СПОСОБ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ОЛЕФИНОВ
IMPROVED OLEFIN SYNTHESIS METHOD

Уровень техники
Настоящее изобретение относится в общем к получению легких олефинов и в частности к получению легких олефинов посредством крекинга более тяжелых олефинов.
Большая часть мировой нефтехимической промышленности заинтересована в получении легких олефиновых материалов и их последующем использовании в производстве многочисленных важных химических продуктов посредством полимеризации, олигомеризации, алкилирования и других известных химических реакций. Легкие олефины включают этилен, пропилен и их смеси. Эти легкие олефины являются важными структурными элементами для современной нефтехимической и химической промышленности.
Чтобы получать легкие олефины из других олефинов, могут использоваться технологии превращения олефинов. Такие процессы конверсии олефинов часто объединяют или интегрируют с другими технологиями получения олефинов, такими как, например, процессы каталитического крекинга в паровой или текучей фазе или процессы превращения оксигенатов в олефины, чтобы обеспечить увеличенный выход легких олефинов.
4
8
2
6
Существует два основных типа технологий превращения олефинов, пригодных для получения легких олефинов: метатезис и крекинг олефинов. Такие процессы метатезиса обычно продуцируют пропилен при реагировании этилена с 2-бутенами. Такие процессы крекинга олефинов обычно продуцируют этилен и пропилен при крекинге или превращении исходного сырья С-С с образованием исходящих потоков, содержащих преимущественно соединения С-С наряду с некоторым количеством водорода и других более легких газов. Такие исходящие потоки затем разделяют на потоки различных продуктов, такие как, например, потоки продуктов, содержащие этилен и пропилен.
В то время как такие процессы могут привести к желаемым результатам, которые заключаются в образовании увеличенных относительных количеств пропилена и/или этилена, являются желаемыми и найдены дальнейшие усовершенствования, такие как дальнейшее увеличение относительного выхода и извлечения пропилена и/или этилена.
В общем, процессы крекинга олефинов проводят в реакторе при повышенных температурах и обычно получают исходящие потоки, имеющие температуры свыше 500°С. Такие исходящие потоки реакторов крекинга олефинов затем охлаждают и подвергают компрессии, чтобы облегчить разделение на потоки индивидуальных продуктов. Исходящие потоки реакторов крекинга олефинов можно охладить, используя различные способы теплообмена, такие как, например, косвенный теплообмен с охлаждающей средой, такой как, например охлаждающая вода. Один такой способ косвенного теплообмена, в общем, включает прохождение горячего исходящего потока реактора крекинга олефинов через установку теплообмена, такую как, например, трубчатый и корпусной теплообменник, чтобы получить охлажденный исходящий поток реактора крекинга олефинов, имеющий температурный профиль, который является подходящим для эффективной компрессии.
Однако такие установки косвенного теплообмена могут быть чувствительными к загрязнению компонентами исходящего потока реактора крекинга олефинов. Например, тяжелые углеводородные соединения могут конденсироваться на поверхностях установки теплообмена, что может привести к снижению производительности по охлаждению установки теплообмена. В общем, температура газа, который должен быть подвергнут компрессии, влияет на производительность соответствующего компрессора, т.е. чем выше температура газа, тем меньше он может быть сжат. Таким образом, снижение производительности по охлаждению установки теплообмена приводит к пониженной производительности по компрессии в соответствующем компрессоре, что может, в свою очередь, привести к увеличению времени простоя для очистки установок теплообмена и сниженному выходу продукции.
Ввиду вышеизложенного существуют необходимость и потребность в технологических схемах и/или компоновках, эффективных для снижения загрязнения установок теплообмена, используемых для охлаждения исходящих потоков реактора крекинга олефинов.
К тому же газообразные материалы, которые проходят через такие установки косвенного теплообмена, могут также испытывать значительное падение давления от входа к выходу, что приводит к получению охлажденного исходящего потока, имеющего давление более низкое, чем это желательно, и могут потребоваться дополнительные расходы энергии и увеличенный размер компрессора, чтобы сжать охлажденный исходящий поток до давления, подходящего для дальнейшей обработки в последующих установках разделения. Таким образом, существуют, кроме того, необходимость и потребность в технологических схемах и/или компоновках, которые приведут к снижению падения давления внутри установки теплообмена.
