應溫度發生不期望的升高。
[0030]典型地，流出物124、144和164在苯塔210的苯塔供給料190和底部流240之間的中間位置處在系統壓力下作為液體被傳遞。內部反應器頭部可保證流出物124、144和164全部流動到交換器300中並且返回到烷基化反應器110中。在將熱量傳遞到苯塔210中的物質之後，冷卻的床層流出物124、144、164分別在冷卻並與更多的富含丙烯的反應物混合之後返回到緊靠原始佔據點的下遊的反應器中。
[0031]通常，第一流出物124、第二流出物144和第三流出物164在基本相同的壓力和溫度下被供給到交換器300中。如此，交換器部件上的機械應力由於此溫差和壓差而被最小化。這裡公開的交換器可能僅具有(在使用時從入口到出口的)10°C的管側溫差。因此，該低溫差一般允許使用三組以上離散的管束，同時防止由於疲勞而造成的損害。
[0032]交換器300可包括分區成多組離散管束的單個插入式再沸器，該多組離散管束用於使得多股分開的流體流在不混合的基礎上流經交換器300。通常，針對各股工藝流有一組離散管束，在這樣的示例性實施例中，存在三組離散管束。雖然公開了插入式再沸器，但是應該理解，也可使用其他類型的交換器，諸如釜式交換器或水平熱虹吸再沸器。釜式交換器或水平熱虹吸再沸器可位於分餾塔210的外部。如果插入式再沸器由於機械限制因素而不適用於分餾塔210的話，外部交換器是有利的。
[0033]因此，這裡公開的實施例可允許來自烷基化反應器110中的三個分開的區域的已加熱的反應過的流出物的一部分轉移到烷基化設備100中的某一位置，`以有效地減少較高價值的較高溫度的加熱介質(諸如熱傳遞油、高溫蒸汽)或燃料加熱器的用於產生烷基化反應器110所需的再循環苯的使用。在一個示例性的實施例中，單個的(使用三組離散管束)三合一使用的熱交換器可獲得這些結果。典型地，一組離散管束將它裡面的流體與經過該熱交換器的其他流體隔絕。
[0034]參考圖2A-2D，交換器300可採用多種形式。特別是，交換器300可以是如圖2A所示的再沸器300A，如圖2B所示的再沸器300B，如圖2C所示的再沸器300C，或者如圖2D所示的再沸器300D。如所描繪的，這些再沸器300A-300D中的每一個可具有三組離散的管束，這些管束具有由一個或多個虛線所示的內部位置。
[0035]參考圖2A，再沸器300A可包括一個或多個噴嘴304和一個或多個U型管306。雖然描述了 6個噴嘴304和9個U型管，應當理解，為了使得附圖不過度零亂，在圖中只標註了一個噴嘴304和一個U型管306。此外，只描述了一些U型管306，但是可能也存在其他的U型管。同樣地，其他的圖2B-D可能類似地標記，並且可能只描述一些U型管。
[0036]再沸器300A可包括帶有一入口 312和一出口 314的第一區域310、帶有一入口320和一出口 322的第二區域318、帶有一入口 326和一出口 328的第三區域324。各個區域310、318和324可在內部分隔以如虛線所示將入口和出口分開。在該示例性的實施例中，當從端部觀察時，可以看出噴嘴304定向成大致垂直於經過弧上的一個點的切線，其中經過該點和交換器的中心的一條線將入口餅形例如入口 312或出口餅形例如出口 314—分為二。當從再沸器300A的端部觀察時，在尺寸上，各個區域310、318和324可定義一個圓的由兩個半徑和一段弧包圍的一部分。一般地，各個區域310、318和324支承單獨的一組管束，該組管束能夠獨立地接收一股工藝流。作為示例，工藝流體可從第一區域310的入口312進入並且從出口 314排出。在此示例中，各個區域310、318和324可包括離散的管束，並且可接收相應的烷基化流出物，也就是，第一烷基化流出物124、第二烷基化流出物144和第三烷基化流出物164，如圖1所示的。
[0037]參考圖2B，描述了典型的再沸器300B。一般地，再沸器300B可包括一個或多個噴嘴334和一個或多個U型管336。可以以任何適當的取向來設置噴嘴334，以支承管線並且使得再沸器300B內的維修容易。在此示例中，一些噴嘴334可以以與再沸器300A的噴嘴304不同的取向設置。在描述的示例中，噴嘴334中的四個噴嘴可與相對於經過弧上的一個點的切線的垂直線偏離，其中經過該點和交換器的中心的一條線將入口餅形例如入口 342或出口餅形例如出口 344 —分為二。一些噴嘴334，在此情況下是兩個噴嘴，可以以與再沸器300A的噴嘴304相同的方式定向。再沸器300B與再沸器300A類似可包括帶有一入口342和一出口 344的第一區域340、帶有一入口 352和一出口 354的第二區域350、帶有一入口 362和一出口 364的第三區域360。再沸器300B與再沸器300A類似地可接收流出物。
[0038]參考圖2C，再沸器300C可包括一個或多個噴嘴374和一個或多個U型管376。與上述的說法類似，以多個角度來定向噴嘴374以支承管線，並且使得維修容易。再沸器300C可形成具有一入口 382和一出口 384的一同心圓形區域380、具有一入口 392和一出口 394的第一半拱形段390，以及具有一入口 402和一出口 404的第二半拱形段400。當從再沸器300C的端部觀察時,第一和第二半拱形段390和400和同心圓形區域380可一起形成同心圓。一般地，同心圓形區域380以及第一和第二半拱形段390和400分別包含離散的管束，且可分別接收第一、第二和第三烷基化流出物124、144和164。
