用於烯烴生產的改進的分離方法

2023-07-29 16:14:16 2

專利名稱：用於烯烴生產的改進的分離方法
技術領域：
本發明涉及用於烯烴生產的改進方法，且尤其涉及分離通過脫氫工藝生產的烯烴 與鏈烷烴原料。該方法特別適合於丙烯和丙烷的分離。兩個產物分流器並行使用，以分離 丙烯與丙烷，以生產高純度的丙烯產物。一個產物分流器在較低的壓力下使用，而第二個分 流器在較高的壓力下運行。與現有技術的方法相比，並行地使用兩個分流器提供了以較低 的能耗回收高純度丙烯產物的方法。
背景技術：
烯烴用於製造許多石油化工產品，例如聚合物、發動機燃料混合添加劑和其它產 品。每個分子具有2至5個碳原子的短鏈飽和烴通常進行脫氫處理，以形成對應的烯烴。烯 烴又可以用在異鏈烷烴的烷基化、醇的醚化，以製得發動機燃料混合添加劑，或作為用來制 造各種聚合物材料的單體。一種特別有用的烯烴是丙烯，其通過丙烷的脫氫作用製備。丙烯是世界上第二大 石化商品，且用在聚丙烯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯醛、環氧丙烷和二醇(glycols)、增塑劑含氧 醇(0X0 alcohols)、枯烯、異丙醇和丙酮的生產中。丙烯生產的增長主要由對聚丙烯的工業 需求驅動的，聚丙烯用在如封裝材料和戶外衣服的日常產品中。丙烷脫氫工藝通常遵循圖1中示出的步驟。丙烷供給至在存在催化劑的情況下進 行脫氫的脫氫單元(1)，以形成丙烯。來自脫氫單元的流出物在壓縮機(2)中被壓縮至足夠 高的壓力，通常115至350磅/平方英寸(psig)或更大，以在回收部中從較輕質成分回收 未反應丙烷和丙烯。在回收部(3)中，被壓縮的反應器流出物採用製冷方式連續變冷，以最大化丙烷 和丙烯的回收，用於進一步的淨化。來自回收部的廢氣主要較輕質成分構成，諸如如氫氣、 甲烷、乙烷和乙烯。烴產物流被從回收單元供給至淨化單元(4)。淨化單元通常包括兩個蒸餾塔。在 第一蒸餾塔(脫乙烷塔)中、乙烷和更輕質成分被作為頂部廢氣回收，而丙烷和丙烯作為底 部物去除。來自脫乙烷塔的底部流隨後被供給至通常稱為產物分流器的第二蒸餾塔。在產物 分流器塔中，丙烯作為頂流被回收，且來自產物分流器的底部流的未反應的丙烷被循環，返 回至脫氫單元。在常規工藝中，產物分流器通常採用熱泵的配置被再沸騰，其中來自產物分流器 的頂部產物蒸汽被壓縮，並用作重沸介質。雖然可以增加產物分流器中的壓力和採用低壓 流進行重沸，但丙烷脫氫單元通常不能產生足夠低水平的流，來使高壓產物分流器重沸。一種用於通過丙烷的脫氫來生產丙烯的常見工藝通常稱為CAT0FIN工藝。在 CAT0FIN工藝中，通過將液態丙烷供給至容納有固定床鉻-氧化鋁催化劑的脫氫反應器，將 丙烷轉化成丙烯。通常並行運轉多個脫氫反應器，以允許在一些反應器中發生催化劑再生， 同時其它反應器仍在運行。脫氫反應器通常維持在約690° F。
採用蒸汽驅動的產物壓縮機冷卻並壓縮來自反應器的流出物。被壓縮的產物被運 送至回收部，其中惰性氣體、氫氣和輕質烴被從被壓縮的反應器流出物去除。來自回收單元 的富含丙烯的氣體隨後被運送至產物淨化部，在該處如上所述從丙烷中分離丙烯。圖2中示出了常規丙烷脫氫工藝的淨化步驟。常規工藝中的產物分流器(110)通 過進料管線(100)被供給來自脫乙烷塔的包含C3+化合物的重質尾餾分(heavy end)。這 種進料是在產物分流器中被蒸餾，使得在頂流(102)中回收丙烯產物，大部分包括未反應 的丙烷的剩餘化合物離開底部流(104)中。