СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭТИЛЕНА
METHOD OF EXTRACTING ETHYLENE

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает преимущества и приоритет согласно заявке на патент США №13/738,685, поданной 10 января 2014 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
ЗАЯВЛЕНИЕ В ОТНОШЕНИИ, ФИНАНСИРУЕМОГО НА ФЕДЕРАЛЬНОМ УРОВНЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ ИЛИ РАЗРАБОТКИ
[0002] Не применимо.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0003] Настоящее изобретение в целом относится к способам выделения этилена. В частности, настоящее изобретение относится к выделению этилена в процессе производства пропилена.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0004] В данном разделе представлена информация из области техники, которая может быть связана с или предоставляет контекст для некоторых аспектов способов, описанных здесь и/или заявленных ниже. Данная информация представляет собой предпосылки создания изобретения, содействующие лучшему пониманию того, что раскрыто в данном документе. Это обсуждение "известного" уровня техники. И такой известный уровень техники никоим образом не подразумевает того, что он также является "предшествующим" уровнем техники. Известный уровень техники может быть или не быть предшествующим уровнем техники. Обсуждение следует рассматривать в таком свете, а не как признание предшествующего уровня техники.
[0005] Способы выделения этилена в ходе процессов производства пропилена часто выполняет обмен свежего этилена с сырьем для способа выделения этилена перед введением свежего этилена в реакцию метатезиса. Однако непрерывно ведутся попытки по улучшению способов выделения этилена, включая снижение потребностей в энергии и других затрат при способах производства пропилена.
[0006] Настоящее изобретение направлено на разрешение или по меньшей мере сокращение одной или всех вышеуказанных проблем.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ
[0007] Различные варианты осуществления настоящего изобретения включают способы выделения этилена. Способы выделения этилена обычно заключаются в введение питающего потока, включая этилен и бутен, в колонну отгонки этилена; и выделении этилена из бутена посредством фракционной перегонки внутри колонны отгонки этилена для образования верхнего потока, содержащего выделенный этилен, и нижнего потока, содержащего выделенный бутен, отличающиеся тем, что блок отгонки этилена работает при давлении менее 350 фунтов на кв. дюйм.
[0008] Различные варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно включают способы производства пропилена. Обычно способы заключаются в реакции сырьевого потока метатезиса, содержащего бутен с этиленом в присутствии катализатора метатезиса посредством реакции метатезиса для образования потока продукта метатезиса, содержащего пропилен, этилен, бутен; выделении этилена из пропилена посредством фракционной перегонки внутри колонны отгонки этилена для образования верхнего потока, содержащего выделенный этилен, и нижнего потока, содержащего выделенный бутен и пропилен; и рециркуляции верхнего потока из колонны отгонки этилена в реакцию метатезиса в виде пара.
[0009] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, дополнительно заключающийся в сжатии верхнего потока от значения первого давления до значения второго давления.
[0010] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что первое значение давления составляет от 250  до 325 фунтов на кв. дюйм, а второе значение давления составляет от 300 до 400 фунтов на кв. дюйм.
[0011] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что разница между вторым значением давления и первым значением давления составляет от 50 до 100 фунтов на кв. дюйм.
[0012] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, дополнительно заключающийся в конденсации части верхнего потока для образования потока рециркуляции этилена, а также в введении потока рециркуляции этилена в колонну отгонки этилена, отличающийся тем, что перед конденсацией верхний поток сжимается.
[0013] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, дополнительно заключающийся в введении свежего этилена в колонну отгонки этилена в качестве добавки обратного потока.
[0014] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что колонна отгонки этилена работает при давлении менее 350 фунтов на кв. дюйм.
[0015] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что питающий поток дополнительно содержит пропилен.
[0016] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, дополнительно заключающийся в конденсации части верхнего потока для образования потока рециркуляции этилена, а также в введении потока рециркуляции этилена в колонну отгонки этилена.
[0017] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что свежий этилен вводится в колонну отгонки этилена при температуре от -20 до 10°F.
[0018] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что поток продукта метатезиса вводится в колонну отгонки этилена при температуре от 50 до 90°F.
[0019] Один или несколько вариантов осуществления включают способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что поток продукта метатезиса вводится в колонну отгонки этилена при давлении от 250 до 350 фунтов на кв. дюйм.
