TWI449691B - 自溫和熱裂解獲得碳氫化合物之分離程序 - Google Patents

自溫和熱裂解獲得碳氫化合物之分離程序 Download PDF

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Description

自溫和熱裂解獲得碳氫化合物之分離程序
本發明係關於一種在用於藉由裂解自含碳氫化合物之輸入製備碳氫化合物的工廠中分離碳氫化合物之方法，‧其中壓縮及乾燥來自該裂解的產物氣體，該產物氣體包括氣態碳氫化合物且形成為裂解氣，‧及將其作為原料導入分離階段(下文：前端C3 /C4 分離)，‧其中將該裂解氣分離成由具有不多於3個碳原子之碳氫化合物組成之碳氫化合物部分及由具有至少4個碳原子之碳氫化合物組成之碳氫化合物部分，‧其中就處理技術而言，該前端C3 /C4 分離具有C4 吸收器及脫丙烷塔，‧其中自該C4 吸收器獲得作為氣態頂部產物的由具有不多於3個碳原子之碳氫化合物組成之碳氫化合物部分，‧且其中獲得作為該脫丙烷塔之塔底產物的由具有至少4個碳原子之碳氫化合物組成之液態碳氫化合物部分。
在用於製備碳氫化合物之工廠(稱作烯烴工廠)中，藉由裂解含碳氫化合物之輸入製備碳氫化合物或烯烴。該含碳氫化合物之輸入係呈液相或氣相，且其藉由含或不含蒸氣的熱或催化裂解將其轉化為較短鏈之碳氫化合物。在該裂解中形成的主要為較短鏈之烯烴之混合物係指裂解氣或粗製氣。在液態含碳氫化合物之輸入之裂解的情形下，該裂解氣通常作為輸入被導入油洗滌中。在該油洗滌中，冷卻 該裂解氣，且從該裂解氣中洗滌出殘留之較長鏈之碳氫化合物，例如，焦炭顆粒及重油組分。隨後將該裂解氣導入水洗滌以進一步淨化及冷卻，且在該裂解氣壓縮中經壓縮。在氣態含碳氫化合物之輸入之裂解中，通常可省略該油洗滌。隨後，根據先前技術之該裂解氣在鹼洗滌中不含另外的雜質，例如二氧化碳及硫化氫，且經乾燥。
該經淨化及經乾燥之裂解氣現由所需烯烴產物及副產物之混合物組成。為了能夠利用該所需烯烴產物，該混合物必須分離成單個烯烴成分。
根據先前技術，用於分離碳氫化合物之此方法以其中自具有至少3個碳原子之烯烴分離具有至多2個碳原子之烯烴(前端C2 /C3 分離)的分離階段或以其中自具有至少4個碳原子之烯烴分離至多3個碳原子之烯烴(前端C3 /C4 分離)的分離階段開始。
如果該分離程序以前端C2 /C3 分離開始，則將在用於移除乙炔之催化氫化後所形成的具有至多2個碳原子之烯烴部分(C2- 部分)傳遞至低溫***部，其中將其分成其單個部分。此從甲烷及氫氣部分分離該C2- 部分。將具有至少3個碳原子之碳氫化合物之殘留部分(C3+ 部分)導入至分離階段(脫丙烷塔)中，其中所獲得之塔底產物係具有至少4個碳原子之碳氫化合物部分(C4+ 部分)。在該脫丙烷塔中，經由頂部獲得具有3個碳原子之碳氫化合物之烯烴部分(C3 部分)。該C3 部分隨後同樣經催化氫化，再進行其進一步處理。
在本申請案之內容中，由具有n個碳原子之碳氫化合物 組成之碳氫化合物部分係指Cn 部分。如果此碳氫化合物部分係由具有至少n個碳原子之碳氫化合物組成，則該碳氫化合物部分係指Cn+ 部分。由具有最多n個碳原子之碳氫化合物組成之部分係指Cn- 部分。此處n代表自然數1、2、3、4……。
其中獲得作為液態塔底產物的具有至少2個或更多個碳原子之碳氫化合物的分離階段係指本申請案之內容中之脫甲烷塔。具有作為塔底產物之C3+ 部分之分離階段係指脫乙烷塔。相應地，具有C4+ 塔底部分之分離階段係指脫丙烷塔。
