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TWI537248B - 藉由使用高壓產物分流器塔以高度減少在丙烷去氫單元中的能量 - Google Patents

藉由使用高壓產物分流器塔以高度減少在丙烷去氫單元中的能量 Download PDF

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TWI537248B
TWI537248B TW102141223A TW102141223A TWI537248B TW I537248 B TWI537248 B TW I537248B TW 102141223 A TW102141223 A TW 102141223A TW 102141223 A TW102141223 A TW 102141223A TW I537248 B TWI537248 B TW I537248B
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桑妮洱 潘迪翠歐
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盧摩斯科技公司
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Description

藉由使用高壓產物分流器塔以高度減少在丙烷去氫單元中的能量
本發明係關於一種用來製造烯烴之經改良的方法，且尤其用來將藉由去氫方法產生之烯烴與石蠟原料分離。該方法尤其適合將丙烯和丙烷分離。在此具體實例中，高壓產物分流器係用來將在去氫設備中產生的丙烯和殘留丙烷分離。該將丙烯和丙烷分離之高壓分流器之使用提供一種得以較先前技術方法為低的能量消耗來回收高純度烯烴產物的方法。
烯烴碳氫化合物對於一些石油化學產物的製造是有用的，諸如聚合物、馬達燃料摻和添加物以及其他產物。每分子具有從2至5個碳原子的短鏈飽和碳氫化合物常常經去氫作用以形成對應的烯烴。烯烴，依次，可被用於異烷烴的烷基化、醇的醚化以製造馬達燃料摻和添加物或用作產生各種聚合物材料的單體。
一種尤其有用的烯烴是丙烯，其係藉由丙烷的去氫作用而產生。丙烯是世界上第二大的石油化學商品且被用於聚丙烯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯醛、氧化丙烯及二醇、塑化劑側氧醇類、異丙苯、異丙醇及丙酮的製造。丙烯製造的成長主要係被聚丙烯的工業需求所驅策，其被用在諸 如包裝材料及戶外服飾的日用產物。
丙烯係主要產生自丙烷的去氫作用。一種常見的丙烷去氫方法係關於以下的步驟：在反應器中丙烷經去氫作用成為丙烯，反應器流出物之壓縮，以及丙烯產物的回收和純化。圖1顯示常見去氫方法的步驟。在去氫步驟(1)中，丙烷經轉化成為丙烯係典型地藉由催化劑來進行。在壓縮機(2)中，將來自去氫單元的流出物壓縮至充份高的壓力(典型地150psig或更高)以在回收區域中自較輕的成分回收未反應的丙烷和丙烯。
回收步驟(3)中，經壓縮的反應器流出物係藉由冷凍連續地冷卻使丙烷和丙烯的回收最大化從而進一步純化。此方法的排氣主要由氫、甲烷、乙烷和和乙烯所組成。然後，來自回收步驟(3)之碳氫化合物在純化步驟(4)中經受蒸餾。在第一蒸餾塔中(一去乙烷塔)，乙烷和較輕的氣體係當作頂部排氣來回收，而丙烷和丙烯係在去乙烷塔底部物流中回收。在第二蒸餾塔中(一般而言稱作產物分流器)，丙烯產物係當作頂部物來回收，而來自底部物的丙烷係經循環回到去氫步驟。新鮮的丙烷沖洗流和經循環的丙烷經蒸餾以從方法中移除較重成分。在純化期間，產物分流器係典型地藉由使用外部熱源(例如熱泵)而再沸，其中頂部蒸氣係經壓縮且用作再沸媒介。