[0020] Вышеуказанные пункты представляют собой упрощенное краткое изложение описанного здесь объекта изобретения с целью обеспечения общего понимания некоторых его аспектов. Краткое изложение не является описанием изобретения, составленным с исчерпывающей полнотой, а также не предназначено для выявления ключевых признаков или критических элементов для использования в качестве помощи в определении объема заявленного ниже предмета. Его единственной целью является представление некоторых концепций в упрощенной форме в качестве вступления к более подробному описанию, изложенному ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021] Заявленный предмет изобретения может быть лучше понят при обращении к нижеследующему описанию, рассматриваемому вместе с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы, и на которых:
[0022] Рисунок 1 иллюстрирует вариант осуществления способа производства пропилена.
[0023] Рисунок 2 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления способа производства пропилена.
[0024] Хотя в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и альтернативные формы, чертежи иллюстрируют конкретные варианты осуществления, подробно описанные в данном документе, в качестве примера. Однако следует понимать, что приведенное здесь описание конкретных вариантов осуществления не предназначены ограничить изобретения конкретными раскрытыми формами, а наоборот, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, попадающие в рамки сущности и объема изобретения, как это определено в прилагаемой формуле изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0025] Ниже будут описаны иллюстративные варианты осуществления заявляемого объекта изобретения. В целях обеспечения ясности, в данной спецификации описаны не все характеристики фактической реализации. Следует иметь в виду, что при разработке любого такого реального варианта осуществления для достижения конкретных целей разработчиков, таких как соблюдение ограничений, связанных с системой и с деловой активностью, которые будут изменяться от одной реализации к другой, должны быть предприняты многочисленные реализации конкретных решений. Кроме того, следует иметь в виду, что такие усилия по разработке, даже если они являются сложными и трудоемкими, будут представлять собой повседневные обязанности для обычных специалистов в данной области техники, обладающих преимуществом на такое раскрытие.
[0026] В приведенном ниже описании, если не указано иное, все соединения, описанные в данном документе, могут быть замещенными или незамещенными, а список соединений включает их производные. Кроме того, различные диапазоны и/или ограничения числовых значений могут быть специально указаны ниже. Следует осознавать, что, если не указано иное, предполагается, что конечные точки должны быть взаимозаменяемыми. Кроме того, любые диапазоны включают итеративные диапазоны, например, величины, падающие в специально заданных диапазонах или ограничения.
[0027] Описанные здесь варианты осуществления включают способы выделения этилена. Способы выделения этилена, прежде всего обсуждаемые здесь, ссылаются на выделение потока продукта метатезиса в ходе процесса производства пропилена. Однако предполагается, что способы выделения этилена, описанные здесь, могут использоваться в ходе любого способа, требующего выделение этилена из бутена.
5+
[0028] Способы производства пропилена обычно заключаются в реакции потока сырья метатезиса, содержащего n-бутен с этиленом в присутствии катализатора метатезиса для образования потока продукта метатезиса, содержащего пропилен, этилен, бутен и олефины C. В контексте настоящего описания, понятие "метатезис" относится к равновесной реакции между двумя олефинами, где двойная связь каждого олефина разбита для образования промежуточных реагентов. Эти промежуточные продукты рекомбинируют для образования новых олефиновых продуктов. В одном или нескольких конкретных вариантах осуществления, обсуждаемых здесь, два олефина включают этилен и бутен, а новым олефиновым продуктом является пропилен.
[0029] Как обсуждалось ранее в данном документе, n-бутен подается в реакцию метатезиса посредством питающего потока метатезиса. Этилен может подаваться в реакцию любыми способами, известными специалистам в данной области техники. Например, этилен может подаваться в реакцию метатезиса через впускное отверстие отдельно от впускного отверстия, используемого для подачи питающего потока метатезиса. В качестве альтернативы, этилен может быть объединен с питающим потоком метатезиса до того, как питающий поток метатезиса пройдет через такое впускное отверстие.
[0030] Катализаторы метатезиса хорошо известны в данной области техники (см., напр., пат. США 4513099 и пат. США 5120894). Обычно катализатор метатезиса включает оксид переходного металла, например, оксиды переходных металлов кобальта, молибдена, рения, вольфрама и их комбинаций. В одном или нескольких конкретных вариантах осуществления катализатор метатезиса включает оксид вольфрама. Катализатор метатезиса может быть нанесен на носитель, такой, например, как диоксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, оксид циркония, цеолиты, глины и их смеси. В одном или нескольких вариантах осуществления носитель выбирают из диоксида кремния, оксида алюминия и их комбинации. Катализатор может быть нанесен на носитель способами, известными в данной области техники, такими, например, как адсорбция, ионный обмен, пропитка или сублимация. Катализатор метатезиса может включать, например, от 1 до 30 вес.% или от 5  до 20 вес.% оксида переходного металла.
