СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ПОЛУЧЕНИЯ С3-ОЛЕФИНОВ, iC4-ОЛЕФИНОВ, n-C4-ОЛЕФИНОВ И ДИОЛЕФИНОВ И/ИЛИ С5-ОЛЕФИНОВ И ДИОЛЕФИНОВ
METHOD OF COPRODUCTION OF C3-OLEFINS, IC4-OLEFINS, N-C4-OLEFINS AND DIOLEFINS AND/OR C5-OLEFINS AND DIOLEFINS

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Варианты, рассмотренные здесь, относятся в общем плане к улучшенному способу получения олефинов и диолефинов, включая пропилен, изобутилен, нормальные бутилены и бутадиен и в некоторых вариантах изопентен и изопрен.
Предпосылки создания изобретения
[0002] Олефиновые и диолефиновые углеводороды используются для получения ряда нефтехимических продуктов, таких как полимеры, добавки смесей моторного топлива и другие продукты. Короткоцепочечные насыщенные углеводороды, имеющие от 2 до 5 углеродных атомов на молекулу, часто подвергаются дегидрогенизации с образованием соответствующего олефина. Олефины, в свою очередь, могут использоваться в алкилировании изопарафинов, в этерификации спиртов, для получения добавок смесей моторного топлива или в качестве мономеров, используемых для получения различных полимерных материалов. Олефины могут также подвергаться последующей дегидрогенизации в диолефины.
[0003] Одним особенно используемым олефином является пропилен, который может быть получен дегидрогенизацией пропана. Пропилен является вторым в мире наиболее распространенным нефтехимическим продуктом широкого потребления и используется в получении полипропилена, акрилонитрила, акриловой кислоты, акролеина, пропиленоксида и гликолей, пластифицированных кетоспиртов, кумола, изопропилового спирта и ацетона. Увеличение производства пропилена определяется, главным образом, потребностью промышленности в полипропилене, который используется в таких повседневных продуктах, как упаковочные материалы и верхняя одежда. Другие используемые олефины включают в себя нормальные бутилены, изобутилен и изопентен, которые имеют в равной степени различные конечные применения.
[0004] Одним особенно используемым диолефином является бутадиен, который может быть получен дегидрогенизацией н-бутилена. Бутадиен используется, главным образом, как химическое промежуточное соединение и как мономер в получении полимеров, таких как синтетические каучуки, или эластомеры, включая бутадиенстирольный каучук (БСК), полибутадиеновый каучук (ПБК), полихлоропрен (неопрен) и нитрильный каучук (НК). Другим используемым диолефином является изопрен. Главные применения изопрена включают использование в качестве мономера для получения полиизопренового каучука, стирол-изопрен-стирольных (СИС) блок-сополимеров и бутилкаучука.
[0005] Требуемые олефиновые и диолефиновые продукты, такие как пропилен, изобутилен, нормальные бутилены, бутадиен, изопентен и изопрен, обычно получают в отдельных необъединенных системах, одна система получения пропилена из пропана, одна система получения изобутилена из изобутана, третья система получения нормальных бутиленов и/или бутадиена из н-бутана (или бутадиена из н-бутиленов) и четвертая система получения изопентена и/или изопрена из изопентана. Хотя предполагается совместно перерабатывать пропановое, изобутановое и н-бутановое питания одновременно в единственном реакторе, характеристики реактора обычно снижаются, когда питания объединяются и перерабатываются вместе. Это потому что условия реакции (температура, давление, пространственная скорость и т.д.) могут быть выбраны для оптимизации соотношения среди селективности, конверсии и энергопотребления только для одного из продуктов, и поэтому другой продукт или продукты получаются в неоптимальных условиях.
Краткое описание заявленных вариантов
[0006] Варианты, рассмотренные здесь, предназначены для объединенного совместного получения С3, С4 и С5 олефинов и диолефинов. Как будет описано далее ниже, объединенные способы и системы здесь могут быть предназначены для эффективности реакции отдельных рядов переработки, хотя снижая число компонентов по сравнению с такими же необъединенными системами.
[0007] В одном аспекте варианты, рассмотренные здесь, относятся к способу получения олефинов. Способ может содержать дегидрогенирование первого н-алкана в первой реакционной зоне дегидрогенизации с получением первого выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из первого н-олефина или первого диолефина. Способ может также содержать дегидрогенирование по меньшей мере одного из первого изоалкана или второго н-алкана во второй реакционной зоне дегидрогенизации с получением второго выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина. Первый и второй выходящие потоки могут быть сжаты и поданы в общий сепарационный ряд для разделения первого олефина, первого изоолефина или первого диолефина, непрореагировавших первого н-алкана, первого изоалкана или второго н-алкана и легких побочных продуктов или тяжелых побочных продуктов на две или более фракций.
[0008] В некоторых вариантах первым н-алканом является пропан по меньшей мере одним из первого н-олефина или первого диолефина является пропилен, по меньшей мере одним из первого изоалкана или второго н-алкана является изобутан, и по меньшей мере одним из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина является изобутилен. В других вариантах первым н-алканом является пропан, по меньшей мере одним из первого н-олефина или первого диолефина является пропилен, по меньшей мере одним из первого изоалкана или второго н-алкана является н-бутан, по меньшей мере одним из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина является по меньшей мере один из н-бутилена и бутадиена. В еще других вариантах первым н-алканом является н-бутан, по меньшей мере одним из первого олефина или первого диолефина является по меньшей мере один из н-бутилена или бутадиена, по меньшей мере один из первого изоалкана или второго н-алкана является изобутан, и первым изоолефином является изобутилен. В еще других вариантах по меньшей мере одним из первого изоалкана или второго н-алкана является н-бутан и изобутан, по меньшей мере одним из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина является по меньшей мере один из изобутилена, н-бутилена или бутадиена, первым н-алканом является пропан, и по меньшей мере одним из первого н-олефина или первого диолефина является пропилен.
[0009] Способ может также содержать дегидрогенирование по меньшей мере одного из второго изоалкана или третьего н-алкана в третьей реакционной зоне дегидрогенизации с получением третьего выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из второго изоолефина, третьего н-олефина или третьего диолефина. Третий выходящий поток может быть сжат и подан в общий сепарационный ряд. В некоторых вариантах первым н-алканом является пропан, по меньшей мере одним из первого н-олефина или первого диолефина является пропилен, по меньшей мере одним из первого изоалкана или второго н-алкана является по меньшей мере один из н-бутана и изобутана, и по меньшей мере одним из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина является по меньшей мере один из н-бутилена, изобутилена или бутадиена; и по меньшей мере одним из второго изоалкана или третьего н-алкана является изопентан, и по меньшей мере одним из второго изоолефина, третьего н-олефина или третьего диолефина является по меньшей мере один из изопентена или изопрена. В других вариантах первым н-алканом является пропан, по меньшей мере одним из первого н-олефина или первого диолефина является пропилен, по меньшей мере одним из первого изоалкана или второго н-алкана является изобутан, и по меньшей мере одним из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина является изобутилен; и по меньшей мере одним из второго изоалкана или третьего н-алкана является н-бутан, и по меньшей мере одним из второго изоолефина, третьего н-олефина или третьего диолефина является по меньшей мере один из н-бутилена или бутадиена.
[0010] Способ может также содержать дегидрогенирование третьего изоалкана в четвертой реакционной зоне дегидрогенизации с получением четвертого выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из третьего изоолефина или четвертого диолефина; сжатие четвертого выходящего потока; и подачу четвертого выходящего потока в общий сепарационный ряд. В некоторых вариантах первым н-алканом является пропан, по меньшей мере одним из первого н-олефина или первого диолефина является пропилен, по меньшей мере одним из первого изоалкана или второго н-алкана является н-бутан, и по меньшей мере одним из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина является по меньшей мере один из н-бутилена или бутадиена; по меньшей мере, одним из второго изоалкана или третьего н-алкана является изобутан, и по меньшей мере одним из второго изоолефина или третьего диолефина является изобутилен; и третьим изоалканом является изопентан, и по меньшей мере одним из третьего изоолефина или четвертого диолефина является по меньшей мере один из изопентена или изопрена.