一種藉由丙烷的去氫作用來製造丙烯之常見的方法係稱為CATOFIN法。在CATOFIN法中，藉由將丙烷進料至含有固定床鉻-氧化鋁催化劑的去氫反應器而將丙烷轉化成丙烯。典型地存在複數個平行操作的去氫反應器，使得在一些反應器中發生催化劑的再生的同時，其他反應器正在操作中。去氫反應器典型地保持在約600-650℃。
使用以蒸氣驅動的產物壓縮機將來自去氫反應器的流出物冷卻以及壓縮。將經壓縮的產物送至回收區域，其中惰性氣體、氫和輕碳氫化合物自經壓縮的反應器流出物移除。然後，將來自回收單元之富含丙烯的氣體送至產物純化區域，其中丙烯如上所述地與丙烷分離。
一種常見的丙烷去氫方法之純化步驟係顯示於圖2。在常見的方法中，將含有C3+化合物之來自去乙烷塔的重餾份經由進料管線(100)進料至產物分流器(110)中。將此進料在產物分流器中蒸餾，使得在頂部物流(102)中回收丙烯產物，而且大多數的剩餘化合物(包括未反應的丙烷)在底部物流(128)中離開。此常見的產物分流器係在約80-100psig的壓力和40-60℉的溫度下操作。
頂部丙烯蒸氣流(102)與來自分離器(150)的頂部物(105)結合且經由管線(106)被送至熱泵(130)。熱泵係以使用經由管線(133)提供之高壓蒸氣(135)之蒸汽渦輪機(131)所驅動。排放蒸汽經由管線(122)排放至冷凝器(160)，在冷凝器中排放蒸汽經冷卻且自設備排放出去。
頂部蒸氣流(102)在熱泵(130)中壓縮且流經排放管線(108)提供熱至產物分流器再沸器(120)。溫熱的丙烯被分流，一部份經由管線(114)回流至產物分流器而其餘流經管線(112)至產物分離器(150)。來自分離器(150)的頂部物(105)與來自產物分流器的頂部丙烯流(102)結合並如上所述地進料至熱泵(130)。來自分離器底部物的丙烯產物(118)被送至其他單元以進一步處理。
產物壓縮機器係藉由蒸汽渦輪機(141)驅動，其中高壓蒸氣(145)係經由管線(143)進料至蒸汽渦輪機(141)。將來自去氫反應器(未顯示) 的產物(129)經由管線(127)進料至產物壓縮機(140)以進行壓縮。將經壓縮的去氫作用產物經由管線(126)進料至去乙烷塔以進行分離。在常見的設備中，來自蒸汽渦輪機(141)的排放蒸汽係經由管線(124)排放至冷凝器(170)，於冷凝器中排放蒸汽被冷卻且自設備排放出去。
常見的低壓產物分流器的底部物主要包含丙烷。底部物經由管線(128)排放且分流，底部物的一部份經由管線(104)循環至再沸器(120)，於再沸器中將底部物加熱且送回產物分流器(110)。其餘的底部物經由管線(116)排放且送回去氫反應器。
此常見的去氫方法具有一些固有的限制。一個首要的限制係產生丙烯產物所需輸入能量的量。目前，常見的去氫方法的總能量消耗，舉例而言，為約每公斤丙烯產物100千卡。就其本身而論，在工業上對較不昂貴且更有效率之丙烷去氫法存在不間斷且未滿足之的需要。
本發明係關於用來從去氫反應器中產生的殘留石蠟原料中分離烯烴之經改良的方法。該方法可被用來，舉例而言，在從丙烷產生丙烯的去氫方法之後將丙烯和丙烷分離。高壓產物分流器具有利用蒸汽渦輪機排放蒸汽所供應的熱之再沸器，該蒸汽渦輪機驅動去氫反應器產物壓縮機和冷凍壓縮機。此排放蒸汽的使用使得產物分流器在比常見的去氫系統還要高的壓力下操作。
