УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОЛЕФИНОВ
IMPROVED METHOD FOR SEPARATION WHEN PRODUCING OLEFINS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу получения олефинов и, в частности, к отделению олефинов, образующихся в процессе дегидрирования, от парафинового сырья. Способ особенно пригоден для разделения пропилена и пропана. Два разделителя продуктов использованы параллельно для отделения пропилена от пропана, с получением пропиленового продукта высокой чистоты. Один из разделителей продукта используется при более низком давлении, тогда как второй разделитель работает при более высоком давлении. Использование двух параллельных разделителей продукта обеспечивает осуществление способа извлечения пропиленового продукта высокой чистоты при более низком потреблении энергии по сравнению с известными способами.
Предшествующий уровень техники
Олефиновые углеводороды используются для получения ряда нефтехимических продуктов, таких как полимеры, добавляемые присадки для моторного топлива и другие продукты. Насыщенные углеводороды с короткими цепями, имеющими от 2 до 5 атомов углерода в молекуле, часто подвергаются дегидрированию для образования соответствующего олефина. Олефины, в свою очередь, могут быть использованы при алкилировании изопарафинов, этерификации спиртов для получения присадок смешивания для моторного топлива, или в качестве мономеров, используемых при производстве различных полимерных материалов.
Одним особенно используемым олефином является пропилен, который получают путем дегидрирования пропана. Пропилен является вторым в мире из числа наиболее используемых нефтехимических продуктов и используется в производстве полипропилена, акрилонитрила, акриловой кислоты, акролеина, пропиленоксида и гликолей, пластифицирующих оксоспиртов, кумола, изопропилового спирта и ацетона. Прирост производства пропилена обеспечивается, в первую очередь, промышленными потребностями в полипропилене, который используется в таких повседневных продуктах, как упаковочные материалы и верхняя одежда.
2
Способы дегидрирования пропана обычно осуществляют, следуя стадиям, указанным на фиг.1. Пропан загружают в устройство дегидрирования (1), в котором происходит дегидрирование в присутствии катализатора с получением пропилена. Поток, выходящий из устройства для дегидрирования, сжимают в компрессоре (2) до достаточно высокого давления, обычно от 115 до 350 фунт/кв. дюйм (8,05-24,5 кг/см) или больше, для извлечения непрореагировавшего пропана и пропилена из более легких компонентов в секции извлечения.
В секции извлечения (3) сжатый поток, вышедший из реактора, последовательно охлаждают в холодильнике для достижения максимального извлечения пропана и пропилена для последующей очистки. Отходящий газ из секции извлечения состоит главным образом из более легких компонентов, таких как водород, метан, этан и этилен.
Поток углеводородного продукта выводят из устройства для извлечения и направляют в очистительное устройство (4). Очистительное устройство обычно включает две ректификационные колонны. В первой ректификационной колонне, деэтанизаторе, происходит извлечение этана и более легких компонентов в виде верхнего отходящего газа, и пропан и пропилен отводят из кубовой зоны.
Кубовый поток из деэтанизатора направляют затем во вторую ректификационную колонну, обычно называемую разделителем продукта. В разделительной колонне для продукта пропилен отводят в виде потока верхнего погона, и непрореагировавщий пропан в кубовом потоке разделителя продукта вновь рециркулируют в устройство дегидрирования.
В традиционном способе разделитель продукта обычно нагревают до кипения с использованием конфигурации теплового насоса, в которой пары продукта верхнего погона из разделителя продукта сжимают и используют в качестве кипящей среды. Хотя возможно увеличить давление в разделителе продукта и кипятить при использовании пара низкого давления, устройство дегидрирования пропана не обеспечивает получение пара достаточного низкого давления, чтобы нагреть до кипения разделитель продукта высокого давления.
Один известный способ получения пропилена дегидрированием пропана известен как способ CATOFIN. В способе CATOFIN пропан превращают в пропилен путем подачи жидкого пропана в реактор дегидрирования, содержащий неподвижный слой катализатора оксид хрома-оксид алюминия. Обычно существует множество реакторов дегидрирования, работающих параллельно, чтобы обеспечить регенерацию катализатора в некоторых реакторах, пока другие находятся в рабочем режиме. Реакторы дегидрирования обычно поддерживают при температуре приблизительно 690°F (366°С).
Выходящие из реакторов потоки охлаждают и сжимают с помощью компрессора продукта с паровым приводом. Сжатый продукт направляют в секцию извлечения, где из сжатого потока, выведенного из реактора, извлекают инертные газы, водород и легкие углеводороды. Обогащенный пропиленом газ из устройства по извлечению направляют затем в секцию очистки продукта, где пропилен отделяют от пропана, как описано выше.