Кроме того, падение давления внутри установки теплообмена может привести к повышенному давлению на выходе соответствующего реактора крекинга олефинов, что может вызвать снижение выходов этилена и/или пропилена, которые получают в процессе крекинга олефинов. В соответствии с этим дополнительно существуют необходимость и потребность в технологических схемах и/или компоновках, эффективных для получения относительно высоких выходов легких олефинов, особенно этилена и/или пропилена.
Краткое изложение существа изобретения
Главная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить улучшенный способ и систему для получения повышенного выхода легких олефинов из богатого олефинами потока сырья.
Более определенная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть одну или более проблем, описанных выше.
Главная цель настоящего изобретения может быть достигнута, по меньшей мере, частично посредством способа для охлаждения исходящего потока реактора крекинга олефинов, включающего контактирование исходящего потока реактора крекинга олефинов с потоком теплоотводящего масла в отдельной зоне контакта контактного охладителя, чтобы получить охлажденный поток паров и образовать нагретый поток теплоотводящего масла, с падением давления между входом в контактный охладитель и выходом из контактного охладителя менее чем 3,5 кПа (0,5 фунт/кв. дюйм). Данный способ может дополнительно включать охлаждение нагретого потока теплоотводящего масла и возвращение части охлажденного потока масла в контактный охладитель.
Предшествующий уровень техники, в общем, не в состоянии обеспечить технологические схемы и компоновки, которые являются столь эффективными, как это желательно, в повышении относительного выхода легких олефинов по сравнению с обычными способами крекинга и извлечения олефинов. Кроме того, предшествующий уровень техники, в общем, не в состоянии обеспечить технологические схемы и компоновки, которые приводят к желаемому пониженному загрязнению и/или падению давления внутри соответствующих установок теплообмена.
Согласно другому варианту воплощения способ обработки исходящего потока реактора крекинга олефинов включает охлаждение исходящего потока реактора крекинга олефинов посредством косвенного теплообмена с потоком сырья реактора в первой зоне теплообмена, чтобы получить охлажденный исходящий поток, имеющий температуру в диапазоне от 150 до 210°С. Данный способ, кроме того, включает контактирование охлажденного исходящего потока с потоком теплоотводящего масла в отдельной зоне контакта контактного охладителя со слоем набивки, чтобы получить охлажденный поток паров, имеющий температуру в диапазоне от 25 до 55°С, и образовать нагретый поток масла. Данный нагретый поток масла объединяют с потоком исходного тяжелого масла, чтобы получить объединенный поток тяжелого масла. По меньшей мере, первую часть объединенного потока тяжелого масла возвращают в охлаждающий охладитель, чтобы получить поток теплоотводящего масла.
4
8
Согласно еще одному варианту воплощения способ получения повышенного выхода легких олефинов из богатого олефинами потока сырья включает введение богатого олефинами потока сырья, включающего олефины от С до С+, в реактор крекинга олефинов, чтобы получить исходящий поток, включающий, по меньшей мере, одно соединение из этилена и пропилена. Исходящий поток охлаждают посредством косвенного теплообмена с богатым олефинами потоком сырья в первой зоне теплообмена, чтобы получить охлажденный исходящий поток. Данный охлажденный исходящий поток подвергают контактированию с потоком теплоотводящего масла в отдельной зоне контакта контактного охладителя со слоем набивки, чтобы получить охлажденный поток паров и образовать нагретый поток теплоотводящего масла, при разности давлений между входом исходящего потока и выходом охлажденного потока паров контактного охладителя менее 3,5 кПа (0,5 фунт/кв. дюйм).
