CN103827061A - 在温和热裂解中分离烃的顺序 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在通过裂解从含烃进料生产烃的装置中分离烃的方法，其中所述裂解的产物气体被压缩(2a)和干燥(5a，5b)，然后作为原料送入到分离阶段(以下称为前端C3/C4分离)，所述产物气体形成为原料气(1)，并且包含气态烃，在所述分离阶段所述原料气(1)被分离为具有最多3个碳原子的烃的烃馏分(15)和具有至少4个碳原子的烃的烃馏分(17)，其中所述前端C3/C4分离在工艺上包括C4吸收塔(6)和脱丙烷塔(8)，其中具有最多3个碳原子的烃的烃馏分作为C4吸收塔(6)的气态塔顶产物(15)被获得，且其中具有至少4个碳原子的烃的液态烃馏分作为脱丙烷塔(8)的塔底产物(17)被获得，其特征在于，所述前端C3/C4分离包括另一个C2/C4分离塔(7)，其中所述C2/C4分离塔(7)位于C4吸收塔(6)和脱丙烷塔(8)之间。

Description

在温和热裂解中分离烃的顺序
技术领域
本发明涉及一种在通过裂解由液态烃进料产生烃的装置中分离烃的方法，其中压缩和干燥来自裂解的产物气体，所述产物气体形成为原料气，并包含气态烃，然后将所述产物气体作为原料送入分离阶段(以下称为前端C3/C4分离)，其中所述原料气在此分离为具有最多3个碳原子的烃的烃馏分和具有至少4个碳原子的烃的烃馏分，其中就工艺技术而言，所述前端C3/C4分离包括C4吸收塔和脱丙烷塔，具有最多3个碳原子的烃的烃馏分是作为C4吸收塔的塔顶气态产物而得到，具有至少4个碳原子的烃的液态烃馏分是作为脱丙烷塔的塔底产物而得到。
背景技术
在用于产生烃的设备即所谓的烯烃设备中，通过含有烃的原料的裂解产生烃或烯烃。在这种情况下，含有烃的原料以液相或气相存在，并通过热裂解或催化裂解在利用或不用蒸汽的情况下转化成较短链的烃。裂解中形成的主要由较短链的烯烃组成的混合物称为裂解气或原料气。在含有烃的液体原料的裂解中，原料气主要作为给料送入油洗涤器中。在油洗涤器中，冷却原料气，并从原料气中洗出残留的较长链的烃，例如焦炭颗粒和重油组分。
随后将原料气送入水洗涤器，以进一步纯化和冷却，并在原料气压缩机中进行压缩。在含有烃的气态原料的裂解中，通常可以省略掉油洗涤步骤。然后在现有的碱液洗涤器中，从原料气中除去其他污染物如二氧化碳和硫化氢，并干燥。
经纯化和干燥的原料气由所期望的烯烃产物和副产物的混合物组成。为了能够利用所期望的烯烃产物，必须将所述混合物分离成单独的烯烃组分。
根据现有技术，分离烃的方法从分离具有最多2个碳原子的烃和具有至少3个碳原子的烃(前端C2/C3分离)的分离阶段开始，或从分离具有最多3个碳原子的烃和具有至少4个碳原子的烃(前端C3/C4分离)的分离阶段开始。
如果分离顺序从前端C2/C3分离开始，将得到的具有至多2个碳原子的烯烃馏分(C2馏分)在催化氢化除去乙炔之后，送入低温分馏阶段，在这里被分馏成单个馏分。将C2馏分与甲烷和氢气馏分分离。将残留的具有至少3个碳原子的烃馏分(C3+馏分)送入分离阶段(脱丙烷塔)，其中得到的塔底产物是具有至少4个碳原子的烃馏分(C4+馏分)。在脱丙烷塔中，在塔顶得到具有3个碳原子的烃馏分(C3馏分)。随后同样将C3馏份在进一步加工之前进行催化氢化。
在本申请中，将由具有n个碳原子的烃组成的烃馏份称作Cn馏份。若该烃馏份由具有至少n个碳原子的烃组成，则该烃馏份称作Cn+馏份。具有最多n个碳原子的烃馏份称作Cn-馏份。在此，n代表自然数1、2、3、4...。
在本申请中，其中塔底液体产物为具有至少2个碳原子的烃馏分的分离塔称为脱甲烷塔。塔底产物为C3+馏分的分离塔称为脱乙烷塔。同理，具有C4+塔底馏分的分离塔称为脱丙烷塔。
在现有技术由前端C3/C4分离开始的分离顺序中，在压缩原料气的压力下得到C3馏分和C3+馏分。在完全原料气压力下，根据现有技术快速分离成C3-馏分和C4+馏分是不可能的，因为塔底温度太高以至于增加了聚合物的形成，因而增加了不需要的沉积物的形成。在现有技术的进一步的分离顺序中，C3-馏分在经过催化氢化后，被送入C2/C3分离。C3-馏分被分离成C3馏分和C2-馏分。C4+馏分被送入C3/C4分离，在此分离成C3馏分和C4+馏分，得到的C3馏分必须进行进一步的催化氢化。