2
Стадия очистки пропана, полученного обычным способом дегидрирования, показана на фиг.2. В традиционном способе в разделитель продукта (110) из деэтанизатора направляют тяжелую фракцию, которая содержит С3+ соединения. Данное сырье подвергают дистилляции в разделителе продуктов, так что пропилен отводится в верхнем потоке (102), и основная часть оставшихся соединений, включая непрореагировавший пропан, выходит в виде кубового потока (104). Данный традиционный разделитель продуктов работает при давлении приблизительно 80-90 фунт/кв. дюйм (5,6-6,3 кг/см) и температуре 40-60°F (4,5-15,6°C).
Пропиленовый поток верхнего погона (102) объединяют с верхним погоном (105) из сепаратора (150) и направляют в тепловой насос (130) по линии (106). Тепловой насос приводится в действие паровой турбиной (131), при использовании пара высокого давления, поступающего по линии (133). Выходящий пар выбрасывается по линии (122) в конденсатор (160), где он охлаждается и сливается с завода.
Продукт сжимается в тепловом насосе (130) и проходит по отводной линии (108), обеспечивая теплом ребойлер разделителя продуктов (120). Нагретый пропилен разделяют, и часть поступает обратно в разделитель продуктов по линии (114), и остальная часть проходит по линии (112) в сепаратор продуктов (150). Верхний погон (105) из сепаратора (150) объединяют с пропиленовым потоком верхнего погона (102) из разделителя продуктов и направляют в тепловой насос (130), как описано выше. Пропиленовый продукт (118) из кубового остатка сепаратора направляют в другие устройства для дальнейшей переработки.
Машина по сжатию продукта (140) приводится в действие паровой турбиной (141), которая работает от пара высокого давления, поступающего по линии (143). Продукт из реактора дегидрирования (не показан) по линии (127) поступает в компрессор продукта для сжатия. Сжатый дегидрированный продукт по линии (126) подается на дальнейшее разделение. На традиционных заводах отработанный пар из паровой турбины (141) выводится по линии (124) и поступает в конденсатор (170), где он охлаждается и сливается с завода.
Кубовый остаток традиционного разделителя продуктов низкого давления состоит главным образом из пропана. Кубовый остаток отводят по линии (128) и разделяют, причем часть кубового остатка направляется на рецикл по линии (104) в ребойлер (120), где он нагревается и направляется обратно в разделитель низкого давления (11) для обеспечения тепла. Остальная часть кубового остатка выводится по линии (116) и направляется на дальнейшую переработку.
Традиционные способы дегидрирования, однако, имеют несколько характерных ограничений. Одним основным ограничением является количество подводимой энергии, требуемой для получения пропиленового продукта. В настоящее время общее потребление энергии для традиционного способа дегидрирования составляет приблизительно 100 ккал/кг пропиленового продукта. Поэтому в промышленности существует постоянная и нереализованная потребность в менее дорогостоящем и более энергетически рентабельном способе дегидрирования пропана.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к способам отделения олефинов от парафинового сырья. Данный способ может быть использован, например, для отделения пропилена от пропана после процесса дегидрирования, с получением пропилена из пропана. Данный способ предусматривает использование двух параллельных разделителей продуктов, первый разделитель, работающий при более высоком давлении, и второй разделитель, работающий при более низком давлении. Разделитель продуктов низкого давления имеет ребойлер, который снабжается теплом от теплового насоса, как обычно реализуется в традиционных способах очистки пропилена. Разделитель продуктов высокого давления работает при более высоком давлении и имеет ребойлер, который снабжается теплом от использования отработанного пара от паровых турбин компрессора продуктов и теплового насоса.
В одном варианте осуществления изобретения поток сырья, содержащий смесь пропилена и пропана, разделяется на два отдельных потока. Первый поток направляют в разделительную колонну высокого давления, и второй поток направляют в разделительную колонну низкого давления. По меньшей мере часть потока верхнего погона из разделительной колонны низкого давления поступает в тепловой насос. Отработанный пар от паровой турбины, который приводит в действие тепловой насос, направляется в ребойлер для разделителя продуктов высокого давления.
Тепловой насос может быть использован для сжатия потока верхнего погона из разделительной колонны низкого давления. В некоторых вариантах осуществления изобретения сжатый поток верхнего погона из разделителя продуктов низкого давления подается через ребойлер для разделительной колонны низкого давления.