這種常規產物分流器在約80-90磅/平方英寸 (psig)的壓力和40-60° F的溫度下運行。頂部丙烯流(102)與來自分離器(150)的頂部餾出物(105)混合，並通過管線 (106)運送至熱泵(130)。採用通過管線(133)提供的高壓蒸汽，由汽輪機(131)驅動熱泵。 廢汽通過管線(122)排放至冷凝器(160)，在此處它被冷卻並從車間排出。產物在熱泵(130)中被壓縮，並流過排出管線(108)，以向產物分流重沸器(120) 提供熱量。被加熱的丙烯被分流，一部分通過管線(114)流回產物分流器，剩餘部分通過管 線(112)流至產物分離器(150)。來自分離器(150)的塔頂餾出物(105)與來自產物分流 器的頂部丙烯流(102)混合，並如上所述供給至熱泵(130)。來自分離器的底部的丙烯產物 (118)被運送至其它單元，用於進一步處理。產物壓縮機(140)由通過管線(143)被供給高壓蒸汽的汽輪機(141)驅動。通 過管線(127)向產物壓縮機供給來自脫氫反應器(未示出)的產物，用於壓縮。通過管線 (126)供給被壓縮的脫氫產物，用於進一步分離。在常規的車間中，來自汽輪機(141)的廢 汽通過管線(124)排放至冷凝器(170)，它在冷凝器(170)處被冷卻，並從車間排出。常規低壓產物分流器的底部物主要由丙烷組成。底部物通過管線(128)被排出並 分流，底部物的一部分通過管線(104)被循環至重沸器(120)，在重沸器(120)它被加熱並 被運送返回至低壓分流器(11)，以提供熱量。底部物的剩餘部分通過管線(116)被排出並 被運送進一步處理。然而，常規脫氫工藝具有一些固有的限制。一個主要的限制是生產丙烯產品所需 要的輸入能量的量。目前，常規脫氫工藝的總能量消耗對於丙烯產物是100千卡/千克 (kcal/kg)。同樣，在工業中對更便宜且更有能量效率的丙烷脫氫的方法存在不斷增加的且 未滿足的需求。

發明內容
本發明涉及用於從鏈烷烴原料分離烯烴的方法。該方法例如可以用於在脫氫工藝 之後從丙烷中分離丙烯，以從丙烷生產丙烯。該方法並行使用兩個產物分流器，第一分流器 在較高的壓力下運行，第二分流器在較低的壓力下運行。低壓產物分流器具有重沸器，其如 通常在常規丙烯淨化工藝中進行的、採用熱泵供給熱量。高壓產物分流器在較高壓力下運 行，且具有重沸器，該重沸器具有採用來自產物壓縮機和熱泵的汽輪機的廢汽供給的熱量。在本發明的一個實施例中，由丙烯和丙烷的混合物組成的原料流被分流成兩種 流。第一流被供給至高壓產物分流器塔，第二流被供給至低壓產物分流器塔。來自低壓產 物分流器塔的頂流的至少一部分被供給至熱泵。來自驅動熱泵的汽輪機的廢汽被供給至用 於高壓產物分流器的重沸器。
熱泵可以用於壓縮來自低壓產物分流器塔的頂流。在本發明的一些實施例中，來 自低壓產物分流器的被壓縮的頂流通過用於低壓產物分流器塔的重沸器進行供給。一個或更多的產物壓縮機用來壓縮將鏈烷烴原料轉化成烯烴產物的脫氫反應器 的輸出物。產物壓縮機由汽輪機驅動。來自用於產物壓縮機的汽輪機的廢汽可以與來自熱 泵的汽輪機的廢汽混合，混合流用來向用於高壓產物分流器的重沸器提供熱量。在本發明的另一實施例中，來自產物分流器塔的頂流被分流成回流和產物流。回 流被供給返回至各個產物分流器塔，產物流被供給至其它單元，用於進一步處理。在本發明的又一實施例中，提供了分離器。在向用於低壓產物分流器的重沸器提 供熱量之後，來自低壓產物分流器塔的被壓縮的頂流被供給至分離器。來自分離器的頂流 與來自低壓產物分流器塔的頂流混合，來自分離器的包含丙烯產物的底部流被運送至其它 單元。