乙烯的回收和純化的製作方法

2023-10-28 23:58:12

專利名稱：乙烯的回收和純化的製作方法
技術領域：
本發明涉及從多組分氣體混合物回收和純化乙烯和選擇性的丙烯，所述多組分氣體混合物包含比被待回收和純化的烯烴更輕和更重質的組分，更特別地涉及通過使用乙烯分配塔的工藝從蒸汽裂化爐的經過冷卻的流出物回收乙烯和選擇性的丙烯。
有關聯邦贊助研究或開發(Federally Sponsored Reserch or Development)的聲明本發明得到United States Department of Energy CooperativeAgreement的編號為DE-F007-01ID 14090下的政府支持。
背景技術：
本發明的方法可總地用於回收和純化乙烯和選擇性的丙烯，但在本文中描述為從蒸汽裂化爐的流出物回收和純化乙烯和選擇性的丙烯。在典型的乙烯生產廠中，如果需要，將烴物料氣化、預熱、與蒸汽混合併送往蒸汽裂化爐。可使用多種類型的烴物料，包括乙烷、丙烷、丁烷、石腦油、餾出液、和粗柴油。還可以使用烴的混合物，但是對於每種物料類型來說最佳的裂化爐條件不同，優選將不同的烴偏析並在不同的爐中裂化。
在蒸汽裂化爐中，相對低壓的烴和蒸汽混合物經歷使烴轉化為爐流出氣體混合物的高溫，混合物通常包括乙烯、甲烷、氫氣和未轉化的物料，以及一些比進料的物料更重質的烴。熱的爐流出氣體通過提高高壓蒸汽溫度以及還通常通過直接接觸循環冷卻淬火油和/或循環冷卻水而冷卻。這些冷卻步驟通常冷凝並至少部分地除去相對重質的烴，相對重質的烴通常處在石腦油和更重質組分的範圍。
然後將未冷凝的冷卻的流出氣體送往壓縮機工段，在其中將氣體在一個或多個階段(通常為3-5個階段)壓縮到高壓。每個階段的流出物通常用環境溫度介質冷卻並在進入隨後的壓縮階段之前除去任何冷凝的液體。通常在這些壓縮階段之一之後通過例如使用鹼接觸塔或胺洗氣系統除去酸性氣體如H2S和CO2。在壓縮、洗氣和乾燥之後，爐流出氣體進入分離工段。
典型的乙烯設備分離工段使用多個蒸餾塔以便從爐流出氣體回收乙烯並使其充分純化以用於下遊過程，如生產聚乙烯。乙烯分離工段的設計現有多種備選方案。通常，乙烯分離設計可採用至少一個脫乙烷塔以分離C2和C3組分(即，分別從丙烯和丙烷分離乙烯和乙烷)、脫甲烷塔用於從比C2烴更輕質的任何組分分離C2組分，和C2分離塔，用於最終從乙烷分離乙烯。
本領域中公知使用蒸餾純化來自烯烴設備的產品。常規的蒸餾方案通常使用「精確分離(sharp-split)」蒸餾，其中每個蒸餾塔用於在同系列的相鄰組分之間造成精確的分離。在精確分離蒸餾程序中，每個組分以單一的產品物流離開蒸餾塔，作為塔頂餾出或塔底流出。可以通過考慮生成可收回烴組分所必需的相變數觀察到精確分離蒸餾中固有的低效率。例如，通常包含C1+烴如乙烯的烴氣體物料首先在脫甲烷塔中冷凝，然後在脫乙烷塔中再氣化並最後再次冷凝作為來自C2分離器的液體產品。對於所有的乙烯必須實現總計三次完全相變。乙烷和丙烯也經歷同樣多的相變。
可通過在常規的精確分離蒸餾時使用精製(refinement)減少回收和純化烴組分如乙烯所需的能量。這種精製被稱為分配蒸餾(distributeddistillaton)。這種方案的操作比常規精確分餾需要更少的能量。在分配蒸餾方案中，不需要在組分之間進行精確的分離。作為替代，將一種或多種組分在一個或多個蒸餾塔的塔頂和塔底之間「分配」。這導致能量節約，部分是因為與精確分餾流程相比，生產乙烯產品所需的相變總數減少，並且因此改善方法的熱力學效率。另外，分配蒸餾提供附加的能量優化自由度，即，在每個塔中對組分進行分配的分配比。
本發明還涉及乙烯分配塔在乙烯的回收和純化中的應用。對於本發明的目的，乙烯分配塔為其中在比乙烯更輕質的組分和比乙烯更重質的組分之間生成精確分離的塔。因此，乙烯分配塔塔頂餾出物流包含乙烯和進入乙烯分配塔的比乙烯更輕質的任何組分。具體的，乙烯分配塔塔頂餾出物包含充分低濃度的乙烷，使得從這一物流生產純化的乙烯產品而不再需要進一步的乙烷/乙烯分離。乙烯分配塔塔底流出物包含乙烯和進入乙烯分配塔的比乙烯更重質的任何組分。
可以通過使用熱聯合利用(也稱為循環聯合利用)塔使得塔的所有或至少一部分汽提蒸汽或回流液體由來自下遊塔的側取蒸汽或液體提供而實現另外的能量節約。此外，使用混合致冷系統以提供所需的最冷水平的製冷需要將進一步減少這種分離系統的能量需要。完全熱聯合利用分配蒸餾系統的例子已經在Manley等人的美國專利5,675,054和5,746,066中公開，其公開了乙烯分配塔和混合製冷系統在完全熱聯合利用分配蒸餾系統中的應用。兩個專利都公開了用於乙烯分離的熱聯合利用實施方案，包括列舉了使用C2烴分配塔、脫乙烷塔、脫甲烷塔、乙烯分配塔、和C2分離塔的全熱聯合利用的前端脫丙烷塔乙烯回收和純化方法的實施方案。塔的熱聯合利用與該現有技術工藝所要求保護的能效一體化。
Manley的實施方案中列舉的所有塔都在基本上相同的壓力下操作，具有由於典型的通過塔、交換器和管道的液壓降所引起的任何壓力差。塔之間顯著的壓力差可能需要塔間的蒸汽壓縮或液體泵送。Manley敘述這種完全聯合利用的分配蒸餾系統具有比沒有熱聯合利用的系統更低的能量需要。常識也建議這種完全熱聯合利用的方案會比沒有熱聯合利用或只有部分熱聯合利用的方案更具能效。
此外，這些專利中沒有一個公開在乙烯分配塔和脫甲烷塔之間分離氫氣和甲烷中間體，這有益於增加回收氫氣為可銷售產品。使用例如標準重沸器為乙烯分配塔提供汽提蒸汽以代替一些熱聯合利用可能從能量和可操作性觀點有利。
然而，雖然完全熱聯合利用方案可需要最低的總加熱和冷卻負載，但考慮到維護低於環境溫度負載所需的製冷壓縮能時，其不一定代表了最低能量的解決方案。通過考慮這些附加的設計方案，我們意外地發現部分聯合利用的方案實際上比Manley所述的完全聯合利用的方案更具能效。特別的，在Manley等人教導的兩個熱聯合利用中，當在具有常規的蒸汽再壓縮製冷系統的常規裂化器中實施時，具體地，C2分配塔和脫乙烷塔之間的熱聯合利用以及乙烯分配塔和脫乙烷塔或C2分離器之間的熱聯合利用實際上增加了工藝的能量需要。因此，本發明的蒸餾系統不包括這些聯合利用並表現出與Manley等人的相比在能量節約方面的意想不到的改進。另外，已經發現除去這兩個熱聯合利用使得脫乙烷塔和/或C2分離器可在比蒸餾程序其餘部分更低、更適宜的壓力下操作。另一方面，Manley等人所述的完全熱聯合利用要求所有的塔在大致相同的壓力下操作，或在塔之間採用耗能多的蒸汽壓縮。從任何可操作的觀點來看，部分聯合利用方案還可以是相對於完全熱聯合利用方案的進步。
使用乙烯分配塔的另一個公開為Kuechler等人的美國專利6,212,905，其教導了其中在高於-55°F的溫度從混合氣體物流回收第二乙烯產品的方法。該專利沒有公開從比乙烯更輕質的組分分離乙烯，因此乙烯產品物流可能具有相當大量的比乙烯更輕質的組分。因此，在蒸汽裂化的情況中，這種第二乙烯產品將包含不期望的大量的甲烷和氫氣，使得其不適合用於大多數乙烯轉化過程如聚乙烯的生產。
令人驚訝地，我們發現在乙烯分配塔的下遊和設備的回收和純化工段的上遊粗略地分離甲烷和氫氣顯著增加工藝的氫氣回收，而能量水平只有較小的增加。與標準的分配蒸餾系統相反，將排除氫氣的氣體膨脹並用於製冷，使得較少的氫氣從化學品降級到染料值。這克服了現有技術的基於乙烯分配塔的乙烯回收系統的一個缺點，即低的氫氣回收率。我們另外發現，可以將來自上述粗略分離的富甲烷氣膨脹並冷卻，為整個工藝提供冷卻負載。

發明內容
