СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ 1,3-БУТАДИЕНА
METHODS AND SYSTEMS FOR PRODUCING 1,3-BUTADIENE

Ссылка на родственные заявки
[001] Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет и преимущество в соответствии с предварительной заявкой на патент США № 62/269,873, поданной 18 декабря 2015 года. Содержание указанной заявки посредством ссылки включено в настоящий документ.
Область техники настоящего изобретения
[002] Настоящее изобретение относится к способам и системам для получения 1,3-бутадиена.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
[003] 1,3-Бутадиен представляет собой основной продукт нефтехимической промышленности. Простая химическая структура в сочетании с низкой молекулярной массой и высокой химической реакционной способностью делает его структурным элементом, весьма подходящим для использования в синтезе других материалов. 1,3-Бутадиен может быть использован в качестве мономерного исходного материала для получения разнообразных полимеров, включая синтетические каучуки. 1,3-Бутадиен может быть также использован в качестве исходного материала для получения адипонитрила или в качестве субстрата в определенных реакциях Дильса-Альдера.
4
4
4
4
4
4
4
3
4
[004] 1,3-Бутадиен может быть получен из различных источников, включая дегидрирование н-бутана и реакцию этанола. 1,3-Бутадиен может быть также выделен из потоков C-углеводородов, например, C-фракций, получаемых посредством парового крекинга лигроина, крекинга газа (например, этана, пропана, бутана и сжиженного нефтяного газа (СНГ), каталитического крекинга газойля и/или вакуумного газойля, каталитического дегидрирования бутана и бутена, а также окислительного дегидрирования бутена. Потоки C-углеводородов могут содержать C-алканы, например, бутан, изобутан; C-алкены, например, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен; C-алкадиены, например, 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, и/или C4-алкины, например, винилацетилен, этилацетилен, диметилацетилен. Согласно некоторым вариантам осуществления потоки C-углеводородов могут также содержать C-алкин, такой как метилацетилен. Вследствие незначительных различий относительной летучести таких соединений выделение неочищенного 1,3-бутадиена из C-фракции может оказаться затруднительным, и его обычно осуществляют посредством экстракционной дистилляции.
4
4
4
4
[005] Из техники известны определенные способы и системы для очистки 1,3-бутадиена. В патенте США U.S. 7,556,717 раскрыты способы экстракционной дистилляции, использующие дистилляционную колонну с разделительной стенкой, где поток, содержащий 1,3-бутадиен и растворитель, может быть получен из общей нижней области колонны. В японском патенте № JPH1057704 раскрыто использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для разделения многокомпонентного исходного потока. В патенте США № U.S. 7,462,277 раскрыты способы и системы для экстракционной дистилляции потока C-углеводородов, где предусмотрено использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для удаления бутанов из верхней секции первой области, причем бутены удаляют из верхней секции второй области, и 1,3-бутадиен удаляют из объединенной нижней области колонны. В патенте США № U.S. 7,528,290 раскрыто использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для отделения 1-бутена от смешанного потока C-углеводородов. В патенте США № U.S. 7,619,126 раскрыты способы и системы для дистилляции 1,3-бутадиена из потока C-углеводородов, где предусмотрено использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой, которая присоединена к экстракционно-скрубберной колонне. В патенте США № U.S. 7,692,053 раскрыты способы и системы для дистилляции 1,3-бутадиена из потока C-углеводородов, где предусмотрено использование колонны с разделительной стенкой, которая присоединена к экстракционно-промывной колонне и/или колонне для удаления газообразных ацетиленов.
[006] В технике остается потребность в способах и системах для получения 1,3-бутадиена.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
[007] Настоящее изобретение предлагает способы и системы для экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена.
4
4
4
4
4
4
4
[008] Настоящее изобретение предлагает способы получения 1,3-бутадиена из потока C-углеводородов. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, и которая дополнительно содержит первый конденсатор, второй конденсатор и ребойлер. Способ может включать в себя введение потока C-углеводородов, содержащего одно или несколько соединений из C-алканов, C-алкенов, C-алкадиенов, C-алкинов и их сочетания, в первую область дистилляционной колонны. Поток C-углеводородов может быть разделен на два или более потоков, и два или более потоков могут быть введены в двух или более точках в первой области. Способы могут дополнительно включать в себя введение первого растворителя в первую область дистилляционной колонны, удаление первого потока из первой области дистилляционной колонны, введение второго растворителя во вторую область дистилляционной колонны, удаление второго потока из второй области дистилляционной колонны и удаление третьего потока из объединенной нижней области дистилляционной колонны.
4
[009] Согласно определенным вариантам осуществления способ экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, и дополнительно содержит первый и второй конденсатор и ребойлер. Способ может включать в себя введение потока C-углеводородов, который содержит одно или несколько соединений из 1,3-бутадиена, бутана, изобутана, 1-бутена, транс-2-бутена, цис-2-бутена, изобутена, 1,2-бутадиена, винилацетилена, этилацетилена и метилацетилена в первую область дистилляционной колонны и введение первого растворителя в первую область дистилляционной колонны. Способ может дополнительно включать в себя удаление первого потока, который содержит изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и цис-2-бутен, из верхней секции первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ включает в себя введение второго растворителя во вторую область дистилляционной колонны и удаление второго потока, который содержит 1,3-бутадиен и/или 1,2-бутадиен, из верхней секции второй области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя удаление третьего потока, содержащего винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, первый растворитель и/или второй растворитель, из объединенной нижней области дистилляционной колонны.
4
4
[0010] Согласно определенным вариантам осуществления поток C-углеводородов может быть введен в среднюю секцию первой области дистилляционной колонны. Поток C-углеводородов может быть разделен на два или более потоков перед его введением в первую область дистилляционной колонны. Два или более потоков могут быть введены в двух или более точках в первой области. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может быть введен в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления первый поток может быть удален из первой области дистилляционной колонны с использованием первого конденсатора. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может быть удален из второй области дистилляционной колонны с использованием второго конденсатора. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток содержит 1,2-бутадиен. Второй поток может содержать более чем около 93 мас.% 1,3-бутадиена. Согласно определенным вариантам осуществления первый и/или второй растворитель содержат ацетонитрил.
[0011] Согласно определенным вариантам осуществления способы могут дополнительно включать в себя перенос первой орошающей текучей среды из первого конденсатора в первую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способы могут дополнительно включать в себя перенос второй орошающей текучей среды из второго конденсатора во вторую область дистилляционной колонны.
[0012] Согласно определенным вариантам осуществления третий поток может дополнительно содержать 1,3-бутадиен. Способ может включать в себя отделение 1,3-бутадиена, первого растворителя и/или второго растворителя от третьего потока и возвращение 1,3-бутадиена, первого растворителя и/или второго растворителя в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления 1,3-бутадиен, первый растворитель и/или второй растворитель могут быть отделены от третьего потока посредством испарения.
[0013] Согласно определенным вариантам осуществления первая область дистилляционной колонны может иметь по меньшей мере около 75 ступеней равновесия. Согласно определенным вариантам осуществления вторая область дистилляционной колонны может иметь по меньшей мере около 70 ступеней равновесия. Согласно определенным вариантам осуществления верхняя секция первой области и/или второй области дистилляционной колонны имеет давление от около -1,0 до около 15,0 бар. Согласно определенным вариантам осуществления объединенная нижняя область дистилляционной колонны имеет давление от около -1,0 до около 15 бар. Перепад давления между объединенной нижней областью и верхней секцией первой области и/или второй области может составлять от около 0,01 до около 2,0 бар.