至高壓產物分流器的進料流可提供自任何類型將石蠟轉化成烯烴(諸如將丙烷轉化成丙烯)且利用分離階段以將未反應的石蠟與烯烴產物分離的設備。在一具體實例中，用於本發明的方法的丙烯可使用任何 類型將丙烷轉化成丙烯的去氫方法，諸如舉例而言CATOFIN法，來產生。在較佳具體實例中，來自去氫單元的產物流係藉由諸如壓縮和冷凍經進一步處理，以移除惰性氣體，氫以及輕碳氫化合物。蒸氣驅動壓縮機係用來壓縮來自去氫反應器的產物流。產物流係較佳地進料至去乙烷塔柱，其中C2和較輕的成分係在頂部物流中移除，同時底部物流由帶有少量的其他雜質的丙烷和丙烯所組成。在此具體實例中，去乙烷塔底部物流係進料至本發明的高壓產物分流器階段。
在一本發明的具體實例中，產物純化階段一般而言包含高壓產物分流器塔、以蒸汽渦輪機驅動的冷凍壓縮機、以蒸汽渦輪機驅動的去氫反應器產物壓縮機以及至少一個可操作地連接至產物分流器塔的再沸器。來自去氫設備的進料流，諸如來自用於將丙烷轉化成丙烯的去氫單元中的去乙烷塔單元底部物，係進料至高壓產物分流器。高壓產物分流器較佳地在約200psig和375psig之間的壓力和在約80℉到160℉的溫度下操作。將來自產物分流器塔的頂部物流分流，頂部物流的一部分返回產物分流器作為回流物流，而包含產物流的剩餘物被送至儲槽或至另一個單元以進一步處理。
以蒸汽渦輪機驅動的冷凍壓縮機係用來提供熱至該方法，其係藉由與一部分來自產物分流器的底部物熱交換。來自用來驅動冷凍壓縮機和去氫反應器產物壓縮機的蒸汽渦輪機的排放蒸汽係進料至再沸器中以提供該方法用於在產物分流器塔中分離產物的熱。在本發明的一些具體實例中，將排放蒸汽流在進料至再沸器之前結合。
在本發明的另一個具體實例中，來自產物分流器的頂部產物流係經分離成為頂部產物流和送回到分流器塔的回流物流。將產物流送至其他單元以進行額外的處理。在本發明方法的又另一個具體實例中，頂部產物流在被分流形成回流流和產物流之前係在冷凝器中冷卻。
來自產物分流器的底部物流可經分流成為循環流和底部物返回流。在本方法的一個具體實例中，將循環流進料至至少一個再沸器，其中該再沸器係藉由來自驅動冷凍壓縮機和產物壓縮機的蒸汽渦輪機的排放蒸汽所加熱。
在本發明的另一個具體實例中，底部物返回流係經分流成為第一返回流和第二返回流。第一返回流係進料至第一再沸器，其中第一再沸器係藉由來自驅動冷凍壓縮機和產物壓縮機的蒸汽渦輪機的排放蒸汽所加熱。第二返回流係進料至第二再沸器，其中第二再沸器係藉由來自冷凍壓縮機的輸出產物流所加熱。
所述分離方法可用於任何烯烴轉化方法以將諸如石蠟的原料與烯烴分離。本發明的方法對於需要藉由蒸汽渦輪機提供之相當大量的電力或因為產物具有小的沸點溫度差而需要能量密集之分離的方法有利。
本發明的方法尤其有用於將丙烯和丙烷分離。當與其他去氫方法相比，本發明的一個優點在於包含了使用低壓力蒸氣熱的高壓產物分流器而降低用來產生丙烯的能量需求。此優點僅經由非限制性例子提供，且鑒於本文提出的敘述，額外的益處和優點對熟習該項技術者而言係容易地顯而易見的。舉例而言，本發明的產物純化方案所使用的總能量消耗，當與常見的CATOFIN單元相比，可降低總能量消耗達10-15%。基於以下較 佳具體實例的詳細敘述，對熟習該項技術者而言，本發明方法的其他優點係顯而易見的。本發明的詳細敘述對將丙烷轉化形成丙烯去氫作用的限制僅是說明有關的一般原則以及作為本發明工業用途的實際例子。應了解的是，然而，如此具體實例中特定指明成分和特定設備配置的敘述並無意用來以任何方式限制本發明。