可以從能夠將鏈烷烴轉化成烯烴，例如將丙烷轉化成丙烯的任何類型的車間提供 到並行的產物分流器的原料流，並利用分離階段，從丙烯中分離未反應的丙烷。對於採用將 丙烷轉化成丙烯的任何類型的脫氫工藝(例如CAT0FIN工藝)的本發明的工藝，可以生產 丙烯。在優選的實施例中，來自脫氫單元的產物流被進一步處理，例如通過壓縮和製冷，以 去除惰性氣體、氫氣和輕質烴。產物流優選被供給至脫乙烷塔，在脫乙烷塔中去除頂流中的 C2和更輕質成分，底部流由丙烷和丙烯以及少量的其它雜質構成。在這一實施例中，脫乙烷 塔底部流被供給至本發明的並行的產物分流器級。產物淨化級通常包括低壓產物分流器、高壓產物分流器、汽輪機驅動的熱泵、以及 汽輪機驅動的產物壓縮機。脫乙烷塔底部流進入產物淨化級，並被分流，使得高壓分流器的 重沸器流要求由來自驅動產物壓縮機和熱泵的汽輪機的廢汽來滿足。用於低壓產物分流器 的重沸器的熱量由熱泵提供，如在常規的產物分流器配置中。所描述的分離方法可以用在任何用於從諸如鏈烷烴的原料中分離烯烴的烯烴轉 化方法中。本發明的方法特別有利於要求由汽輪機提供相當大量的功率或由於產物的沸點 溫度差異很小而需要能量集約分離的方法。本發明的方法的優點中的一個是在於可以以較低的總能耗生產高純度的丙烯。例 如，與常規CAT0FIN單元相比，採用本發明的產物淨化方案的總能量消耗可以降低總能量 消耗多達約18-22%。基於下述的優選實施例的詳細描述，本領域技術人員將明白本發明的 方法的其它優點。


圖1示出由丙烷生產聚丙烯的常規方法的步驟。圖2示出常規的現有技術的處理方案的詳細示意圖。圖3為用於並行使用低壓分流器和高壓分流器由丙烷生產聚丙烯的方法的示意 圖。
具體實施例方式本發明涉及如在由丙烷生產丙烯中的用於能量集約分離(energyintensive separation)的改進方法。在本發明的方法中，來自將鏈烷烴轉化成烯烴的過程的進料，例如來自脫乙烷塔的底部物被分流，並供給至並行運行的兩個產物分流器塔。一個產物分流 器塔在較高的壓力下運行，而第二個產物分流器在較低的壓力下運行。在本發明的方法中，從諸如脫氫單元的烯烴轉化車間中獲得產物流。在一個實施 例中，丙烷可以被供給至任何類型的常規脫氫單元，以生產丙烯。如圖1所示，典型地，脫氫 單元產物流被壓縮，並被運送至回收單元，以去除惰性氣體、氫氣和其它較輕質成分，以最 大化丙烷和丙烯的回收。隨後產物流被從回收單元運送至脫乙烷塔，其中C2和更輕質成分 作為塔頂餾出物蒸汽被去除。在優選的實施例中，脫氫單元為CAT0FIN型反應器。僅以示例的方式提供了本發明的優選實施例的下述描述，並不是要以任何方式限 制在此描述的和要求保護的本發明的全部範圍。應當理解，下文描述的方法可以用在任何 烯烴轉化工藝中，以從諸如鏈烷烴的原料中分離烯烴。特別地，所述方法可以用於需要由汽 輪機提供相當大量的功率的分離或要求能量集約分離的分離，這是因為產物的沸點溫度差 異很小。圖3中示出了本發明的用於分離丙烷和丙烯的實施例的示意圖。來自脫乙烷塔的 底部物被供給至並行的低壓和高壓產物分流器，用於丙烯產物的淨化。如圖3所示，來自脫 乙烷塔的底部物被通過管線(10)供給，並分流成用於兩個產物分流器的兩條分開的進料 管線(12、14)。應當理解，基於產物分流器的尺寸選擇和控制從脫乙烷塔到產物分流器的流 量，以最大化車間的效率和操作。優選地，來自脫乙烷塔的進料的約10%至35%被供給至 低壓塔(30)，剩餘的部分被供給至高壓塔(20)。第一進料管線(12)將脫乙烷塔底部物供給至高壓產物分流器(20)。第二進料管 線(14)對低壓產物分流器(30)進行供給。