因此，根据现有技术，无论是在包括前端C2/C3分离的分离顺序中还是在包括前端C3/C4分离的分离顺序中，均需要2个具有相应的管式反应器和固定床反应器的独立的催化氢化阶段。
DE102006010519中公开了一种分离烯烃的替代方法。DE102006010519公开的分离顺序具有在完全原料气压力下工作的C4吸收塔和在8～12bar的压力下工作的脱丙烷塔。C4吸收塔和脱丙烷塔的组合将烯烃分离成C3-馏分和C4+馏分。然后将C3-馏分完全压缩，并催化氢化，而C4+馏分被移走用于进一步加工。C3-馏分在催化加氢后进行C2/C3分离，并分离成C2-馏分和C3馏分。将C2-馏份继续用作低温分离阶段的给料，同时C3馏份被送入到进一步加工中。
DE102009038456公开了一种类似的分离液态烃进料的顺序。在其公开的分离顺序中，同样将C4吸收塔与脱丙烷塔结合，其中C4吸收塔在完全原料气压力下工作，脱丙烷塔在8～12bar的压力下工作。C3-馏分在催化氢化后，进行C2/C3分离，其中在第一塔中C3-馏分被分离为C2-馏分和C2/C3馏分。在第二塔中进行进一步的分离，所述第二塔具有两部分，上部分为脱甲烷塔和下部分为脱乙烷塔。在脱甲烷塔中，从低温冷却的冷凝物中反萃取出溶解的甲烷和溶解的氢气。在脱乙烷塔中，形成C2-馏分和C3馏分。脱甲烷塔中的液体C2馏分的一部分作为回流液。原料气或热的C3制冷剂或热的混合制冷剂在脱乙烷塔的塔底加热至沸。第二塔的馏分为从第二塔的脱甲烷塔的塔底取出的气体和液体产物，被用于C2分离塔。在那里，塔顶产物为乙烯。
本发明的目的是设计一种方法，使烃的分离在能量和设备上的消耗最小化。在这种情况下，特别地，在分离裂解中形成的原料气中使能耗最小化，所述原料气中乙烯对丙烯的比例几乎等于1，尤其是小于1。
独立权利要求1的技术特定的组合实现了所述目的。其他从属权利要求描述了其他优选实施方案。
根据本发明，原料气的烃产物的分离顺序开始于前端C3/C4分离，并且就工艺技术而言，包括另一个C2/C4分离阶段。所述另一个C2/C4分离阶段位于C4吸收塔和脱丙烷塔之间。
当在原料气中相对长链烃的馏分相对较高时，具体而言对于含有很高的C4+馏分的原料气，在压缩原料气过程中，不仅冷凝物的量变大，而且冷凝物中溶解的C2-组分也增多，使得快速的前端C3/C4分离变得更困难和更昂贵。但是本发明完全解决了这个问题。通过另外的C2/C4分离阶段，制冷需求，特别是脱丙烷的塔顶产物的制冷需求减少，因此使分离顺序的能耗最小化。
根据本发明，在C4吸收塔和脱丙烷塔之间安排了另一个C2/C4分离塔。在该分离塔中，C2-组分和C4+组分被分离，其中，在该分离塔中的C3组分不仅位于气态塔顶产物中，还位于液态塔底产物中，使得该分离塔的塔顶气体可以在较高的温度下被冷凝。因而，在塔底产物中避免了在增加聚合物形成程度上的温度升高。
根据本发明，整个前端C3/C4分离由C4吸收塔、C2/C4分离塔和脱丙烷塔组成，在工艺上，可以将裂解形成的原料气中C3-馏分和C4+馏分快速分离，然后压缩。这种情况下，持续将温度保持在无聚合物或沉淀生成的范围内。由于本发明中C4吸收塔、C2/C4分离塔和脱丙烷塔的组合，以及由于非快速分离，产生的冷凝物的压力可在分离过程中成功地下降至在除丙烷塔中得到不含具有小于四个碳原子的烃的C4+馏分的程度，而且没有发生塔底温度以形成聚合物或沉淀物的方式增加，并且其中使分离过程的能耗最小化。
在本发明的一个优选实施方案中，C4吸收塔和C2/C4分离塔在18～20bar的压力下进行，其中优选C2/C4分离塔的压力略高于C4吸收塔。本发明的这一实施方案可以使压缩的原料气直接用于在完全的原料气压力下的C4吸收塔。
在本发明的一个优选实施方案中，C4吸收塔和C2/C4分离塔组合在一个塔中。在该实施方案中，C4吸收塔和C2/C4分离塔组合在一个塔中，但是在工艺上，形成为该塔的不同部分。因而，在本发明的该实施方案中这两个工艺部分(C4吸收塔和C2/C4分离塔)的压力是相同的。