本發明為從包括乙烯、乙烷、乙炔、甲烷、氫氣、和比乙烷更重質的組分的氣體混合物回收乙烯的方法，包括a)將氣體混合物引導到第一蒸餾塔並從中回收包括乙烷、乙烯、乙炔、氫氣和甲烷的第一塔頂蒸汽餾出物流和包括比乙烷更重質的組分的第一塔底流出物流；b)從第一塔頂蒸汽餾出物流除去乙炔生成低乙炔(low-acetylene)第一塔頂餾出物流；c)將低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分引導到乙烯分配蒸餾塔並從中回收包括乙烯、甲烷和氫氣並且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流，和包括乙烯和乙烷的乙烯分配塔塔底流出物流；d)將乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流分離為富氫輕物流和貧氫並包括乙烯的一個或多個物流，所述分離包括至少一個冷卻乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流的至少一部分的步驟；e)將一個或多個貧氫物流中至少一個的至少一部分引導到脫甲烷蒸餾塔並從中抽出包括甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯(例如包含少於約1摩爾％的乙烯)的脫甲烷塔塔頂餾出物流和包括純化的乙烯的脫甲烷塔塔底流出物流；和f)從乙烯分配塔塔底流出物流回收純化的乙烯產品。
本發明還是從包括乙烯、乙烷、乙炔、甲烷、氫氣、C3組分和比丙烷更重質的組分的氣體混合物回收乙烯的方法，包括a)將氣體混合物引導到第一蒸餾塔並從中回收包括乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、甲烷和C3組分的第一塔頂蒸汽餾出物流和包括比丙烷更重質的組分和選擇性的C3組分的第一塔底流出物流；b)從第一塔頂蒸汽餾出物流除去乙炔生成低乙炔第一塔頂餾出物流；c)使用一個或多個蒸餾塔分離低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分，其中一個蒸餾塔作為乙烯分配塔，以回收包括乙烯、甲烷和氫氣並且基本上不含乙烷的不含乙烷的蒸汽物流、和包括乙烯、乙烷和比乙烷更重質的組分的第一液體物流、和包括乙烯和乙烷並且基本上不含比乙烷更重質的組分的第二液體物流；d)將步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流分離為富氫輕物流和貧氫並包括乙烯的一個或多個物流，所述分離包括至少一個冷卻至少一部分不含乙烷的蒸汽物流的步驟；e)將一個或多個貧氫物流中至少一個的至少一部分引導到脫甲烷蒸餾塔並從中抽出包括甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯的脫甲烷塔塔頂餾出物流和包括純化的乙烯的脫甲烷塔塔底流出物流；和f)從C2烴分配塔和乙烯分配塔塔底流出物流回收第二純化的乙烯產品。


為了更徹底地理解本發明，現在參考附圖和由本發明以下實施例所述的更具體說明的實施方案。
圖1為本發明方法的優選實施方案的示意圖。
圖2為本發明另一個優選實施方案的示意圖。
應該注意附圖不是按比例的並且本質上只是示例性的。在某些情況中，可能省略對於理解本發明不必要的或使其它細節難以理解的細節。當然，應該理解，本發明不必要限於本文中說明的特定實施方案。
具體實施例方式
應該認識到，本發明可用於在不同的方法中回收和純化乙烯和選擇性的丙烯，雖然在本文中描述的是處理來自物流裂化爐的流出物的情況。本發明還可以用於多種物料和物料混合物。
本發明包括步驟(a)-(f)，並且是用於從包括乙烯、乙烷、乙炔、甲烷、氫氣、和比乙烷更重質的組分回收乙烯的方法。本發明方法的步驟(a)包括將氣體混合物引導到第一蒸餾塔並從中回收包括乙烷、乙烯、乙炔、氫氣和甲烷的第一塔頂蒸汽餾出物流，和包括比乙烷更重質的組分的第一塔底液體流出物流。在步驟(a)的一個實施方案中，第一蒸餾塔為脫乙烷塔，第一塔頂蒸汽餾出物流基本上不含比乙烷更重質的組分。在步驟(a)的另一個實施方案中，第一蒸餾塔為脫丙烷塔，第一塔頂蒸汽餾出物流基本上不含比丙烷更重質的組分。在步驟(a)的優選實施方案中，將氣體混合物分離為至少兩個級分，第一級分與第一塔頂蒸汽餾出物流進行間接熱交換接觸，從而冷卻該第一級分並且加熱第一塔頂蒸汽餾出物流，第二級分或更多級分在不同位置被引入到第一蒸餾塔中。
本發明方法的步驟(b)包括從第一塔頂蒸汽餾出物流除去乙炔，生成低乙炔第一塔頂餾出物流。在步驟(b)的一個實施方案中，除去乙炔的步驟包括將乙炔氫化為乙烯或乙烷或其兩者。優選地，步驟(b)包括在適當催化劑的存在下使第一塔頂餾出物流中包含的乙炔和氫氣反應以形成乙炔氫化產品。可以在從第一塔頂蒸汽餾出物流中除去乙炔之前對第一塔頂蒸汽餾出物流進行壓縮。
本發明方法的步驟(c)包括將低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分引導到乙烯分配蒸餾塔並從中回收包括乙烯、甲烷和氫氣並且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔頂餾出物流，和包括乙烯和乙烷的乙烯分配塔塔底流出物流。在本發明的環境中，當用於生產產品質量級乙烯物流而無需進一步分離乙烷和乙烯時，將含乙烯的物流稱為「不含乙烷」或「基本上不含乙烷」。在這種物流中，乙烷與乙烯的摩爾比通常低於約0.005，雖然有時可以容忍更高比例，在一個實施方案中，第一蒸餾塔的回流液體的至少一部分由從乙烯分配蒸餾塔的側取液體物流提供。在另一個實施方案中，至少一種到乙烯分配蒸餾塔的物料包括上遊蒸餾塔的塔頂蒸汽，並且側取液體取自乙烯分配蒸餾塔並作為回流液體被引導到作為C2烴分配塔或第一蒸餾塔的這種上遊塔中。乙烯分配塔為第一蒸餾塔的下遊。優選乙烯分配蒸餾塔在150psig到550psig、更優選為150psig到450psig的塔頂壓力下操作。
在另一個優選實施方案中，步驟(c)包括步驟(g)-(m)，其中步驟(g)包括從乙烯分配蒸餾塔抽出包括乙烯、甲烷和氫氣的蒸汽物流；步驟(h)包括將所述步驟(g)的蒸汽物流冷卻到不低於-50°F的溫度以生成部分冷凝的蒸汽物流；步驟(i)包括將步驟(h)的部分冷凝的蒸汽物流引導到精餾裝置的底部；步驟(j)包括從精餾裝置抽出塔頂蒸汽；步驟(k)包括進一步冷卻來自精餾裝置的塔頂蒸汽以生成部分冷凝的精餾裝置塔頂餾出物流；步驟(l)包括將部分冷凝的精餾裝置塔頂餾出物流的液體級分的至少一部分作為回流液體引導到精餾裝置的頂部；和步驟(m)包括抽出部分冷凝的精餾裝置塔頂餾出物流的蒸汽部分作為乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流。精餾裝置可為乙烯分配塔的上段或分離塔或乙烯分配塔的承壓殼下遊。
本發明方法的步驟(d)包括將乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流分為富氫輕物流和一個或多個貧氫並包括乙烯的物流；這種分離包括至少一個冷卻乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流的至少一部分的步驟。在優選實施方案中，步驟(d)包括步驟(g)、(h)和(i)，其中步驟(g)包括將乙烯分配塔塔頂餾出物流的至少一部分冷卻並部分冷凝；步驟(h)包括將乙烯分配塔塔頂蒸汽的部分冷凝的部分中所含的蒸汽和液體分離；這種分離的液體包括貧氫並包括乙烯的一種或多種液體物流中的一種；步驟(i)包括從步驟(h)的分離的蒸汽回收富氫蒸汽物流。更優選地，步驟(h)的分離的蒸汽的至少一部分經歷在甲烷精餾塔中的精餾並從甲烷精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。在另一個實施方案中，步驟(d)包括在精餾塔中精餾乙烯分配塔塔頂餾出物流的至少一部分並且從精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。
本發明方法的步驟(e)包括將一種或多種貧氫物流中至少一種的至少一部分引導到脫甲烷蒸餾塔並從中抽出包括甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯的脫甲烷塔塔頂餾出物流和包括純化的乙烯的脫甲烷塔塔底流出物流。優選地，脫甲烷蒸餾塔在壓力比乙烯分配蒸餾塔的操作壓力低至少25psi的壓力下操作。
本發明方法的步驟(f)包括從乙烯分配塔塔底流出物流回收純化的乙烯產品。優選地，步驟(f)包括將乙烯分配塔塔底流出物流引導到C2分離蒸餾塔並從C2分離蒸餾塔的上段抽出第二純化的乙烯產品。更優選地，第二純化乙烯產品為從C2分離蒸餾塔頂以下至少一個塔板抽出的液體，並且將來自C2分離蒸餾塔頂的一部分塔頂蒸汽物流引導到脫甲烷蒸餾塔底以上至少一個塔板的位置。
