СТУПЕНЧАТОЕ ДАВЛЕНИЕ В РЕАКТОРАХ ПОЛУЧЕНИЯ БУТАДИЕНА ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ
STEP PRESSURE IN BUTADIENE REACTORS TO IMPROVE ENERGY RECOVERY

Притязания на приоритет
По данной заявке испрашивается приоритет на основании заявки на патент США № 62/211781, поданной 29 августа 2015 г., содержание которой настоящим включено в настоящую заявку путём ссылки во всей его совокупности.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения бутадиена. Способ включает в себя получение бутадиена при помощи многочисленных реакторов с последовательно снижающимся давлением.
Предшествующий уровень техники
Применение пластиков и каучуков широко распространено в современном мире. Получение указанных пластиков и каучуков основано на полимеризации мономеров, которые обычно производят из нефти. Мономеры образуются в результате разрыва более крупных молекул на более мелкие молекулы, которые можно модифицировать. Затем мономеры подвергают взаимодействию для образования более крупных молекул, содержащих цепи мономеров. Важным примером указанных мономеров являются низшие олефины, в том числе этилен и пропилен, которые представляют значительную долю мировой потребности в области нефтехимической промышленности. Низшие олефины и другие мономеры используют в производстве многочисленных химических продуктов путём полимеризации, олигомеризации, алкилирования и других хорошо известных химических реакций. С учётом вышесказанного, получение больших количеств материала на основе низших олефинов экономичным способом является одним из центральных пунктов в нефтехимической промышленности. Указанные мономеры представляют собой необходимые строительные блоки для современной нефтехимической и химической промышленности. Основным источником получения данных материалов в современной нефтепереработке является паровой крекинг нефтяных видов сырья.
Другим важным мономером является бутадиен. Бутадиен представляет собой базовый химический компонент для производства ряда синтетических каучуков и полимеров, а также получения предшественников химических продуктов для производства других полимеров. Примеры включают в себя продукты гомополимеризации, такие как полибутадиеновый каучук (ПБК), или продукты сополимеризации бутадиена с другими мономерами, такими как стирол и акрилонитрил. Бутадиен используют также в производстве смол, таких как акрилонитрил-бутадиен- стирольная смола.
Бутадиен обычно выделяют как побочный продукт процесса крекинга, при этом в процессе крекинга получают низшие олефины, такие как этилен и пропилен. С увеличением потребности в каучуках и полимерах, обладающих желаемыми свойствами указанных каучуков, цель, направленная на повышение выходов бутадиена, получаемого из материалов на нефтехимическом заводе, будет приводить к улучшению экономики завода.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет собой способ повышения энергетической эффективности при производстве бутадиена-1,3. В способе используются параллельные реакторы, работающие при различных давлениях.
Первый вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ получения бутадиена-1,3, включающий в себя следующее: сырьевой поток, содержащий бутен, разделяют на две части; в первый реактор пропускают окислитель и пар; первую часть сырьевого потока пропускают в первый реактор, работающий в первых условиях реакции, для образования выходящего потока первого реактора; пропускают воду через теплообменник для охлаждения выходящего потока первого реактора, а также образования потока пара низкого давления и охлаждённого выходящего потока первого реактора; пропускают окислитель и поток пара низкого давления во второй реактор; и пропускают вторую часть сырьевого потока во второй реактор, работающий во вторых условиях реакции, для образования выходящего потока второго реактора. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя пропускание охлаждённого выходящего потока первого реактора в закалочную башню для образования подвергнутого закалке выходящего потока первого реактора. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя пропускание выходящего потока второго реактора во вторую закалочную башню для образования подвергнутого закалке выходящего потока второго реактора. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых первые условия реакции включают в себя давление от 300 кПа до 800 кПа. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых вторые условия реакции включают в себя давление от 100 кПа до 300 кПа. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых окислителем является воздух. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых отношение пара к бутену в сырье, подаваемом в первый реактор, составляет больше 9:1. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых отношение пара к бутену в сырье, подаваемом во второй реактор, составляет от 1:1 до 5:1. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых первые условия реакции включают в себя катализатор на носителе. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых катализатор выбран из группы, состоящей из катализаторов на основе феррита цинка, оксида ванадия, оксида молибдена, оксида хрома, оксида ванадия-магния и сочетания этих оксидов металлов. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная с первого варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых носитель выбран из группы, состоящей из оксидов алюминия, диоксида циркония, диоксида титана, оксида магния, тугоплавких материалов и их смесей.