[0011] В некоторых вариантах, таких как, когда каждая из первой и второй зон дегидрогенизации содержит два реактора, способ может содержать работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работу одного реактора в цикле регенерации; и работу одного реактора в цикле продувки или сброса/выгрузки. В некоторых вариантах выходящий поток, содержащий водяной пар и углеводороды из реактора в цикле продувки, может быть объединен со вторым выходящим потоком. Водяной пар может быть отделен от углеводородов в выходящем потоке продувки и второго выходящего потока, таким способом, как конденсация водяного пара в межстадийном холодильнике компрессора. В некоторых вариантах способ может также содержать последовательную работу двух или более клапанов, расположенных параллельно, для обеспечения воздуха, водяного пара и инертных соединений, когда требуется, из общей системы регенерации для реакторов в цикле повторного нагревания/регенерации и для реактора в цикле продувки /сброса/выгрузки, и для обеспечения пропана, н-бутана или изопентана, когда требуется, для реакторов в цикле дегидрогенизации. Работа реакторов в цикле дегидрогенизации также может смещаться, так что цикл продувки, цикл регенерации или цикл сброса/выгрузки реакторов не перекрываются.
[0012] В некоторых вариантах, таких как, когда каждая из первой и второй зон дегидрогенизации содержит четыре реактора, способ может содержать работу двух реакторов в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле регенерации; и работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле продувки или сброса/выгрузки. В некоторых вариантах работа реакторов в цикле дегидрогенизации смещается, так что цикл продувки, цикл регенерации или цикл сброса/выгрузки реакторов в каждой из реакционных зон не перекрываются.
[0013] В некоторых вариантах, таких как, когда каждая из первой и второй зон дегидрогенизации содержит пять реакторов, способ может содержать работу двух реакторов в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работу двух реакторов в каждой из реакционных зон в цикле регенерации; и работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле продувки или сброса/выгрузки. В некоторых вариантах работа реакторов в циклах дегидрогенизации и регенерации смещается, так что цикл продувки, цикл регенерации или цикл сброса/выгрузки реакторов в каждой из реакционных зон не перекрываются.
[0014] В другом аспекте варианты, рассмотренные здесь, относятся к системе для получения олефинов. Система может содержать первую реакционную зону дегидрогенизации для дегидрогенирования первого н-алкана с получением первого выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из первого н-алкана или первого диолефина, и вторую реакционную зону дегидрогенизации для дегидрогенирования по меньшей мере одного из первого изоалкана или второго н-алкана с получением второго выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из первого изоолефина, второго н-олефина или второго диолефина. Система может также содержать один или более компрессоров для сжатия первого выходящего потока и второго выходящего потока; и общий сепарационный ряд для разделения первого выходящего потока и второго выходящего потока на две или более фракций.
[0015] В некоторых вариантах система может содержать третью реакционную зону дегидрогенизации для дегидрогенирования по меньшей мере одного из второго изоалкана или третьего н-алкана с получением третьего выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из второго изоолефина, третьего н-олефина или третьего диолефина. Проточный трубопровод может быть предусмотрен для подачи третьего выходящего потока в общий сепарационный ряд.
[0016] В некоторых вариантах система может также содержать четвертую реакционную зону дегидрогенизации для дегидрогенирования третьего изоалкана с получением четвертого выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из третьего изоолефина или четвертого диолефина. Проточный трубопровод может быть предусмотрен для подачи третьего выходящего потока в общий сепарационный ряд.
[0017] В некоторых вариантах, таких как, когда каждая из первой и второй зон дегидрогенизации содержит два реактора, система может также содержать контрольную систему, сконструированную для работы одного реактора в каждой реакционной зоне в цикле дегидрогенизации; работы одного реактора в цикле регенерации; и работы одного реактора в цикле продувки или сброса/выгрузки.
[0018] Система может также содержать в некоторых вариантах смесительное устройство для объединения выходящего потока, содержащего водяной пар, и углеводородов из реактора в цикле продувки со вторым выходящим потоком, и сепарационную систему для отделения водяного пара от углеводородов в выходящем потоке продувки и второго выходящего потока. Сепарационная система может содержать, например, межстадийный холодильник компрессора.
[0019] В некоторых вариантах контрольная система может быть дополнительно сконструирована для последовательной работы двух или более клапанов, расположенных параллельно, для обеспечения воздуха, водяного пара и инертных соединений, когда требуется, из общей системы регенерации для реакторов в цикле повторного нагрева/регенерации и для реактора в цикле продувки/сброса/выгрузки и для обеспечения пропана, н-бутана и изобутана, когда требуется, для реакторов в цикле дегидрогенизации. Контрольная система может быть также сконструирована для работы реакторов в цикле дегидрогенизации в смещенных циклах, так что цикл продувки, цикл регенерации или цикл сброса/выгрузки реакторов не перекрываются.
[0020] В некоторых вариантах, таких как, когда каждая из первой и второй зон дегидрогенизации содержит четыре реактора, система может содержать контрольную систему, сконструированную для работы двух реакторов в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работы одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле регенерации; и работы одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле продувки или сброса/выгрузки. Контрольная система может быть также сконструирована для работы реакторов в цикле дегидрогенизации в смещенных циклах, так что цикл продувки, цикл регенерации или цикл сброса/выгрузки реакторов в каждой из реакционных зон не перекрываются.
[0021] В другом аспекте варианты, описанные здесь, относятся к способу получения олефинов. Способ может содержать: дегидрогенирование пропана в первой реакционной зоне дегидрогенизации с получением первого выходящего потока, содержащего пропилен; и дегидрогенирование изобутана во второй реакционной зоне дегидрогенизации с получением второго выходящего потока, содержащего изобутилен. Первый выходящий поток может быть охлажден в теплообменнике непрямого действия с получением водяного пара и охлажденного первого выходящего потока, и второй выходящий поток может быть охлажден в теплообменнике непрямого действия с получением водяного пара и охлажденного второго выходящего потока. Пропан, подаваемый в первую реакционную зону дегидрогенизации, может быть нагрет посредством непрямого теплообмена с охлажденным первым выходящим потоком, а изобутан, подаваемый во вторую реакционную зону дегидрогенизации, может быть нагрет посредством непрямого теплообмена с охлажденным вторым выходящим потоком. Первый и второй выходящие потоки могут быть затем сжаты, смешаны и поданы в общий сепарационный ряд для извлечения этиленовой фракции, пропиленовой фракции, пропановой фракции по меньшей мере одной С4-фракции и одной или более фракций, содержащих тяжелые побочные продукты. В некоторых вариантах способ может содержать подачу н-бутана во вторую реакционную зону дегидрогенизации с получением второго выходящего потока, содержащего изобутилен и бутадиен.
[0022] Другие аспекты и преимущества будут видны из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
[0023] На фигуре 1 представлено изображение циклической последовательности, иллюстрирующее циклические операции четырехреакторной системы совместного получения пропилена и изобутилена согласно вариантам, рассмотренным здесь.
[0024] На фигуре 2 представлено изображение циклической последовательности, иллюстрирующее циклические операции восьмиреакторной системы совместного получения пропилена и изобутилена согласно вариантам, рассмотренным здесь.
[0025] На фигуре 3 представлено изображение циклической последовательности, иллюстрирующее циклические операции десятиреакторной системы совместного получения пропилена и изобутилена согласно вариантам, рассмотренным здесь.
[0026] На фигуре 4 представлена блок-схема способа совместного получения пропилена и изобутилена согласно вариантам, рассмотренным здесь.
[0027] На фигуре 5 представлена упрощенная технологическая схема способа совместного получения пропилена, изобутилена и бутадиена согласно вариантам, рассмотренным здесь.
[0028] На фигуре 6 представлена упрощенная технологическая схема способа совместного получения пропилена, изобутилена, н-бутиленов и бутадиена согласно вариантам, рассмотренным здесь.
[0029] На фигуре 7 представлена упрощенная технологическая схема способа согласно вариантам, рассмотренным здесь.