在本發明的方法中，通過第一蒸餾塔、乙烯分配蒸餾塔、和脫甲烷蒸餾塔的汽提蒸汽的至少一部分通過在重沸器交換器中使各自塔的塔底液體物流的至少一部分汽化而提供。優選地，在工作流體中包含超過一個組分的製冷系統以提供乙烯分配蒸餾塔和脫甲烷蒸餾塔的至少一部分塔頂餾出物流冷凝負載、和步驟(d)的分離所需的至少一部分冷卻負載。
在上述步驟(a)-(f)、上述步驟(g)-(i)和上述步驟(g)-(m)的本發明方法的另一個實施方案中，最初的氣體混合物還包含C3組分和比丙烷更重質的組分，並且第一塔頂蒸汽餾出物流基本上不含比乙烷更重質的組分，並且第一塔底流出物流包括C3組分和比丙烷更重質的組分。
在另一個實施方案中，本發明為從包括乙烯、乙烷、乙炔、甲烷、氫氣、C3組分和比丙烷更重質的組分的氣體混合物回收乙烯的方法，包括步驟(a)-(f)。這一實施方案的步驟(a)包括將氣體混合物引導到第一蒸餾塔並從中回收包括乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、甲烷、和C3組分的第一塔頂蒸汽餾出物流，和包括比丙烷更重質的組分和選擇性的C3組分並且基本上不含C2組分的第一塔底液體流出物流。在步驟(a)的優選實施方案中，第一蒸餾塔為脫丙烷塔，第一塔頂蒸汽餾出物流基本上不含比丙烷更重質的組分。在步驟(a)的優選實施方案中，氣體混合物被分離為至少兩個級分，第一級分與第一塔頂蒸汽餾出物流進行間接熱交換接觸，從而冷卻該第一級分並加熱第一塔頂蒸汽餾出物流，第二級分或更多級分在不同的位置被引入第一蒸餾塔中。
本發明方法的步驟(b)包括從第一塔頂蒸汽餾出物流除去乙炔生成低乙炔第一塔頂餾出物流。在步驟(b)的一個實施方案中，除去乙炔的步驟包括將乙炔氫化為乙烯或乙烷或其兩者。優選地，步驟(b)包括在適當催化劑的存在下使包含在第一塔頂餾出物流中的乙炔和氫氣反應以形成乙炔氫化產品。可以在從第一塔頂蒸汽餾出物流中除去乙炔之前對第一塔頂蒸汽餾出物流進行壓縮。
本發明方法的步驟(c)包括通過使用一個或多個蒸餾塔分離低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分，一個蒸餾塔作為乙烯分配塔用於回收包括乙烯、甲烷和氫氣並且基本上不含乙烷的不含乙烷的蒸汽物流，包括乙烯、乙烷和比乙烷更重質的組分的第一液體物流，包括乙烯和乙烷並且基本上不含比乙烷更重質的組分的第二液體物流。
步驟(c)的優選實施方案包括步驟(g)-(k)。在步驟(g)中，將低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分引導到C2烴分配蒸餾塔以從中回收包括乙烯、乙烷、甲烷和氫氣並且基本上不含比乙烷更重質的組分的C2烴分配塔塔頂餾出物流，和包括乙烯、乙烷、和比乙烷更重質的組分的C2烴分配塔塔底流出物流。在步驟(h)中，將C2烴分配塔塔底流出物流作為步驟(c)的第一液體物流抽出。在步驟(i)中，將C2烴分配塔塔頂餾出物流的至少一部分引導到乙烯分配塔以從中回收包括乙烯、甲烷、和氫氣並且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔頂餾出物流，和包括乙烯和乙烷的乙烯分配塔塔底流出物流。在步驟(j)中，將乙烯分配塔塔頂餾出物流作為步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流抽出。在步驟(k)中，將乙烯分配塔塔底流出物流作為步驟(c)的第二液體物流抽出。在更優選的實施方案中，可以通過從乙烯分配塔取得的側取液體提供到C2烴分配塔的回流液體的至少一部分。
步驟(c)的另一個優選實施方案沒有在圖1和圖2中表示，其包括步驟(g)-(m)。在步驟(g)中，將低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分引導到乙烯分配蒸餾塔以從中回收包括乙烯、甲烷和氫氣並且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔頂餾出物流，和包括乙烯、乙烷和比乙烷更重組分的乙烯分配塔塔底流出物流。在步驟(h)中，將乙烯分配塔塔頂餾出物流作為步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流抽出。在步驟(i)中，將乙烯分配塔塔底流出物流作為步驟(c)的第一液體物流抽出。在步驟(i)中，在乙烯分配塔的頂部和低乙炔第一塔頂餾出物流進入乙烯分配塔的點之間中間的點處從乙烯分配塔抽出側取液體物流。側取液體物流包括甲烷、乙烯和乙烷並且基本上不含比乙烷更重質的組分。在步驟(k)中，側取液體物流被引導到側線氣提塔的頂部以從中回收包括乙烯和乙烷並且基本上不含甲烷的側線氣提塔塔底流出物流，和包括甲烷的側線氣提塔塔頂餾出物流。在步驟(1)中，將側線氣提塔塔底流出物流作為步驟(c)的第二液體物流抽出。在步驟(m)中，將側線氣提塔塔頂餾出物流引導到乙烯分配塔。
在圖1和圖2中也沒有表示的步驟(c)的第三優選實施方案中，乙烯分配塔和上述側線氣提塔的分離功能被合併在一個間壁式塔中。間壁式塔生成作為步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流被抽出的塔頂產品，和作為步驟(c)的第一和第二液體物流被抽出的兩個液體塔底產品。步驟(c)的這一實施方案在公開的美國專利申請US2004182751中公開，其被全文併入本文作為參考。
本發明方法的步驟(d)包括將步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流分離為富氫輕物流和貧氫並包括乙烯的一個和多個物流，這種分離包括至少一個冷卻不含乙烷的蒸汽物流的至少一部分的步驟。在優選實施方案中，步驟(d)包括步驟(g)、(h)、和(i)，其中步驟(g)包括將不含乙烷的蒸汽物流的至少一部分冷卻並部分冷凝，步驟(h)包括將不含乙烷的蒸汽物流的部分冷凝的部分中包含的蒸汽和液體分離，這種分離的液體包括貧氫並包括乙烯的一個或多個物流中的一個，步驟(i)包括從步驟(h)的分離的蒸汽回收富氫蒸汽物流。更優選地，步驟(h)的分離的蒸汽的至少一部分經歷在精餾塔中的精餾並且從精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。在另一個實施方案中，步驟(d)包括來自步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流的至少一部分在精餾塔中的精餾並從精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。
本發明方法的步驟(e)包括將一個或多個貧氫物流中至少一個的至少一部分引導到脫甲烷蒸餾塔並從中抽出包括甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯的脫甲烷塔塔頂餾出物流，和包括純化的乙烯的脫甲烷塔塔底流出物流。優選地，脫甲烷蒸餾塔在比步驟(c)的乙烯分配塔的壓力低至少25psi的壓力下操作。
本發明方法的步驟(f)包括從步驟(c)的第一和第二液體物流回收純化的乙烯產品。優選地，步驟(f)包括將第二液體物流引導到C2分離蒸餾塔並從C2分離蒸餾塔的上段抽出第二純化的乙烯產品。更優選地，第二純化的乙烯產品為從C2分離蒸餾塔頂部以下的至少一個塔板抽出的液體，並且將來自C2分離蒸餾塔頂部的一部分塔頂蒸汽物流引導到脫甲烷蒸餾塔底部以上的至少一個塔板的位置。優選地，C2分離蒸餾塔在比步驟(c)中使用的任何蒸餾塔內的任何位置處的壓力低至少25psi的壓力下操作。