2
2
[0031] Реакция метатезиса может дополнительно заключаться в контактировании бутена с этиленом в присутствии катализатора изомеризации (либо последовательно, либо одновременно с катализатором метатезиса). Катализатор изомеризации обычно выполнено с возможностью преобразования 1-бутена, присутствующего в питающем потоке метатезиса, в 2-бутен для осуществления последующей реакции с пропиленом. Катализаторы изомеризации могут включать, например, цеолиты, оксиды металлов (напр., оксид магния, оксид вольфрама, оксид кальция, оксид бария, оксид лития и их комбинации), смешанные оксиды металлов (напр., оксид кремния-оксид алюминия, диоксид циркония-оксид кремния), кислые глины (см., напр., пат. США 5153165; пат. США 4992613; опубл. патентная заявка США 2004/0249229 и опубл. Патентная заявка США 2006/0084831) и их комбинации. В одном или нескольких конкретных вариантах осуществления катализатором является оксид магния. Площадь поверхности оксида магния может составлять по меньшей мере 1 м/г или по меньшей мере 5 м/г, например.
[0032] Катализатор изомеризации может быть нанесен на материал носителя. Подходящие материалы носителей включают двуоксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана, оксид алюминия-двуоксид кремния и их комбинации, например.
-1
-1
[0033] Однако реакция метатезиса может возникнуть, например, при давлении от 150 до 600 фунтов на кв. дюйм, от 200 до 500 фунтов на кв. дюйм или от 240 до 450 фунтов на кв. дюйм. Реакции метатезиса могут возникнуть, например, при температуре от 100 до 500°C, от 200 до 400°C или от 300 до 350°C. Реакции метатезиса могут возникнуть, например, при взвешенной часовой объемной скорости (WHSV) от 3 до 200 ч или от 20 до 40 ч.
[0034] Время контактирования, необходимое для получения желаемого выхода продуктов реакции метатезиса, зависит от нескольких факторов, таких, например, как активность катализатора, температуры и давления. Однако, в одном или нескольких вариантах осуществления период времени, в течение которого питающий поток метатезиса и этилен контактируют с катализатором может варьироваться от 0,1 с до 4 ч или от 0,5 с до 30 мин, например. Реакция метатезиса может проводиться периодически или непрерывно с применением фиксированных слоев катализатора, суспендированного катализатора, псевдоожиженного слоя или, например, с использованием любых других обычных технологий контактирования.
5+
[0035] Поток продукта метатезиса обычно включает этилен, пропилен, олефины С4 и олефины С(включая, например, пентен и гексен). Таким образом, способ производства пропилена часто заключается в выделении компонентов потока продукта метатезиса. Пример метода выделения представлен в пат. США 7214841, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки, и такой метод обычно включает процесс выделения внутри системы фракционирования. В контексте настоящего описания, понятие "фракционирование" относится к способам выделения компонентов на основе относительной летучести и/или температуры кипения компонентов. Способы фракционирования могут включать способы известные в данной области, и понятие "фракционирование" может использоваться здесь взаимозаменяемо с понятиями "перегонка" и "фракционная перегонка".
5+
[0036] Система фракционирования обычно включает колонну отгонки этилена. Колонна отгонки этилена принимает и выделяет поток продукта метатезиса с целью образования верхнего потока и нижнего потока. Верхний поток состоит в основном из восстановленного этилена, и по меньшей мере часть верхнего потока может быть рециркулирована обратно в реакцию метатезиса (более подробно описано ниже). Обычно нижний поток содержит пропилен, бутен и олефины C.
[0037] Рефлюкс - это техника перегонки с участием конденсации паров и возврата такого конденсата в систему, из которой он зародился. Внутри дистилляционной колонны, стекающая вниз жидкая флегма обеспечивает охлаждение и конденсацию паров восходящего потока, таким образом увеличивая КПД дистилляционной колонны. Как правило, жидкая флегма представляет собой часть верхнего потока из дистилляционной колонны, возвращаемая в верхнюю часть колонны. Зачастую, весь верхний поток колонны отгонки этилена конденсируют для образования конденсированного потока, который затем может быть расщеплен на поток жидкой флегмы и поток рециркулирующего этилена. При таких процессах рециркулирующий поток этилена возвращается в реакцию метатезиса в жидкой форме.