4
4
[0014] Согласно определенным вариантам осуществления способ экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена из потока C-углеводородов может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, первый и второй конденсатор и ребойлер. Способ может дополнительно включать в себя введение потока C-углеводородов, содержащего изобутен, 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, в первую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя введение ацетонитрила в первую область дистилляционной колонны и удаление первого потока, который содержит изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и цис-2-бутен, из верхней секции первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя введение ацетонитрила во вторую область дистилляционной колонны и удаление второго потока, содержащего по меньшей мере около 90 мас.% 1,3-бутадиена, из верхней секции второй области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ включает удаление третьего потока, содержащего винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен и ацетонитрил, из объединенной нижней области дистилляционной колонны.
4
[0015] Согласно определенным вариантам осуществления способ экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена из потока углеводородов может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, первый и второй конденсатор и ребойлер. Способ может включать в себя введение потока C-углеводородов, который содержит 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, изобутан, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, в среднюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя введение ацетонитрила в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны и удаление первого потока, содержащего бутан, изобутан, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и цис-2-бутен, из верхней секции первой области дистилляционной колонны через первый конденсатор. Способ может включать в себя перенос первой орошающей текучей среды из первого конденсатора в первую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя введение ацетонитрила в верхнюю секцию второй области дистилляционной колонны. Способ может дополнительно включать в себя удаление второго потока, который содержит по меньшей мере около 90 мас.% 1,3-бутадиена, из верхней секции второй области дистилляционной колонны через второй конденсатор и перенос второй орошающей текучей среды из второго конденсатора во вторую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя удаление третьего потока, содержащего винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, 1,3-бутадиен и ацетонитрил, из объединенной нижней области дистилляционной колонны и отделение винилацетилен от ацетонитрила, отделение 1,3-бутадиена и/или ацетонитрила от третьего потока и возвращение 1,3-бутадиена и/или ацетонитрила в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны.
Краткое описание фигур
[0016] На фиг. 1 представлена система для получения 1,3-бутадиена согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 2 представлен способ получения 1,3-бутадиена согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 3 представлена примерная система для получения 1,3-бутадиена согласно предшествующему уровню техники.
[0019] На фиг. 4 представлен способ получения 1,3-бутадиена согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
[0020] Настоящее изобретение предлагает способы и системы для получения 1,3-бутадиена.
[0021] Настоящее изобретение предлагает систему для получения 1,3-бутадиена из потоков исходных углеводородов, например, потоков C4-углеводородов. Для цели иллюстрации, а не ограничения, на фиг. 1 схематически представлена примерная система согласно неограничительному варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно определенным вариантам осуществления система 100 может содержать дистилляционную колонну 111 с разделительной стенкой.
[0022] Дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать продольную стенку 103, разделяющую колонну по меньшей мере на три области. Продольная стенка может быть, например, фиксированной или подвижной. Продольная стенка может быть приварена к внутренней поверхности дистилляционной колонны и/или прикреплена с помощью соединительных и/или крепежных элементов. Продольная стенка может включать прокладки и/или уплотнения для образования барьера, непроницаемого для газов и/или жидкостей.
[0023] Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать первую область 101. Согласно определенным вариантам осуществления первая область может иметь постоянную ширину по всей высоте дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно другим определенным вариантам осуществления ширина первой области может быть переменной, т. е. продольная стенка 103 может быть наклонной. Первая область 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой может содержать от около 50 до около 100 ступеней равновесия, например, около 75 ступеней. Согласно определенным вариантам осуществления первая область может быть ступенчатой и содержать, например, колпачок колонны, клапан, вытяжную трубу и/или ситчатые тарелки. Первая область может быть статистическим образом заполнена насадочным материалом, представляющим собой, например, кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и/или седлообразные насадки INTALOX. В качестве альтернативы, может присутствовать структурированный насадочный материал, представляющий собой, например, металлические листы или сетку. Согласно определенным вариантам осуществления верхняя секция первой области 101 дистилляционной колонны с разделительной стенкой может быть присоединена к первому конденсатору 106. В качестве примера, первый конденсатор может представлять собой теплообменник, например, кожухотрубчатый теплообменник, двухтрубный теплообменник, спиральный теплообменник или пластинчатый теплообменник. В качестве примера, но не в ограничения, первая область может быть присоединена к первому конденсатору через одну или несколько транспортных линий, например, для возврата орошающей текучей среды из конденсатора в первую область 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.
[0024] Термины “примерно” или “около” при использовании в настоящем документе означают нахождение конкретной величины в пределах приемлемого диапазона ошибок, что определяет обычный специалист в данной области техники, и что будет зависеть от способа измерения или определения данной величины, т. е. от ограничений измерительной системы. Например, термин “около” может означать интервал, составляющий вплоть до 20%, вплоть до 10%, вплоть до 5% и/или вплоть до 1% от данной величины.
[0025] Термин “присоединенный” при использовании в настоящем документе означает соединение компонента системы к другому компоненту системы любыми средствами, известными в технике. Тип соединения, который используют, чтобы соединять два или более компонентов системы, может зависеть от масштаба и работоспособности система. В качестве примера, но не ограничения, соединение двух или более компонентов системы может предусматривать один или несколько фитингов, клапанов, транспортных линий или герметизирующих элементов. Неограничительные примеры соединений представляют собой резьбовые соединения, паяные соединения, сварные соединения, компрессионные соединения и механические соединения. Неограничительные примеры фитингов представляют собой муфтовые фитинги, редукционные муфтовые фитинги, накидные фитинги, тройниковые фитинги, крестообразные фитинги и фланцевые фитинги. Неограничительные примеры клапанов представляют собой запорные клапаны, грибковые клапаны, шаровые клапаны, дроссельные клапаны и обратные клапаны.
[0026] Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать вторую область 102. Вторая область может иметь постоянную или переменную ширину по высоте дистилляционной колонны с разделительной стенкой, в зависимости от ориентации продольной стенки 103. Вторая область 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой может содержать от около 50 до около 100 ступеней равновесия, например, около 70 ступеней. Вторая область может быть ступенчатой и содержать, например, колпачок колонны, клапан, вытяжную трубу и/или ситчатые тарелки, и/или насадочной и содержать насадочный материал, например, металлические листы или сетку. Согласно определенным вариантам осуществления вторая область 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой может быть присоединена ко второму конденсатору 105, например, для удаления второго потока из дистилляционной колонны 111. В качестве примера, второй конденсатор может представлять собой теплообменник. В качестве примера, но не ограничения, верхняя секция второй области 102 может быть присоединена ко второму конденсатору 105 через одну или несколько транспортных линий, например, для возврата орошающей текучей среды из конденсатора во вторую область 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.
[0027] Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать объединенную нижнюю область 110, например, для отделения винилацетилена, этилацетилена, метилацетилена и/или растворителей от потоков углеводородов. Объединенная нижняя область 110 может находиться в сообщении с возможностью переноса текучей среды с первой областью 101 и/или второй областью 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления объединенная нижняя область 110 может быть присоединена к ребойлеру 104, например, для нагревания потоков углеводородов в течение дистилляции. В качестве примера, ребойлер может представлять собой термосифон, котел или огневой нагреватель. Согласно определенным вариантам осуществления объединенная нижняя область 110 может быть присоединена к ребойлеру 104 через одну или несколько транспортных линий, например, для возврата растворителя или других компонентов, присутствующих в потоке углеводородов (таких как 1,3-бутадиен), из ребойлера в объединенную нижнюю область 110 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.
4
[0028] Система 100 может дополнительно содержать одну или несколько питающих линий 208, например, присоединенных к первой области 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Одна или несколько питающих линий 208 могут быть использованы для введения потока углеводородов, например, потока C-углеводородов, в дистилляционную колонну. Согласно определенным вариантам осуществления питающая линия 208 может быть присоединена к средней секции первой области 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.