Подробное описание изобретения
[0030] Варианты, рассмотренные здесь, в общем плане относятся к улучшенному способу совместного получения олефинов, включая пропилен, изобутилен, н-бутилены и в некоторых вариантах изопрен; к улучшенному способу совместного получения диолефинов, включая бутадиен и изопрен; и к новому объединенному способу совместного получения олефинов и диолефинов, включая пропилен, изобутилен, н-бутилены, бутадиен и в некоторых вариантах изопентен и изопрен. Более конкретно, варианты здесь относятся к объединенному способу совместного получения С3-олефинов, С4-олефинов и диолефинов и С5-олефинов и диолефинов.
[0031] Способы получения олефинов согласно вариантам, рассмотренным здесь, могут содержать дегидрогенирование пропана в первой реакционной зоне дегидрогенизации с получением первого выходящего потока, содержащего пропилен, непрореагировавший пропан и любые легкие побочные продукты, которые могут образоваться как результат крекинга, а также любые тяжелые побочные продукты, которые могут образоваться как результат олигомеризации. Изобутан может быть дегидрогенирован во второй реакционной зоне дегидрогенизации с минимальной подачей (такой как менее 1% мас. или загрязняющие количества) или без подачи н-бутана во вторую реакционную зону дегидрогенизации с получением второго выходящего потока, содержащего изобутилен, непрореагировавший изобутан, а также легкие и тяжелые побочные продукты. Выходящие потоки могут быть затем объединены и сжаты или альтернативно сжаты отдельно и поданы в общий сепарационный ряд для извлечения требуемых продуктов, которые могут включать пропилен и изобутилен, а также другие фракции, которые являются результатом неполных или побочных реакций.
[0032] В некоторых вариантах пропан может быть дегидрогенирован в первой реакционной зоне дегидрогенизации, и н-бутан может быть дегидрогенирован во второй реакционной зоне дегидрогенизации с минимальной подачей (такой как менее 1% мас. или загрязняющие количества) или без подачи изобутана во вторую реакционную зону дегидрогенизации с получением второго выходящего потока, содержащего бутадиен и/или н-бутилены, непрореагировавший н-бутан, а также легкие и тяжелые побочные продукты. В таких вариантах работа второй реакционной зоны дегидрогенизации может быть оптимизирована для конверсии н-бутана в бутадиен/н-бутилены. В таких вариантах работа второй реакционной зоны дегидрогенизации может быть оптимизирована для максимального получения бутадиена и минимального получения н-бутиленов или максимального получения н-бутиленов и минимального получения бутадиена или любой смеси бутадиена и н-бутиленов между указанными пределами.
[0033] В других вариантах пропан может быть дегидрогенирован в первой реакционной зоне дегидрогенизации, а смесь изобутана и н-бутана может быть дегидрогенирована во второй реакционной зоне дегидрогенизации. В таких вариантах работа второй реакционной зоны дегидрогенизации может быть в условиях, подходящих для конверсии изобутана в изобутилен, или в условиях, подходящих для конверсии н-бутана в бутадиен и/или н-бутилен.
[0034] В других вариантах изобутан может быть дегидрогенирован в первой реакционной зоне дегидрогенизации, и н-бутан может быть дегидрогенирован во второй реакционной зоне дегидрогенизации. В таких вариантах работа первой реакционной зоны дегидрогенизации может быть в условиях, подходящих для конверсии изобутана в изобутилен, и работа второй реакционной зоны дегидрогенизации может быть в условиях, подходящих для конверсии н-бутана в бутадиен и/или н-бутилены.
[0035] Если требуется совместное получение пропилена, изобутилена и бутадиена/н-бутиленов, способ может также содержать подачу пропана в первую реакционную зону дегидрогенизации, изобутана - во вторую реакционную зону дегидрогенизации и н-бутана - в третью реакционную зону дегидрогенизации с получением первого выходящего потока, содержащего пропилен и непрореагировавший пропан, второго выходящего потока, содержащего изобутилен и непрореагировавший изобутан, и третьего выходящего потока, содержащего бутадиен, н-бутилены и непрореагировавший н-бутан. Первый, второй и третий выходящие потоки могут быть отдельно или вместе сжаты и поданы в общий сепарационный ряд для извлечения требуемого продукта и рециклируемых фракций, включая фракцию пропилена, фракцию изобутилена, фракцию бутадиена и/или фракцию н-бутилена.
[0036] В еще других вариантах, таких, когда также перерабатываются С5-продукты, способ может содержать дегидрогенирование изопентана во второй, третьей или четвертой реакционной зоне дегидрогенизации с получением второго, третьего или четвертого выходящего потока, содержащего изопентен и/или изопрен. В процессе цикла дегидрогенизации, в пределах времени, тепло поглощается от каталитических слоев эндотермической реакцией, когда проходит дегидрогенизация, постепенно снижая температуру каталитического слоя. Это снижение температуры, сопряженное с отложением кокса на катализаторе, снижает его способность к получению требуемых продуктов. Для удаления кокса и возвращения необходимого тепла каталитического слоя требуется периодическое нагревание катализатора горячим воздухом. Как таковая, каждая реакционная зона дегидрогенизации может содержать два или более реакторов, работающих параллельно, где один реактор может производить олефины и/или диолефины, тогда как другой реактор продувается, и катализатор регенерируется и повторно нагревается до требуемой температуры реактора перед приведением в состояние для получения олефина и/или диолефина.
[0037] Циклическая работа реакторов в отдельных реакционных зонах обеспечивает некоторую оптимизацию способа, увеличивая общее время на потоке. Варианты здесь могут быть дополнительно улучшены интегрированием циклической работы реакторов в каждой из реакционных зон; регенерационное оборудование (воздушный компрессор, воздушный нагреватель, трубопровод, система клапанов и т.д.) может быть параллельным к каждому из реакторов, но точным к реакторам в конкретной реакционной зоне. Таким образом, воздух, водяной пар и системы подачи инертных веществ могут быть соразмерными для минимального числа реакторов, снижая капитальные затраты и рабочую стоимость всей системы.
[0038] Например, каждая из первой и второй реакционных зон дегидрогенизации может содержать два реактора дегидрогенизации. Циклическая работа реакторов может содержать: работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работу одного реактора в цикле регенерации; и работу одного реактора в цикле продувки или сброса/выгрузки. Циклы дегидрогенизации двух реакторов могут быть также смещены.
[0039] Циклическая работа, как описано выше, дает в результате такую работу четырех реакторов, что отсутствует перекрытие в соответствующих циклах продувки водяным паром, отсутствует перекрытие в соответствующих циклах повторного нагревания/регенерации, и отсутствует перекрытие в соответствующих циклах сброса/выгрузки. Работа реакторов в цикле дегидрогенизации смещается, так что цикл продувки, цикл регенерации или цикл сброса/выгрузки не перекрываются (т.е. два реактора не продуваются в одно и то же время, два не регенерируются в одно и то же время, и два не подвергаются сбросу/выгрузке в одно и то же время). Это облегчает использование общего реакторного циклического оборудования для подачи водяного пара, воздуха и инертных соединений.
[0040] Такая циклическая работа также дает в результате способность надлежащим образом соразмерять и регулировать извлечение углеводородов в процессе цикла продувки водяным паром. Например, перед сжатием второго выходящего потока выходящий поток, содержащий водяной пар и углеводороды из реактора, подвергающегося циклу продувки, может быть объединен со вторым выходящим потоком из реактора дегидрогенизации С4. Водяной пар продувки затем удаляется конденсацией в расположенных ниже по потоку межстадийных холодильниках компрессора продукта.
[0041] Для облегчения циклических операций способы здесь могут содержать последовательную работу двух или более клапанов, расположенных параллельно, для обеспечения воздуха, водяного пара и инертных веществ, если требуется, от общей системы регенерации к реакторам в цикле повторного нагревания/регенерации и реактору в цикле продувки/сброса/выгрузки и для обеспечения пропана, н-бутана и изобутана, если требуется, к реакторам в цикле дегидрогенизации.