在另一個優選實施方案中，將步驟(c)的第二液體物流引導到C2分離蒸餾塔，以生成主要包括乙烷的C2分離塔塔底流出物流，並且從C2分離蒸餾塔的上段抽出第二純化的乙烯產品。在另一個優選實施方案中，步驟(f)包括將步驟(c)的第一液體物流引導到脫乙烷蒸餾塔以生成主要包括乙烷和乙烯的脫乙烷塔塔頂餾出物流和包括C3組分和比丙烷更重質的組分的脫乙烷塔塔底流出物流，並將脫乙烷塔塔頂餾出物流引導到C2分離蒸餾塔。在這種情況下，可以從第一塔底流出物流和脫乙烷塔塔底流出物流回收純化的丙烯成品。優選地，通過來自C2分離蒸餾塔的側取液體提供脫乙烷蒸餾塔的回流液體的至少一部分。
在本發明的方法中，通過在重沸器交換器中使各自塔的塔底液體物流的至少一部分汽化，提供到第一蒸餾塔、步驟(c)中使用的一個或多個蒸餾塔中的每一個、和脫甲烷蒸餾塔的汽提蒸汽的至少一部分。
優選地，使用包含工作流體中超過一個組分的製冷系統以提供用於步驟(c)中蒸餾塔的至少一個和脫甲烷蒸餾塔的塔頂餾出冷凝負載的至少一部分，和步驟(d)中用於分離的冷卻負載的至少一部分。
圖1描述了本發明的第一優選實施方案，其對於從進料有相對重質烴類的爐的流出物回收和純化輕質烯烴特別有利。在這一實施方案中，假設爐物料為純的石腦油。如上述更詳細描述的，爐工段1生成受熱的爐流出氣體物流2，其進入設備的淬火工段3，在其中通常用水冷卻將熱的爐流出物冷卻到大約環境溫度，並從而生成在管線4中除去的高壓蒸汽，以及還為工藝的其它部分提供熱。將冷卻的爐流出氣體物流5進料到壓縮工段6，在其中對其加壓，在這一實施方案中壓力增加到約130psig，並再次冷卻到接近環境溫度。在冷卻工段3和壓縮工段6中冷凝的任何重質液體分別作為物流7和8抽出，並在物流9中合併，如果期望，其可以經過進一步加工。
將更高壓力的流出氣體物流10在交換器11中通過相對熱的冷卻劑冷卻生成物流12。將物流12分為兩個物流13和14，物流13在交換器15中進一步冷卻生成物流16，其被進料到部分脫丙烷塔17的較低部分。物流12的另一部分物流14在交換器18中通過與來自塔17的塔頂餾出物流19進行熱交換而生成物流20，其被進料到塔17的上部。
塔17擔當部分脫丙烷塔的作用，其將包含三個碳原子的烴分配為塔頂餾出物流和塔底流出物流。這種塔在本領域中已知為C3烴分配塔。物流19中來自塔17的塔頂蒸汽包含丙烷、丙烯、甲基乙炔、丙二烯、和比丙烯更輕質的組分。物流19基本上不含比丙烷更重質的組分，例如包含少於約0.1mol％的比丙烷更重質的組分。物流21中得自塔17的塔底產品包含C3組分和比丙烷更重質的組分，並且基本上不含比丙烯更輕質的組分，例如包含少於約0.1mol％比丙烯更輕質的組分。因此C3烴分配塔17在C2和C4組分之間進行了精確分離，並使得C3組分可在塔頂餾出物流和塔底流出物流之間「分配」。選擇性地，塔17可作為完全脫丙烷塔進行操作，使得塔底流出物流21基本上不含C3組分，例如包含少於約0.1摩爾％的C3組分。本發明的範圍包括了塔17作為部分脫丙烷塔和完全脫丙烷塔的操作。將物流21在物流22和23之間進行分離。物流22在重沸器交換器24中受熱並至少部分氣化並將得到的物流25作為汽提蒸汽返回到塔17。
通過閥26降低物流23的壓力並使得到的物流27進入脫丙烷塔28。塔28擔當標準脫丙烷塔的作用，將C3組分分離到塔頂餾出物流29中和將C4和更重質的組分分離到塔底流出物流30中。物流30分為物流31和32。物流31在重沸器交換器33中受熱並至少部分氣化，將得到的物流34作為汽提蒸汽返回到塔28。如果期望，物流32可在其它地方處理以純化或回收更重質的組分。將塔頂餾出物流29在交換器35中冷卻，並將得到的液氣物流36引入到分離罐37中，氣體作為塔頂餾出物流38除去，物流39的液體作為回流液體返回到塔28的頂部。
塔17的塔頂蒸汽，即物流19，在交換器18加熱並使得到的物流40進入壓縮41的最後階段。壓縮機流出物42進入包含多個交換器和反應器的標準前端乙炔氫化系統43，其詳細設計選擇為本領域技術人員公知的。乙炔氫化反應的位置很重要，因為必須在初期在工藝如在圖1中所示的「前端」氫化系統中從裂化氣體中除去乙炔。如以下描述的，乙烯(以及由此存在的任何乙炔)可經過多個路徑通過下遊分離工段。在存在於下遊分離工段中的多個乙烯物流中氫化乙炔是經濟學不適用的。
乙炔氫化系統的流出物，即物流44，通常接近環境溫度。將其在交換器45中冷卻並部分冷凝。在實踐中，交換器45可能代表用於在物流44和一個或多個冷卻級和/或低於環境溫度的工藝物流之間進行交換熱的多個串聯的交換器。經過部分冷凝的物流46中的蒸汽和液體在罐47中分離。蒸汽和液體分別作為物流48和49從罐47中抽出。液體物流49被分為物流50和51。在閥52中降低物流50中液體的壓力，並使得到的物流53作為回流返回到塔17。如果有的話，物流51中的得自罐47的其餘液體轉移到C2烴分配塔54。物流48中的得自罐47的蒸汽也被送到塔54。如果期望，塔56和17可以熱聯合利用。在這種情況中，可省略罐47，物流46可直接進入塔54，並且回流液體物流50將作為塔54的側取液體。這種設計包含在本發明的範圍內。
塔54擔當C2烴分配塔。塔54的塔頂蒸汽，即物流55，包含乙烷、乙烯、和比乙烯更輕質的組分，其被送到乙烯分配塔56。塔54操作為使得物流55基本上不含C3組分，例如包含少於約1mol％的C3組分。塔54的塔底產品，即物流57包含乙烯、乙烷、和比乙烷更重質的組分，並且基本上不含比乙烯更輕質的組分，例如包含少於約0.1mol％的比乙烯更輕質的組分。因此，C2烴分配塔54在C3組分和比乙烯更輕質的組分之間進行精確分離，並且使得乙烷和乙烯可在塔頂餾出物流和塔底流出物流之間「分配」。將物流57分為物流58和59，物流59在重沸器交換器60中受熱並至少部分氣化，並將得到的物流61作為汽提蒸汽返回到塔54。
優選地，塔54和56為熱聯合利用的，在於到塔54的回流由物流62提供，物流62為從塔56側取的液體。C2烴分配塔54和乙烯分配塔56之間的這種熱聯合利用是有利的，在於其既節約了能量又節約了資金。如果期望，C2烴分配塔54可作為標準的、未與部分冷凝器熱聯合利用的塔進行操作，雖然這種操作方式能效較差。
塔56擔當乙烯分配塔。塔56的淨塔頂蒸汽，即物流63，包含乙烯和比乙烯更輕質的組分。塔56的塔底產品，即物流64，主要包含乙烯、乙烷、和進入塔中的比乙烷更重質的任何組分，並且基本上不含比乙烯更輕質的組分，例如包含少於約0.1mol％比乙烯更輕質的組分。塔56操作為使得塔頂餾出物流63基本上不含乙烷，從而可以從物流63生成純化的乙烯產品而無需進一步分離物流中包含的乙烷和乙烯。例如，物流63中乙烷與乙烯的摩爾比通常小於約0.005，優選小於約0.001。因此，乙烯分配塔56在乙烷和比乙烯更輕質的組分之間進行了精確分離，並且使得乙烯可在塔頂餾出物流和塔底流出物流之間「分配」。將塔底流出物流64分為物流65和66，物流66在重沸器交換器67中受熱並至少部分氣化，並將得到的物流68作為汽提蒸汽返回到塔56。
將物流63的蒸汽在交換器69中冷卻並部分冷凝，並將得到的液體和蒸汽以物流70進料到罐71，在這裡將液體和蒸汽分別分離為物流72和73。然後將液體分為物流74和75，物流75中的一部分作為回流返回到塔56，物流75的其餘部分被引導到物流74中，穿過閥76引導到物流77中，到達脫甲烷塔78。
本領域技術人員應該認識到可以通過多種方式實現熱聯合利用的C2烴分配塔54和乙烯分配塔56的組合。除圖1中所示的單獨的熱聯合利用塔之外，沒有表示的其它替代性的執行方案也是可能的。一個替代性的執行方案包括乙烯分配塔和熱聯合利用的側線汽提塔組合。在這種執行方案中，物流48和51在中間位置進入乙烯分配塔，從乙烯分配塔的塔頂抽出物流63，從乙烯分配塔的塔底抽出物流57。在物料進入點和塔頂之間的點處從乙烯分配塔抽出液體側取物流，其中塔內的液體基本上不含C3組分，例如包含小於約1mol％的C3組分。將這種側取液體引導到側線氣提塔的塔頂，其中輕質氣體如甲烷和氫氣以液體除去。物流64作為側線氣提塔塔底流出物流被抽出，並且側線氣提塔塔頂餾出物流直接在其中獲得側取液體附近的點處回到乙烯分配塔。