Охлажденный поток паров разделяют, по меньшей мере, на один поток легкой массы, включающий легкие олефины, выбранные из этилена, пропилена и их комбинаций. Нагретый поток теплоотводящего масла объединяют с потоком тяжелого масла, чтобы получить объединенный поток тяжелого масла. Объединенный поток тяжелого масла охлаждают посредством косвенного теплообмена с потоком охлаждающей среды во второй зоне теплообмена, чтобы получить поток охлажденного масла. Первую часть охлажденного потока масла возвращают в отдельный контактный охладитель со слоем набивки, чтобы получить поток теплоотводящего масла.
4
Также предлагается устройство для получения этилена и пропилена. Данное устройство включает реактор крекинга олефинов для превращения, по меньшей мере, части богатого олефинами С+ потока сырья в исходящий поток реактора крекинга олефинов, содержащий, по меньшей мере, одно соединение из этилена и пропилена. Устройство, кроме того, включает отдельный контактный охладитель со слоем набивки, в котором, по меньшей мере, часть исходящего потока реактора крекинга олефинов контактирует с потоком теплоотводящего масла в зоне контакта для получения охлажденного потока паров и образования нагретого потока теплоотводящего масла. Данный контактный охладитель имеет разность давлений между входом исходящего потока реактора крекинга олефинов и выходом охлажденного потока паров менее 3,5 кПа (менее 0,5 фунт/кв. дюйм). Данное устройство также включает теплообменник, в котором нагретый поток теплоотводящего масла охлаждают посредством косвенного теплообмена с потоком охлаждающей среды, чтобы образовать охлажденный поток масла.
2
3
Следует понимать, что ссылки на «легкие олефины», как они используются здесь, относятся, в общем, к олефинам С и С, т.е. к этилену и пропилену.
Другие цели и преимущества будут понятны специалистам в данной области из следующего подробного описания, рассматриваемого в сочетании с приложенными формулой изобретения и фигурами.
Краткое описание фигур
Фиг.1 представляет собой упрощенную принципиальную схему способа охлаждения исходящего потока реактора крекинга олефинов согласно одному варианту воплощения.
Фиг.2 представляет собой упрощенную принципиальную схему способа обработки исходящего потока реактора крекинга олефинов согласно другому варианту воплощения.
Подробное описание изобретения
4
2
3
4
8
Богатый олефинами С+ поток сырья может быть подвергнут крекингу в реакторе, чтобы получить исходящий поток реактора крекинга олефинов, включающий диапазон углеводородных продуктов, включающий олефины С и/или С, непревращенные углеводороды от С до С+ и ароматические углеводороды, такие как, например, бензол и толуол, а также некоторое количество водорода и других легких газов, таких как, например, метан, этан и/или пропан. По меньшей мере, часть такого исходящего потока реактора крекинга олефинов можно затем охладить и разделить с целью извлечения этилена и/или пропилена.
Фиг.1 схематично иллюстрирует устройство, обозначенное в целом позицией 10, для охлаждения исходящего потока реактора крекинга олефинов, чтобы получить или привести к увеличенному относительному количеству легких олефинов согласно одному варианту воплощения.
Более подробно, в устройстве 10 исходящий поток 12 реактора крекинга олефинов вводят в контактный охладитель 14 ниже отдельной зоны 16 контакта. Поток 18 теплоотводящего масла вводят в контактный охладитель 14 выше отдельной зоны 16 контакта. Исходящий поток 12 реактора крекинга контактирует с потоком 18 теплоотводящего масла в отдельной зоне 16 контакта противоточным способом, чтобы получить охлажденный поток 20 паров и нагретый поток 22 теплоотводящего масла. Материалы, проходящие через контактный охладитель 14 от входа 24 исходящего потока крекинга олефинов до выхода 26 охлажденного потока паров, имеют падение давления менее чем 3,5 кПа (0,5 фунт/кв. дюйм).
Согласно некоторым вариантам воплощения исходящий поток 12 реактора крекинга олефинов может быть введен в контактный охладитель 14 при манометрическом давлении от 7 до 21 кПа (манометрическом давлении от 1 до 3 фунт/кв. дюйм).