[0042] Вышеописанные циклические операции, охватывающие множественные реакционные зоны, иллюстрируются на фигуре 1, где система содержит четыре реактора - реакторы 1 и 2 являются реакторами дегидрогенизации пропана, а реакторы 3 и 4 являются реакторами дегидрогенизации изобутана.
[0043] Хотя описаны для четырехреакторной системы (две реакционные зоны, два реактора в каждой) выше, подобные циклические операции могут быть осуществлены в восьмиреакторной системе (две реакционные зоны, четыре реактора в каждой), как показано на фигуре 2. Когда каждая из первой и второй реакционных зон дегидрогенизации содержит четыре реактора, способ может содержать: работу двух реакторов в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле регенерации; и работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле продувки или сброса/выгрузки.
[0044] В восьмиреакторной системе два реактора (один в каждой реакционной зоне) могут иметь перекрывающиеся последовательности (реакторы 1 и 5, реакторы 2 и 6 и т.д.), но два реактора в одной и той же реакционной зоне не имеют перекрывающиеся циклы продувки, циклы регенерации или циклы сброса/выгрузки (т.е. два реактора в одной и той же реакционной зоне, реакционной зоне дегидрогенизации пропана или реакционной зоне дегидрогенизации изобутана не продуваются в одно и то же время, два не регенерируются в одно и то же время, и два не подвергаются сбросу/выгрузке в одно и то же время).
[0045] Хотя описаны для четырехреакторной системы (две реакционные зоны, два реактора в каждой) выше, подобные циклические операции могут быть осуществлены в десятиреакторной системе (две реакционные зоны, пять реакторов в каждой), как показано на фигуре 3. Когда каждая из первой и второй реакционных зон дегидрогенизации содержит пять реакторов, способ может содержать: работу двух реакторов в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работу двух реакторов в каждой из реакционных зон в цикле регенерации; и работу одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле продувки или сброса/выгрузки.
[0046] В десятиреакторной системе два реактора (один в каждой реакционной зоне) могут иметь перекрывающиеся последовательности (реакторы 1 и 6, реакторы 2 и 7 и т.д.), но два реактора в одной и той же реакционной зоне не имеют перекрывающиеся циклы продувки, циклы регенерации или циклы сброса/выгрузки (т.е. два реактора в одной и той же реакционной зоне, реакционной зоне дегидрогенизации пропана или реакционной зоне дегидрогенизации изобутана не продуваются в одно и то же время, и два не подвергаются сбросу/выгрузке в одно и то же время). В десятиреакторной системе два реактора в каждой зоне подвергаются регенерации, но смещаются относительно начала цикла.
[0047] Варианты здесь относятся также к системам для получения олефинов и диолефинов, включая пропилен, изобутилен и в некоторых вариантах н-бутилены/бутадиен, и в других вариантах - изопентен и изопрен. Система может содержать первую реакционную зону дегидрогенизации для дегидрогенирования пропана с получением первого выходящего потока, содержащего пропилен. Система также содержит вторую реакционную зону дегидрогенизации для дегидрогенирования по меньшей мере одного из изобутана и н-бутана с получением второго выходящего потока, содержащего по меньшей мере один из изобутилена и н-бутиленов/бутадиена, соответственно. Один или более компрессоров, имеющих одну или более ступеней сжатия каждый, могут использоваться для сжатия первого выходящего потока и второго выходящего потока. Общий сепарационный ряд может быть предусмотрен для разделения первого и второго выходящих потоков с извлечением фракции пропилена, фракции пропана, по меньшей мере одной С4-фракции и одной или более фракций, содержащих легкие побочные продукты и тяжелые побочные продукты.
[0048] Проточные трубопроводы, насосы, клапаны и другие компоненты и оборудование могут быть предусмотрены для транспортирования питания, выходящих потоков, продуктов, продувок и рециклируемых потоков между устройствами в системе. Например, в некоторых вариантах н-бутан дегидрогенируется во второй реакционной зоне дегидрогенизации с минимальной подачей (такой как менее 1% мас. или загрязняющие количества) или без подачи изобутана во вторую реакционную зону дегидрогенизации.
[0049] В других вариантах, например, изобутан дегидрогенируется во второй реакционной зоне дегидрогенизации с минимальной подачей (такой как менее 1% мас. или загрязняющие количества) или без подачи н-бутанов во вторую реакционную зону дегидрогенизации. В таких вариантах, если также требуется получение н-бутиленов/ бутадиена, система может также содержать третью реакционную зону дегидрогенизации и проточные трубопроводы для подачи н-бутана в третью реакционную зону дегидрогенизации с получением н-бутиленов/бутадиена.
[0050] Как описано выше, способы здесь могут содержать циклические операции. Системы согласно вариантам здесь могут содержать контрольную систему, сконструированную для работы одного реактора в каждой из реакционных зон в цикле дегидрогенизации; работы одного реактора в цикле регенерации и работы одного реактора в цикле продувки или сброса/выгрузки. Контрольная система может быть дополнительно сконструирована для последовательной работы двух или более клапанов, расположенных параллельно, для обеспечения воздуха, водяного пара и инертных веществ, когда требуется, от общей системы регенерации к реакторам в цикле повторного нагревания/ регенерации и реактору в цикле продувки/сброса/выгрузки и для обеспечения пропана, н-бутана и изобутана, когда требуется, к реакторам в цикле дегидрогенизации. Другими словами, контрольная система может быть сконструирована для работы реакторов в цикле дегидрогенизации в смещенных циклах, так что цикл продувки, цикл регенерации или цикл сброса/выгрузки реакторов не перекрываются.
[0051] Перед сжатием второго выходящего потока выходящий поток, содержащий водяной пар и углеводороды из реактора, подвергающегося циклу продувки, может быть объединен со вторым выходящим потоком из реактора дегидрогенизации С4. Смесительное устройство, такое как сосуд, тройниковый смеситель, насос или другое устройство для смешения потоков, может быть предусмотрено для объединения выходящего потока, содержащего водяной пар и углеводороды из реактора, в цикле продувки с выходящим потоком из реактора реакционной зоны дегидрогенизации, работающего в цикле дегидрогенизации. Водяной пар продувки затем удаляется конденсацией в расположенных ниже по потоку межстадийных холодильниках компрессора.
[0052] Сепарационная зона для разделения объединенных выходящих потоков может содержать одну или более дистилляционных колонн и/или установок экстракционной дистилляции и/или реакционных установок для разделения и извлечения различных фракций продукта, рециклируемых фракций и фракций побочного продукта. Например, при получении изобутилена и пропилена сепарационная система может содержать устройство для отделения этана, устройство для отделения пропана, устройство для отщепления С3 и устройство для отщепления С4; в некоторых вариантах реакционное устройство изобутилена может использоваться вместо или в добавление к устройству отщепления С4. В некоторых вариантах сепарационная система может содержать деойлер, отделяющий С5+ тяжелые соединения от С4-соединений, которые могут рециклироваться как целое в реакционную зону дегидрогенизации С4. В некоторых вариантах изобутилен из устройства отщепления С4 или в реакционной установке изобутилена может быть конвертирован в реакторе этерификации с получением простого эфирного продукта, такого как MTBE или ETBE. При получении нормальных бутиленов сепарационная система может содержать установку селективной экстракции олефинов. При получении бутадиена сепарационная система может также содержать установку экстракции бутадиена. Еще в других вариантах сепарационная система может содержать установку извлечения легких концов, такую как для отделения метана и водорода, которые могут отделяться и извлекаться путем адсорбции при размахе давления или использоваться как топливный газ для различных операций установки, включая как топливный исходный материал для загрузки нагревателя, нагревающего питание пропана и изобутана выше по потоку от реакционных зон гидрогенизации. Другие различные варианты описываются дополнительно ниже.
[0053] Система может дополнительно содержать объединение тепла, нагревающего различные потоки питания и потоки ребойлерной колонны, верхние потоки охлаждающей колонны и потоки, выходящие из реактора, и т.д., с извлечением тепла и/или получением водяного пара, снижая общие внешние требования к работе установки. Например, один или более теплообменников могут быть предусмотрены для извлечения тепла от по меньшей мере одного из первого выходящего потока и второго выходящего потока.