[0029] Согласно определенным вариантам осуществления система 100 может дополнительно содержать одну или несколько питающих линий 207 и/или 209 растворителей, например, для введения растворителей в дистилляционную колонну. В качестве примера, но не ограничения, система 100 может содержать питающую линию 207 первого растворителя, присоединенную к первой области 101, например, к верхней секции первой области, дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления питающая линия 207 первого растворителя может быть использована для введения первого растворителя в первую область 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления система 100 может содержать питающую линию 209 второго растворителя, присоединенную ко второй области 102, например, к верхней секции второй области, дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой для введения второго растворителя в дистилляционную колонну 111 с разделительной стенкой.
[0030] Система согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать дополнительные компоненты и приспособления, включая, но не ограничиваясь ими, одну или несколько газоотводящих линий, циклонов, линий выпуска продуктов, реакционных зон, нагревательных элементов, регулирующих клапанов, систем управления, декантаторов, насосов для орошения, разделителей, предохранительных клапанов, вакуумных насосов, вакуумных эжекторов, теплообменников, устройств включения/выключения, люков, точек отбора образцов, циркуляционных насосов, а также одно или несколько измерительных и/или регулировочных приспособлений. Одно или несколько измерительных приспособлений могут представлять собой любое подходящее измерительное приспособление, известное обычному специалисту в данной области техники, включая, но не ограничиваясь ими, измерители pH, расходомеры, датчики давления, преобразователи давления, преобразователи перепада давления, термокарманы, регуляторы-датчики температуры, детекторы газов, анализаторы, вискозиметры, датчики уровня, реле уровня, измерители уровня, анализаторы компонентов, смотровое стекло, светотехническое стекло и измерители плотности. Компоненты и приспособления могут занимать различные положения в пределах системы.
[0031] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, система и разнообразные компоненты и приспособления, которые могут содержаться в системе, например, дистилляционная колонна с разделительной стенкой, могут быть изготовлены из множества подходящих материалов. Подходящие материалы включают в себя, но не ограничиваются ими, алюминий, нержавеющую сталь, углеродистую сталь, покрытые стеклом материалы, керамические материалы, материалы на основе полимеров, в том числе покрытые фторированными полимерами материалы, металлические сплавы на основе никеля, металлические сплавы на основе кобальта, Hastelloy™ или их сочетания.
[0032] Кроме того, настоящее изобретение предлагает способы получения 1,3-бутадиена. В качестве примера, но не ограничения, настоящее изобретение предлагает способы дистилляции 1,3-бутадиена из потока углеводородов, например, посредством дистилляции с применением растворителя. Для цели иллюстрации, а не ограничения, на фиг. 2 схематически представлен примерный способ согласно настоящему изобретению. Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны с разделительной стенкой, которая включает продольную стенку, разделяющую колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область 201. Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна присоединена к одному или нескольким ребойлерам и/или к двум или более конденсаторам, как описано выше (см., например, фиг. 1).
[0033] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может включать в себя введение потока углеводородов 202, например, в одну или несколько областей дистилляционной колонны. В качестве примера, но не ограничения, поток углеводородов может быть введен в среднюю секцию первой области дистилляционной колонны. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, поток углеводородов может быть введен в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов может быть разделен, и различные части могут быть введены в одну или несколько секций первой области дистилляционной колонны.
4
4
[0034] Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов представляет собой поток C-углеводородов. В качестве примера, но не ограничения, поток C-углеводородов может быть получен посредством парового крекинга лигроина, крекинга газа (например, этана, пропана, бутана и сжиженного нефтяного газа (СНГ), крекинга с псевдоожиженным катализатором (КПК) газойля и/или вакуумного газойля, каталитического дегидрирования бутана и бутена и окислительного дегидрирования бутена. Поток углеводородов может содержать олефины, парафины и/или 1,3-бутадиен. В качестве примера, но не ограничения, поток углеводородов может содержать 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, изобутен, нормальный бутан (н-бутан), изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен или их сочетания. Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов может дополнительно содержать пропилен и/или пропан.
[0035] Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов может содержать от около 5% до около 60 мас.% 1,3-бутадиена, от около 0,001% до около 1,0 мас.% 1,2-бутадиена, от около 2% до около 10 мас.% н-бутана, от около 0,001% до около 10 мас.% изобутана, от около 20% до около 40 мас.% 1-бутена, от около 2% до около 15 мас.% 2-бутена (например, транс-2-бутена и/или цис-2-бутена), от около 0,1% до около 10 мас.% изобутена, от около 0,01% до около 1 мас.% винилацетилена, от около 0,01% до около 1 мас.% этилацетилена и/или от около 0,01% до около 1 мас.% метилацетилена. Неограничительный пример потока углеводородов для использования согласно настоящему изобретению представлен в таблице 2.
4
4
[0036] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может дополнительно включать в себя введение первого растворителя в дистилляционную колонну 203. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может быть введен в первую область дистилляционной колонны. Первый растворитель может быть введен в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может быть введен в дистилляционную колонну при скорости потока, которая пропорциональна скорости движения потока углеводородов. Например, соотношение массовой скорости потока первого растворителя и массовой скорости движения потока углеводородов может составлять от около 1 до около 15, от около 3 до около 12 или около 8. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может представлять собой растворитель, в котором бутаны и бутены, например, в составе потока C-углеводородов, являются менее растворимыми по сравнению с 1,3-бутадиеном и/или растворителем, причем C-алкины, такие как винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, являются более растворимыми по сравнению с 1,3-бутадиеном. Неограничительные примеры первого растворителя включают в себя ацетонитрил, диметилформамид, фурфураль, N-метил-2-пирролидон, ацетон, диметилацетамид, диэтилформамид, бутиролактон или их сочетания. См., например, Wagner и Weitz, Ind. Eng. Chem., 62(4):43-48 (1970), патенты США №№ 2,993,841, 4,134,795, 4,277,313, 7,417,173 и 8,222,474.
[0037] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может включать в себя удаление первого потока из первой области дистилляционной колонны 204. Первый поток может быть удален посредством использования первого конденсатора в верхней секции первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления первый поток содержит соединения, имеющие меньшую молекулярную массу, и/или углеводороды, присутствующие в исходных углеводородах, которые являются менее растворимыми в первом растворителе. В качестве примера, но не ограничения, первый поток может содержать бутан, изобутан, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен. Согласно определенным вариантам осуществления первый поток может содержать от около 5% до около 15 мас.% н-бутана, от около 0,1% до около 15 мас.% изобутана, от около 0,1% до около 5 мас.% изобутена, от около 20% до около 80 мас.% 1-бутена и/или от около 10% до около 25 мас.% 2-бутена (например, цис-2-бутена и/или транс-2-бутена). Согласно определенным вариантам осуществления первый поток может дополнительно содержать от около 1% до около 5 мас.% 1,3-бутадиена.
[0038] Согласно определенным вариантам осуществления экстракция первого потока из потока углеводородов в присутствии первого растворителя может быть осуществлена при температурах в диапазоне от около 20°C до около 200°C. Например, температура в верхней секции первой области может составлять от около 20°C до около 80°C, от около 40°C до около 60°C или около 54°C. Температура в нижней секции первой области может составлять от около 50°C до около 200°C, от около 75°C до около 125°C или около 109°C. Согласно определенным вариантам осуществления экстракция может быть осуществлена при давлениях от около -1 бар (т. е. в вакууме) до около 15 бар. Согласно конкретным вариантам осуществления давление может составлять от около 6 бар до около 8 бар.
[0039] Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя перенос первой орошающей текучей среды из первого конденсатора в первую область дистилляционной колонны. Скорость потока первой орошающей текучей среды может зависеть, например, от состава потока углеводородов, желательной чистоты 1,3-бутадиена и технологических условий. Согласно определенным вариантам осуществления первый орошающая текучая среда может содержать 1,3-бутадиен, который может быть возвращен в первую область дистилляционной колонны из первого конденсатора. Первая орошающая текучая среда может дополнительно содержать бутан, изобутан, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен. Согласно определенным вариантам осуществления нисходящий поток первого растворителя может содержать дополнительные компоненты потока углеводородов, например, 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, винилацетилен, этилацетилен, и/или метилацетилен, которые являются более растворимыми в растворителе, чем компоненты в составе первого потока.