沒有表示的第二個替代性的執行方案將乙烯分配塔和上述側線氣提塔的分離功能合併到單一的乙烯分配塔間壁式塔中。這種執行方案已經在美國專利申請US20044182751中教導過。在這種情況下，在塔的下部存在隔壁，該隔壁在塔內從中間點一直延伸到塔底。因此隔壁在壁以上提供單一的精餾段，在塔的下部和壁的兩側提供兩個分隔開的半工段(half-section)。物料物流48和51在隔壁頂部以下的點處進入所述半工段之一。物料進入的半工段以及以上的精餾段組成上述的乙烯分配塔。另一個半工段起到上述側線氣提塔的作用。從乙烯分配塔間壁式塔抽出物流63，從乙烯分配塔工段的底部抽出物流57，並且從側線氣提塔半工段的底部抽出物流64。上文中提出的用於實現圖1中塔54和56所實施的分離的所有可能的塔的設計都包含在本發明的範圍內。
可以在相對寬的壓力範圍內操作塔54和56。這些塔的最佳壓力可取決於多種因素，包括使用的製冷系統的類型、進入塔中的物料組成、能量費用、是否期望從下遊分離工段得到純化的氫氣、和可生成的純化的氫氣產品所需的壓力。通常，這些塔可在150psig到550psig、優選150到450psig的壓力範圍內操作。
得自罐71的蒸汽，即物流72，在交換器79中冷卻並部分冷凝，從交換器79得到的液體和蒸汽以物流80穿過其中液體和蒸汽被分離的罐81。蒸汽以物流82抽出，液體以物流83抽出然後通過閥84和物流85到達塔78。物流82的蒸汽在交換器86中冷卻並使得到的蒸汽和液體以物流87到達罐88，在這裡分離蒸汽和液體並分別以物流89和90抽出，然後液體通過閥91以物流92到達塔78。物流89的蒸汽為來自罐88的未冷凝氣體並主要包含氫氣、甲烷和一些乙烯。
物流89被引導到甲烷精餾塔93。這個塔包含相對少的接觸段，通常小於十個理論段數。這個塔的目的是從物流89分離乙烯然後將分離的乙烯以能量有效率的方式回收到塔底流出物流94中。塔底流出物流94主要包含甲烷、乙烯、和溶解的氫氣，其通過閥95和物流96到達脫甲烷塔78。來自塔93的塔頂蒸汽以物流97抽出並進入交換器98，在其中將通過冷工藝物流或冷卻劑物流進行部分冷凝。在圖1的實施方案中，如以下所述，這種冷工藝物流為來自塔78和罐106的膨脹的脫甲烷塔塔頂蒸汽。部分冷凝的物流99中的蒸汽和液體在罐100中分離，並且液體作為回流以物流101返回到塔93。來自罐100的富氫蒸汽，即物流102，主要包含氫氣和甲烷和相對很少乙烯。可通常將物流102引導到氫氣回收工段，該工段的設計為本領域技術人員公知的。
需要指出的是，可使用其它方法從乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流72生成富氫物流102和一個或多個富含甲烷的液體物流(物流83、90和94)。圖1描述了兩個部分冷凝的階段隨後是甲烷精餾步驟作為一種方法。可使用更多或更少的部分冷凝階段。此外，還可以使用合併了工藝氣體冷卻、部分冷凝、和精餾的一個或多個工藝單元的其它方案代替圖1中的甲烷精餾塔93。例如，尤其可使用一個或多個分餾塔或美國專利6,343,487和4,496,381中先進的精餾設計。可使用的這些和其它方法都包括在本發明的範圍內。
塔78擔當脫甲烷塔，其從甲烷和更輕質的組分分離乙烯和比乙烯更重質的任何組分。如果塔78的壓力低於冷卻罐71、81、和88和甲烷精餾塔93的壓力，則可以分別通過閥76、84、91和95降低不同物流物流的壓力。塔78可在相對寬的壓力範圍內操作。塔78的最佳操作壓力可取決於多種因素，包括使用的製冷系統的類型、進入塔的物料組成、和尤其是能量費用。通常，塔78可在100psig到500psig、優選150到300psig的壓力下操作。
塔78的塔頂產品以物流103抽出，該物流103在交換器104中冷卻並部分冷凝，並且得到的蒸汽和液體以物流105進入罐106中，在其中將蒸汽和液體分離並分別以物流107和108抽出。物流103包括甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯，例如包含小於1摩爾％的乙烯。塔78的淨塔頂產品，即物流107，主要包含甲烷和氫氣。其被送到膨脹器109以降低物流的壓力和溫度。然後，得到的冷卻的低壓物流110可用於為工藝提供冷卻。圖1描述了物流110的膨脹器流出物用於為甲烷精餾塔冷凝器98提供冷卻的一個可能的設計。得到的升溫的膨脹物流111通常在其它交換器中進一步加熱並用作燃料。沒有表示，但是如果熱量平衡需要，可將一部分富氫物流102引導到膨脹器109的進口以提供另外的冷的膨脹器出口氣體。來自罐106的液體物流108作為液體回流返回到塔78的頂部。來自塔78的塔底產品物流112分為物流113和114，物流114在重沸器交換器115中受熱並至少部分氣化，得到的物流116作為汽提蒸汽返回到塔78中。物流113包含產品質量的乙烯。
圖1的實施方案需要外部冷卻以提供工藝冷卻負載。在典型的乙烯設備中，所需的冷卻通過級聯的丙烯和乙烯製冷系統提供。我們發現，當需冷量由較暖冷卻級的丙烯製冷系統和用於較冷冷卻級的混合製冷系統組合時，本發明的工藝提供最大的資本節約和能量減少益處。對於圖1的實施方案，例如，丙烯製冷劑尤其可用於交換器11、15、45和130中。然後混合製冷系統將尤其為交換器69、79、86和104提供至少一部分冷卻。本領域技術人員應該認識到對於提供所需負載的混合製冷系統有許多可行的設計。同樣，有許多不同的混合致冷劑組合物可用作工作流體。通常，混合致冷劑可包含但不限於C1到C3烴和另外其它的輕質和重質組分以適應冷卻劑混合物的沸騰性能。混合製冷系統的所有這種細節都在本發明的範圍內。
塔54的塔底產品的一部分，即物流58，通過閥117以物流118引導到脫乙烷塔119。塔119從C3和更重組分分離C2和更輕質的組分。物流120的來自塔119的塔頂蒸汽主要包含乙烷和乙烯並且基本上不含C3組分，例如包含小於1mol％的C3組分。其被引導到C2分離塔121。優選地，塔119和121為熱聯合利用的，在於到塔119的回流由物流122提供，所述物流122是來自塔121的側取液體。脫乙烷塔119和C2分離塔121之間的這種熱聯合利用是有利的，在於其既節約了能量又節約了資金。如果期望，脫乙烷塔可作為標準的未與部分或完全冷凝器熱聯合利用的塔進行操作，雖然這種操作方式能效較差。
塔121為C2分離塔，其將乙烯和乙烷分離為純化的乙烯塔頂產品和富含乙烷的塔底產品。其進料有來自塔119的塔頂產品物流120，和通過物流65、閥127和物流128的來自塔56的一部分塔底產品。塔121的塔頂產品，即物流129，在交換器130中冷卻並完全冷凝，得到的液體物流131被引入到罐132，從中以物流133抽出液體然後將其分為物流134和135。物流134包含產品質量的乙烯。其與物流113合併以提供合併的最終乙烯產品物流136。物流135作為回流液體引導到塔121的頂部。來自C2分離塔121的塔底產品以物流137抽出並分為物流138和139。物流138在重沸器交換器140中受熱並至少部分氣化，得到的物流141作為汽提蒸汽返回到塔121。物流139主要包含乙烷並且通常循環到爐工段1。
通常，塔119和121在低於塔54和56壓力的條件下操作。在這種情況下，分別通過閥117和127或通過某些其它降壓裝置降低物流58和65的壓力。塔119和121的最佳操作壓力取決於多種因素，尤其包括使用的製冷系統類型、進入塔的物料組成、和能量費用。通常，這些塔在70psig到350psig、優選約150到300psig的壓力操作。
塔119的塔底產品以物流142抽出並分為物流143和144。物流144在重沸器交換器145中受熱並至少部分氣化，並且將得到的物流146作為汽提蒸汽返回到塔119。物流143主要包含C3組分並且基本上不含C2組分，例如，包含小於1mol％的C2組分。將其與物流38聯合併如所示送往甲基乙炔和丙二炔(MAPD)氫化系統147。MAPD氫化系統流出物，物流148，被引導到C3分離塔149以生成塔頂產品物流150和塔底產品物流151。物流150在交換器152中冷卻並部分冷凝，得到的汽液物流153被引入到罐154中，在其中將蒸汽和液體分離。蒸汽以物流155抽出，為產品質量丙烯。液體以物流156抽出並作為回流返回到塔149。如果期望，塔頂餾出物流150可以在交換器152中徹底冷凝並將純化的丙烯產品作為液體而不是蒸汽抽出。物流151的塔底產品被分為物流157和158。物流158在交換器159中受熱並至少部分氣化，並且將得到的物流160作為汽提蒸汽返回到塔149。主要包含丙烷的物流157通常循環到爐工段1。