[0054] Что касается теперь фигуры 4, на ней показана блок-схема способа согласно вариантам здесь. Способ, показанный на фигуре 4, содержит первую реакционную зону 10 дегидрогенизации и вторую реакционную зону 12 дегидрогенизации. Пропан может подаваться по проточной линии 14 в первую реакционную зону 10 дегидрогенизации, а изобутан может подаваться по проточной линии 16 во вторую реакционную зону 12 дегидрогенизации.
[0055] Первая реакционная зона 10 дегидрогенизации может содержать катализатор дегидрогенизации, подходящий для превращения пропана в пропилен, и может работать в реакционных условиях, выбранных для конверсии пропана в пропилен. Вторая реакционная зона 12 дегидрогенизации может содержать катализатор дегидрогенизации, подходящий для превращения изобутана в изобутилен, который может быть таким же или отличаться от катализатора в первой реакционной зоне 10 дегидрогенизации, и может работать в реакционных условиях, выбранных для конверсии изобутана в изобутилен, которые могут быть такими же или отличаться от рабочих условий в первой реакционной зоне 10 дегидрогенизации.
[0056] Из первой реакционной зоны 10 дегидрогенизации может быть извлечен выходящий поток 18, содержащий требуемый реакционный продукт, пропилен, непрореагировавший пропан и любые побочные продукты реакции. Из второй реакционной зоны 12 дегидрогенизации может быть извлечен выходящий поток 20, содержащий требуемый реакционный продукт, изобутилен, непрореагировавший изобутан и любые побочные продукты реакции.
[0057] Выходящие потоки могут быть затем направлены в сепарационную систему, которая, как показано, может содержать устройство 22 для отделения этана, устройство 24 для отделения пропана, устройство 26 для отщепления С3 и реакционную установку 28 изобутилена (например, установку MTBE). Этилен, метан и/или водород, а также другие легкие побочные продукты могут быть отделены от С3 и тяжелых компонентов в устройстве 22 отделения этана, легкие концы извлекаются по проточной линии 30, а С3+ компоненты извлекаются по проточной линии 32. В устройстве 24 отделения пропана С3-компоненты могут быть отделены от С4-компонентов. С3-компоненты могут подаваться по проточной линии 34 в устройство 26 отщепления С3 с извлечением верхней фракции 36 продукта пропилена и нижней фракции 38 рецикла пропана, которая может рециклироваться в реакционную зону 10 дегидрогенизации. С4-компоненты могут подаваться по проточной линии 40 в реакционную установку 28 изобутилена, с взаимодействием изобутилена с получением таких продуктов, как фракция 42 MTBE или ETBE и рециклируемая фракция 44 изобутана, которая может рециклироваться в реакционную зону 12 дегидрогенизации. Может также предусматриваться поток продувки (не показано) для избежания избыточного нарастания С5+ тяжелых компонентов в системе.
[0058] Что касается теперь фигуры 5, на ней показана упрощенная технологическая схема способа превращения пропана и изобутана в олефины. Система, как показано на фигуре 5, содержит две реакционные зоны, реакционную зону 110 дегидрогенизации С3 и реакционную зону 112 дегидрогенизации С4, причем каждая содержит два реактора, установленных параллельно (110А, 110В, 112А и 112В). В процессе циклической работы реакторов в любой заданный момент времени имеется один реактор (110А) в работе по дегидрогенизации С3, один реактор (112А) в работе по дегидрогенизации С4 и два реактора (110В, 112В), подготовленные для работы по дегидрогенизации, где реакторы 110В и 112В находятся в различных циклах (продувка, регенерация/повторное нагревание, сброс/выгрузка).
[0059] Пропановый исходный материал может быть введен в систему по проточной линии 114. Изобутановый исходный материал может быть введен в систему по проточной линии 116. Пропановый и изобутановый исходные материалы затем могут быть предварительно нагреты так, как с помощью теплообменников 118, 120 питания выходящего потока, соответственно, и нагревателя 122 загрузки, и нагретые потоки 124, 126 подаются в реакторы 110А, 112А дегидрогенизации С3 и С4, соответственно.
[0060] Пропановый и изобутановый исходные материалы могут быть затем превращены в реакционной зоне дегидрогенизации в олефины. Выходящий поток дегидрогенизации С3 может быть извлечен из реактора 110А по проточной линии 128, а выходящий поток дегидрогенизации С4 может быть извлечен из реактора 112А по проточной линии 130. Выходящие потоки могут быть охлаждены путем непрямого теплообмена так, как для получения водяного пара в одном или более теплообменников 132, 134, для нагревания питания в теплообменниках 124, 126 и любых дополнительных холодильниках 136, 138, когда может быть необходимо снизить температуру выходящего потока до требуемой температуры перед дополнительной переработкой.
[0061] Как показано на фигуре 5, реактор 112В находится в цикле повторного нагревания. В ходе цикла повторного нагревания воздух 160 сжимается в воздушном компрессоре 161 и нагревается в воздушном нагревателе 166 и пропускается через реактор 112В, повторно нагревая катализатор до требуемой температуры и выжигая любой кокс, который может образоваться на катализаторе. Повторно нагретый выходящий поток 168 может затем использоваться для получения водяного пара с помощью теплообменника 170, если требуется.
[0062] Как также показано на фигуре 5, реактор 110В находится в цикле продувки. В ходе цикла продувки водяной пар 172 пропускается через реактор 110В, отгоняя остаточные углеводороды из каталитического слоя. Выходящие потоки 173, 174 продувки могут быть объединены с выходящими потоками 128, 130 дегидрогенизации С3 или С4, соответственно, для общего извлечения остаточных углеводородов с выходящими потоками реактора дегидрогенизации.
[0063] Выходящие потоки 128, 130 дегидрогенизации С3 и С4, а также выходящие потоки 173, 174 продувки могут быть сжаты в компрессоре 140 для облегчения разделения компонентов в сепарационной зоне 142. Компрессорная система 140 может содержать одну или более ступеней сжатия, промежуточные холодильники и межстадийные барабанные сепараторы (каждый не показан). Например, любая вода, которая может конденсироваться после каждой ступени сжатия, такая, как может присутствовать от продувки водяного пара, может быть отделена в межстадийных барабанных сепараторах.
[0064] Сепарационная зона 142 может содержать холодильник 144 и/или испарительный барабан 146 для снижения температуры выходящего потока компрессора и отделения конденсированных тяжелых компонентов 148 от выходящего потока компрессора. Водяной пар 176 из испарительного барабана 146 может быть высушен и направлен в низкотемпературную установку 178 извлечения ((LTRU)(НТУИ)), где С3+ углеводороды извлекаются охлаждением и конденсированием. Неконденсирующиеся компоненты извлекаются по проточной линии 180, а конденсированные углеводороды 182 объединяются с жидкостями 148 из испарительного барабана 146 и направляются в устройство 184 для отделения этана.
[0065] Устройство 184 для отделения этана может использоваться для отделения верхней фракции 186, которая может содержать этан и этилен, например, от нижней фракции 188, которая содержит С3+ углеводороды. Нижняя фракция 188 может затем подаваться в устройство 190 для отделения пропана для отделения С3-углеводородов, извлеченных в верхней фракции 192, от С4+ углеводородов, извлеченных в нижней фракции 194. С3-углеводороды могут быть затем отделены в устройстве 196 для отщепления С3 с извлечением фракции 198 пропиленового продукта и фракции 200 пропанового рецикла. С4-углеводороды могут быть отделены от тяжелых компонентов в деойлере 202, рецикла С4-углеводородов, извлеченных как верхняя фракция 204, и тяжелых компонентов, извлеченных как нижняя фракция 206.
[0066] Как описано выше, пропановый и изобутановый исходные материалы могут быть поданы как отдельные потоки в реакционную систему. Альтернативно или дополнительно, пропан и изобутан могут подаваться как смешанный поток 210 так, как когда смесь С3 и С4 углеводородов является легко доступной, в сепарационную зону для разделения на соответствующие исходные материалы. В таких вариантах реагенты, такие как пропан и изобутан, не перерабатываются одновременно в единственном реакторе.