[0040] Этот нисходящий поток первого растворителя может быть перемещен в ребойлер через объединенную нижнюю область дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления поток, который поступает в ребойлер, может испаряться внутри ребойлера, и паровая фракция, которая содержит 1,3-бутадиен и/или 1,2-бутадиен, может быть возвращена в объединенную нижнюю область для дистилляции внутри второй области дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен и/или первый растворитель могут быть удалены из дистилляционной колонны с разделительной стенкой в форме третьего потока, как описано ниже. Объединенная нижняя область может иметь давление от около -1 бар (т. е. вакуум) до около 15 бар. Согласно определенным вариантам осуществления перепад давления между объединенной нижней областью верхней секцией первой области может составлять от около 0,01 бар до около 2 бар.
[0041] Способ 200 может дополнительно включать в себя удаление второго потока из второй области дистилляционной колонны в присутствии второго растворителя 105. Неограничительные примеры второго растворителя представляют собой ацетонитрил, диметилформамид, фурфураль, N-метил-2-пирролидон, ацетон, диметилацетамид, диэтилформамид, бутиролактон или их сочетания. Согласно определенным вариантам осуществления второй растворитель может быть смешан со вспомогательным растворителем. Вспомогательный растворитель может представлять собой, например, воду. См., например, патент США № 7,556,717. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель и второй растворитель могут представлять собой один и тот же растворитель. В качестве примера, но не ограничения, первый растворитель и второй растворитель могут представлять собой ацетонитрил. В качестве альтернативы, первый и второй растворитель могут быть различными. Согласно определенным вариантам осуществления второй растворитель может быть введен во вторую область дистилляционной колонны, например, в верхнюю секцию и/или среднюю секцию второй области колонны. Согласно определенным вариантам осуществления второй растворитель может быть введен в дистилляционную колонну при скорости потока, которая пропорциональна скорости движения потока углеводородов. Например, соотношение массовой скорости потока второго растворителя и массовой скорости движения потока углеводородов может составлять от около 1 до около 15, от около 3 до около 12 или около 9.
[0042] Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может быть удален посредством использования второго конденсатора в верхней секции второй области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток содержит 1,3-бутадиен. В качестве примера, но не ограничения, второй поток может содержать более чем около 90 мас.% 1,3-бутадиена. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может содержать более чем около 91 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 92 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 93 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 94 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 95 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 96 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 97 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 98 мас.% 1,3-бутадиена или более чем около 99 мас.% 1,3-бутадиена. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя добавление ингибитора полимеризации 1,3-бутадиен в одну или несколько областей из первой, второй и объединенной нижней областей для повышения чистоты 1,3-бутадиена. Например, подходящий ингибитор полимеризации 1,3-бутадиена может содержать п-третбутилкатехин (TBC). См., например, Yang et al., Chinese J. Chem. Eng., 17(1) 27-35 (2009). Очищенный 1,3-бутадиен, получаемый посредством способов и систем согласно настоящему изобретению, может быть использован для приложений, где требуется 1,3-бутадиен высокой чистоты. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может дополнительно содержать 1,2-бутадиен, составляющий, например, от около 0,1% до около 10%. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может дополнительно содержать изобутен, составляющий, например, от около 0,1 части на миллиард (мг/т) до около 20 мг/т; 1-бутен, составляющий, например, от около 1 мг/т до около 50 мг/т; 2-бутен, составляющий, например, от около 5 мг/т до около 5000 мг/т; винилацетилен, составляющий, например, менее чем около 0,1 мг/т; этилацетилен, составляющий, например, менее чем около 0,1 мг/т; и/или метилацетилен, составляющий, например, менее чем около 0,1 мг/т.
[0043] Согласно определенным вариантам осуществления экстракция второго потока в присутствии второго растворителя может быть осуществлена при температурах в диапазоне от около 20°C до около 200°C. Например, температура в верхней секции второй области может составлять от около 20°C до около 80°C, от около 40°C до около 60°C или около 54°C. Температура в нижней секции второй области может составлять от около 50°C до около 200°C, от около 125°C до около 175°C или около 152°C. Согласно определенным вариантам осуществления экстракция может быть осуществлена при давлении от около -1 бар (т. е. в вакууме) до около 15 бар. Согласно конкретным вариантам осуществления давление может составлять от около 6 бар до около 8 бар. Согласно определенным вариантам осуществления нисходящий поток второго растворителя может содержать дополнительные компоненты потока углеводородов, например, винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, которые являются более растворимыми в растворителе, чем компоненты в составе второго потока, например, 1,3-бутадиен. Нисходящий поток второго растворителя может быть перемещен в ребойлер через объединенную нижнюю область дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Перепад давления между объединенной нижней областью и верхней секцией второй области может составлять от около 0,01 бар до около 2 бар. Как описано выше, поток, который поступает в ребойлер, может испаряться, и паровая фракция, содержащая 1,3-бутадиен и/или 1,2-бутадиен, может быть возвращена в объединенную нижнюю область. Винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен и/или второй растворитель могут быть удалены из дистилляционной колонны с разделительной стенкой в форме третьего потока, как описано ниже.
[0044] Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя перенос второй орошающей текучей среды из второго конденсатора во вторую область дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления вторая орошающая текучая среда может содержать винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, которые могут быть перемещены обратно во вторую область дистилляционной колонны с разделительной стенкой через второй конденсатор. Согласно определенным вариантам осуществления вторая орошающая текучая среда может дополнительно содержать другие компоненты, такие как 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен.
[0045] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может дополнительно включать в себя удаление третьего потока из дистилляционной колонны 206. Третий поток может быть удален из объединенной нижней области дистилляционной колонны, как описано выше. Согласно определенным вариантам осуществления третий поток может содержать винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, первый растворитель и/или второй растворитель, например, ацетонитрил, или их сочетание. В качестве примера, но не ограничения, третий поток может содержать от около 1 части на миллион (г/т) до около 5000 г/т винилацетилена, от около 1 г/т до около 5000 г/т этилацетилена и/или от около 1 г/т до около 5000 г/т метилацетилена. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя отделение винилацетилена от первого растворителя и/или второго растворителя и перенос отделенного первого растворителя и/или второго растворителя в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны.
[0046] Для целей иллюстрации, а не ограничения, на фиг. 4 схематически представлен примерный способ получения 1,3-бутадиена согласно настоящему изобретению. Способ 400 может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны с разделительной стенкой, которая содержит продольную стенку, разделяющую колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область 401. Дистилляционная колонна может дополнительно содержать первый конденсатор, присоединенный к первой области, второй конденсатор, присоединенный ко второй области, и ребойлер, присоединенный к объединенной нижней области. Способ может дополнительно включать в себя введение потока углеводородов в первую область дистилляционной колонны 402 и введение первого растворителя в первую область дистилляционной колонны 403. Например, поток углеводородов может содержать изобутен, 1,2-бутадиен, 1,3-бутадиен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен и/или метилацетилен. Первый растворитель может содержать ацетонитрил.
[0047] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя удаление первого потока из первой области дистилляционной колонны 404. Первый поток может быть удален через первый конденсатор. Первый поток может содержать изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен. Способ может дополнительно включать в себя перенос первой орошающей текучей среды в первую область дистилляционной колонны 405, например, из первого конденсатора. Первая орошающая текучая среда может содержать изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен.