圖2描述本發明的第二優先實施方案，其對於從進料有相對輕質烴類的爐的流出物回收和純化輕質烯烴特別有利。最初的爐、淬火、和壓縮步驟類似於圖1實施方案中所述的那些。相應的物流組成通常略不同於圖1中的那些，因為到達爐工段的物料不同。
更具體地，爐工段201生成受熱的爐流出氣體物流202，其進入淬火工段203，在那裡通常用水冷卻將熱的氣體流出物冷卻到大約環境溫度，從而生成高壓物流，其在管線204中除去，以及為工藝的其它部分提供熱。冷卻的流出氣體物流205進料到壓縮工段206，在其中將壓力增加到約170psig，並再次冷卻到接近環境溫度。在淬火和壓縮工段冷凝的任何重質液體分別作為物流207和208抽出，並在物流209中合併，並且，如果期望可進一步加壓。將更高壓力的流出氣體物流210在交換器211中通過相對熱的冷卻劑進行冷卻並部分冷凝，並且將得到的汽液物流212引入到罐213中，在其中分離蒸汽和液體，以生成相對重質的液體物流214和未冷凝蒸汽物流215。如所示，液體物流214可與物流209中的物流207和208合併。物流215被分為兩個物流。一個作為物流216被引導到脫乙烷塔217的較低點處。另一部分物流218在交換器219中冷卻並將得到的冷卻物流220在交換器221中通過來自塔217的塔頂餾出物流222進一步冷卻。得到的冷卻物流223被引導到塔217的較高點。
塔217擔當前端脫乙烷塔的作用。塔頂餾出物流222包含乙烷、乙烯、和比乙烯更輕質的組分並且基本上不含C3組分，例如包含小於約1mol％的C3組分。塔底流出物流224包含丙烯、丙烷、和比丙烷更重質的組分並且基本上不含C2組分，例如，包含小於約0.1mol％的C2組分。物流224分為物流225和226，物流226在重沸器交換器227中受熱並至少部分氣化，得到的物流228作為汽提蒸汽返回到塔217。如果期望，物流225可以進一步加工以回收C3烴或用作燃料。塔頂餾出物流222在交換器221中受熱並以物流229被引導到壓縮230的最後階段。壓縮機流出物231進入標準前端乙炔氫化系統232。這種系統包含多個交換器和反應器，其詳細設計選擇為本領域技術人員公知的。如同圖1的第一實施方案一樣，可使用這種乙炔氫化系統的任何方便的常規設計，並且同樣，乙炔氫化反應器在工藝前端的位置很重要。
來自乙炔氫化系統的流出物，即物流233，通常接近環境溫度。其在交換器234中冷卻並部分冷凝。在實踐中，交換器234可能代表用於在物流233和一個或多個冷卻級和/或低於環境溫度的工藝物流之間進行交換熱的多個串聯的交換器。得到的冷卻物流235進入乙烯分配塔236。從節約能量和資金的觀點考慮，優選塔217和236為熱聯合利用的，在於到塔217的回流液體由來自塔236的側取液體物流237經由閥238和物流239提供。如果期望，塔217還可以以未聯合利用的方式操作，原則上類似於圖1中的塔17。
塔236作為乙烯分配塔進行操作。總的塔頂蒸汽物流240包含乙烯和比乙烯更輕質的組分並且基本上不含乙烷。例如，物流240中的乙烷與乙烯的摩爾比通常小於約0.005，優選小於約0.001。塔底產品物流241主要包含乙烯和乙烷並且基本上不含甲烷，例如包含小於約0.1mol％的甲烷。物流241還將另外包含進入塔236的比乙烷更重質的任何組分。物流241分為物流242和243。物流243在重沸器交換器244受熱並至少部分氣化，並且得到的物流245作為汽提蒸汽返回到塔236中。
作為本發明的一個選擇，塔236與塔頂處的回流再熱器工段操作。塔236的總的塔頂蒸汽，即物流240，主要包含乙烯、甲烷和氫氣。其在交換器246通過相對熱的例如丙烯級冷卻劑和選擇性地通過加熱低於環境溫度的工藝物流而儘可能地冷凝。離開交換器246的得到的部分冷凝的物流247的溫度通常為-35到-45°F。這一物流247進入包含相對少的接觸段(通常少於10個理論段數)的回流再熱器塔248。物流247中的蒸汽和液體在塔248的底部脫離。蒸汽向上流過接觸段並被向下流動的冷的液體冷卻並部分精餾。離開塔248的塔頂的未冷凝蒸汽，即物流249，在交換器256中進一步冷卻並部分冷凝。交換器256的冷卻可通常至少部分地由相對冷的冷卻劑如乙烯或混合製冷系統提供。在罐258中分離來自交換器256的物流257中的蒸汽和液體。來自罐258的物流259中的冷液體作為回流進入塔248的頂部並隨著其接觸相對更熱的向上流動的蒸汽而被加熱並部分氣提更輕質的組分。用於乙烯分配塔236塔頂的這種回流再加熱方案通過在使用丙烯範圍冷卻劑的交換器246中提供其至少一部分而減少了使乙烯分配塔回流所需的能量。這種方案還降低進入乙烯或混合致冷劑交換器256的蒸汽的溫度，從而減少這種交換器的需冷量。
本領域技術人員應該認識到，回流再熱器塔248可與乙烯分配塔236合併。在這種情況下，交換器246為合併的塔上的側面冷凝器，從在其下面的乙烯分配塔板抽出蒸汽並將部分冷凝的蒸汽引導到位於乙烯分配塔板以上的回流再熱器精餾裝置中。這種設計包含在本發明的範圍內。
我們發現，這種回流再熱器布置方案可在乙烯分配塔的操作中提供顯著的能量節約，並且在如果乙烯分配塔的操作壓力比較高(通常超過約400psig)時通常是優選的，因此，可使總的塔頂蒸汽在丙烯冷卻範圍內至少部分冷凝，也就是說，在高於約-45°F的溫度。有可能在更低的壓力下如低於約400psig壓力下操作塔236，使得總的塔頂蒸汽不能通過丙烯範圍冷卻而至少部分地冷凝。然而，在這種情況下，使用回流再熱器構造變得較少有利。乙烯分配塔236的最佳操作壓力可取決於多種因素，包括使用的製冷系統類型、進入塔的物料或各物料的組成、能量費用、是否期望從下遊分離工段得到純化的氫氣產品、和可生成的純化的氫氣產品所需的壓力。通常，這種塔在150到550psig、優選150到450psig的壓力下操作。
來自罐258的蒸汽通過物流260抽出，其在交換器261中冷卻並部分冷凝。得到的汽液物流262被引入罐263，在其中蒸汽和液體分別作為物流264和265被分離並抽出。液體物流265通過閥266和物流267被引導到塔255。
來自罐263的蒸汽，即物流264，被引導到甲烷精餾塔268。這個塔包含相對少的接觸段，通常少於十個理論段數。塔268的目的是以能量有效率的方式從物流264回收進入塔底流出物流269的乙烯。塔底流出物流269主要包含甲烷、乙烯、和溶解的氫氣，並且通過閥270和物流271被引導到塔255。來自塔268的物流272中的塔頂蒸汽進入交換器273。其在交換器273中通過冷的工藝物流或冷卻劑物流冷卻並部分冷凝。得到的部分冷凝的物流274中的蒸汽和液體在罐275中分離並且液體作為回流物流277返回到塔268。來自罐275的富氫塔頂蒸汽，即物流276，主要包含氫氣和甲烷和相對很少的乙烯。物流276可通常被引導到氫氣回收工段，其設計為本領域技術人員公知的。
如第一實施方案中那樣，需要指出的是，有其它方法可用於從蒸汽物流260生成富氫物流276和一個或多個富含甲烷的液體物流(圖2中的物流265和269)。圖2描述了單個的部分冷凝段隨後是甲烷精餾步驟作為一種方法。可使用更多或更少的部分冷凝段。此外，還可以使用合併了工藝氣體冷卻、部分冷凝、和精餾的一個或多個工藝單元的其它方案代替圖2中的甲烷精餾塔268。例如，尤其是可使用一種或多種分餾塔、或美國專利6,343,487和4,496,381中先進的精餾設計。可使用的這些和其它方法都包括在本發明的範圍內。
塔255擔當脫甲烷塔的作用，用於從甲烷和更輕質的組分分離物料中的乙烯和任何更重質的組分。如果塔255的壓力低於冷卻罐263和塔248和268的壓力，如所示，可通過閥266、253和270降低多種物料物流的壓力。塔255可在相對寬的壓力範圍內操作。塔255的最佳操作壓力可取決於多種因素，尤其包括使用的製冷系統類型、進入塔的物料的組成、和能量費用。通常，塔255可在100到500psig、優選100到300psig的壓力下操作。