Используют один или несколько компрессоров продуктов для сжатия продуктов, выходящих из реакторов дегидрирования, в которых парафиновое сырье превращается в олефиновый продукт. Компрессор продукта приводится в действие паровой турбиной. Отработанный пар из паровой турбины для компрессоров продуктов может быть объединен с отработанным паром из паровой турбины для теплового насоса, и объединенный поток используют для обеспечения теплом ребойлера для разделителя продуктов высокого давления.
В другом варианте осуществления изобретения потоки верхнего погона от разделительных колонн разделяют на потоки флегмы и потоки продуктов. Потоки флегмы подаются обратно в соответствующие разделительные колонны для продуктов, и потоки продуктов поступают в другие устройства для дальнейшей переработки.
Еще в одном варианте осуществления изобретения предусмотрен сепаратор. Сжатый поток верхнего погона от разделительной колонны низкого давления поступает в сепаратор после обеспечения теплом ребойлера для разделителя продуктов низкого давления. Поток верхнего погона от сепаратора объединяют с потоком верхнего погона разделительной колонны низкого давления, и кубовый поток из сепаратора, содержащий пропиленовый продукт, направляют в другие устройства.
2
Поток сырья в параллельные разделители продуктов может быть взят у завода любого типа, который способен превращать парафины в олефины, такие как пропан в пропилен, и использует стадию отделения, чтобы отделить непрореагировавший пропан от пропилена. Пропилен для способа настоящего изобретения может быть получен при использовании способа дегидрирования любого типа с превращением пропана в пропилен, такого как, например, способ CATOFIN. В предпочтительном варианте осуществления изобретения поток продуктов из устройства дегидрирования дополнительно обрабатывают, например, сжатием и охлаждением, с удалением инертных газов, водорода и легких углеводородов. Поток продукта предпочтительно направляют в колонну деэтанизатора, в которой С и более легкие компоненты извлекаются в виде потока верхнего погона, и кубовый поток состоит из пропана и пропилена с небольшим количеством других примесей. В данном варианте осуществления изобретения кубовый поток деэтанизатора направляют на стадию параллельного разделения продуктов настоящего изобретения.
Стадия очистки продукта обычно включает разделитель продуктов низкого давления, разделитель продуктов высокого давления, паровую турбину, приводимую в действе тепловым насосом, и паровую турбину, приводимую в действие компрессором продукта. Кубовый поток деэтанизатора входит на стадию очистки продукта и разделяется таким образом, что потребности ребойлера в паре для разделителя продукта высокого давления удовлетворяются отработанным паром, выходящим из паровых турбин, которые приводят в действие компрессор продуктов и тепловой насос. Тепло для ребойлера разделителя продуктов низкого давления обеспечивает тепловой насос, как и в традиционном варианте разделителя продуктов.
Рассмотренный способ разделения может быть использован в любом способе конверсии олефинов с отделением олефинов от исходного сырья, такого как парафиновый. Способ настоящего изобретения является особенно преимущественным перед способами, требующими значительного количества энергии, обеспечиваемой паровой турбиной, или требующими энергоемкого разделения, так как продукты имеют небольшую разницу температур кипения.
Одним из преимуществ способа настоящего изобретения является возможность получения пропилена высокой чистоты при более низком общем расходе энергии. Например, общее потребление энергии при использовании схемы очистки продукта настоящего изобретения может снизить общий расход энергии приблизительно на 18-22% по сравнению с традиционными устройствами CATOFIN. Другие преимущества способа настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области при рассмотрении следующего ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Описание чертежей
На фиг. 1 показаны стадии традиционного способа производства полипропилена из пропана.
На фиг. 2 показана подробная технологическая схема переработки известного уровня техники.
На фиг.3 показана схема способа производства полипропилена из пропана с параллельным использованием разделителя продуктов низкого давления и разделителя продуктов высокого давления.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к усовершенствованным способам энергоемких способов разделения, таких как при производстве пропилена из пропана. В способах настоящего изобретения сырье, поступающее от процесса конверсии парафинов в олефины, такое как кубовая фракция из колонны деэтанизатора, разделяется и направляется в две колонны разделителя продуктов, работающие параллельно. Одна колонна разделителя продуктов работает при более высоком давлении, тогда как второй разделитель продуктов работает при более низком давлении.
2
В способах настоящего изобретения поток продукта получают в устройстве конверсии олефина, такого как устройство дегидрирования. В одном варианте осуществления изобретения пропан может подаваться в традиционное устройство дегидрирования любого типа с получением пропилена. Как показано на фиг.1, обычно поток продукта из устройства дегидрирования сжимается и направляется в устройство извлечения для удаления инертных газов, водорода и других более легких компонентов для достижения максимального извлечения пропана и пропилена. Поток продукта затем направляют из устройства по извлечению в колонну деэтанизора, где С и более легкие компоненты отводятся в виде паров верхнего погона. В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройства дегидрирования представляют собой реакторы типа CATOFIN.