[0048] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя введение второго растворителя во вторую область дистилляционной колонны 406. Например, второй растворитель может представлять собой ацетонитрил. Способ может дополнительно включать в себя удаление второго потока из второй области дистилляционной колонны 407. Второй поток может быть удален посредством второго конденсатора. Второй поток может содержать более чем около 90% 1,3-бутадиена. Способ может дополнительно включать в себя перенос второй орошающей текучей среды во вторую область дистилляционной колонны 408, например, из второго конденсатора.
[0049] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя удаление третьего потока из объединенной нижней области дистилляционной колонны 409. Например, третий поток может содержать винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, 1-3 бутадиен, первый растворитель и/или второй растворитель. Способ может дополнительно включать в себя отделение 1,3-бутадиена от третьего потока и возвращение 1,3-бутадиена в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны 410. Отделение 1,3-бутадиен от третьего потока может включать в себя испарение части третьего потока. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель и/или второй растворитель могут быть также отделены от третьего потока и возвращены с 1,3-бутадиеном.
[0050] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя добавление ингибитора полимеризации в одну или несколько областей из первой области, второй области и объединенной нижней области дистилляционной колонны 411.
[0051] По сравнению с определенными существующими технологиями, способы и системы согласно настоящему изобретению могут иметь многочисленные преимущества, включая повышение надежности, снижение капитальных затрат и постоянство очищенного 1,3-бутадиена в качестве продукта. Способы и системы согласно настоящему изобретению могут также расходовать меньше энергии, что может повышать эффективность и снижать затраты.
[0052] Следующие примеры представляют собой просто иллюстрации настоящего изобретения, и их не следует рассматривать в качестве ограничительных каким-либо образом.
Пример 1. Использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для получения 1,3-бутадиена
4
[0053] В настоящем примере описано получение 1,3-бутадиена из потока C-углеводородов посредством использования дистилляционной колонны с разделительной стенкой. На фиг. 1 представлена дистилляционная колонна с разделительной стенкой, которая была использована в настоящем примере, и в которой присутствуют первая область (упоминаемая в настоящем документе как секция предварительного фракционирования), вторая область (упоминаемая в настоящем документе как основная дистилляционная секция) и объединенная нижняя область. Колонна дополнительно содержит два конденсатора и один ребойлер. Подробная информация в отношении модели дистилляционной колонны с разделительной стенкой представлена в таблице 1.
4
[0054] Поток C-углеводородов вводили в секцию предварительного фракционирования дистилляционной колонны с разделительной стенкой как ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ, а поток ацетонитрила вводили в секция предварительного фракционирования как РАСТВОРИТЕЛЬ 1. Состав потока C4-углеводородов представлен в таблице 2. Поток, содержащий преимущественно бутан, бутен-1, транс-2-бутен и цис-2-бутен, удаляли из верхней секции первой области колонны как ДИСТИЛЛЯТ 1 (таблица 2). Поток ацетонитрила затем вводили в основную дистилляционную секцию как РАСТВОРИТЕЛЬ 2. Поток, содержащий преимущественно ацетонитрил и винилацетилен, удаляли из нижней части объединенной нижней области колонны как ОСТАТОК (таблица 2). Поток углеводородов, содержащий 1,3-бутадиен, удаляли из верхней части основной дистилляционной секции как ДИСТИЛЛЯТ 2 (таблица 2). Материальный баланс и профили дистилляционной колонны для описанного способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой, представлены в таблице 2, а профили колонны для описанного способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой, представлены в таблице 6. Для оценки всех свойств использовали термодинамическую модель Вильсона-Редлиха-Квонга. Как представлено в таблице 2, описанным способом был получен поток продукта (ДИСТИЛЛЯТ 2), который содержал 93% 1,3-бутадиена.
Таблица 1. Описание модели способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой
Наименование оборудования
Колонна предварительного фракционирования
Главная дистилляционная колонна
Тип модели
RadFrac
RadFrac
Число равновесных ступеней
75
70
Положение ступени исходного материала C<sub>4</sub>
40
-
Конденсатор
Полный
Полный
Ребойлер
Котел
Котел
Давление в верхней секции
7 бар
7 бар
Давление в нижней секции
7,5 бар
7,5 бар
Скорость потока исходного материала
1000 кг/час
-
Скорость потока растворителя
8000 кг/час
9000 кг/час
Положение ступени введения растворителя
3
3
Коэффициент дефлегмации
11
5,55
Коэффициент парообразования
-
0,36
Таблица 2. Материальный баланс способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой
Исходный материал
Растворитель 1
Дистиллят 1
Растворитель 2
Дистиллят 2
Остаток
Температура (°C)
50
50
54,1
50
55,8
152
Давление (бар)
1
2
7
2
7
7,5
Паровая фракция
1
0
0
0
0
0
Молярная скорость потока (кмоль/час)
18,1
150,763
10,829
169,608
7,244
320,396
Массовая скорость потока (кг/час)
1000
8000
606,105
9000
391,435
17002,37
Объемная скорость потока (см<sup>3</sup>/час)
477,679
10,015
1,069
11,267
0,67
25,864
Энтальпия (млн. БТЕ/час)
0,812
21,157
-0,134
23,801
0,658
48,84
Массовая скорость потока (кг/час)
Ацетонитрил
8000
43,702
9000
21,894
16934,34
Вода
н-Бутан
58
58
Следы
Следы
Изобутен
11,7
11,7
Следы
Следы
Бутен-1
374,7
374,7
< 0,001
Следы
Транс-2-бутен
51,6
51,6
< 0,001
Следы
Цис-2-бутен
40
39,982
0,017
< 0,001
1,3-Бутадиен
453
26,408
365,755
60,819
1,2-Бутадиен
4
0,013
3,769
0,218
Винилацетилен
7
Следы
Следы
7
Массовая доля
Ацетонитрил
1
0,072
1
0,056
0,996
Вода
н-Бутан
0,058
0,096
Следы
Следы
Изобутен
0,012
0,019
6 мг/т
Следы
Бутен-1
0,375
0,618
29 мг/т
Следы
Транс-2-бутен
0,052
0,085
668 мг/т
Следы
Цис-2-бутен
0,04
0,066
44 г/т
28 мг/т
1,3-Бутадиен
0,453
0,044
0,934
0,004
1,2-Бутадиен
0,004
21 г/т
0,01
13 г/т
Винилацетилен
0,007
Следы
Следы
412 г/т
Пример 2. Сравнительный пример
[0055] В данном примере сопоставлены описанный в настоящем документе способ получения 1,3-бутадиена из потока C4-углеводородов посредством дистилляционной колонны с разделительной стенкой и способ получения 1,3-бутадиена с использованием двух отдельных дистилляционных колонн, установленных последовательно. Подробное описание моделей в отношении системы с двумя дистилляционными колоннами представлено в таблице 3.
Таблица 3. Описание модели системы с двумя дистилляционными колоннами
Наименование оборудования
B1
B2
Тип модели
RadFrac
RadFrac
Число равновесных ступеней
75
60
Положение ступени исходного материала C<sub>4</sub>
40
50
Конденсатор
Полный
Полный
Ребойлер
Котел
Котел
Давление в верхней секции
7 бар
6 бар
Давление в нижней секции
7,5 бар
6,4 бар
Скорость потока исходного материала
1000 кг/час
-
Скорость потока растворителя
8000 кг/час
8000 кг/час
Положение ступени введения растворителя
2
3
Коэффициент дефлегмации
28
1,5
Коэффициент парообразования
1,3
0,3
[0056] Как представлено на фиг. 3, способ с использованием двух дистилляционных колонн для получения 1,3-бутадиена включает в себя введение потока ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ 1 в первую дистилляционную колонну B1. Поток растворителя, представляющего собой ацетонитрил, вводили в первую дистилляционную колонну B1 как РАСТВОРИТЕЛЬ. Поток, содержащий преимущественно бутан, бутен-1, транс-2-бутен и цис-2-бутен, удаляли из верхней части колонны B1 как ДИСТИЛЛЯТ (таблица 4). Остаток из B1 вводили во вторую дистилляционную колонну B2. Поток ацетонитрила вводили как РАСТВОРИТЕЛЬ 1. Во второй дистилляционной колонне B2 поток, содержащий преимущественно 1,2-бутадиен и винилацетилен, отделяли как нижний продукт, получая поток ОСТАТОК 1 (таблица 4). Поток, содержащий 1,3-бутадиен, удаляли из верхней части второй дистилляционной колонны B2 как ДИСТИЛЛЯТ 1 (таблица 4). Материальный баланс и профили дистилляционных колонн для способа с использованием двух дистилляционных колонн представлены в таблице 4, и профиль колонн для способа с использованием двух дистилляционных колонн представлен в таблице 7.