Исходящий поток 12 реактора крекинга олефинов, по желанию, может иметь температуру в диапазоне от 120 до 210°С (от 250 до 400°F) и может быть охлажден посредством контакта с потоком 18 теплоотводящего масла в зоне 16 контакта, чтобы получить охлажденный поток 20 паров, имеющий температуру в диапазоне от 25 до 55°С (от 75 до 130°F). Согласно некоторым вариантам воплощения исходящий поток 12 реактора крекинга олефинов может иметь температуру в диапазоне от 150 до 210°С (от 300 до 400°F) и может быть охлажден посредством контакта с потоком 18 теплоотводящего масла, чтобы получить охлажденный поток 20 паров, имеющий температуру в диапазоне от 35 до 45°С (от 95 до 115°F).
Согласно некоторым вариантам воплощения охлажденный поток 20 паров может быть затем разделен, по меньшей мере, на один поток соединений легкой массы, включающий легкие олефины, выбранные из этилена, пропилена и их комбинаций.
Поток 18 теплоотводящего масла, по желанию, может иметь температуру в диапазоне от 20 до 40°С (от 70 до 100°F) и может быть нагрет посредством контакта с исходящим потоком 12 реактора крекинга олефинов в зоне контакта, чтобы образовать нагретый поток 22 теплоотводящего масла, имеющий температуру в диапазоне от 50 до 75°С (от 120 до 165°F). Согласно некоторым вариантам воплощения поток 18 теплоотводящего масла может иметь температуру в диапазоне от 30 до 35°С (от 85 до 95°F). Согласно некоторым другим вариантам воплощения поток 18 теплоотводящего масла может быть нагрет посредством контакта с исходящим потоком 12 реактора крекинга олефинов, чтобы образовать нагретый поток 22 теплоотводящего масла, имеющий температуру в диапазоне от 55 до 65°С (от 130 до 150°F).
Согласно некоторым вариантам воплощения отдельная зона 16 контакта может быть отдельным слоем набивки, содержащим инертный насадочный материал. В слое набивки могут применяться различные подходящие насадочные материалы, известные в данной области, такие как, например, кольца Рашига. Согласно некоторым другим вариантам воплощения отдельная зона 16 контакта может включать комплект тарелок и/или может быть комбинацией слоя набивки и комплекта тарелок, такой как, например, кольца Рашига, за которыми следует комплект дискообразных и тороидальных тарелок.
6
Перед выходом из контактного охладителя 14 охлажденный поток 20 паров, соответственно, проходит через сетчатое покрытие или проволочный скруббер 28, в котором из охлажденного потока 20 паров удаляют капли жидкости, содержащие сконденсировавшиеся углеводороды, такие как, например, углеводороды С+ и/или ароматические соединения, такие как, например, бензол и толуол. Такие капли сконденсировавшейся жидкости, соответственно, поглощают потоком 18 теплоотводящего масла и удаляют из контактного охладителя 14 посредством нагретого потока 22 теплоотводящего масла. Такие сетчатое покрытие или проволочный скруббер 28 могут быть сделаны из плотно намотанной проволоки, состоящей из инертного и/или коррозионно-устойчивого материала, такого как, например, нержавеющая сталь 316.
6
В дополнение к сконденсированным каплям жидкости поток 18 теплоотводящего масла может поглотить или, иными словами, экстрагировать тяжелые компоненты, такие как, например, углеводороды С+ и/или ароматические соединения, такие как, например, бензол и толуол, из исходящего потока 12 реактора крекинга олефинов посредством физического контакта исходящего потока 12 реактора крекинга олефинов с потоком 18 теплоотводящего масла в зоне 16 контакта. Такие тяжелые компоненты удаляют из зоны 16 контакта посредством нагретого потока 22 теплоотводящего масла.
10
10
Поток 18 теплоотводящего масла преимущественно включает, по меньшей мере, один углеводородный С+ материал. Использование таких углеводородных С+ материалов является желательным, чтобы минимизировать и/или, иными словами, предотвратить испарение материала теплоотводящего масла в охлажденный поток 20 паров. Согласно некоторым вариантам воплощения поток 18 теплоотводящего масла преимущественно включает керосин.