Следующее описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения дано только в пояснительных целях и никоим образом не предназначено для ограничения полного объема притязаний настоящего изобретения, рассмотренного в описании изобретения и формуле изобретения настоящего документа. Следует понимать, что способ, описанный ниже, может быть использован в любом способе конверсии в олефины для отделения олефинов от исходного сырья, такого как парафины. В частности, способ может быть использован для разделения, которое требует значительного количества мощности, обеспечиваемой паровой турбиной, или которое требуют энергоемкого разделения, так как продукты имеют небольшую разницу в температурах кипения.
Схема варианта осуществления настоящего изобретения для разделения пропана и пропилена показана на фиг.3. Кубовая фракция из колонны деэтанизатора подается в параллельные разделители продуктов низкого и высокого давления для очистки пропиленового продукта. Как показано на фиг.3, кубовая фракция из деэтанизатора проходит по линии (10) и разделяется на две отдельные линии подачи сырья (12, 14) для двух разделителей продуктов. Следует понимать, что расход продукта из деэтанизатора в разделители продуктов выбирают и регулируют с учетом размера разделителей продуктов и максимальной эффективности работы завода. Предпочтительно приблизительно от 10% до 35% сырья из деэтанизатора подается в колонну низкого давления (30), и остальная часть подается в колонну высокого давления (20).
Первая линия подачи сырья (12) направляет кубовую фракцию из деэтанизатора в разделитель высокого давления для продуктов (20). Вторая линия подачи сырья (14) питает разделитель низкого давления (30). Сырье из деэтанизатора разделяется между первой и второй линиями подачи сырья таким образом, чтобы сырье для разделителя продуктов высокого давления имело расход, который может быть переработан отработанным паром из паровой турбины, используемой для привода компрессора для продуктов (50) и теплового насоса (40), как описано ниже.
2
2
2
Разделитель продуктов высокого давления (20) работает при давлении приблизительно от 170 фунт/кв. дюйм (11,9 кг/см) до 350 фунт/кв. дюйм (24,5 кг/см), и предпочтительно работает при давлении приблизительно 275 фунт/кв. дюйм (19,3 кг/см). Поток сырья (12) из деэтанизатора подается в разделитель продуктов высокого давления (20), в котором пропан отделяется от пропилена. Разделитель продуктов высокого давления представляет собой дистилляционную колонну обычной конструкции, используемой для разделения пропана и пропилена. Очищенный пропиленовый продукт выходит из разделителя высокого давления по верхней линии (16) и поступает в конденсатор (70), то есть охлаждается водой. Предпочтительно охлаждающая вода подается в конденсатор при температуре и с расходом, достаточными для обеспечения необходимого охлаждения пропиленового продукта до желаемой температуры. Пропиленовый продукт сжижается в конденсаторе, и часть потока продукта разделяется и подается по линии подачи флегмы (22) для орошения разделителя высокого давления для продуктов (20). Остальной пропиленовый продукт поступает по линии (18) на хранение или в другое устройство для дальнейшей переработки. Поток пропиленового продукта предпочтительно выходит из конденсатора при температуре приблизительно от 85°F до 105° (29,4°С-40,6°С).
Пропан отводят из кубовой части разделителя высокого давления для продуктов (20) по линии (24). Часть кубовой фракции по линии (58) подают через ребойлер (80) обратно в разделитель продуктов высокого давления. Рециркуляционная кубовая фракция нагревается в ребойлере до температуры приблизительно от 110°F до 140°F (43,4°C-60,0°С). Тепло подводится к ребойлеру по линии пара (32), в которую поступает с линии отработанного пара (26) из паровой турбины (55) теплового насоса (40) и линии отработанного пара (28) из паровой турбины (51) компрессора продуктов (50). Конденсированная вода и охлажденный пар выводят из ребойлера по линии (34). Остальной пропан, который не поступает на рециркуляцию, выводят по линии (62) для дальнейшей переработки. Предпочтительно соотношение между пропаном, поступающим в ребойлер, и рециркуляционным пропаном составляет величину приблизительно от 20/1 до 40/1.