來自脫乙烷塔的進料在第一和第二進料管線之 間被分流，使得至高壓產物分流器的進料處於可以採用來自用來驅動產物壓縮機(50)和 熱泵(40)的汽輪機的廢汽進行處理的流量，如下文所述。高壓產物分流器(20)在約170磅/平方英寸和350磅/平方英寸之間的壓力下 運行，且優選在在約275磅/平方英寸的壓力下運行。來自脫乙烷塔的原料流(12)被供給 至其中丙烷被從丙烯中分離的高壓產物分流器(20)。高壓產物分流器為具有用於分離丙 烷和丙烯的典型設計的蒸餾塔。被淨化的丙烯產物通過塔頂管線(16)從高壓分流器流出， 並使其進料通過採用水冷卻的冷凝器(70)。優選地，冷水以足以提供將丙烯產物冷卻至期 望溫度的所需要的冷卻的溫度和流量供給至冷凝器。丙烯產物在冷凝器中液化，產物流的 一部分分流，並通過回流管線(22)供給至高壓產物分流器(20)。剩下的丙烯產物通過管 線(18)被供給至存儲裝置或另一單元，用於進一步處理。丙烯產物流優選以約85° F和 105° F之間的溫度流出冷凝器。通過管線(24)從高壓產物分流器(20)的底部去除丙烷。底部物的一部分通過管 線(58)通過重沸器(80)進行供給，且返回到高壓產物分流器。再循環的底部物在重沸器 中被加熱至約110° F和140° F之間的溫度。熱量通過蒸汽管線(32)被提供至重沸器， 其由來自熱泵(40)的汽輪機(55)的廢汽管線(26)和來自產物壓縮機(50)的汽輪機(51) 的廢汽管線(28)供給的。冷凝水和冷卻蒸汽通過管線(34)從重沸器中排出。丙烷的未被 循環的剩餘部分被通過管線(62)去除，用於進一步處理。典型地，丙烷將被再循環並供給 至脫氫單元。優選地，供給至重沸器的丙烷和再循環的丙烷之間的劃分(split)在約20/1 和40/1之間。
低壓產物分流器(30)在約60磅/平方英寸和100磅/平方英寸之間的壓力下運 行，且優選在約75磅/平方英寸的壓力下運行。來自脫乙烷塔的原料流(14)被供給至其中 丙烷從丙烯中分離的低壓產物分流器(30)。被淨化的丙烯產物通過塔頂餾出物管線(36) 流出低壓產物分流器。丙烯產物和來自分離器(60)的通過管線(38)供給的塔頂餾出物混 合，混合流通過管線(42)供給至熱泵(40)。優選地，丙烯產物流在熱泵中在約110° F和 150° F之間的溫度下被壓縮至約150磅/平方英寸和290磅/平方英寸之間的壓力。熱泵 (40)由汽輪機(53)驅動。優選壓力約600磅/平方英寸至650磅/平方英寸的高壓蒸汽 被供給至汽輪機(53)，以驅動熱泵(40)。如上所述，來自汽輪機(53)的廢汽通過管線(26) 供給，並與管線(28)中的廢汽混合，以供給高壓分流器重沸器(80)。被壓縮的丙烯通過管線(44)流出熱泵(40)，並通過低壓分流器重沸器(90)進行 供給，以向重沸器提供熱量。在重沸器(90)中，被壓縮的丙烯被冷卻至約75° F和100° F 之間的溫度。在重沸器中冷卻之後，丙烯產物被分流。丙烯產物的一部分作為用於低壓產 物分流器(30)的回流通過管線(48)進行供給。丙烯產物流中的大部分通過管線(46)供 給至分離器(60)。優選地，回流丙烯和產物丙烯之間的劃分在約10/1和20/1之間。丙烯 產物通過產物管線(64)從分離器(60)中去除，供給至存儲裝置或其它單元，用於進一步處 理。丙烷通過底部管線(52)從低壓產物分流器的底部去除。底部物的一部分被分流， 並通過管線(54)供給至重沸器(90)，其中該流被加熱，並供給到產物分流器(30)的底部。 丙烷的剩餘部分通過管線(56)去除，用於處理。