[0057] Как представлено в таблице 4, способом с использованием двух отдельных дистилляционных колонн для получения 1,3-бутадиена был получен поток продукта, который содержал 85,2% 1,3-бутадиена; в то время как способом согласно настоящему изобретению был получен поток продукта, который содержал 93,4% 1,3-бутадиена (таблица 2).
Таблица 4. Материальный баланс способа с использованием двух дистилляционных колонн
Исходный материал 1
Растворитель
Дистиллят
Остаток
Растворитель 1
Дистиллят 1
Остаток 1
Температура (°C)
50
50
53,4
102,8
50
50,5
145,6
Давление (бар)
1
2
7
7,5
2
6
6,4
Паровая фракция
1
0
0
0
0
0
0
Молярная скорость потока (кмоль/час)
18,111
150,763
9,75
159,124
150,763
8,8
301,087
Массовая скорость потока (кг/час)
1000
8000
546,411
8453,589
8000
476,305
15977,28
Объемная скорость потока (см<sup>3</sup>/час)
477,979
10,015
0,967
11,82
10,015
0,804
23,926
Энтальпия(млн. БТЕ/час)
0,808
21,157
-0,154
22,772
21,157
0,707
45,661
Массовая скорость потока (кг/час)
Ацетонитрил
8000
38,8
7961,2
8000
26,441
15934,76
Вода
0,3
Следы
0,3
0,3
Следы
н-Бутан
57,983
57,982
< 0,001
< 0,001
Следы
Изобутен
11,696
11,696
0,001
0,001
Следы
Бутен-1
374,588
374,583
0,004
0,004
Следы
Транс-2-бутен
51,585
48,696
2,888
2,888
Следы
Цис-2-бутен
39,988
2,958
37,03
37,03
Следы
1,3-Бутадиен
452,864
11,696
441,168
405,642
35,526
1,2-Бутадиен
3,999
Следы
3,999
3,999
< 0,001
Винилацетилен
6,998
Следы
6,998
Следы
6,998
Массовая доля
Ацетонитрил
1
0,071
0,942
1
0,056
0,997
Вода
300 г/т
Следы
35 г/т
630 г/т
Следы
н-Бутан
0,058
0,106
18 мг/т
313 мг/т
Следы
Изобутен
0,012
0,021
72 мг/т
1 г/т
Следы
Бутен-1
0,375
0,686
491 мг/т
9 г/т
Следы
Транс-2-бутен
0,052
0,089
342 г/т
0,006
Следы
Цис-2-бутен
0,04
0,005
0,004
0,078
Следы
1,3-Бутадиен
0,453
0,021
0,052
0,852
0,002
1,2-Бутадиен
0,004
8 мг/т
473 г/т
0,008
6 мг/т
Винилацетилен
0,007
Следы
828 г/т
Следы
438 г/т
[0058] Расходы энергии для способа, использующего две отдельные дистилляционные колонны, и способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой, представлены в таблице 5. В способе, использующем дистилляционную колонну с разделительной стенкой, требуется на 20% меньше энергии для нагревания и на 40% меньше энергии для охлаждения по сравнению со способом, использующим две дистилляционные колонны. Кроме того, как представлено в таблице 5, капитальные затраты дистилляционной колонны с разделительной стенкой снижаются на 30%, а занимаемая площадь уменьшается на 40% по сравнению со способом, использующим две дистилляционные колонны. Указанные данные позволяют сделать вывод, что использование способа согласно настоящему изобретению приводит к уменьшению капитальных затрат и расхода энергии и позволяет получать продукт (1,3-бутадиен) более высокой чистоты.
Таблица 5
Две дистилляционные колонны
Дистилляционная колонна с разделительной стенкой
Количество колонн
2
1
Количество устройств
13
10
Занимаемая площадь
-
на 40% меньше
Капитальные затраты
-
на 30% меньше
Расход энергии для конденсатора
1,52 МВт, 0,122 МВт
0,703 МВт, 0,256 МВт
Расход энергии для ребойлера
1,714 МВт, 0,837 МВт
2,01 МВт
Содержание 1,3-бутадиена в дистилляте
85,16 мас.%
93,43 мас.%
[0059] Помимо разнообразных представленных и заявленных вариантов осуществления, настоящее изобретение также относится к другим вариантам осуществления, имеющим другие сочетания отличительных признаков, описанных и заявленных в настоящем документе. По существу, конкретные отличительные признаки, представленные в настоящем документе, могут быть объединены друг с другом иным образом в пределах настоящего изобретения таким образом, что настоящее изобретение включает в себя любое подходящее сочетание отличительных признаков, описанных в настоящем документе. Предшествующее описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения представлено для целей иллюстрации и описания. Оно не предназначено как исчерпывающее или ограничивающее настоящее изобретение представленными вариантами осуществления.
[0060] Для специалистов в данной области техники является очевидным, что могут быть произведены разнообразные модификации и вариации систем и способов согласно настоящему изобретению без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения. Таким образом, предусмотрено, что настоящее изобретение включает в себя модификации и вариации, которые находятся в пределах пунктов прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентов. В настоящем документе процитированы различные патенты и патентные заявки, содержание которых во всей своей полноте включено посредством ссылки в настоящий документ.