2
2
2
2
2
2
2
Разделитель низкого давления для продуктов (30) работает при давлении приблизительно от 60 фунт/кв. дюйм (4,2 кг/см) до 100 фунт/кв. дюйм (7 кг/см), предпочтительно работает при давлении приблизительно 75 фунт/кв. дюйм (5,25 кг/см). Поток сырья (14) из деэтанизатора поступает в разделитель низкого давления для продуктов (30), в котором пропан отделяется от пропилена. Очищенный пропиленовый продукт выходит из разделителя продуктов низкого давления по линии (36) верхнего погона. Пропиленовый продукт объединяют с верхним погоном из сепаратора (60), поступающим по линии (38), и объединенный поток по линии (42) подают в тепловой насос (40). Предпочтительно поток пропиленового продукта сжимают в тепловом насосе до давления приблизительно от 150 фунт/кв. дюйм (10,5 кг/см) до 290 фунт/кв. дюйм (20,3 кг/см) при температуре приблизительно от 110°F до 150°F (43,4°C-65,6°С). Тепловой насос (40) приводится в действие паровой турбиной (53). Пар высокого давления, предпочтительно приблизительно от 600 фунт/кв. дюйм до 650 фунт/кв. дюйм (от 42 кг/см до 45,6 кг/см), подают в паровую турбину (53) для привода теплового насоса (40). Отработанный пар из паровой турбины (53) по линии (26) поступает и объединяется с отработанным паром на линии (28) для питания ребойлера разделителя высокого давления (80), как описано выше.
Сжатый пропилен выходит из теплового насоса (40) по линии (44) и поступает в ребойлер разделителя низкого давления (90) для обеспечения ребойлера теплом. В ребойлере (90) сжатый пропилен охлаждается до температуры приблизительно от 75°F до 100°F (24°C-38°С). После охлаждения в ребойлере пропиленовый продукт разделяют. Часть пропиленового продукта по линии (48) поступает в виде флегмы для орошения разделителя продукта низкого давления (30). Основная часть потока пропиленового продукта поступает в сепаратор (60) по линии (46). Предпочтительно соотношение между пропиленовой флегмой и пропиленовым продуктом составляет величину от 10/1 до 20/1. Пропиленовый продукт выводят из сепаратора (60) по линии для продукта (64) и направляют на хранение или другие устройства для дальнейшей переработки.
Пропан отводят из кубовой части разделителя продуктов низкого давления по линии кубового остатка (52). Часть кубовой фракции отделяют и подают по линии (54) в ребойлер (90), где поток нагревается и поступает в нижнюю часть разделителя продуктов (30). Остальная часть пропана выводится по линии (56) на переработку. Предпочтительно соотношение между пропаном, подаваемым в ребойлер, и рециркуляционным пропаном составляет приблизительно 1/10 и 4/10. Обычно пропан рециркулируют в устройство дегидрирования для дополнительной переработки.
2
2
2
Компрессор для продукта (50) обеспечивает сжатие выходящего потока из реакторов дегидрирования (не показано). Выходящий из реакторов дегидрирования поток поступает в компрессор продуктов по линии (67), и сжатый продукт по линии (66) поступает на переработку и разделение. Компрессорная машина для продуктов приводится в действие паровой турбиной (51). Пар высокого давления, предпочтительно под давлением приблизительно от 600 фунт/кв. дюйм (42 кг/см) до 650 фунт/кв. дюйм (45,6 кг/см), подается по линии (57) в паровую турбину (51) для привода компрессора для продукта (50). Отработанный пар из паровой турбины (51) поступает по линии (28) в ребойлер разделителя высокого давления (80), как описано выше. Предпочтительно поток продукта из реактора дегидрирования выходит из компрессорной машины для продукта по линии (60) под давлением приблизительно 150 фунт/кв. дюйм (10,5 кг/см) или выше и при температуре приблизительно от 230°F до 250°F (110°C-121,1°С). Предпочтительно поток пропиленового продукта включает по меньшей мере 30% пропилена.
Способ, описанный выше, обеспечивает средства отделения пропана от пропилена с более низким потреблением энергии, с получением пропиленового продукта высокой чистоты. Отработанный пар из паровых турбин для теплового насоса и компрессора продукта используется для подвода тепла в ребойлер разделителя высокого давления, извлекая, таким образом, и используя энергию, которая ранее всегда терялась. Например, способ настоящего изобретения предусматривает использование 78-82 ккал/кг пропиленового продукта, усовершенствование составляет 18-22% по сравнению с традиционными способами CATOFIN.
Хотя показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, могут быть сделаны различные модификации способов, описанных выше, без отклонения от существа и объема настоящего изобретения, как описано в прилагаемой формуле изобретения. Например, способ, описанный выше, может быть использован в любом способе конверсии олефинов, который требует значительного количества мощности, подводимой паровой турбиной, или требует энергозатратного разделения продуктов, которые имеют небольшую разницу температур кипения. Соответственно, следует понимать, что настоящее изобретение раскрыто посредством примеров, а не путем его ограничения.