[0038] Один или несколько вариантов осуществления включают частичную конденсацию верхнего потока для образования потока жидкой флегмы и потока рециркулирующего этилена, который затем может быть возвращен в реакцию метатезиса в виде пара. В качестве альтернативы в случае, когда ни одна часть верхнего погона не используется в качестве жидкой флегмы, предполагается, что верхний поток может быть рециркулирован (т.е. возвращен в реакцию метатезиса) без прохождения через конденсатор.
[0039] При рециркуляции этилена в виде пара для реакции метатезиса пары этилена могут быть сжаты посредством компрессора от значения первого давления до значения второго давления, достаточного для обеспечения поток паров этилена в реакцию метатезиса. В одном или нескольких вариантах осуществления первое значение давления, например, составляет от 250 до 325 фунтов на кв. дюйм, а второе значение давления составляет от 300 до 400 фунтов на кв. дюйм. В качестве альтернативы разница между первым значением давления и вторым значением давления может составлять, например, от 50 до 100 фунтов на кв. дюйм. Один конкретный вариант осуществления включает сжатие верхнего погона с тем, чтобы поднять температуру конденсации, применяемую в последующем парциальном конденсаторе.
[0040] Один или несколько вариантов осуществления включают введение свежего этилена в верхнюю часть колонны отгонки этилена либо в дополнение к либо в качестве замены для потока жидкой флегмы. Соответственно, свежий этилен, введенный в колонну отгонки этилена, упоминается в данном документе, как рефлюксная добавка. Как известно из данного уровня техники, понятие "свежий" этилен относится к этилену, который не был обработан в системе, в данном описании речь идет о процессе производства пропилена. В одном или нескольких вариантах осуществления свежий этилен вводят в колонну отгонки этилена в качестве рефлюксной добавки в количестве, меньшем, чем в потоке жидкой флегмы.
[0041] В одном или нескольких вариантах осуществления добавка свежего этилена/рефлюкса вводится в колонну-отгонки этилена при температуре в интервале от -20 до 100°F, от -10 до 50°F или от -10 до 10°F и давлении в диапазоне от 300 до 1000 фунтов на кв. дюйм, от 400 до 900 фунтов на кв. дюйм или от 600 до 800 фунтов на кв. дюйм, например.
[0042] Обычно в ходе процесса производства пропилена колонна отгонки этилена работает при давлении от 350 до 650 фунтов на кв. дюйм. Однако один или несколько вариантов осуществления настоящего изобретения включают работу колонны отгонки этилена при давлении ниже, чем ссылочное. Например, один или несколько вариантов осуществления включают работу колонны отгонки этилена при давлении менее 350 фунтов на кв. дюйм, давлении менее 300 фунтов на кв. дюйм или давлении менее 250 фунтов на кв. дюйм.
5+
[0043] Согласно данной области техники в одном или нескольких вариантах осуществления система фракционирования может дополнительно включать колонну отгонки пропана и колонну отгонки бутена. Колонна отгонки пропана может принимать и выделять нижний поток (из колонны отгонки этилена) с образованием верхнего пропеноотгонного потока и нижнего пропеноотгонного потока. Верхний пропеноотгонный поток состоит преимущественно из продукта пропилена. Нижний пропеноотгонный поток обычно содержит бутен и олефины С.
5+
[0044] Например, блок отгонки бутена может принимать и выделять по меньшей мере часть нижнего потока из колонны отгонки пропилена для образования верхнего и нижнего потоков колонны отгонки бутена. Верхний бутеноотгонный поток состоит прежде всего из восстановленного бутена, а нижний бутеноотгонный поток обычно включает олефины С. Дополнительно по меньшей мере часть верхнего бутеноотгонного потока может быть рециркулирована обратно в реакцию метатезиса.
[0045] Описанные в данном документе способы предпочтительно могут уменьшить требуемое количество тепла в реакторе метатезиса и/или колонне отгонки этилена, возможно на половину от значения требуемого количества тепла для аналогичных систем при отсутствии вариантов осуществления изобретения. Например, варианты осуществления, описанные здесь, предусматривают для потока продукта метатезиса, поступающего в колонну отгонки этилена, температуру в интервале от 50 до 90°F и давление в диапазоне от 250 до 350 фунтов на кв. дюйм, которые могут устранить потребность в теплообмене потока продукта метатезиса.
[0046] Следует отметить, однако, что хотя добавление компрессора для рециркулирующего потока этилен может прибавить стоимость капитальных затрат для процесса, более низкое давление системы в реакции метатезиса и колонне отгонки этилена может компенсировать стоимость капитальных затрат компрессора.