Таблица 6. Профиль колонн для способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой
Колонна предварительного фракционирования
Главная дистилляционная колонна
Ступень
Температура
Давление
Тепловая нагрузка
Исходящая жидкость (моль)
Исходящий пар (моль)
Ступень
Температура
Давление
Тепловая нагрузка
Исходящая жидкость (моль)
Исходящий пар (моль)
°C
бар
Гкал/час
кмоль/час
кмоль/час
°C
бар
Гкал/час
кмоль/час
кмоль/час
1
54,05449
7
-0,60508
129,9472
0
1
55,82591
7
-0,22055
47,45051
0
2
54,3857
7,006757
0
118,719
129,9472
2
55,94444
7,007246
0
36,33168
47,45051
3
54,82577
7,013514
0
275,9121
129,5479
3
68,10144
7,014493
0
229,0071
43,57604
4
55,14338
7,02027
0
275,9702
135,9785
4
68,12856
7,021739
0
229,048
66,64355
5
55,4624
7,027027
0
276,0535
136,0365
5
68,15841
7,028986
0
229,0934
66,68447
6
55,77912
7,033784
0
276,1654
136,1198
6
68,18927
7,036232
0
229,1371
66,72984
7
56,08973
7,040541
0
276,3084
136,2318
7
68,22087
7,043478
0
229,179
66,77357
8
56,39046
7,047297
0
276,4831
136,3747
8
68,25387
7,050725
0
229,2251
66,81539
9
56,6776
7,054054
0
276,6882
136,5494
9
68,28742
7,057971
0
229,2725
66,86151
10
56,94753
7,060811
0
276,9198
136,7545
10
68,32081
7,065217
0
229,3172
66,90898
11
57,19688
7,067568
0
277,1715
136,9861
11
68,35447
7,072464
0
229,3615
66,95368
12
57,42281
7,074324
0
277,4349
137,2379
12
68,38846
7,07971
0
229,4043
66,99791
13
57,62341
7,081081
0
277,7004
137,5013
13
68,42757
7,086957
0
229,453
67,04071
14
57,79805
7,087838
0
277,9589
137,7668
14
68,46375
7,094203
0
229,502
67,08942
15
57,94748
7,094595
0
278,2029
138,0253
15
68,50018
7,101449
0
229,5515
67,13845
16
58,07368
7,101351
0
278,4271
138,2692
16
68,53579
7,108696
0
229,6001
67,18792
17
58,17948
7,108108
0
278,6288
138,4934
17
68,56981
7,115942
0
229,645
67,23652
18
58,26815
7,114865
0
278,8076
138,6951
18
68,60269
7,123188
0
229,6864
67,28147
19
58,343
7,121622
0
278,9647
138,874
19
68,63553
7,130435
0
229,7311
67,3228
20
58,40709
7,128378
0
279,1022
139,031
20
68,66467
7,137681
0
229,7616
67,3675
21
58,46307
7,135135
0
279,2228
139,1685
21
68,69758
7,144928
0
229,8056
67,39801
22
58,51312
7,141892
0
279,3293
139,2891
22
68,72193
7,152174
0
229,8412
67,44206
23
58,559
7,148649
0
279,4243
139,3956
23
68,75606
7,15942
0
229,8778
67,4776
24
58,60201
7,155405
0
279,5104
139,4907
24
68,79035
7,166667
0
229,9225
67,51424
25
58,64315
7,162162
0
279,5894
139,5767
25
68,82315
7,173913
0
229,9635
67,55896
26
58,68311
7,168919
0
279,6631
139,6558
26
68,85569
7,181159
0
230,0075
67,59997
27
58,72238
7,175676
0
279,7327
139,7295
27
68,88752
7,188406
0
230,0427
67,64391
28
58,76129
7,182432
0
279,7991
139,799
28
68,91829
7,195652
0
230,0725
67,67914
29
58,80005
7,189189
0
279,863
139,8654
29
68,9489
7,202899
0
230,1051
67,70894
30
58,83879
7,195946
0
279,9249
139,9294
30
68,97863
7,210145
0
230,1343
67,74152
31
58,87755
7,202703
0
279,985
139,9913
31
69,00762
7,217391
0
230,1637
67,77074
32
58,91639
7,209459
0
280,0436
140,0514
32
69,03744
7,224638
0
230,1587
67,80017
33
58,9553
7,216216
0
280,1005
140,1099
33
69,07132
7,231884
0
230,197
67,7951
34
58,99431
7,222973
0
280,1559
140,1669
34
69,10634
7,23913
0
230,2799
67,83341
35
59,03349
7,22973
0
280,2096
140,2222
35
69,13958
7,246377
0
230,3227
67,9163
36
59,07304
7,236486
0
280,2613
140,2759
36
69,17277
7,253623
0
230,3654
67,95913
37
59,11328
7,243243
0
280,3142
140,3277
37
69,20584
7,26087
0
230,4067
68,00183
38
59,15122
7,25
0
280,4361
140,3805
38
69,2405
7,268116
0
230,4625
68,04312
39
59,1138
7,256757
0
280,9031
140,5024
39
69,26848
7,275362
0
230,4723
68,09897
40
59,49861
7,263514
0
281,3
122,8691
40
69,30391
7,282609
0
230,5311
68,10873
41
59,80658
7,27027
0
281,6356
123,2661
41
69,33627
7,289855
0
230,5691
68,16757
42
60,04612
7,277027
0
281,9101
123,6017
42
69,36988
7,297101
0
230,6096
68,2055
43
60,2298
7,283784
0
282,1309
123,8762
43
69,40708
7,304348
0
230,6703
68,24602
44
60,37052
7,290541
0
282,308
124,097
44
69,44156
7,311594
0
230,7201
68,3067
45
60,4795
7,297297
0
282,4512
124,2741
45
69,47495
7,318841
0
230,7653
68,35657
46
60,56568
7,304054
0
282,5689
124,4173
46
69,50829
7,326087
0
230,8117
68,40172
47
60,63581
7,310811
0
282,6674
124,535
47
69,54047
7,333333
0
230,8536
68,44817
48
60,69478
7,317568
0
282,7517
124,6335
48
69,56759
7,34058
0
230,8821
68,49004й
49
60,74607
7,324324
0
282,8253
124,7178
49
69,60666
7,347826
0
230,9404
68,51857
50
60,79212
7,331081
0
282,891
124,7914
50
69,63401
7,355072
0
230,9691
68,5768
51
60,83467
7,337838
0
282,9505
124,857
51
69,67129
7,362319
0
231,0179
68,60554
52
60,8749
7,344595
0
283,0056
124,9166
51
69,70395
7,369565
0
231,0609
68,65434
53
60,91366
7,351351
0
283,0573
124,9716
53
69,73559
7,376812
0
231,0981
68,69734
54
60,95156
7,358108
0
283,1067
125,0233
54
69,76719
7,384058
0
231,1345
68,7345
55
60,98904
7,364865
0
283,1546
125,0727
55
69,79937
7,391304
0
231,174
68,77093
56
61,02643
7,371622
0
283,2017
125,1206
56
69,83193
7,398551
0
231,2159
68,81046
57
61,06398
7,378378
0
283,2488
125,1678
57
69,86455
7,405797
0
231,2582
68,85232
58
61,10188
7,385135
0
283,2962
125,2148
58
69,89737
7,413043
0
231,3028
68,89467
59
61,14029
7,391892
0
283,3444
125,2623
59
69,9289
7,42029
0
231,3423
68,93924
60
61,17934
7,398649
0
283,3936
125,3104
60
69,95367
7,427536
0
231,3612
68,97872
61
61,21912
7,405405
0
283,444
125,3597
61
70,00372
7,434783
0
231,4256
68,99767
62
61,25972
7,412162
0
283,4956
125,4101
62
70,06389
7,442029
0
231,4335
69,062
63
61,30121
7,418919
0
283,5482
125,4616
63
70,24022
7,449275
0
231,2581
69,06993
64
61,34362
7,425676
0
283,6016
125,5143
64
71,07596
7,456522
0
230,1304
68,89453
65
61,387
7,432432
0
283,6555
125,5677
65
75,50065
7,463768
0
226,4678
67,76681
66
61,43139
7,439189
0
283,7093
125,6216
66
93,92581
7,471014
0
228,671
64,10427
67
61,47683
7,445946
0
283,7626
125,6754
67
127,8533
7,478261
0
252,9244
66,30747
68
61,52338
7,452703
0
283,8147
125,7286
68
146,6308
7,485507
0
272,4978
90,56086
69
61,57118
7,459459
0
283,8649
125,7807
69
151,0731
7,492754
0
277,7061
110,1342
70
61,62058
7,466216
0
283,9115
125,831
70
151,9513