優選地，供給至重沸器的丙烷和再循環的 丙烷之間的劃分為約1/10和4/10。典型地，丙烷被再循環至脫氫單元，用於進一步處理。產物壓縮機(50)為來自脫氫反應器(未示出)的輸出物提供壓縮。來自脫氫反 應器的輸出物通過管線(67)供給至產物壓縮機，被壓縮的產物通過管線(66)進行供給，用 於處理和分離。產物壓縮機由汽輪機(51)驅動。優選壓力為約600磅/平方英寸至650 磅/平方英寸的高壓蒸汽通過管線(57)供給至汽輪機(51)，以驅動產物壓縮機(50)。如 上所述，來自汽輪機(51)的廢汽通過管線(28)供給至高壓分流器重沸器(80)。優選地，脫 氫反應器產物流在約150磅/平方英寸或更大的壓力，並在約230° F和250° F之間的溫 度下通過管線(66)流出產物壓縮機。優選地，丙烯產物流包括至少30%的丙烯。上述工藝提供了從丙烯中分離丙烷的更加具有能量效率的手段，以獲得高純度的 丙烯產物。來自用於熱泵和產物壓縮機的汽輪機的廢汽用來向用於高壓分流器的重沸器提 供熱量，由此回收並利用先前已經損失的能量。例如，本發明的方法對於採用丙烯產物是 78-82Kcal/kg，與常規 CAT0FIN 方法相比，改進了 18-22 %。雖然已經示出並描述了優選實施例，但在不偏離在隨附的權利要求中描述的本發 明的精神和範圍的情況下，可以對上述方法進行諸多修改。例如，上述方法可以用在要求由 汽輪機提供相當大量的功率或由於產物具有小的溫差而要求能量集約分離的任何烯烴轉 化方法中。因此，應當理解，已經通過舉例的方式和非限制性的方式描述了本發明。
8
權利要求
一種分離在來自脫氫系統的產物流中的烯烴與鏈烷烴的方法，所述方法包括以下步驟(a)供給基本上由至少一種烯烴和至少一種鏈烷烴的混合物組成的原料流；(b)將所述原料流分成第一部分和第二部分；(c)將所述原料流的第一部分供給至第一產物分流器塔，將所述原料流的第二部分供給至第二產物分流器塔，其中所述第一產物分流器塔在比所述第二產品分流器塔高的壓力下運行；(d)將來自所述第二產物分流器塔的頂流的至少一部分供給至熱泵，以壓縮所述第二產物分流器的頂流；和(e)將來自驅動所述熱泵的至少一個汽輪機的蒸汽供給至用於所述第一產物分流器塔的重沸器。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟(f)使來自所述熱泵的被壓縮的第二產物分流器塔的頂流流過用於所述第二產物分流 器的重沸器。
3.根據權利要求2所述的方法，還包括以下步驟(g)將來自驅動產物壓縮機的至少一個汽輪機的蒸汽供給至用於所述第一產物分流器 塔的重沸器。
4.根據權利要求3所述的方法，還包括以下步驟(i)將來自所述第一產物分流器的頂流分流成被回饋到所述第一產物分流器的回流和 產物流；和(j)將來自所述熱泵的被壓縮的第二產物分流器的頂流分流成回饋到所述第二產物分 流器的回流和產物流。
5.根據權利要求2所述的方法，還包括以下步驟(g)將來自用於所述第二產物分流器的重沸器的被壓縮的第二產物分流器的頂流供給 至分離器，以將所述第二產物分流器的頂流分流成包含丙烯產物的分離器底部流和分離器 頂流；以及(h)將所述分離器頂流與來自第二產物分流器的頂流混合，並將所述混合流供給至所 述汽輪機驅動的熱泵。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一產物分流器塔在約170磅/平方英寸和 350磅/平方英寸之間的壓力下運行，所述第二產物分流器塔在約60磅/平方英寸和100 磅/平方英寸之間的壓力下運行。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述烯烴為丙烯，且所述鏈烷烴為丙烷。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一產物分流器塔在約275磅/平方英寸之 間的壓力下運行，且所述第二產物分流器塔在約75磅/平方英寸之間的壓力下運行。