以下的詳細敘述當與伴隨的圖式一同理解時，對本發明的理解將是最佳的。
1‧‧‧去氫步驟
2‧‧‧壓縮機
3‧‧‧回收步驟
4‧‧‧純化步驟
10‧‧‧純化系統例
11‧‧‧來自去乙烷塔柱的底部物
12‧‧‧底部物或進料
14‧‧‧產物分流器
15‧‧‧丙烯產物
16‧‧‧頂部物流
18‧‧‧底部物流
20‧‧‧冷卻水冷凝器
22‧‧‧頂部物流
24‧‧‧管線
26‧‧‧循環流或管線
27‧‧‧返回流
28‧‧‧管線或第二返回流
30‧‧‧再沸器
32‧‧‧管線
38‧‧‧第一返回流或管線
40‧‧‧熱交換器或再沸器
42‧‧‧管線
50‧‧‧壓縮機
52‧‧‧管線或排放蒸汽流
54‧‧‧蒸氣管線
56‧‧‧管線
58‧‧‧去氫反應器產物流
60‧‧‧冷凍壓縮機
61‧‧‧來自去氫反應器的輸出
62‧‧‧管線或排放蒸汽流
64‧‧‧經壓縮的冷媒管線
66‧‧‧管線
70a‧‧‧管線或蒸汽渦輪機
70b‧‧‧蒸氣管線
80a‧‧‧蒸汽渦輪機
80b‧‧‧蒸汽渦輪機
100‧‧‧進料管線
101‧‧‧來自去乙烷塔之進料
102‧‧‧頂部物流或頂部丙烯蒸氣流或頂部蒸氣流
104‧‧‧管線
105‧‧‧頂部物
106‧‧‧管線
108‧‧‧排放管線
110‧‧‧產物分流器
112‧‧‧管線
114‧‧‧管線
116‧‧‧管線
118‧‧‧丙烯產物
120‧‧‧產物分流器再沸器
122‧‧‧管線
124‧‧‧管線
126‧‧‧管線
127‧‧‧管線
128‧‧‧底部物流或管線
129‧‧‧來自去氫反應器的產物
130‧‧‧熱泵
131‧‧‧蒸汽渦輪機
133‧‧‧管線
135‧‧‧高壓蒸氣
140‧‧‧產物壓縮機
141‧‧‧蒸汽渦輪機
143‧‧‧管線
145‧‧‧高壓蒸氣
150‧‧‧分離器
160‧‧‧冷凝器
170‧‧‧冷凝器
圖1顯示典型先前技術丙烷去氫處理方案的步驟。
圖2係用來將烯烴產物從石蠟原料分離出來之常見的先前技術處理方案的示意圖。
圖3係本發明經改良的去氫方法的一個具體實例的示意圖。
本發明係關於用於能量密集分離，諸如從丙烷製造丙烯，之經改良的方法。在本發明的方法中，來自用來將石蠟轉化成烯烴之方法之進料，諸如來自去乙烷塔柱的底部物，係經分流且進料至高壓分流器塔以將烯烴產物從石蠟原料分離。
提供以下本發明較佳具體實例之敘述僅為例式性的，且無意以任何方式限制本文所載和請求之本發明的全部範圍。應了解的是以下所載的方法可用於任何烯烴轉化方法以將烯烴從諸如石蠟的原料中分離出來。尤其，該方法可被用於需要藉由蒸汽渦輪機提供之相當大量的電力或因為產物具有小的沸點溫度差而需要能量密集之分離的分離。
本發明的一個具體實例係關於在用來從丙烷製造丙烯的丙烷去氫系統中高壓產物分流器的使用。本發明在產物分流器內部使用增加的壓力且使用用來再沸之回收或供應自其他設備的蒸氣，而排除了外部熱源的需要。使用依照本發明的高壓產物分流器之CATOFIN®單元去氫方法之總能量消耗，舉例而言，係約85-90kcal/kg的丙烯產物，每kg產物減少了約10-15%的總能量。一個用在本發明去氫系統(未顯示)之後的純化系統(10)的例子顯示於圖3。在如下詳述的本發明方法的一個具體實例中，丙烷係經進料至任何類型常見的去氫反應器中以產生丙烯。去氫反應器產物流(58)係在壓縮機(50)中壓縮且經由管線(56)送至回收單元以使丙烷和丙烯的回收最大化。經壓縮的去氫反應器產物流係送至去乙烷塔柱，其中C2和較輕的成分被當作頂部蒸氣移除而C3+成分係保留在底部物中。在較佳具體實例中，去氫單元為CATOFIN型反應器。