在根據先前技術之以前端C3 /C4 分離開始之分離程序之情形下，在該經壓縮之裂解氣之壓力下獲得C3- 部分及C3+ 部分。在存在之完全裂解氣壓力下，根據先前技術，清晰分離成C3- 部分及C4+ 部分係不可能的，因為塔底溫度將非常高使得發生增加程度之聚合物形成及因此出現不想要之沉積形成。在根據先前技術之進一步分離程序中，將催化氫化後之C3- 部分導入C2 /C3 分離。將該C3- 部分分離成C3 部分與C2- 部分。將該C4+ 部分傳遞至C3 /C4 分離，其中將其分離成C3 部分與C4+ 部分，且隨後形成之C3 部分必須經催化氫化。
因此，根據先前技術，在具有前端C2 /C3 分離之分離程序之情形下及在具有前端C3 /C4 分離之分離程序之情形下，需要2個獨立的具有相應管形反應器及固定床反應器之催化氫化階段。
DE 102006010519提出一種用於分離烯烴之替代性方法。DE 102006010519揭示一種藉由在完全裂解氣壓力下操作之C4 吸收器及在8至12巴之壓力下操作之脫丙烷塔之分離程序。C4 吸收器與脫丙烷塔之組合將烯烴分離成C3- 部分及C4+ 部分。隨後將該C3- 部分完全壓縮且將其導入至催化氫化，同時將該C4+ 部分排出以進一步處理。在催化氫化後，使該C3- 部分接受C2 /C3 分離且分離成C2- 部分與C3 部分。將該C2- 部分作為輸入向前傳遞至低溫之分離區段，同時引導該C3 部分經以進一步處理。
一種用於液態含碳氫化合物之輸入之類似分離程序係描述於DE 102009038456。在此處所揭示之分離程序中，同樣將C4 吸收器與脫丙烷塔組合，在完全裂解氣壓力下操作該C4 吸收器且在介於8巴與12巴之間之壓力下操作該脫丙烷塔。催化氫化後，使該C3- 部分接受C2 /C3 分離，在第一管柱中將該C3- 部分分離成C2- 部分與C2 /C3 部分。在具有就處理技術而言分離之兩個區段之第二管柱實現進一步分離，上區段被設計為脫甲烷塔及下區段為脫乙烷塔。在該脫甲烷塔中，自來自低溫冷卻之冷凝物剝離出已溶解之甲烷及已溶解之氫氣。在該脫乙烷塔中，形成C2- 部分及C3 部分。獲得作為塔底產物的該C3 部分C3 。來自該脫甲烷塔之部分液態C2 部分係用作返回流。用裂解氣或熱C3 冷卻劑或用熱混合冷卻劑煮沸來自該脫乙烷塔之底物。將來自該第二管柱之C2 部分供應至C2 ***器，該C2 部分係作為氣態或液態產物自該第二管柱之脫甲烷塔之底部側向脫去。其 中獲得作為頂部產物的乙烯。
本發明之一目標配置一種在文初所指定類型之方法，使得用於分離碳氫化合物之能量強度及裝置複雜度最小。更特定而言，使在分離裂解中所形成且具有接近1，特別係小於1之乙烯對丙烯比率之裂解氣時之能量強度最小。
藉由組合獨立技術方案1之特徵達成所闡明之目標。本發明之有利配置係在附屬技術方案中說明。
根據本發明，用於裂解氣之碳氫化合物產物之分離程序以前端C3 /C4 分離開始，其包括C2 /C4 分離階段之進一步處理階段。此進一步C2 /C4 分離階段係安排在C4 吸收器與脫丙烷塔之間。
在該裂解氣中之相對高比例之較長鏈碳氫化合物之情形下，即具體言之在具有高C4+ 含量之裂解氣之情形下，在壓縮該裂解氣期間，冷凝物之量及該冷凝物中之已溶解之C2- 組分之比例提高，使得前端C3 /C4 之清晰分離變得更困難且耗能。然而，本發明完全解決了此問題。附加之C2 /C4 分離階段減少特別係對於脫丙烷塔之頂部產物而言的冷卻需求，且因此使該分離程序之能量強度最小。
根據本發明，進一步另一C2 /C4 分離階段係安排在該C4 吸收器與該脫丙烷塔之間。在此分離階段中，發生C2- 與C4+ 組分之分離，此分離階段中之C3 組分存在於氣態頂部物及該液態塔底產物二者中，使得來自此分離階段之頂部氣體可在更高之溫度水平下冷凝。此避免塔底產物中之已 增強聚合物形成之區域內之溫度增加。