Устройство 10, кроме того, может включать первую зону 30 теплообмена, в которой нагретый поток 22 теплоотводящего масла охлаждают посредством косвенного теплообмена с потоком 32 охлаждающей среды, чтобы получить охлажденный поток 34 масла и нагретый поток 46 охлаждающей среды. Приемлемо, чтобы нагретый поток 22 теплоотводящего масла мог быть охлажден посредством косвенного теплообмена с потоком 32 охлаждающей среды, чтобы получить охлажденный поток 34 масла, имеющий температуру в диапазоне от 20 до 40°С (от 70 до 100°F). Согласно некоторым вариантам воплощения охлажденный поток 34 масла может иметь температуру в диапазоне от 35 до 40°С (от 95 до 100°F). По меньшей мере, первая часть 36 охлажденного потока 34 масла может быть возвращена в контактный охладитель 14, чтобы обеспечить поток 18 теплоотводящего масла.
6
Вторая часть 38 охлажденного исходящего потока 34 может быть удалена или отведена из устройства 10, чтобы получить поток 40 извлеченного масла. Такой поток 40 извлеченного масла преимущественно отводят или удаляют от устройства 10, чтобы снизить или устранить накопление тяжелых углеводородов, таких как, например, углеводороды С+ и/или ароматические углеводороды, такие как, например, бензол и толуол, которые поглощены или экстрагированы из исходящего потока 12 реактора крекинга олефинов потоком 18 теплоотводящего масла в зоне 16 контакта. Отвод такого потока 40 извлеченного масла может также предотвратить накопление или конденсацию тяжелых углеводородов в пределах устройства 10.
Согласно некоторым вариантам воплощения нагретый поток 22 теплоотводящего масла может быть объединен с потоком 42 тяжелого масла, чтобы получить объединенный поток 44 тяжелого масла. Такой объединенный поток 44 тяжелого масла может быть затем охлажден посредством косвенного теплообмена с потоком 32 охлаждающей среды в первой зоне 30 теплообмена, чтобы получить поток 34 охлаждающего масла, имеющего температуру в диапазоне от 20 до 40°С (от 70 до 100°F).
10
10
Поток 42 тяжелого масла преимущественно включает, по меньшей мере, один углеводородный С+ материал. Использование такого углеводородного С+ материала является желательным, чтобы минимизировать и/или, иначе, предотвратить испарение материала теплоотводящего масла в охлажденный поток 20 паров. Согласно некоторым вариантам воплощения поток 42 тяжелого масла преимущественно включает керосин.
Согласно некоторым вариантам воплощения поток 32 охлаждающей среды может включать поток охлаждающей воды или поток охлаждающего воздуха. Поток 32 охлаждающей среды приемлемо может иметь температуру менее чем 35°С (95°F). Практически поток 32 охлаждающей среды нагревают посредством косвенного теплообмена с нагретым потоком 22 теплоотводящего масла или согласно некоторым вариантам воплощения с объединенным потоком 44 тяжелого масла, чтобы образовать нагретый поток 46 охлаждающей среды.
Согласно некоторым дополнительным вариантам воплощения устройство 10, кроме того, может включать насос 48 для возвращения нагретого потока 22 теплоотводящего масла или согласно некоторым вариантам воплощения (непоказанным) объединенного потока 44 тяжелого масла через первую зону 30 теплообмена, чтобы получить охлажденный поток 34 масла, поток 18 теплоотводящего масла и поток 40 извлеченного масла.
4
8
Согласно некоторым дополнительным вариантам воплощения, как проиллюстрировано на Фиг.2, устройство, в целом обозначенное позицией 110, для обработки исходящего потока реактора крекинга олефинов включает реактор 112 крекинга олефинов, в котором поток 114 богатого олефинами сырья, включающий олефины от С до С+, подвергается крекингу, чтобы получить исходящий поток 116 реактора крекинга олефинов, включающий, по меньшей мере, одно соединение из этилена и пропилена.
Согласно некоторым вариантам воплощения поток 114 богатого олефинами сырья может включать исходящий поток, выбранный из исходящих потоков парового крекинга, исходящих потоков каталитического крекинга в псевдоожиженном слое и исходящих потоков реактора превращения оксигенатов в олефины.