可將來自去乙烷塔柱(未顯示)的底部物(12)進料至產物分流器(14)中。來自去乙烷塔柱的底部物(11)含有C3+化合物，包括丙烯和丙烷。產物分流器(14)係在較先前常見的純化系統所用之壓力為高的壓力下操作。在一具體實例中，產物分流器係在約200psig和375psig之間的壓力和約80℉至160℉的溫度下操作。在較佳具體實例中，產物分流器係在約330psig的壓力和約130℉的溫度下操作。高壓產物分流器係用來將烯烴與石蠟分離(諸如將丙烷與丙烯分離)且設計成在本發明方法所使用的壓力下操作之典型設計的蒸餾塔。
在產物分流器(14)中蒸餾進料(12)使得丙烯產物係在頂部物流(16)中回收且大多數的剩餘化合物(包括丙烷)在底部物流(18)中離開。在一 些具體實例中，來自產物分流器(14)的頂部物流(16)可被進料至冷卻水冷凝器(20)以降低頂部物的溫度而且將頂部蒸氣轉化成液體。較佳地，頂部物流係從在50℉至130℉之間的溫度冷卻至在48℉至128℉之間的溫度。必要時，頂部物流可經分流，其中一部分經由管線(24)被送回產物分流器作為回流，而剩餘含有丙烯產物(15)的頂部物流(22)則被送至儲槽或其他單元以進一步處理。
提供閉環以經由熱交換器(40)提供額外的熱到方法中。一部分來自產物分流器的底部物流經管線(28)到熱交換器(40)，其中底部物流係藉由造成與經由管線(64)進料至熱交換器的經壓縮的冷媒熱交換接觸來加熱。離開熱交換器(40)之經加熱的底部物流係經由管線(42)進料回產物分流器。
進料至熱交換器(40)之經壓縮的冷媒係經由管線(66)離開熱交換器且進料至冷凍壓縮機(60)。在使經壓縮的冷媒在熱交換器(40)中冷凝之前，經壓縮的冷媒可用於本方法的其他部分。經壓縮的流體經由管線(64)離開冷凍壓縮機。在一個具體實例中，在冷凍壓縮機中、在約105℉和150℉之間的溫度下，冷媒係經壓縮至在約250psig和375psig之間的壓力，且在約105℉和150℉之間的溫度下以在約240psig和365psig之間的壓力離開熱交換器(40)。
冷凍壓縮機係藉由蒸汽渦輪機(80a)驅動，該蒸汽渦輪機(80a)係使用經由管線(70a)供應的高壓蒸氣驅動。在一具體實例中，高壓蒸氣係以在約580psig和660psig之間的壓力供應。來自蒸汽渦輪機(80a)的排放蒸汽係經由管線(62)排放且如以下進一步敘述地提供熱至再沸器(30)。
去氫反應器產物壓縮機(50)係藉由蒸汽渦輪機(80b)驅動，經由蒸氣管線(70b)供應高壓蒸氣至蒸汽渦輪機(80b)。排放蒸汽經由管線(52)從蒸汽渦輪機(80b)離開且被用來如下所述地提供熱至再沸器(30)。
分流器底部物，主要含有丙烷，經由底部物流(18)離開產物分流器(14)。底部物流係分流成為返回流(27)和循環流(26)，該循環流經由管線(26)離開設備以進一步處理，諸如藉由循環至去氫單元。該返回流係分流成為第一返回流(38)和第二返回流(28)。第一返回流係經由管線(38)進料至再沸器(30)中且經由管線(32)進料回到產物分流器(14)中。較佳地，第一返回流係經再沸器(30)加熱至在100℉和160℉之間的溫度。熱能以蒸氣的形式進料至再沸器(30)中，該蒸氣係來自取自蒸汽渦輪機(70a)的排放蒸汽流(62)和來自取自蒸汽渦輪機(80b)的排放蒸汽流(52)。必要時，可結合該二流(62)和(52)以形成單一蒸氣管線(54)。
第二返回流(28)係進料至熱交換器(40)且在熱交換器中加熱之後經由管線(42)進料回產物分流器(14)。藉由經壓縮的冷媒管線(64)如上所述地提供熱至再沸器(40)中。