9.根據權利要求7所述的方法，其中約65%和90%之間的原料流被包含在所述原料流 的第一部分中。
10.一種分離在來自脫氫系統的產物流中的烯烴與鏈烷烴的方法，所述方法包括以下 步驟(a)提供基本上由至少一種烯烴和至少一種鏈烷烴的混合物組成的原料流；(b)將所述原料流分成第一部分和第二部分；(C)將所述原料流的第一部分供給至第一產物分流器塔，將所述原料流的第二部分供 給至第二產物分流器塔，其中所述第一產物分流器塔在比所述第二產物分流器塔高的壓力 下運行；(d)將來自所述第二產物分流器塔的所述頂流供給至熱泵，以壓縮所述第二產物分流 器頂流；(f)使來自所述熱泵的被壓縮的第二產物分流器頂流流過用於所述第二產物分流器的 重沸器；(g)將所述被壓縮的第二產物分流器頂流分流成被回饋至所述第二產物分流器的回流 和產物流；(h)將來自所述第一產物分流器的頂流分流成被回饋至所述第一產物分流器的回流和 產物流；以及(i)將來自驅動脫氫反應器輸出物壓縮機的至少一個汽輪機的蒸汽和來自驅動所述熱 泵的至少一個汽輪機的蒸汽混合，並將所述蒸汽供給至用於所述第一產物分流器塔的重沸O
11.根據權利要求10所述的方法，還包括以下步驟(j)將所述步驟(g)的產物流供給至分離器，並將所述產物流分成包含丙烯產物的分 離器底部流和分離器頂流；以及(k)將所述分離器頂流與來自所述第二產物分流器的頂流混合，並將所述混合流供給 至所述汽輪機驅動的熱泵。
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述烯烴為丙烯，且所述鏈烷烴為丙烷。
13.根據權利要求10所述的方法，其中所述第一產物分流器塔在約170磅/平方英寸 和350磅/平方英寸之間的壓力下運行，第二產物分流器塔在約60磅/平方英寸和100磅 /平方英寸之間的壓力下運行。
14.根據權利要求10所述的方法，其中所述第一產物分流器塔在約275磅/平方英寸 之間的壓力下運行，且所述第二產物分流器塔在約75磅/平方英寸之間的壓力下運行。
15.根據權利要求13所述的方法，其中約65%和90%之間的原料流被包含在所述原料 流的第一部分中。
16.根據權利要求11所述的方法，其中所述第一產物分流器塔在約170磅/平方英寸 和350磅/平方英寸之間的壓力下運行，第二產物分流器塔在約60磅/平方英寸和100磅 /平方英寸之間的壓力下運行。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述烯烴為丙烯，且所述鏈烷烴為丙烷。全文摘要
本發明提供了一種用於從鏈烷烴分離烯烴的改進方法，例如從丙烷分離丙烯。並行使用兩個產物分流器，以從丙烷分離丙烯。一個產物分流器在較低的壓力下運行，而第二個產物分流器在較高的壓力下運行。與現有技術的方法相比，並行使用兩個分流器提供以低的能量消耗回收高純度丙烯產物的方法。
文檔編號C10G7/00GK101978028SQ200980110173
公開日2011年2月16日 申請日期2009年6月23日 優先權日2008年6月27日
發明者桑吉·拉莫, 蘇尼爾·潘迪崔歐 申請人:魯姆斯科技公司