來自塔255的塔頂產品和塔底產品分別通過物流278和279抽出。物流279分為物流280和281。物流281在重沸器交換器282受熱並至少部分氣化，並且得到的物流283作為汽提蒸汽返回到塔255中。物流280包含產品質量的乙烯。塔頂餾出物流278在交換器284中冷卻並部分冷凝，並且得到的冷卻的物流285被引入到在其中蒸汽和液體被分離的罐286中。來自罐286的蒸汽，即物流287，主要包含甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯。物流288包含來自罐286的液體並且作為到塔255的回流返回。物流287被送到膨脹器289以降低物流的壓力和溫度。然後，這一物流可用於為工藝提供冷卻。圖2描述了一個可能的設計，其中物流290的膨脹器流出物用於為甲烷精餾塔冷凝器273提供冷卻。熱的膨脹的物流291通常進一步在其它交換器中加熱並可最終用作燃料。沒有表示，但如果熱量平衡需要，可將一部分富氫物流276引導到膨脹器進口以提供另外的冷的膨脹器出口氣體。
物流242，即來自乙烯分配塔236的一部分塔底流出物流，通過閥292和物流293被引導到C2分離塔294。塔294的作用是分離物流293中包含的乙烷和乙烯，生成來自該塔的塔頂段的純化的乙烯產品和富含乙烷的塔底產品。塔294通常在比塔236更低的壓力下操作，因此，如所示，物流242的壓力通過閥292降低。C2分離塔294通常在150psig到350psig的壓力下操作。
為了表明包括在本發明範圍內的一個選擇性的構造，塔294在其頂部具有巴氏殺菌工段(pasteurizing section)。這一工段幫助保證乙烯產品包含充分低濃度的甲烷或更輕質的氣體。液態乙烯產品，即物流295，從距離塔294頂部的幾個階段的塔板抽出並與物流280合併形成最終的乙烯產品物流296。來自塔294的塔頂產品以物流297抽出，其在交換器298中冷卻並部分冷凝，得到的冷卻物流299被引入到在其中蒸汽和液體被分離的罐300中。可以從C2分離器回流罐300取得蒸汽排出物流，即物流301，並將其引導到接近脫甲烷塔255底部的點。物流301主要包含乙烯以及進入塔294的任何輕質氣體，並且優選進入塔255塔底以上的幾個階段，使得物流301中包含的任何輕質氣體沒有被攜帶到純化的乙烯產品物流280中。來自罐300的液體物流302作為回流返回到塔294。塔294的塔底產品，即物流303，主要包含乙烷，被分為物流304和305。回收物流304並通常循環到爐工段201。物流305在重沸器交換器306中受熱並至少部分氣化。得到的物流307作為汽提蒸汽返回到塔294。
以下的具體實施例用於說明本文中公開的本發明的某些特定的實施方案。這些實施例只是用於說明性的目的，不應將其看作是對本文中公開的本發明範圍的限制，因為對於本領域技術人員來說，有許多選擇性的改進和變化是顯而易見的，其都落入公開的本發明的範圍和精神實質內。
實施例使用市售的模擬箱模擬本發明的第二實施方案的實施例。在本實施例中模擬的工藝與圖2的優選實施方案相同。在這一實施例中，進料到爐中的物料為約每小時345,000磅的70重量％乙烷和30重量％丙烷的混合物。首先將裂化氣壓縮到172psig並通過交換器211中的丙烯冷劑冷卻到59°F。圖2中關鍵物流的流速和組成在表1中給出，關鍵的熱交換器負載在表2中給出。
確定本實施例工藝的比能為5,100BTU/Ib的乙烯。這基本上低於其它市售工藝的比能，它們對於乙烷裂化的平均值為約5,700BTU/Ib，如Hydrocarbon Processing，March，2003，第96-98頁中報告的。顯然，本發明工藝的能量性能表現出相對於現行實踐的顯著的能量節約。
從以上說明可以看出，很明顯，已經實現了本發明的目的。雖然只描述了某些實施方案，但通過上述說明，其替代性的實施方案和多種改進對於本領域技術人員來說是顯而易見的。這些和其它替代性的實施方案被認為是本發明的等價物，並且處在本發明的精神實質和範圍內。
表1實施例物流的流動和條件


表2熱交換負載

權利要求
1.從包括乙烯、乙烷、乙炔、甲烷、氫氣、和選擇性的比乙烷更重質的組分的氣體混合物回收乙烯的方法，包括a.將氣體混合物引導到第一蒸餾塔並從中回收包括乙烷、乙烯、乙炔、氫氣和甲烷的第一塔頂蒸汽餾出物流和包括比乙烷更重質的組分的第一塔底流出物流；b.從第一塔頂蒸汽餾出物流除去乙炔生成低乙炔第一塔頂餾出物流；c.將低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分引導到乙烯分配蒸餾塔並從中回收包括乙烯、甲烷和氫氣並且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流，和包括乙烯和乙烷的乙烯分配塔塔底流出物流；d.將乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流分離為富氫輕物流和一個或多個貧氫並包括乙烯的物流，所述分離包括至少一個冷卻乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流的至少一部分的步驟；e.將一個或多個貧氫物流中至少一個的至少一部分引導到脫甲烷蒸餾塔並從中抽出包括甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯的脫甲烷塔塔頂餾出物流和包括純化的乙烯的脫甲烷塔塔底流出物流；和f.從乙烯分配塔塔底流出物流回收純化的乙烯產品。
2.權利要求1的方法，其中第一塔頂蒸汽餾出物流基本上不含比乙烷更重質的組分。
3.權利要求1的方法，其中第一塔頂蒸汽餾出物流基本上不含比丙烷更重質的組分。
4.權利要求1的方法，其中所述氣體混合物分離為至少兩個級分，所述級分之一與第一塔頂蒸汽餾出物流進行間接熱交換接觸以加熱第一塔頂蒸汽餾出物流和冷卻所述級分，並且其中所述氣體混合物的兩個或多個級分在不同的位置被引入到第一蒸餾塔。
5.權利要求1的方法，其中除去乙炔的步驟包括將乙炔氫化為乙烯或乙烷或其兩者。
6.權利要求1的方法，其中步驟(b)包括在適當催化劑的存在下使第一塔頂蒸汽餾出物流中包含的乙炔和氫氣反應形成乙炔氫化產品。
7.權利要求1的方法，其中第一塔頂蒸汽餾出物流在進入乙炔除去步驟(b)之前經過壓縮。
8.權利要求1的方法，其中第一蒸餾塔的回流液體的至少一部分由來自乙烯分配蒸餾塔的液體側取物流提供。
9.權利要求1的方法，其中到達乙烯分配蒸餾塔的至少一種物料包括上遊蒸餾塔的全部塔頂蒸汽，從乙烯分配蒸餾塔取得液體側取物並作為回流液體被引導到所述上遊蒸餾塔，並且其中所述上遊蒸餾塔在所述第一蒸餾塔的下遊。
10.權利要求9的方法，其中所述上遊蒸餾塔為C2烴分配塔。
11.權利要求1的方法，其中乙烯分配蒸餾塔的塔頂操作壓力為150psig到550psig。
12.權利要求11的方法，其中乙烯分配蒸餾塔的塔頂操作壓力為150psig到450psig。
13.權利要求1的方法，其中步驟(d)包括g.將乙烯分配塔塔頂餾出物流的至少一部分冷卻並部分冷凝以提供乙烯分配塔塔頂餾出物流的部分冷凝的部分；h.將乙烯分配塔塔頂蒸汽的部分冷凝的部分中所含的蒸汽和液體分離，所述分離的液體包括一個或多個貧氫並包括乙烯的液體物流；和i.從步驟(h)的分離的蒸汽回收所述富氫蒸汽物流。
14.權利要求1的方法，其中步驟(c)包括g.從乙烯分配蒸餾塔抽出包括乙烯、甲烷和氫氣的蒸汽物流；h.將步驟(g)的所述蒸汽物流冷卻到不低於-50°F的溫度以生成部分冷凝的蒸汽物流；i.將步驟(h)的所述部分冷凝的蒸汽物流引導到精餾裝置的底部；j.從所述精餾裝置抽出塔頂蒸汽；k.冷卻來自所述精餾裝置的所述塔頂蒸汽以生成部分冷凝的精餾裝置塔頂餾出物流；l.將所述部分冷凝的精餾裝置塔頂餾出物流的液體級分的至少一部分作為回流液體引導到所述精餾裝置的頂部；和m.抽出所述部分冷凝的精餾裝置塔頂餾出物流的蒸汽部分作為所述乙烯分配塔塔頂蒸汽餾出物流。
15.權利要求13的方法，其中使上述步驟(h)的分離的蒸汽的至少一部分在精餾塔中經歷精餾並且其中從精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。