在本发明的另一个实施方案中，C4吸收塔和C2/C4分离塔是在不同的塔中。在本发明的该实施方案中，在工艺上明确分离的C4吸收塔和C2/C4分离塔，在装置上，也被分离为两个塔。在本发明的该实施方案中，C4吸收塔需要塔底泵。C2/C4分离塔在略高于C4吸收塔的压力下工作。
有利地，C2/C4分离塔的塔底产物被用于脱丙烷塔中。C2/C4分离塔将烃分离成C3-馏分和C3+馏分。C3+馏分是塔底产物。该塔底产物被有利地用于脱丙烷塔中，其中C3馏分被分离掉，塔底产物为纯的C4+馏分。
脱丙烷塔优选在10-12bar的压力下工作。
特别优选地，待分离的原料气中含有的乙烯和丙烯的比例为1.5或者小于1。在此过程中，当设置裂解条件使得原料气中丙烯的量和乙烯一致或者大于乙烯时，本发明的优势特别显现出来。但是，当丙烯的量小于乙烯，
但高于常规时，本发明的优势也能很好地体现。对于这样的原料气，本发明快速进行前端C3/C4分离，在装置中没有发生聚合物或沉淀的形成。
在通过裂解生成不饱和烃中的一个特征变量称为裂解深度(crackingsharpness)。裂解深度是由丙烯对乙烯的比率来表示。裂解深度主要取决于裂解炉出口处裂解气的温度、在裂解炉中的停留时间以及原料的确切组成。在温和的裂解条件下，也就是说在丙烯对乙烯的比例为0.65～1.5kg/kg，优选0.7～1.3kg/kg，特别优选0.8～1.2kg/kg下，特别体现出本发明的优点。
优选地，为了达到如前两个段落中所述乙烯对丙烯或丙烯对乙烯的比率，在热裂解前，部分饱和烃(优选3重量％～40重量％，特别优选5重量％～30重量％，尤其是15重量％～25重量％)混合到主要由饱和烃组成的液态烃进料中。热裂解在温和的条件下(优选700℃～800℃，进一步优选720℃～790℃，特别优选740℃～780℃，例如740℃～800℃，和/或2.5barabs～4bar abs)发生。有利的是，在该情况下，一种或多种回流的C4+馏分作为饱和烃混合到液体进料中。
本发明特别适用于在通过裂解由液态烃进料产生烃的装置中分离烃。
对于本发明，特别是在裂解液态烃进料中形成的原料气的分离顺序可以使能耗最小化。特别是对于C4+馏分较高的原料气，在根据本发明的前端C3/C4分离中，可以实现C3-馏分和C4+馏分的快速分离，并且在装置中没有发生聚合物或沉淀的形成。下面，参照图1和图2所示的示例性实施方案，详细描述本发明。
附图说明
图1为本发明中C4吸收塔和C2/C4分离塔在不同的塔中的实施方案。
图2为本发明中C4吸收塔和C2/C4分离塔在同一塔中的实施方案。
具体实施方式
图1为本发明用于在装置中分离烃的方法的示意图，在所述装置中液态烃进料裂解使得在裂解中形成的原料气中乙烯对丙烯的比例最大为1或更少。作为裂解产物形成的原料气1作为进料送入油洗涤器(未示出)。在油洗涤器中，原料气被冷却，剩余的较长链烃例如焦炭颗粒和重油组分被从原料气中分离出来。随后，将原料气1被送入水洗涤器(未示出)，以进一步的纯化和冷却，然后送入三级原料气压缩2a。在所述三级原料气压缩2a中，原料气被压缩到约20bar，优选19bar的压力，并在洗涤器3中除去酸性气体组分如二氧化碳和硫化氢。接着，将纯化的原料气在预冷却器4中预冷却，并通过两个干燥器5a和5b干燥。然后开始原料气1真正的分离顺序。
由于原料气压缩2a，加热原料气使得在进入酸性气体洗涤器3(未示出)之前必须冷却。所得到的冷凝物被直接送入脱丙烷塔8中(未示出)。然而，这种情况下必然进入脱丙烷塔8的酸性气体成分与塔顶的气相16一起离开脱丙烷塔8，并返回12到原料气压缩2a。在这种情况下，冷凝物可以从原料气压缩2a的每一个阶段脱去，但在实施例中，优选在原料气压缩2a的第三阶段之后脱去。
在预冷却4中形成的冷凝物经干燥器5a用于C2/C4分离塔7。预冷却4中形成的塔顶气体经干燥器5b直接用于C4吸收塔6。C4吸收塔6和C2/C4分离塔7均在18-20bar，优选19bar的完全原料气压力下工作。C4吸收塔6的压力略微低于C2/C4分离塔7。在C4吸收塔6中，塔顶气态产物为纯的C3-馏分15。其在第四压缩阶段2b中进一步被压缩并送入进一步分馏13中，其中有价值的产品乙烯和丙烯从该C3-馏分15中分离出。