Устройство 110 включает, кроме того, первую зону 118 теплообмена, в которой исходящий поток 116 реактора крекинга олефинов охлаждают посредством косвенного теплообмена с потоком 114 богатого олефинами сырья, чтобы получить охлажденный исходящий поток 120.
Согласно некоторым вариантам воплощения исходящий поток 116 реактора крекинга олефинов, имеющий температуру в диапазоне от 500 до 600°С (от 930 до 1110°F), охлаждают посредством косвенного теплообмена с потоком 114 богатого олефинами сырья в первой зоне 118 теплообмена, чтобы получить охлажденный исходящий поток 120, имеющий температуру в диапазоне от 120 до 210°С (от 250 до 400°F). Согласно некоторым другим вариантам воплощения исходящий поток 116 реактора крекинга олефинов охлаждают в первой зоне 118 теплообмена, чтобы получить охлажденный исходящий поток 120, имеющий температуру в диапазоне от 150 до 210°С (от 300 до 400°F).
Охлажденный исходящий поток 120 вводят в контактный охладитель 122 ниже отдельной зоны 124 контакта. Поток 126 теплоотводящего масла вводят в контактный охладитель 122 выше отдельной зоны 124 контакта. Охлажденный исходящий поток 120 контактирует с потоком 126 теплоотводящего масла в отдельной зоне 124 контакта противоточным способом, чтобы получить охлажденный поток 128 паров и нагретый поток 130 теплоотводящего масла. Согласно некоторым вариантам воплощения материалы, проходящие через контактный охладитель 122 от входа 132 охлажденного исходящего потока до выхода 134 охлажденного потока паров, имеют падение давления менее чем 3,5 кПа (0,5 фунт/кв. дюйм).
Согласно некоторым вариантам воплощения отдельная зона 124 контакта может быть отдельным слоем набивки, содержащим инертный насадочный материал, или комплектом тарелок, таким, как описано выше.
Нагретый поток 130 теплоотводящего масла затем объединяют с потоком 136 исходного тяжелого масла, чтобы получить объединенный поток 138 тяжелого масла. Согласно некоторым вариантам воплощения, по меньшей мере, первую часть объединенного потока 138 тяжелого масла возвращают в контактный охладитель 122, чтобы получить поток 126 теплоотводящего масла.
Преимущественно объединенный поток 138 тяжелого масла охлаждают во второй зоне 140 теплообмена посредством косвенного теплообмена с потоком 142 охлаждающей среды, чтобы получить охлажденный поток 144 масла и нагретый поток 146 охлаждающей среды. Первую часть 148 охлажденного потока 144 масла возвращают в контактный охладитель 122, чтобы получить поток теплоотводящего масла, а вторую часть 150 охлажденного потока 144 масла отбирают, чтобы образовать поток 152 извлеченного масла.
Варианты воплощения, такие как описанные выше, по желанию обеспечивают или приводят к улучшенной переработке исходящих потоков реакторов крекинга олефинов, чтобы получить повышенный относительный выход легких олефинов, каковая переработка по желанию является более эффективной и/или производительной, чем было прежде приемлемо возможным посредством обычных способов переработки крекингом олефинов и разделения сопутствующих продуктов. Более определенно, такие варианты воплощения с помощью охлаждения исходящих потоков реактора крекинга олефинов посредством прямого контакта с потоком теплоотводящего масла могут улучшить экономику переработки. Например, такая переработка может, по желанию, минимизировать загрязнение устройства тяжелыми углеводородами и снизить потери, связанные с перепадом давлений в течение процессов охлаждения и извлечения.
Настоящее изобретение, иллюстративно раскрытое здесь, приемлемым образом может быть осуществлено в отсутствие любого элемента, части, стадии, компонента или ингредиента, который не раскрыт здесь в явном виде.
В то время как в предшествующем подробном описании данное изобретение было описано в связи с некоторыми его предпочтительными вариантами воплощения и многие детали были сформулированы в иллюстративных целях, специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение допускает дополнительные варианты воплощения и что некоторые описанные здесь детали могут быть значительно изменены, не отступая от основных принципов настоящего изобретения.