5+
[0047] Обратимся теперь к Рисунку 1, на нем изображена упрощенная блок-схема последовательности операций процесса 100 для получения пропилена согласно раскрытым здесь вариантам осуществления. Рисунок 1 иллюстрирует способ 100, заключающийся в введении питающего потока метатезиса 102 в первый реактор метатезиса 104, в котором присутствует катализатор метатезиса 105 (и дополнительный катализатор изомеризации - не показано) для образования потока продукта метатезиса 106, содержащего пропилен, этилен, бутен и олефины C. Рисунок 1 иллюстрирует конкретный вариант осуществления, отличающийся тем, что этилен смешивается с питающим потоком метатезиса 102 по линии 108, однако предполагается, что этилен может контактировать с питающим потоком метатезиса посредством способов, известных в данной области техники.
4+
[0048] Потока продукта метатезиса 106 пропускают в блок отгонки этилена 110 для выделения по меньшей мере части этилена из потока продукта метатезиса 106 для образования верхнего потока 112 и нижнего потока 114, содержащих пропилен и олефины С.
[0049] Свежий этилен вводят в колонну отгонки этилена 110 в качестве рефлюксной добавки (этилен вводится в колонну отгонки этилена 110 способом, аналогичным для как жидкой флегмы) по линии 116. В конкретном варианте осуществления, показанном на Рисунке 1, верхний поток 112 проходит через парциальный конденсатор 118 для образования потока рециркулирующего этилена 120 и потока жидкой флегмы 122. Рециркулирующий поток этилена 120 отводят из парциального конденсатора 118 в виде пара, сжимают в компрессоре 128 и затем рециркулируют в реактор метатезиса 104 по линии 130. Потока жидкой флегмы 122 возвращается к колонну отгонки этилена 110.
[0050] С другой стороны, как показано на Рисунке 2, верхний поток 112 может быть сжат внутри компрессора 128 перед прохождением через парциальный конденсатор 118, что приводит к более высокой температуре конденсации, чем показанной на Рисунке 1.
[0051] Согласно данного уровню техники нижний поток 114 колонны отгонки этилена может быть пропущен через кипятильник у основания колонны (не показано) и возвращен в колонну отгонки этилена 110 или дополнительно разделен в дополнительных разделительных колоннах (не показано).
[0052] Таким образом, настоящее изобретение хорошо приспособлено для достижения указанных целей и преимуществ, а также тех, которые присущи данному раскрытию. Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, носят лишь иллюстративный характер, так как настоящее изобретение может быть изменено и осуществлено различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, обладающими преимуществом для изложенных здесь идей. Кроме того, никакие ограничения не направлены на детали проектирования или проектирования, представленные в данном документе, кроме как это описано в приведенной ниже формуле изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, раскрытые выше, могут быть переделаны, объединены или видоизменены, а все подобные вариации рассматриваются в рамках объема и сущности настоящего изобретения.
[0053] Изобретение, иллюстративно раскрытое в данном документе, может быть соответствующим образом реализовано в отсутствие любого элемента, не описанного конкретно выше и/или любого дополнительного элемента, описанного здесь. В то время как композиции и способы описываются понятиями "составляющий", "содержащий" или "включающий" различные компоненты или этапы, композиции и способы могут также "состоять в основном из" или "состоять из" различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, описанные выше, могут варьироваться в зависимости от некоторого количества. Всякий раз, когда раскрывается численный интервал с нижним пределом и верхним пределом, любое число и любые включенные диапазоны, попадающие в такой интервал, описываются отдельно. В частности, каждый диапазон значений (в виде "приблизительно от а до приблизительно b" "приблизительно от а до b" или, эквивалентно, "приблизительно а-b"), раскрытые здесь, следует понимать раскрытым для каждого числа и диапазона, предусмотренного в рамках более широкого диапазона значений.
[0054] На этом подробное описание завершается. Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, носят лишь иллюстративный характер, так как настоящее изобретение может быть изменено и осуществлено различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, обладающими преимуществом для изложенных здесь идей. Кроме того, никакие ограничения не направлены на детали проектирования или проектирования, представленные в данном документе, кроме как это описано в приведенной ниже формуле изобретения. Поэтому очевидно, что конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, могут быть переделаны или видоизменены, а все подобные вариации рассматриваются в рамках объема и сущности настоящего изобретения. Соответственно, защитные меры, к которым мы стремимся в данном документе, должны соотвествовать изложенным ниже в формуле изобретения.