Второй вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ окислительного дегидрирования бутенового сырья, включающий в себя следующее: бутеновое сырьё разделяют на множество частей, при этом каждую часть пропускают в отдельный реактор множества параллельных реакторов, и при этом реакторы работают при различных давлениях, и притом реакторы, работающие параллельно, характеризуются понижающимися значениями давления, причём первый реактор имеет наиболее высокое давление, а последний реактор имеет наиболее низкое давление; пропускают окислитель в каждый реактор; пропускают пар в каждый реактор, при этом пар пропускают в уменьшаемся количестве и при понижающемся давлении в каждый реактор, работающий при более низком давлении, для образования потока, выходящего из каждого реактора; пропускают выходящий поток каждого реактора в закалочную башню для образования охлаждённого технологического потока с пониженным содержанием воды. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых множество реакторов составляет от 2 до 6 реакторов. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя пропускание каждого охлаждённого технологического потока в компрессор для образования сжатого потока продуктов. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых значения давления в реакторах снижаются от 1000 кПа до 100 кПа. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых значения отношения пара к бутену уменьшаются от 9:1 до 1:1. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых пар, используемый в каждом реакторе после первого реактора, вырабатывается частично за счёт охлаждения выходящего потока первого реактора. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, в которых отношение пара к бутену уменьшается от первого реактора к последнему реактору. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя пропускание охлаждённого технологического потока в компрессор для образования сжатого потока продуктов. Вариант осуществления данного изобретения представляет собой один, любой или все предшествующие варианты осуществления, изложенные в данном абзаце, начиная со второго варианта осуществления, описанного в данном абзаце, дополнительно включающие в себя пропускание сжатого потока продуктов на установку выделения бутадиена.
Другие цели, преимущества и варианты применения настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники, исходя из следующего ниже подробного описания и чертежей.
Краткое описание чертежей
Фиг. представляет собой схему способа и ступенчатых реакторов для двухреакторной системы.
Подробное описание изобретения
Получение бутадиена обычно осуществляют окислительным дегидрированием бутена до бутадиена. Данный процесс является высокоэкзотермическим и требует устройства для поглощения выделяющегося тепла с целью экономичного проведения процесса. Обычный способ заключается в добавлении пара к реакционной смеси. Пар действует как поглотитель тепла, а также предохраняет реакционную смесь от внешней воспламеняемости. С целью осуществления указанных функций добавляют большое количество пара.
Капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с производством пара, сильно влияют на экономику процесса. В идеальном случае хотелось бы рекуперировать тепло конденсации пара в выходящем потоке реактора для выработки дополнительного пара. Такой вариант невозможен при использовании традиционного подхода, поскольку температура, требуемая для выработки пара, подаваемого в реактор, выше температуры конденсации выходящего потока реактора (при этом выходящий поток находится при более низком давлении, чем исходный, а также не является чистым паром). Можно обойти данную ситуацию путём образования пара при более низком давлении и его сжатия, или в качестве альтернативы, путём сжатия выходящего потока реактора так, чтобы он конденсировался при более высоком давлении. В том и другом случае требуется компрессор большой производительности.
Настоящее изобретение приводит к сокращению систем инженерного обеспечения, требуемых для выработки пара, при отсутствии необходимости в дополнительной стадии сжатия. В рамках изобретения работают параллельно два или больше реакторов окислительного дегидрирования, при снижении давления от одного реактора к следующему. В частности, предусматривается система из двух или трёх реакторов, но можно использовать и большее число.
В случае двухреакторной системы имеется реактор высокого давления и реактор низкого давления, как показано на фиг. Способ получения бутадиена-1,3 включает в себя разделение бутенового сырья 10 на две части, первую часть 12 и вторую часть 14. Окислитель 20 и пар 30 высокого давления пропускают в первый реактор 100 вместе с первой частью 12 бутенового сырья для образования выходящего потока 102 первого реактора 100. Выходящий поток 102 первого реактора пропускают через теплообменник 120 для нагревания потока 104 воды, который пропускают в теплообменник 120 для образования пара 122 низкого давления и охлаждённого выходящего потока 124 первого реактора. Вторую часть 14 бутенового сырья пропускают во второй реактор 110. Окислитель 22 и пар 122 низкого давления пропускают во второй реактор 110 для образования выходящего потока 112 второго реактора.
Поток 122 пара низкого давления можно пропускать через пароперегреватель 130 для повышения температуры пара 122 низкого давления перед пропусканием пара низкого давления во второй реактор 110.
Способ может дополнительно включать в себя пропускание охлаждённого выходящего потока 124 первого реактора в закалочную башню 140 с целью дополнительного охлаждения и удаления большей части воды из выходящего потока для образования первого подвергнутого закалке выходящего потока 142. Способ также может включать в себя пропускание выходящего потока 112 второго реактора во вторую закалочную башню 150 для образования второго подвергнутого закалке выходящего потока 152.
Условия реакции первого реактора включают в себя давление от 300 кПа до 800 кПа, а условия реакции во втором реакторе включают в себя давление от 100 кПа до 300 кПа. Предпочтительным окислителем является воздух, но можно использовать и другие доступные окислители. Температуры сырья на входе в реакторы составляют от 300°C до 1000°C. Предпочтительно, входная температура реактора составляет от 300°C до 450°C, при этом температура в реакторе может существенно повышаться, до 1000°C или выше. Температура на входе может зависеть от выбранного катализатора и давления реактора. С целью сдерживания роста температуры пар добавляют к сырью на входе в реактор.