16.權利要求1的方法，其中步驟(d)包括將乙烯分配塔塔頂餾出物流的至少一部分在精餾塔中精餾並且從精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。
17.權利要求1的方法，其中脫甲烷蒸餾塔在壓力比乙烯分配蒸餾塔的壓力低至少25psi的壓力下操作。
18.權利要求1的方法，其中步驟(f)包括將乙烯分配塔塔底流出物的至少一部分引導到C2分離蒸餾塔並從C2分離蒸餾塔的上段抽出純化的乙烯產品。
19.權利要求18的方法，其中所述第二純化的乙烯產品為從C2分離蒸餾塔塔頂以下至少一個塔板抽出的液體，並且來自C2分離蒸餾塔塔頂的塔頂蒸汽物流的一部分被引導到脫甲烷蒸餾塔塔底以上至少一個塔板的位置。
20.權利要求1的方法，其中第一蒸餾塔、乙烯分配蒸餾塔、和脫甲烷蒸餾塔的汽提蒸汽的至少一部分通過在重沸器交換器中使各自塔的塔底液體物流的至少一部分汽化而提供。
21.權利要求1的方法，其中使用在工作流體中包含超過一個組分的製冷系統以提供乙烯分配蒸餾塔的至少一部分塔頂餾出物流冷凝負載、脫甲烷蒸餾塔的至少一部分塔頂餾出物流冷凝負載、和步驟(d)的分離所需的至少一部分冷卻負載。
22.從包括乙烯、乙烷、乙炔、甲烷、氫氣、C3組分、和比丙烷更重質的組分的氣體混合物回收乙烯的方法，包括a)將氣體混合物引導到第一蒸餾塔並從中回收包括乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、甲烷和C3組分的第一塔頂蒸汽餾出物流和包括比丙烷更重質的組分和選擇性的C3組分的第一塔底流出物流；b)從第一塔頂蒸汽餾出物流除去乙炔生成低乙炔第一塔頂餾出物流；c)通過使用一個或多個蒸餾塔分離低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分，所述一個或多個蒸餾塔之一擔當乙烯分配塔，以回收包括乙烯、甲烷和氫氣並且基本上不含乙烷的不含乙烷的蒸汽物流、和包括乙烯、乙烷和比乙烷更重質的組分的第一液體物流、以及包括乙烯和乙烷並且基本上不含比乙烷更重質的組分的第二液體物流；d)將步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流分離為富氫輕物流和一個或多個貧氫並包括乙烯的物流，所述分離包括至少一個冷卻步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流的至少一部分的步驟；e)將一個或多個貧氫物流中至少一個的至少一部分引導到脫甲烷蒸餾塔並從中抽出包括甲烷和氫氣並且基本上不含乙烯的脫甲烷塔塔頂餾出物流和包括純化的乙烯的脫甲烷塔塔底流出物流；和f)從步驟(c)的第一和第二液體物流回收第二純化的乙烯產品。
23.權利要求22的方法，其中步驟(c)包括以下步驟g)將低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分引導到C2烴分配蒸餾塔並從中回收包括乙烯、乙烷、甲烷和氫氣並且基本上不含比乙烷更重質的組分的C2烴分配塔塔頂餾出物流，和包括乙烯、乙烷、和比乙烷更重質的組分並且基本上不含比乙烯更輕質的組分的C2烴分配塔塔底流出物流；h)將C2烴分配塔塔底流出物流作為步驟(c)的第一液體物流抽出；i)將C2烴分配塔塔頂餾出物流的至少一部分引導到乙烯分配塔並從中回收包括乙烯、甲烷、和氫氣並且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔頂餾出物流，和包括乙烯和乙烷並且基本上不含比乙烯更輕質的組分的乙烯分配塔塔底流出物流；j)將乙烯分配塔塔頂餾出物流作為步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流抽出；k)將乙烯分配塔塔底流出物流作為步驟(c)的第二液體物流抽出。
24.權利要求23的方法，其中C2烴分配塔的回流液體由來自乙烯分配塔的液體側取物流提供。
25.權利要求22的方法，其中步驟(c)包括以下步驟g)將低乙炔第一塔頂餾出物流的至少一部分引導到乙烯分配蒸餾塔並從中回收包括乙烯、甲烷、和氫氣並且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔頂餾出物流，和包括乙烯、乙烷和比乙烷更重質的組分並且基本上不含比乙烯更輕質的組分的乙烯分配塔塔底流出物流；h)將乙烯分配塔塔頂餾出物流作為步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流抽出；i)將乙烯分配塔塔底流出物流作為步驟(c)的第一液體物流抽出；j)在乙烯分配塔的塔頂和其中低乙炔第一塔頂餾出物流進入乙烯分配塔的點之間中間的點處從乙烯分配塔抽出液體側取物流，其中液體側取物流包括甲烷、乙烯和乙烷並且基本上不含比乙烷更重質的組分；k)將液體側取物流引導到側線氣提塔的塔頂並從中回收包括乙烯和乙烷並且基本上不含比乙烯更輕質的組分的側線氣提塔塔底流出物流，和包括甲烷的側線氣提塔塔頂餾出物流；l)將側線氣提塔塔底流出物流作為步驟(c)的第二液體物流抽出；和m)將側線氣提塔塔頂餾出物流引導到乙烯分配塔。
26.權利要求25的方法，其中乙烯分配塔和側線氣提塔的分離功能被合併到單一的間壁式塔中。
27.權利要求26的方法，其中間壁式塔生成塔頂產品和兩個不同的液體塔底產品，並且另外其中將塔頂產品作為步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流抽出並將兩個塔底產品作為步驟(c)的第一和第二液體物流抽出。
28.權利要求22的方法，其中步驟(f)包括將第二液體物流引導到C2分離蒸餾塔以生成主要包括乙烷的C2分離塔塔底流出物流，並從所述C2分離蒸餾塔的上段抽出第二純化的乙烯產品。
29.權利要求28的方法，其中步驟(f)另外包括將第一液體物流引導到脫乙烷蒸餾塔以生成主要包括乙烷和乙烯的脫乙烷塔塔頂餾出物流，和包括C3組分和比丙烷更重質的組分的脫乙烷塔塔底流出物流，並且將所述脫乙烷塔塔頂餾出物流引導到所述C2分離蒸餾塔。
30.權利要求29的方法，其中從脫乙烷塔塔底流出物流和選擇性地從第一塔底流出物流回收純化的丙烯產品。
31.權利要求29的方法，其中脫乙烷蒸餾塔的回流液體的至少一部分由來自C2分離蒸餾塔的液體側取物流提供。
32.權利要求28的方法，其中所述第二純化的乙烯產品為從C2分離蒸餾塔塔頂以下至少一個塔板抽出的液體，並且將來自C2分離蒸餾塔塔頂的一部分塔頂蒸汽引導到脫甲烷蒸餾塔塔底以上至少一個塔板的位置。
33.權利要求22的方法，其中脫甲烷蒸餾塔在壓力比步驟(c)的乙烯分配塔的壓力低至少25psi的壓力下操作。
34.權利要求28的方法，其中C2分離蒸餾塔在壓力比步驟(c)中使用的任一蒸餾塔內的任何位置處的壓力低至少25psi的壓力下操作。
35.權利要求22的方法，其中步驟(d)包括g.將步驟(c)的不含乙烷的蒸汽物流的至少一部分冷卻並部分冷凝以提供不含乙烷的蒸汽物流的部分冷凝部分；h.分離不含乙烷的蒸汽物流的部分冷凝部分中所含的蒸汽和液體，所述分離的液體包括步驟(d)的一個或多個貧氫並乙烯的液體物流；和i.從步驟(h)的分離的蒸汽回收所述富氫蒸汽物流。
36.權利要求35的方法，其中使上述步驟(h)的分離的蒸汽的至少一部分在精餾塔中經歷精餾，並且其中從精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。
37.權利要求22的方法，其中步驟(d)包括步驟(c)的不含乙烷的蒸汽的至少一部分在精餾塔中的精餾並從精餾塔抽出包括富氫蒸汽物流的塔頂蒸汽物流。
全文摘要
本發明提供了使用乙烯分配塔和部分熱聯合利用的分配蒸餾系統從包含更輕和更重組分的物流回收和純化乙烯和選擇性的丙烯的方法。
文檔編號C07C11/06GK1793092SQ20051013391
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月20日 優先權日2004年12月20日
發明者裡安·雷伊內克, 麥可·J·福拉爾, 李廣中, 韋恩·W·Y·昂格, 伊恩·辛克萊, 傑弗裡·S·洛格斯登 申請人:Bp北美公司