C4吸收塔6的塔底产物13，和冷凝物一样，经干燥器5a用于C2/C4分离塔7。在C2/C4分离塔7中，具有3个碳原子的烃分别分布在气态塔顶产物和液态塔底产物中。这种情况下，塔顶产物中仅包含少量的具有超过三个碳原子的烃，塔底产物也没有具有少于2个碳原子的烃。因此，在C2/C4分离塔7中得到了气态塔顶产物C4-馏分14。C2/C4分离塔7的液态塔底产物18是C3+馏分18。为了确保C2/C4分离塔7的塔顶产物14仅含有少量的具有4个或以上碳原子的烃，C2/C4分离塔7的顶部设置了冷凝器7a。
C2/C4分离塔7的塔底产物18用于脱丙烷塔8中以除去C4+馏分。脱丙烷塔8的工作压力为8-12bar。C2/C4分离塔7的塔底产物18因此膨胀到脱丙烷塔8中。在脱丙烷塔8中，纯C4+馏分形成为塔底产物17并取出。脱丙烷塔的塔底产物17中不含任何C3-组分。脱丙烷塔的塔顶产物16是主要由具有3个碳原子的烃组成的馏分。通过热交换器11，脱丙烷塔8的塔顶产物16被进一步冷却，并送入到分离器9中。在分离器中得到的气相12返回到三级压缩2a上游的原料气1中。分离器9的液体产物经泵10回流到脱丙烷塔8。
同样，C4吸收塔6的气态塔顶产物15通过热交换器11冷却，并送入到分离器9中。形成的液相经泵10回流到C4吸收塔6。气相在原料气压缩的第四阶段2b中被压缩并作为C3-馏分送入到生产乙烯和丙烯13中。
图2与图1类似。相同的部分的标记与图1中相同。与图1的示例性实施方案不同的是，C4吸收塔6和C2/C4分离塔7在一个塔中。

Claims (9)

1.一种在通过裂解由含烃进料生产烃的装置中分离烃的方法，
其中所述裂解的产物气体被压缩(2a)和干燥(5a，5b)，然后作为原料送入到分离阶段(以下称为前端C3/C4分离)，所述产物气体形成为原料气(1)，并且包含气态烃，在所述分离阶段所述原料气(1)被分离为具有最多3个碳原子的烃的烃馏分(15)和具有至少4个碳原子的烃的烃馏分(17)，
其中所述前端C3/C4分离在工艺上包括C4吸收塔(6)和脱丙烷塔(8)，
其中具有最多3个碳原子的烃的烃馏分作为C4吸收塔(6)的气态塔顶产物(15)被获得，
且其中具有至少4个碳原子的烃的液态烃馏分作为脱丙烷塔(8)的塔底产物(17)被获得，其特征在于，
所述前端C3/C4分离在工艺上包括另一个C2/C4分离塔(7)，其中所述C2/C4分离塔(7)位于C4吸收塔(6)和脱丙烷塔(8)之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，C4吸收塔(6)和C2/C4分离塔(7)在18～20bar的压力下工作，其中优选C2/C4分离塔(7)的压力略高于C4吸收塔(6)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，C4吸收塔(6)和C2/C4分离塔(7)被结合在一个塔中。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，C4吸收塔(6)和C2/C4分离塔(7)是不同的塔。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，C2/C4分离塔(7)的塔底产物(18)被用于脱丙烷塔(8)中。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，脱丙烷塔(8)在10-12bar的压力下工作。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所得到的脱丙烷塔(8)的塔底产物(17)为具有至少4个碳原子的烃馏分。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述原料气(1)中乙烯和丙烯的比例为1.5或者小于1，其中所述裂解的条件被相应地设置。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，根据丙烯对乙烯的比例为0.65-1.5kg/kg，优选0.7-1.3kg/kg，特别优选0.8-1.2kg/kg，来设置裂解的条件。
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