7,5
1,731389
320,3959
220,6974
71
61,67347
7,472973
0
283,9369
125,8776
72
61,75147
7,47973
0
283,6857
125,903
73
62,17228
7,486486
0
279,537
125,6518
74
67,66271
7,493243
0
254,7611
121,503
75
108,2874
7,5
0
263,3872
96,72717
Таблица 7. Профиль колонн для способа, использующего две дистилляционные колонны
Колонна B1
Колонна B2
Ступень
Температура
Давление
Тепловая нагрузка
Исходящая жидкость (моль)
Исходящий пар (моль)
Ступень
Температура
Давление
Тепловая нагрузка
Исходящая жидкость (моль)
Исходящий пар (моль)
°C
бар
Гкал/час
кмоль/час
кмоль/час
°C
бар
Гкал/час
кмоль/час
кмоль/час
1
53,43672
7
-1,30961
282,7571
0
1
50,5247
6
-0,10511
21,99895
0
2
53,68163
7,006757
0
429,2006
282,7571
2
50,90189
6,00678
0
10,50991
21,99895
3
53,90336
7,013514
0
429,0807
288,1883
3
70,57122
6,013559
0
181,8565
19,30949
4
54,12939
7,02027
0
428,9293
288,0684
4
71,00091
6,020339
0
182,3288
39,8935
5
54,36189
7,027027
0
428,7772
287,917
5
71,1705
6,027119
0
182,5089
40,36576
6
54,60015
7,033784
0
428,6305
287,7649
6
71,25104
6,033898
0
182,5909
40,54587
7
54,84114
7,040541
0
428,4823
287,6182
7
71,30078
6,040678
0
182,629
40,62785
8
55,08339
7,047297
0
428,3353
287,4699
8
71,33492
6,047458
0
182,6686
40,666
9
55,32734
7,054054
0
428,2143
287,323
9
71,36463
6,054237
0
182,7068
40,70559
10
55,56896
7,060811
0
428,1002
287,2019
10
71,3926
6,061017
0
182,7329
40,74374
11
55,80611
7,067568
0
427,9979
287,0879
11
71,42321
6,067797
0
182,7722
40,76985
12
56,03733
7,074324
0
427,9114
286,9855
12
71,45411
6,074576
0
182,8193
40,80917
13
56,26107
7,081081
0
427,8423
286,8991
13
71,47205
6,081356
0
182,8388
40,85628
14
56,47613
7,087838
0
427,793
286,8299
14
71,49894
6,088136
0
182,8708
40,8758
15
56,6808
7,094595
0
427,7614
286,7807
15
71,52686
6,094915
0
182,8981
40,90779
16
56,87334
7,101351
0
427,7326
286,7491
16
71,57024
6,101695
0
182,9527
40,93504
17
57,05812
7,108108
0
427,7461
286,7203
17
71,59473
6,108475
0
182,9627
40,98966
18
57,2312
7,114865
0
427,7755
286,7337
18
71,62135
6,115254
0
182,9835
40,99966
19
57,39098
7,121622
0
427,8236
286,7631
19
71,6493
6,122034
0
183,0121
41,02047
20
57,53586
7,128378
0
427,8868
286,8112
20
71,6778
6,128814
0
183,0453
41,04911
21
57,66802
7,135135
0
427,944
286,8745
21
71,70595
6,135593
0
183,0766
41,08231
22
57,79061
7,141892
0
428,0586
286,9317
22
71,73394
6,142373
0
183,1047
41,11361
23
57,89267
7,148649
0
428,1313
287,0462
23
71,76196
6,149153
0
183,1321
41,14172
24
57,99127
7,155405
0
428,2337
287,1189
24
71,79004
6,155932
0
183,1613
41,16913
25
58,08311
7,162162
0
428,3336
287,2213
25
71,81827
6,162712
0
183,193
41,19825
26
58,16899
7,168919
0
428,4659
287,3213
26
71,84602
6,169492
0
183,2275
41,22998
27
58,26469
7,175676
0
428,6692
287,4535
27
71,87002
6,176271
0
183,2495
41,26444
28
58,31798
7,182432
0
428,7423
287,6568
28
71,89699
6,183051
0
183,2795
41,28653
29
58,36918
7,189189
0
428,9105
287,73
29
71,92426
6,189831
0
183,3091
41,31649
30
58,41593
7,195946
0
429,0138
287,8982
30
71,95274
6,19661
0
183,3384
41,34605
31
58,46327
7,202703
0
429,2114
288,0015
31
71,9833
6,20339
0
183,3677
41,37535
32
58,50697
7,209459
0
429,3391
288,1991
32
72,01597
6,210169
0
183,4046
41,4047
33
58,53157
7,216216
0
429,4908
288,3268
33
72,04299
6,216949
0
183,4315
41,44156
34
58,56103
7,222973
0
429,6257
288,4785
34
72,07134
6,223729
0
183,4572
41,46851
35
58,58724
7,22973
0
429,7646
288,6133
35
72,0992
6,230508
0
183,4866
41,49415
36
58,61111
7,236486
0
429,9217
288,7523
36
72,12742
6,237288
0
183,5162
41,52356
37
58,63037
7,243243
0
430,0541
288,9094
37
72,1559
6,244068
0
183,5466
41,55318
38
58,64994
7,25
0
430,1592
289,0418
38
72,18437
6,250847
0
183,5798
41,58362
39
58,66542
7,256757
0
430,7025
289,1469
39
72,21211
6,257627
0
183,6172
41,61675
40
58,84851
7,263514
0
430,795
271,5787
40
72,23538
6,264407
0
183,6379
41,65415
41
59,00687
7,27027
0
430,8721
271,6711
41
72,26285
6,271186
0
183,6678
41,67492
42
59,14443
7,277027
0
430,94
271,7483
42
72,29067
6,277966
0
183,6977
41,70481
43
59,26895
7,283784
0
431,0241
271,8161
43
72,31873
6,284746
0
183,7272
41,73473
44
59,3788
7,290541
0
431,1084
271,9002
44
72,35025
6,291525
0
183,755
41,76421
45
59,4759
7,297297
0
431,1926
271,9846
45
72,39683
6,298305
0
183,8038
41,79198
46
59,56074
7,304054
0
431,2972
272,0687
46
72,46652
6,305085
0
183,8122
41,84083
47
59,63682
7,310811
0
431,3668
272,1734
47
72,67876
6,311864
0
183,7799
41,84919
48
59,70714
7,317568
0
431,4579
272,243
48
73,49997
6,318644
0
183,6046
41,81689
49
59,76792
7,324324
0
431,5368
272,334
49
76,78254
6,325424
0
183,2943
41,64162
50
59,82438
7,331081
0
431,6161
272,4129
50
87,21742
6,332203
0
338,9774
39,10865
51
59,87741
7,337838
0
431,7057
272,4922
51
87,40334
6,338983
0
339,3537
37,89057
52
59,92652
7,344595
0
431,7792
272,5819
52
87,48197
6,345763
0
339,5121
38,26683
53
59,97161
7,351351
0
431,8668
272,6554
53
87,53156
6,352542
0
339,5996
38,42521
54
60,01229
7,358108
0
431,9254
272,743
54
87,60682
6,359322
0
339,6772
38,51273
55
60,05076
7,364865
0
432,0125
272,8015
55
87,86107
6,366102
0
339,824
38,59038
56
60,0896
7,371622
0
432,0786
272,8887
56
88,97072
6,372881
0
340,3797
38,73712
57
60,13047
7,378378
0
432,1848
272,9548
57
93,75623
6,379661
0
343,4446
39,29288
58
60,16426
7,385135
0
432,2186
273,061
58
109,5168
6,386441
0
358,6754
42,35772
59
60,2016
7,391892
0
432,3295
273,0948
59
133,7282
6,39322
0
391,4129
57,58852
60
60,24269
7,398649
0
432,4016
273,2056
60
145,5709
6,4
0,719654
301,0869
90,32606
61
60,27496
7,405405
0
432,4642
273,2778
62
60,31057
7,412162
0
432,55
273,3404
63
60,34457
7,418919
0
432,6066
273,4262
64
60,38061
7,425676
0
432,6974
273,4828
65
60,41466
7,432432
0
432,7371
273,5736
66
60,45576
7,439189
0
432,814
273,6132
67
60,49815
7,445946
0
432,8831
273,6902
68
60,54182
7,452703
0
432,9516
273,7593
69
60,58211
7,459459
0
433,0306
273,8277
70
60,62135
7,466216
0
432,9949
273,9068
71
60,68224
7,472973
0
433,0149
273,8711
72
60,75556
7,47973
0
432,7863
273,8911
73
60,9275
7,486486
0
428,6334
273,6624
74
62,92806
7,493243
0
365,9849
269,5095
75
102,7604
7,5
1,474464
159,1238
206,861