就處理技術而言，由該C4 分離器、該C2 /C4 分離階段及該脫丙烷塔組成之本發明之整體前端C3 /C4 分離允許該裂解中所形成之全部壓縮裂解氣清晰分離成C3- 部分與C4+ 部分。溫度始終保持在無聚合物或沉積形成之範圍內。該C4 吸收器、該C2 /C4 分離階段及該脫丙烷塔之本發明組合及不清晰分離允許所獲得之冷凝物之壓力隨分離製程逐漸降低，使得在脫丙烷塔中獲得不含任何具有少於4個碳原子之碳氫化合物之C4+ 部分，而不會出現會導致聚合物或沉積形成之底部溫度之上升，且使用於該分離之能量強度最小。
在本發明之一較佳配置中，在介於18與20巴之間之壓力下操作該C4 吸收器及該C2 /C4 分離階段，較佳在稍高於該C4 吸收器之壓力下操作該C2 /C4 分離階段。本發明之此配置允許直接供應在完全裂解氣之壓力下之壓縮裂解氣至該C4 吸收器。
在本發明之一較佳配置中，將該C4 吸收器及該C2 /C4 分離階段組合於一管柱中。在此配置中，C4 吸收器及C2 /C4 分離階段係組合於一管柱中，但就處理技術而言形成此管柱之分離區段。因此，在本發明之此配置中，該製程之兩個區段(C4 吸收器、C2 /C4 分離階段)之壓力水平係相同的。
在本發明之替代性配置中，C4 吸收器及C2 /C4 分離階段係不同的管柱。在本發明之此替代性配置中，就處理技術而言清楚分開之C4 吸收器及C2 /C4 分離階段亦就裝置而言 分成兩個分開的管柱中。在本發明之此配置中，需要用於C4 吸收器之底物泵。在稍高於C4 吸收器之壓力下操作C2 /C4 分離階段。
有利而言，將C2 /C4 分離階段之塔底產物供應至脫丙烷塔。C2 /C4 分離階段將碳氫化合物分成C3- 部分與C3+ 部分。獲得作為塔底產物的該C3+ 部分。宜將塔底產物供應至脫丙烷塔，其中移除該C3 部分且獲得作為該塔底產物的純C4+ 部分。
較佳在介於10與12巴之間之壓力下操作該脫丙烷塔。
更佳而言，待分離之裂解氣含有以1.5或小於1之比率之乙烯及丙烯。已相應地設置裂解之條件。當該裂解之條件經設置使得該裂解氣中之丙烯含量相當於該乙烯含量或係高於該乙烯含量時，極特別地表現出本發明之優勢。然而，當丙烯含量低於乙烯含量但高於正常慣例時，亦以極佳之方式顯示本發明之優勢。在此裂解氣之情形下，特別可經由本發明以清晰之方式進行前端C3 /C4 分離而在在涉及裝置中無聚合物或沉積形成。
藉由裂解製備不飽和碳氫化合物之一參數係稱作裂解清晰度。該裂解清晰度係由丙烯對乙烯之比率定義。該裂解清晰度首先取決於在裂解爐出口之裂解氣之溫度、在裂解爐中之滯留時間及輸入之準確組成。在溫和裂解條件下即，以0.65至1.5 kg/kg，較佳係0.7至1.3 kg/kg且更佳係0.8至1.2 kg/kg之丙烯對乙烯之比率，亦特別發現本發明之優勢。
較佳而言，如上兩段詳細說明之乙烯對丙烯或丙烯對乙烯比率係藉由在熱裂解之前將一定比例之飽和碳氫化合物(較佳係介於3重量%與40重量%之間，更佳係介於5重量%與30重量%之間且尤其係介於15重量%與25重量%之間)添加至基本上由飽和碳氫化合物組成之液態含碳氫化合物之輸入中而達成。該熱裂解大約在溫和條件(較佳係700℃至800℃，更佳係720℃至790℃，特別佳係740℃至780℃，例如740℃至800℃及/或2.5巴絕對壓力至4巴絕對壓力)下發生。有利而言，將一或多種經再循環之C4+ 部分作為飽和碳氫化合物添加至該液態輸入。
本發明特別適用於在用於藉由裂解自液態含碳氫化合物之輸入製備碳氫化合物的工廠中分離碳氫化合物。
更特定而言，根據本發明之方法可使特別係在裂解液態含碳氫化合物之輸入時所形成之裂解氣之分解程序中之能量強度最小。尤其在具有相對高之C4+ 含量之裂解氣之情形下，本發明之前端C3 /C4 分離可達成清晰分離成該裂解氣之C3- 部分及C4+ 部分而在在涉及裝置中無增加之聚合物或沉積形成。
下文參考圖1及2中所示之兩個工作實例詳細說明本發明。