[0039]參考圖2D，示例性的再沸器300D可包括一個或多個噴嘴414和一個或多個U型管416。一般地，再沸器300D可包括具有一入口 422和一出口 424的第一區段420、具有一入口 432和一出口 434的第二區段430，以及具有一入口 442和一出口 444的第三區段440。當從再沸器300D的端部觀察時，各個區段420、430或440可通過一個或兩個弦線定義與圓的剩餘部分分開的一區域。各個區段420、430和440可包含離散的管束，且可接收相應的烷基化流出物，即，第一烷基化流出物124、第二烷基化流出物144和第三烷基化流出物164。
[0040]通常，這些再沸器300A-D中的每一個都提供了帶有分區的交換器，該交換器具有允許將三股分開的工藝流接收到三組離散的管束中的分開的扇區、區段和/或區域。雖然，這些管道公開為U型管，但是應當理解，可以使用任何適當的管道，諸如，帶有浮動管板和適當地分區的回流頭部的直管。此外，噴嘴的放置僅僅是示意性的，可放置在任意適當的位置以提供對管線的支承並提供交換器諸如再沸器的維修期間接近的便利性。在很多情況中，對經過交換器的工藝流而言，入口的溫度條件和熱移除載荷幾乎是相同的。這樣，管束的分區基本上是針對相等的表面要求而言的。
[0041]管板可分成多個表面積和管的數量大致相同的區域、區段或領域。交換器的蓋可類似地分區以進行匹配，因此，多股工藝流可在引入到管束和從管束中引出時保持分開。交換器的各個分區部分自身可具有用於內部引入流體和返回流體的內部分區。在圖2A-2D中由虛線描繪出了針對各個分區部分的內部分隔。
[0042]為了將熱傳遞表面要求降至最低，管件可被修改成具有表面熱傳遞強化件。這種強化件可包括一個或多個外翅片、內脊和/或多孔層。 在例如US2，181，927和US3, 559，437，US3, 847，212和US2005/0145377A1中公開了製作管內部和/或外部的翅片、槽和/或脊的工序。此外，管件的內部和/或外部可塗覆有諸如在US4，064，914和US5, 091，075中公開的多孔層，以改善熱傳遞並且允許在更加接近的溫差(針對較低的熱側入口和/或出口溫度而言)之下沸騰。期望管束的整體管板直徑儘可能小，以最小化插入式管束和管束支承系統要件的尺寸，以最小化資金成本並允許將插入式再沸器安裝到分餾塔中。使用較小直徑的管件也可改善管側的熱交換性能。雖然公開了三組離散管束，但是也可使用帶有三組以上離散管束(諸如四組離散管束)的交換器。
[0043]在一個示例性實施例中，與管束的扁平布置相比較，管束的交錯布置可更好地利用空間。例如，三組離散管束在同一個平面內對齊將比如下的布置方式佔據更大的空間:相對於兩組外側管束的高度，以高至60° (優選地，30°至60° )的角度抬高中間管束，所述角度由塔內管束的相對直徑所確定。
[0044]如圖2A至2D所述的多種噴嘴布置方式使得噴嘴之間的幹涉最小化。可選地，噴嘴的凸緣可處於不同的平面內。分區的厚度以及裝配到分區上的墊圈的設計可取決於交換器的壓力差。
[0045]在沒有進一步細化的基礎上，可以相信本領域的技術人員能夠使用前述的說明最大程度地使用本發明。因此，前述的優選的特定實施例僅僅被認為是解釋性的，無論如何不是對本發明的其餘內容的限制。
[0046]在前文中，所有的溫度都以攝氏溫度闡明，所有的部件和百分比都按重量表示，除非另外說明。
[0047]本領域的技術人員從前述的說明書能夠容易地確定本發明的必要特徵，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，能夠對本發明做出多種改變和修改以使之適用於多種使用和條件。
【權利要求】
1.一種用於烷基化的方法，所述方法包括: A)提供來自於第一烷基化區的第一流出物；以及 B)提供來自於第二烷基化區的第二流出物， 其中，所述第一流出物和第二流出物被供給到用於使得分餾區再沸的交換器中。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括將來自於第三烷基化區的第三流出物供給到所述交換器中。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述方法利用一種或多種C3—碳氫化合物而使苯烷基化。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述一種或多種C3—碳氫化合物包括丙烯。
5.根據權利要求2所述的方法，還包括在所述第一流出物從所述交換器中排出之後將其供給到所述第二烷基化區，在所述第二流出物從所述交換器中排出之後將其供給到所述第三烷基化區，在所述第三流出物從所述交換器中排出之後將其供給到第四烷基化區。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，將所述第一、第二和第三流出物供給到所述交換器中，以用於所述分餾區的中間再沸。
7.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述交換器是插入式再沸器。
8.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述分餾區還包括用於使得苯與已烷基化的苯分開的分餾塔。`
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述已烷基化的苯包括異丙基苯。
10.根據權利要求2或5所述的方法，還包括在將所述第一、第二和第三流出物分別供給到所述第二烷基化區、所述第三烷基化區和第四烷基化區之前使之經過一冷卻區。
【文檔編號】C07C15/085GK103517889SQ201280022656
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年5月24日 優先權日:2011年6月27日
【發明者】M·R·史密斯, R·舒爾茨, P·F·戴利, P·A·瑟克裡斯特 申請人:環球油品公司