[0067] В некоторых вариантах может требоваться превращать изобутилен в простой эфир так, как для использования в качестве бензиновой добавки. Как показано на фигуре 5, фракция С4-рецикла может быть подана в реакционную зону 210 этерификации для взаимодействия изобутилена со спиртом 212, таким как метанол, с образованием простого эфира 214, такого как MTBE, до рециклирования остальных С4-углеводородов в потоке 215 в реакционную зону дегидрогенизации.
[0068] Что касается теперь фигуры 6, на ней показана упрощенная технологическая схема способа превращения пропана, н-бутана и изобутана в олефины и диены, где подобные цифры представляют подобные части. В данном варианте изобутан и н-бутан могут подаваться по проточной линии 116 в реакционную зону 112 дегидрогенизации С4. Альтернативно или дополнительно изобутан и н-бутан могут подаваться в смеси С3/С4 по проточной линии 210 в сепарационную зону 142.
[0069] Изобутан и н-бутан могут нагреваться, как описано выше, и подаваться в реактор 112А дегидрогенизации С4, с образованием реакционного продукта, содержащего н-бутилены, изобутилен, бутадиен и непрореагировавшее питание. Благодаря присутствию бутадиена и побочных продуктов реакции полимеризации, выходящий поток 130 из реактора дегидрогенизации С4 может быть подан в колонну 220 предварительного резкого охлаждения, где водяной пар охлаждается при прямом контакте с циркулирующим охлаждающим потоком 224 масла. Полимерные соединения в выходящем потоке 130 реактора абсорбируются охлаждающим маслом. Воднопаровая часть 226 может быть затем направлена в секцию сжатия установки и переработана, как описано выше.
[0070] Подобно способу, описанному относительно фигуры 5, сепарационная зона 142 может содержать холодильник 144, испарительный барабан 146, НТУИ 178, устройство 184 отделения этана, устройство 190 отделения пропана и устройство 196 отщепления С3. Фракция 194 С4+, извлеченная из устройства 190 отделения пропана, может быть затем подана в устройство 230 предварительного фракционирования для начального отделения легких С4-углеводородов как верхней фракции 232, содержащей бутадиен, н-бутилены и изобутилен, от нижней фракции 234, содержащей тяжелые С4 и С5+ углеводороды. Фракция легких С4 может быть затем переработана в установке 240 экстракции бутадиена с извлечением потока 242 бутадиенового продукта и потока 244 С4-олефинового продукта. Нижняя фракция 234 может подаваться в деойлер 202, отделяющий рецикл 204 С4 от тяжелых компонентов 206. В данном варианте, если требуется, изобутилен в потоке С4-олефинового продукта может взаимодействовать в реакционной зоне 210 этерификации с получением простых эфиров 214.
[0071] Что касается теперь фигуры 7, на ней показана упрощенная технологическая схема способа превращения пропана, н-бутана и изобутана в олефины и диены, где подобные цифры представляют подобные части. В данном варианте исходные материалы могут быть переработаны аналогично способу, описанному по отношению к фигурам 4 и 5. Кроме того, поток рецикла С4 может быть переработан в установке 260 селективной экстракции олефинов с извлечением потока 262 продукта н-бутилена.
2
2
4
2
4
2
6
[0072] Как описано выше, варианты здесь относятся к способу одновременной дегидрогенизации пропана и изобутана с получением смешанного потока пропилена и изобутилена, инертных соединений (Н, СО и СО), крекированных побочных продуктов (СН, СН и СН) и непрореагировавшего питания (пропан и изобутан). Отдельные реакторы дегидрогенизации С3 и С4 предназначаются для разделения С3 и С4 исходных материалов, так что в некоторых вариантах, например, пропановое, н-бутановое и изобутановое питание не перерабатываются одновременно в единственном реакторе. Реакторные выходящие потоки объединяются и перерабатываются в общем ряде компрессора продукта, низкотемпературной установки извлечения ((НТУИ)(LTRU)) и ряде дистилляции. Высокочистый пропиленовый и изобутиленобогащенный продукты отделяются. Концентрированные пропановый и изобутановый потоки раздельно рециклируются в их соответствующие реакторы дегидрогенизации. В некоторых вариантах н-бутан может быть совместно переработан с изобутаном в реакторе дегидрогенизации С4, и может быть получен отдельный бутадиеновый продукт. В зависимости от количеств изобутана и н-бутана в питании отдельные реакторы дегидрогенизации могут использоваться в некоторых вариантах.
[0073] Варианты здесь обеспечивают низкокапиталозатратный способ дегидрогенизации: отдельных исходных материалов пропана, изобутана и/или н-бутана; объединенного исходного материала пропан/изобутан; отдельного пропанового и объединенного изобутан/н-бутанового исходных материалов; или объединенного исходного материала пропан/изобутан/н-бутан. Способы здесь могут содержать отдельные системы выпаривания питания для каждого питания. В некоторых вариантах питание изобутана и питание н-бутана могут быть объединены. Могут использоваться нагреватели с раздельной загрузкой или единственный нагреватель с объединенной загрузкой.
[0074] Используются циклические реакторы дегидрогенизации с неподвижным слоем. В качестве примера четырехреакторная конфигурация может использоваться с двумя реакторами на углеводородный (УВ) цикл, с одним реактором на цикл повторного нагревания/регенерации и с одним реактором на цикл продувка водяного пара/сброс/выгрузка. Может совместно использоваться оборудование повторного нагревания/регенерации воздуха. Четырехреакторная система может быть разделена: два реактора используются только для конверсии пропана, а два реактора используются только для конверсии изобутана. Таким образом, катализатор может быть оптимизирован для отдельного УВ-питания. Непревращенные пропан, изобутан и/или н-бутан отделяются от продуктов дегидрогенизации и смешиваются с отдельными свежим питанием пропана, свежим питанием изобутана и/или свежим питанием н-бутана, затем подаются в реакторы дегидрогенизации С3 и дегидрогенизациии С4, соответственно.
[0075] Варианты, рассмотренные здесь, способы, объединяющие дегидрогенизацию С3/iC4 и/или n-C4, имеют некоторые преимущества над отдельными установками дегидрогенизации С3, дегидрогенизации iC4 и дегидрогенизации n-C4 при получении таких же продуктов пропилена, изобутилена и бутадиена.
[0076] Способы здесь содержат ряд единственного реактора дегидрогенизации, хотя реакторы пропилена отличаются от реакторов изобутилена в плане исходного материала, катализатора и условий реакции. Пропан подается только в предназначенные реакторы пропилена, а изобутан подается только в предназначенные реакторы изобутилена.
[0077] Способы, рассмотренные здесь, обеспечивают гибкость в переработке в случае переработки н-бутана, н-бутан может подаваться вместе с изобутиленом в реакторы дегидрогенизации С4 или отдельно от изобутана в реакторы дегидрогенизации в зависимости от количеств изобутана и н-бутана в питании. В случае отдельного получения бутадиена пропилен может подаваться вместе с изобутаном в те же предназначенные реакторы дегидрогенизации С3/iC4.
[0078] Хотя реакторы пропилена и изобутан/н-бутана являются специально выделенными, циклическая работа ряда реактора дегидрогенизации осуществляется таким же образом, как если бы имелся только единственный углеводородный исходный материал. Только трубопровод углеводородного питания и трубопровод выпуска углеводородов являются различными. Как другое преимущество все другие реакторные циклические операции и оборудование являются общими, включая цикл продувки водяным паром, цикл повторного нагревания/регенерации, цикл сброса/выгрузки.
[0079] Кроме того, реакторные выходящие потоки объединяются и перерабатываются в общем ряду сжатия, извлечения и дистилляции легких углеводородов. Непрореагировавшие пропан и изобутан рециклируются в соответствующие реакторы пропилена и изобутилена.