圖1顯示用於在工廠中分離碳氫化合物之根據本發明之方法之一種配置，其中裂解液態含碳氫化合物之輸入使得在該裂解中所形成之裂解氣具有不多於1或更少之乙烯對 丙烯含量。將作為裂解產物形成之裂解氣1作為輸入導入油洗滌中(未顯示)。在該油洗滌中，該裂解氣經冷卻且從該裂解氣分離出殘留之相對較長鏈之碳氫化合物，例如焦炭顆粒及重油組分。隨後，將該裂解氣1導入水洗滌(未顯示)以進一步淨化及冷卻，且自其導入三階段裂解氣壓縮2a中。在該三階段裂解氣壓縮2a中，將該裂解氣壓縮至約20巴，較佳係19巴之壓力且在洗滌3中其不含酸性氣體組分，例如二氧化碳及硫化氫。隨後，使經淨化之裂解氣在預冷卻器4中預冷且藉由兩個乾燥器5a及5b乾燥。隨後，裂解氣1之實際分離程序開始。
該裂解氣壓縮2a向上加熱該裂解氣，且因此在酸性氣體洗滌3(未顯示)之前冷卻係必要的。將所形成之冷凝物直接導入脫丙烷塔8(未顯示)中。必然地將該等酸性氣體組分供應至脫丙烷塔8，然而其經由頂部以氣相16離開脫丙烷塔8，且再循環12至裂解氣壓縮2a。在此段詳細描述之冷凝物可自該裂解氣壓縮2a之任何階段脫去，但是較佳而言，如在此工作實例中，在該裂解氣壓縮2a之第3階段後。
經由乾燥器5a將在預冷卻器4中所形成之冷凝物供應至該C2 /C4 分離階段7。經由乾燥器5b將在預冷卻器4中所形成之頂部氣體直接供應至C4 吸收器6。C4 吸收器6及C2 /C4 分離階段7二者在介於18與20巴之間，較佳係19巴之完全裂解氣壓力下操作。C4 吸收器6中之壓力稍低於C2 /C4 分離階段7中之壓力。在C4 吸收器6中形成之氣態產物係純C3- 部分15。此在第四壓縮階段2b中經進一步壓縮且將其導至 進一步分離13，其中隨後從此C3- 部分15分離出有價值之乙烯及丙烯產物。
將C4 吸收器6之塔底產物13供應至C2 /C4 分離階段7，正如來自該乾燥器5a之冷凝物。在該C2 /C4 分離階段7中，將具有3個碳原子之碳氫化合物***成氣態頂部產物與液態塔底產物。該頂部產物僅含有少量具有多於3個碳原子之碳氫化合物且該塔底產物不含具有少於2個碳原子之碳氫化合物。因此，在C2 /C4 分離階段7中，獲得氣態頂部產物，其構成C4- 部分14。C2 /C4 分離階段7之液態塔底產物18係C3+ 部分18。為了確保C2 /C4 分離階段7之頂部產物14僅含有低含量之具有四或更多個碳原子之碳氫化合物，該C2 /C4 分離階段7具有頂部冷凝器7a。
將C2 /C4 分離階段7之塔底產物18供應至脫丙烷塔8以移除該C4+ 部分。該脫丙烷塔8在介於8與12巴之間之壓力下操作。因此，將該C2 /C4 分離階段7之塔底產物18減壓縮至脫丙烷塔8中。在脫丙烷塔8中，純C4+ 部分作為塔底產物17形成且其係從該處脫去。脫丙烷塔之塔底產物17不含任何C3- 組分。自該脫丙烷塔所獲得之頂部產物16係主要由具有3個碳原子之碳氫化合物組成之部分。使用熱交換器11，進一步冷卻脫丙烷塔8之頂部產物16且將其導入分離器9中。在該三階段壓縮2a之前，將該分離器中所獲得之氣相12再循環至裂解氣1中。藉由泵10，將分離器9之液態產物作為返回流供應至脫丙烷塔8。
同樣藉由熱交換器11冷卻該C4 吸收器6之氣態頂部產物 15且將其導入分離器9中。藉由該泵10將所形成之液相再次作為返回流供應至C4 吸收器6中。在裂解氣壓縮在該裂解氣壓縮2b之第四階段中壓縮該氣相且作為C3- 部分將其導至該乙烯及丙烯回收13。
圖2以與根據圖1之工作實例類似之方式工作。相同部分用與圖1中相同的元件符號標記。然而，與根據圖1之工作實例不同，此處C4 吸收器6及C2 /C4 分離階段7係安排在一個管柱中。
1‧‧‧裂解氣
2a‧‧‧三階段壓縮
2b‧‧‧壓縮
3‧‧‧洗滌