Подвергнутые закалке выходящие потоки 142 и 152 можно пропускать в компрессоры для образования сжатого потока продуктов. В данном изобретении второй подвергнутый закалке выходящий поток 152 пропускают в первый компрессорный блок 160 для доведения давления второго подвергнутого закалке выходящего потока до давления первого подвергнутого закалке выходящего потока 142. Сжатый второй подвергнутый закалке выходящий поток 162 объединяют с первым подвергнутым закалке выходящим потоком 142 и пропускают объединённые потоки во второй компрессор 170.
Условия процесса для первого реактора включают в себя поток, достаточный для того, чтобы мольное отношение пара к бутену в сырье, подаваемом в первый реактор, составляло больше 9:1. Условия процесса для второго реактора включают мольное отношение пара к бутену в сырье, подаваемом во второй реактор, от 1:1 до 5:1.
Реакторы содержат катализатор для процесса окислительного дегидрирования бутена. Катализаторы, применимые в окислительном дегидрировании бутена, включают катализаторы на основе феррита цинка, оксида ванадия, оксида молибдена, оксида хрома, оксида ванадия-магния или сочетания указанных оксидов металлов. Катализатор осаждён на носителе, при этом материалы носителя катализатора включают в себя тугоплавкие материалы, оксиды алюминия, диоксид циркония, диоксид титана, оксид магния и смеси упомянутых материалов носителя.
В другом варианте осуществления предусматривается, что настоящее изобретение охватывает множество реакторов, работающих параллельно, причем первый реактор работает при высоком давлении, а последующие соседние реакторы работают при постепенно снижающихся давлениях. Множество реакторов предпочтительно составляет от 2 до 6 реакторов. Реакторы работают при давлениях от 100 кПа (абс.) до 1000 кПа (абс.), причём первый реактор работает при наиболее высоком давлении, а каждый последующий параллельный реактор работает при более низком давлении.
Данный способ включает в себя разделение исходного бутенового сырья на множество частей, при этом каждую часть пропускают в отдельный реактор из множества реакторов, работающих параллельно. В каждый реактор пропускают окислитель. В каждый реактор пропускают поток пара, и в каждом реакторе образуется выходящий поток, содержащий бутадиены.
Каждый реактор, в порядке понижения давления, получает пар в порядке понижения давления. Пар, вырабатываемый для реакторов с более низким давлением, образуется за счёт выходящего потока реактора, работающего при более высоком давлении, при охлаждении выходящего потока водой для генерирования пара более низкого давления. Перед прохождением данного пара в реактор с более низким давлением пар пониженного давления пропускают в пароперегреватель для повышения температуры пара.
Каждый выходящий поток, после пропускания через теплообменник для охлаждения выходящего потока и выработки пара более низкого давления, пропускают в закалочную башню. Выходящий поток подвергают закалке для уменьшения содержания воды в выходящем потоке, получая охлаждённый и подвергнутый закалке выходящий поток. Каждый охлаждённый и подвергнутый закалке выходящий поток можно пропускать в компрессор для образования сжатого потока продуктов. Поскольку каждый из выходящих потоков находится при разном давлении, каждый поток можно сжимать до уровня следующего потока низшего давления и объединять с комбинированным потоком, сжатым до следующего значения давления, пока все выходящие потоки не подвергнутся сжатию до давления поставки продуктов.
Сырьё, подаваемое в каждый реактор, содержит пар, бутен и окислитель. Мольное отношение пара к бутену может выражаться уменьшающимися значениями, поскольку распространяется от реактора с наиболее высоким давлением к реактору с наиболее низким давлением. Отношение пара к бутену в сырье, подаваемом в реактор с наиболее высоким давлением, может составлять 9:1 или больше, при этом отношение пара к бутену снижается до 1:1 для реактора с наиболее низким давлением.
Предполагают, что без дополнительного уточнения с использованием предшествующего описания, которое может применять специалист в данной области техники, настоящее изобретение в его наиболее полной степени и с лёгкостью проявляет существенные характеристики данного изобретения для воплощения различных изменений и модификаций данного изобретения, а также адаптации его к различным вариантам применения и условиям без отступления от его существа и объёма. Следовательно, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления следует истолковывать лишь в качестве иллюстративных, а не ограничивающих остальную часть раскрытия каким бы то ни было образом, и что оно предназначено для охвата разнообразных модификаций и эквивалентных схем размещения, включённых в пределы объёма прилагаемой формулы изобретения.
В вышеизложенном описании все температуры приведены в градусах Цельсия, а все части и проценты являются массовыми, если не указано иного.