[0080] Параметры реактора (катализатор, загрузка катализатора, пространственная скорость, температура углеводородного питания, соотношение воздух/углеводород, температура воздуха и т.д.) могут быть оптимизированы для отдельных предназначенных реакторов. Это дает в результате экономию размера и устранение всех предметов дублирующего оборудования в случае отдельных установок дегидрогенизации С3 и дегидрогенизации iC4. Имеется одна установка вместо двух установок. Счет частей оборудования является намного меньше с одной установкой, чем с двумя. Имеется только один ряд сжатия продукта.
2
2
[0081] Способы дегидрогенизации согласно вариантам здесь содержат реакторы с неподвижным слоем, которые работают при низком давлении и повышенной температуре. Условия выбраны для оптимизации сложного соотношения между конверсией, селективностью и энергопотреблением в температурном интервале 400-750°С и в интервале давления 0,01-1кг/см абс., таких как 575-650°С и 0,1-0,5кг/см абс.
[0082] Побочные реакции, имеющие место одновременно с главной реакцией, вызывают образование некоторых легких углеводородных газов и тяжелых углеводородов, а также отложение кокса на катализаторе. Общая селективность превращения пропана в пропилен является больше при дегидрогенировании пропана в предназначенной реакционной зоне, общая селективность превращения изобутана в изобутилен является больше при дегидрогенировании изобутана в предназначенной реакционной зоне, и общая селективность превращения н-бутана в н-бутилены/бутадиен является больше при дегидрогенировании н-бутана/н-бутиленов в предназначенной реакционной зоне по сравнению с селективностью, которая может быть достигнута при комбинациях совместной переработки пропана, изобутана и н-бутана в той же реакционной зоне. В некоторых вариантах общая селективность превращения пропана в пропилен может составлять более 88% мол., общая селективность превращения изобутана в изобутилен может составлять более 90% мол., и общая селективность превращения н-бутана в н-бутилены/бутадиен может составлять более 60% мол.
[0083] Тепло, поглощенное от каталитического слоя реакцией, когда дегидрогенизация протекает постепенно, снижает температуру каталитического слоя. Указанное снижение температуры, спаренное с коксом, осажденным на катализаторе, снижает его способность к получению требуемых продуктов. Для удаления кокса и восстановления необходимого тепла в каталитическом слое требуется периодическое повторное нагревание катализатора горячим воздухом.
[0084] Выходящий поток реактора дегидрогенизации С3 пропускают через генератор водяного пара высокого давления, теплообменник питание-выходящий поток и балансировочный холодильник в компрессор. Выходящий поток реактора дегидрогенизации iС4 также пропускают через генератор водяного пара высокого давления, теплообменник питание-выходящий поток и балансировочный холодильник в компрессор. Выгрузка компрессора частично конденсируется в конечном холодильнике. Водяной пар и жидкость разделяются в испарительном барабане, и водяной пар направляется в низкотемпературную установку извлечения для извлечения углеводородов С3 и С4. Указанные углеводороды объединяют с жидкостью из испарительного барабана и направляют в устройство для отделения этана.
[0085] Способ осуществляют в ряду реакторов с неподвижным слоем, которые работают на циклической основе и в определенной последовательности с обеспечением непрерывного сплошного течения главных потоков способа. В одном полном цикле углеводородные пары дегидрогенизируются, и реактор затем продувается водяным паром и продувается воздухом с повторным нагреванием катализатора и выжиганием небольшого количества кокса, который отлагается в процессе цикла реакции. За указанными стадиями следуют сброс и выгрузка, и затем начинается другой цикл.
[0086] Циклические синхронизирующие последовательности средств измерения приводят в действие гидравлически работающие клапаны с управлением работой. Система может быть подходяще соединена с обеспечением безопасной работы клапанов в последовательности и с предотвращением смешения воздуха и углеводородного газа.
[0087] В реакционной секции пропан превращается в пропилен, изобутан превращается в изобутилен, и н-бутан, когда присутствует, превращается в н-бутилены и бутадиен при прохождении через каталитический слой. Отдельные реакторы, предназначенные для дегидрогенизации С3, используются для конверсии пропана в пропилен, и отдельные реакторы, предназначенные для дегидрогенизации С4, используются для конверсии изобутана в изобутилен.
[0088] Конверсия н-бутана в н-бутилен/бутадиен может осуществляться в отдельных реакторах дегидрогенизации или объединяться с конверсией изобутана в изобутилен в реакторах дегидрогенизации С4. Альтернативно, в случае конверсии н-бутана в н-бутилен/бутадиен в реакторах дегидрогенизации, конверсия пропана в пропилен может быть объединена с конверсией изобутана в изобутилен в реакторах дегидрогенизации.
[0089] В реакторах дегидрогенизации С3 свежее пропановое питание объединяют с рециклом питания из нижней части устройства для отщепления С3. Полученный водяной пар выпаривается при теплообмене с различными потоками способа. Выпаренное общее пропановое питание затем нагревается при теплообмене выходящим потоком реактора в теплообменнике (пропиленовое реакторное питание) -(выходящий поток). Выше по потоку от указанного теплообменника небольшое количество диметилдисульфида может быть введено в питание для пассивации металлов в чередующейся окислительной и восстановительной атмосфере реакторов.
[0090] Общее С3-питание затем нагревают до температуры реакции в нагревателе со сжиганием газа и направляют в реакторы дегидрогенизации пропилена. Неселективный крекинг углеводородов может быть минимизирован введением топочного газа в процессе повторнонагревательной части цикла с поддержанием как можно ниже температуры на выпуске нагревателя. Горячий выходящий поток из реакторов дегидрогенизации пропилена охлаждается при образовании водяного пара в генераторе водяного пара из выходящего потока реактора пропилена и при теплообмене с питанием реактора и идет в компрессорную секцию установки.
[0091] В реакторах дегидрогенизации iC4 аналогично свежий изобутан и рецикл изобутана (который может быть из установки синтеза MTBE ниже по потоку, как описано выше) предварительно нагревают при теплообмене с различными потоками способа и доводят до температуры реакции в отопительном нагревателе. Изобутановая отопительная камера может быть общей с пропановой отопительной камерой. Выходящий поток нагревателя загружают в реакторы дегидрогенизации изобутана на потоке. Небольшие количества н-бутана могут также перерабатываться с изобутаном в реакторах дегидрогенизации С4. Горячий выходящий поток из реакторов дегидрогенизации изобутилена охлаждается при образовании водяного пара в генераторе водяного пара из выходящего потока реактора дегидрогенизации изобутана и при теплообмене с питанием реактора и идет в компрессорную секцию установки.
[0092] В реакторах дегидрогенизации n-C4, при использовании, так как в случае значительного получения бутадиена, могут использоваться отдельные и предназначенные реакторы дегидрогенизации. Свежее н-бутановое питание объединяют с рециклом бутана и бутиленов из установки экстракции бутадиена ниже по потоку. Общее питание затем выпаривают при теплообмене с циркулирующим потоком охлаждающего масла. Выше по потоку от указанного теплообменника небольшое количество сульфидирующего агента может вводиться в питание для пассивации металлов в чередующейся окислительной и восстановительной атмосфере реакторов. Общее питание затем доводят до температуры реакции в газовом отопительном нагревателе, который может быть общим с отопительной нагревательной камерой пропана и iС4, и направляют в реакторы.
[0093] Горячий выходящий поток из реакторов идет в колонну предварительного охлаждения и главную охлаждающую колонну, где водяной пар охлаждается при прямом контакте с циркулирующим потоком охлаждающего масла. Полимерные соединения в выходящем потоке реактора поглощаются охлаждающим маслом. Для поддержания свойств охлаждающего масла спутный поток может быть удален и загружен в испаритель охлаждающего масла. Может быть введен водяной пар, и поток может быть частично испарен. Паровая часть возвращается в систему, а тяжелая жидкость отбрасывается. Восполняющее охлаждающее масло может периодически вводится для поддержания системы в использовании. Верхняя часть главной охлаждающей колонны охлаждается и идет в компрессорную секцию установки.