4‧‧‧預冷卻器
5a‧‧‧乾燥器
5b‧‧‧乾燥器
6‧‧‧吸收器
7‧‧‧分離階段
7a‧‧‧頂部冷凝器
8‧‧‧脫丙烷塔
9‧‧‧分離器
10‧‧‧泵
11‧‧‧熱交換器
12‧‧‧再循環氣相
13‧‧‧底部產物
14‧‧‧頂部產物
15‧‧‧頂部產物
16‧‧‧頂部產物
17‧‧‧塔底產物
18‧‧‧塔底產物
圖1本發明之一配置，其中C4 吸收器及C2 /C4 分離階段係不同管柱。
圖2本發明之一替代性配置，其中C4 吸收器及C2 /C4 分離階段係安排在一個管柱中。
1‧‧‧裂解氣
2a‧‧‧三階段壓縮
2b‧‧‧壓縮
3‧‧‧洗滌
4‧‧‧預冷卻器
5a‧‧‧乾燥器
5b‧‧‧乾燥器
6‧‧‧吸收器
7‧‧‧分離階段
7a‧‧‧頂部冷凝器
8‧‧‧脫丙烷塔
9‧‧‧分離器
10‧‧‧泵
11‧‧‧熱交換器
12‧‧‧再循環氣相
13‧‧‧底部產物
14‧‧‧頂部產物
15‧‧‧頂部產物
16‧‧‧頂部產物
17‧‧‧塔底產物
18‧‧‧塔底產物

Claims (10)

  1. 一種在用於藉由裂解自含碳氫化合物之輸入製備碳氫化合物的工廠中分離碳氫化合物之方法，其中壓縮(2a)及乾燥(5a、5b)來自該裂解的產物氣體，該產物氣體包括氣態碳氫化合物且形成為裂解氣(1)，且將其作為原料導入分離階段(下文：前端C3 /C4 分離)，其中將該裂解氣(1)分離成由具有不多於3個碳原子之碳氫化合物組成之碳氫化合物部分(15)及由具有至少4個碳原子之碳氫化合物組成之碳氫化合物部分(17)，其中就處理技術而言，該前端C3 /C4 分離具有C4 吸收器(6)及脫丙烷塔(8)，其中自該C4 吸收器(6)獲得作為氣態頂部產物(15)的由具有不多於3個碳原子之碳氫化合物組成之碳氫化合物部分，且其中獲得作為該脫丙烷塔(8)之塔底產物(17)的由具有至少4個碳原子之碳氫化合物組成之液態碳氫化合物部分，該方法特徵在於該前端C3 /C4 分離包括C2 /C4 分離階段(7)之另一處理階段，其中該C2 /C4 分離階段(7)係安排在該C4 吸收器(6)與該脫丙烷塔(8)之間。
  2. 如請求項1之方法，其中在介於18巴與20巴之間的壓力下操作該C4 吸收器(6)及該C2 /C4 分離管柱(7)。
  3. 如請求項2之方法，其中該C2 /C4 分離階段(7)係在較該C4 吸收器(6)稍高之壓力下操作。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該C4 吸收器(6)及該C2 /C4 分離階段(7)在一管柱中組合。
  5. 如請求項1至3中之任一項之方法，其中該C4 吸收器(6)及該C2 /C4 分離階段(7)係不同管柱。
  6. 如請求項1至3中任一項之方法，其中將該C2 /C4 分離階段(7)之塔底產物(18)供應至該脫丙烷塔(8)。
  7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中在介於10巴與12巴之間之壓力下操作該脫丙烷塔(8)。
  8. 如請求項1至3中任一項之方法，其中自該脫丙烷塔(8)獲得之塔底產物(17)係具有至少4個碳原子之碳氫化合物部分。
  9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該裂解氣(1)含有以1.5或小於1之比率之乙烯及丙烯，該裂解條件已相對應地經設置。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該裂解條件係根據0.65至1.5kg/kg之丙烯比乙烯比率而設置。
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