本發明高壓產物分流器(14)的操作與常見的系統有至少以下方面的不同。本發明的產物分流器(14)係在較高的壓力下操作，由於自蒸汽渦輪機排氣獲得熱能。舉例而言，在常見的丙烷去氫作用中，產物分流器係在65psig至175psig之間的壓力和在50℉和150℉之間的溫度下操作。
在常見的方案中，用來再沸的熱係供應自使用諸如熱泵的外部來源以及來自用來驅動用於熱泵(或冷凍壓縮機)的蒸汽渦輪機的蒸氣之蒸氣及/或冷凝水且產物壓縮機係經排放。在本發明的一個具體實例中，使 用來自蒸汽渦輪機排氣的低階蒸氣，將用來再沸的熱能供應至熱交換器。藉由獲得此能量，產物分流器可在較高的壓力下操作而毋需額外的能量輸入。這樣使以比常見的系統為較低的能量輸入而獲得高產率的純化丙烯成為可能。
雖然較佳具體實例已經被顯示和敘述，但可對上述之本方法做出各種改變而不偏離本發明的精神和範圍。舉例而言，上述之本方法可用於任何需要藉由蒸汽渦輪機提供之相當大量的電力或因為產物具有小的溫度差而需要能量密集之分離的烯烴轉化方法。因此，要了解的是本發明已經經由例子來敘述而非藉由限制。
10‧‧‧純化系統例
11‧‧‧來自去乙烷塔柱的底部物
12‧‧‧底部物或進料
14‧‧‧產物分流器
15‧‧‧丙烯產物
16‧‧‧頂部物流
18‧‧‧底部物流
20‧‧‧冷卻水冷凝器
22‧‧‧頂部物流
24‧‧‧管線
26‧‧‧循環流或管線
27‧‧‧返回流
28‧‧‧管線或第二返回流
30‧‧‧再沸器
32‧‧‧管線
38‧‧‧第一返回流或管線
40‧‧‧熱交換器或再沸器
42‧‧‧管線
50‧‧‧壓縮機
52‧‧‧管線或排放蒸汽流
54‧‧‧蒸氣管線
56‧‧‧管線
58‧‧‧去氫反應器產物流
60‧‧‧冷凍壓縮機
61‧‧‧來自去氫反應器的輸出
62‧‧‧管線或排放蒸汽流
64‧‧‧經壓縮的冷媒管線
66‧‧‧管線
70a‧‧‧管線或蒸汽渦輪機
70b‧‧‧蒸氣管線
80a‧‧‧蒸汽渦輪機
80b‧‧‧蒸汽渦輪機

Claims (5)

  1. 一種用於製造丙烯的系統，包括：去氫反應器，其將進料流中的丙烷轉化為丙烯以製造去氫反應器流出物，壓縮機，其壓縮去氫反應器流出物以形成壓縮機流出物流，驅動該壓縮機的第一渦輪機，該第一渦輪機具有蒸汽入口和含有第一蒸汽流出物流的蒸汽出口，去乙烷塔，其接收壓縮機流出物流，在頂部出口除去乙烷、乙烯和較輕的成分，和除去通過底部出口的在去乙烷塔底部物流中的C3+成分，高壓產物分流器，其接收去乙烷塔底部物流作為入口流，除去通過頂部出口的丙烯流，和除去通過底部出口的丙烷流，該產物分流器在壓力約200psig和375psig之間，溫度約80℉至160℉下操作，和第一分流器再沸器，其在丙烷流的第一部分返回到產物分流器之前再加熱丙烷流的第一部分，該第一分流器再沸器具有蒸汽入口，其從第一渦輪機接收第一蒸汽流出物流作為第一再沸器的蒸汽入口流。
  2. 根據申請專利範圍第1項之分離系統，其進一步包括第二分流器再沸器，其中丙烷流的第二部分在該第二部分返回到產物分流器之前被再加熱。
  3. 根據申請專利範圍第2項之分離系統，其中使用來自冷凍壓縮機的壓縮冷凍劑流加熱丙烷流的第二部分。
  4. 根據申請專利範圍第1項之分離系統，其中該冷凍壓縮機藉由第二渦輪機驅動。
  5. 根據申請專利範圍第4項之分離系統，其中該第一再沸器的蒸汽入口流進一步包括來自該第二渦輪機的第二蒸汽流出物流。
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