[0094] После реакционного цикла дегидрогенизации, когда реакторная система находится еще под вакуумом, реактор может быть тщательно продут водяным паром, с отгонкой в результате остаточных углеводородов из катализатора и реактора в систему извлечения. Повторное нагревание катализатора может проводиться при давлении слегка выше атмосферного. Повторно нагреваемый воздух обычно подается газовой турбиной или воздушным компрессором и нагревается до требуемой температуры в канальной камере прямого обогрева перед пропусканием через реакторы. Повторно нагретый воздух служит для восстановления как температурного профиля слоя до его начального состояния, так и каталитической активности в дополнение к выжиганию кокса из катализатора. Повторно нагретый воздух, выходящий из реакторов, может использоваться для образования водяного пара в котле-утилизаторе.
[0095] Когда повторное нагревание реактора заканчивается, реактор повторно опорожняют перед следующим периодом дегидрогенизации на потоке. Перед введением углеводородного питания водородобогащенный отходящий газ может быть введен в реактор на короткое время для удаления абсорбированного кислорода из каталитического слоя. Указанная стадия восстановления снижает потерю питания при сгорании и восстановлении каталитического металла, такого как хром, на катализаторе в его активном состоянии. Поток повторно нагретого воздуха, выходящий из реакторов, идет в котел-утилизатор, который может использоваться для образования и перегрева водяного пара высокого давления.
[0096] Охлажденные газы выходящего потока реактора из реакторов дегидрогенизации С3, реакторов дегидрогенизации iC4 и реакторов дегидрогенизации n-С4, когда присутствуют, могут быть объединены и сжаты в компрессорах единственного или множественных продуктов до подходящего уровня для работы секции извлечения. Для каждой ступени сжатия степень сжатия может быть выбрана для оптимизации характеристик компрессора и поддержания температуры газа достаточно низкой для минимизации образования полимеров. Отдельная ступень сжатия (бустер-компрессор) может использоваться для любого газа бутадиенсодержащего выходящего потока реактора с обеспечением работы реакторов дегидрогенизации n-С4 при намного более низком давлении (глубокий вакуум), чем другие реакторы дегидрогенизации.
[0097] Любая вода, которая конденсируется, после каждой ступени сжатия, может отделяться в межстадийном барабанном сепараторе. Кроме того, раствор нитрита натрия может циркулировать в сепараторе конечной стадии отсасывания в качестве поглотителя кислорода, чтобы способствовать предотвращению образования полимера в секции газа установки ниже по потоку.
[0098] Выгрузка пара компрессора охлаждается, и получаемая смесь пар-жидкость разделяется в испарительном барабане. Неконденсированный пар выходящего потока реактора направляют в низкотемпературную установку извлечения (НТУИ)(LTRU)), и конденсат выходящего потока реактора направляют в устройство отделения этана в секции извлечения.
[0099] Секция извлечения удаляет инертные газы, водород и легкие углеводороды из сжатого выходящего потока реактора. Пропан, пропилен, бутаны, бутилены и тяжелые компоненты направляют в секцию очистки продукта. Пар из испарительного барабана сушат и направляют в низкотемпературную установку извлечения, где С3-продукты и С4-продукты извлекаются при охлаждении и конденсации. Указанные углеводороды объединяют с жидкостью из испарительного барабана и направляют в устройство для отделения этана.
[00100] Водородобогащенный газ из низкотемпературной секции извлечения может направляться в установку абсорбции при размахе давления ((PSA)(УАПРД)) для извлечения водорода, если требуется. Оставшийся газ направляют в отделитель жидкости секции восстановительного газа реактора и сборник топливного газа оборудования.
[00101] Устройство для отделения этана служит для отделения этана и легких углеводородов от пропана, пропилена, бутана, бутилена и более тяжелого материала. Неконденсированный пар из верхней части колонны направляют в сборник топливного газа. Жидкость из нижней части устройства для отделения этана направляют в секцию очистки продукта.
[00102] Секция очистки продукта предназначена для извлечения пропиленового продукта высокой чистоты из пропана и тяжелого материала. Она может быть также предназначена для извлечения концентрированного потока изобутилена/изобутана для питания MTBE-установки и для получения концентрированного потока бутадиена для питания установки экстракции бутадиена.
[00103] Нижнюю фракцию устройства для отделения этана из секции извлечения загружают в устройства для отделения пропана. Устройство для отделения пропана удаляет пропан и пропилен из бутанов, бутиленов и тяжелого материала. Верхнюю фракцию направляют в устройство отщепления С3, а нижнюю фракцию извлекают как продукт и направляют в установку синтеза MTBE или в случае получения бутадиена сначала в устройство предварительно фракционирования и установку экстракции бутадиена.
[00104] Устройство для отщепления С3 может давать более 99,5% мас. пропилена в качестве верхнего продукта. Система «теплового насоса» с открытым контуром может использоваться для обеспечения тепла ребойлера. Верхний продукт колонны прокачивают насосом через установку удаления серы перед направлением в качестве пропиленового продукта высокой чистоты на хранение продукта, в полипропиленовую установку или на другую переработку ниже по потоку. Нижняя фракция из устройства для отщепления С3 может быть возвращена в реакторы дегидрогенизации С3 как рецикл пропанового питания.
[00105] Нижняя фракция устройства для отделения пропана может быть направлена в устройство предварительно фракционирования, где бутадиен концентрируется в верхний продукт и направляется в установку экстракции растворителем, где извлекается 1,3-бутадиен высокой чистоты. Нижняя фракция устройства предварительно фракционирования подается в деойлер, где С5+ тяжелые углеводороды удаляются в нижней фракции, а нормальный бутан и н-бутилены в верхней фракции рециклируются в реакторы дегидрогенизации. Рафинат-1 из установки экстракции бутадиена направляют в установку MTBE, где изобутилен удаляется по реакции, а изобутан рециклируется в реакторы дегидрогенизации iC4. Тяжелые углеводороды из нижней фракции деойлера охлаждаются и сжигаются как дополнительное топливо в нагревателе загрузки реактора.
[00106] Рецикл нормального бутана и бутиленов из верхней фракции деойлера и рафинат из установки MTBE могут быть разделены в установке селективной экстракции олефинов ((СЭО)(SOE)) c извлечением концентрированного потока нормальных бутиленов для питания установки окислительной дегидрогенизации, установки диспропорционирования или установки полибутиленов. Отдельный поток н-бутана затем рециклируется в реакторы дегидрогенизации n-C4.
[00107] Варианты здесь могут использоваться для любых относительных количеств получения пропилена, изобутилена и бутадиена и при любых комбинациях мощностей. Способы здесь могут использоваться для получения: пропилена и изобутилена; пропилена и бутадиена; изобутилена и н-бутадиена; пропилена, изобутилена и бутадиена; и при любой комбинации производительностей. В случае получения бутадиена н-бутилен может быть экстрагирован как совместный продукт. Установка может быть предназначена для работы «за один проход». В различных вариантах изобутан и н-бутан могут перерабатываться вместе в некоторых предназначенных реакторах дегидрогенизации; альтернативно, изобутан и пропан могут перерабатываться вместе в некоторых предназначенных реакторах дегидрогенизации.
[00108] Любое число реакторов дегидрогенизации может использоваться согласно объему продукта. НТУИ и дистилляционный ряд могут использоваться на основе списка и объемов продукта.
[00109] Параметры реактора могут быть различными для каждого реактора дегидрогенизации в процессе каждого цикла. Поток и температура воздуха могут изменяться в ходе стадии повторного нагревания/регенерации для каждого реактора дегидрогенизации для поддержания общего теплового баланса реактора. Дистилляционный ряд может содержать устройство для отделения этана, устройство для отделения пропана и устройство для отщепления С3 для получения пропилена. Дистилляционный ряд может также содержать устройство предварительного фракционирования для отделения бутадиена. Установка УАПРД может быть введена для извлечения водородного продукта высокой чистоты из отходящего газа НТУИ. Устройство отщепления С2 может быть введено для извлечения этиленового продукта высокой чистоты.
[00110] Хотя описание содержит ограниченное число вариантов, специалисты в данной области техники, имея преимущество данного описания, отметят, что могут быть разработаны другие варианты, которые не отходят от объема данного описания. Соответственно, объем должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.