CN104169243A - 用于链烷烃异构化的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供用于链烷烃异构化的方法和设备的实施方案。在一个实例中，方法包括步骤：将异构化流出物分离成包含支化链烷烃的产物流和包含HCl、H2和C6-烃的稳定器顶部蒸气流。将C6-烃从至少一部分稳定器顶部蒸气流中除去以形成富含HCl和H2料流。将异构化催化剂使用至少一部分富含HCl和H2料流活化以形成氯化物促进的异构化催化剂。使链烷烃进料流与氯化物促进的异构化催化剂在氢气的存在下接触以将链烷烃异构化。

Description

用于链烷烃异构化的方法和设备
优先权陈述
本申请要求2012年3月29日提交的美国申请No.13/434,657的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。
技术领域
本发明一般性地涉及用于烃的异构化的方法和设备，更特别地涉及使用氯化物促进的异构化催化剂将链烷烃异构化的方法和设备。
背景
异构化方法被许多精炼厂广泛用于将直链链烷烃的分子结构重排成通常具有较高辛烷值的更高支化烃。许多异构化方法在反应区(例如指包含一个或多个反应器的区域)使用氯化催化剂，例如氯化氧化铝催化剂、氯化铂铝催化剂等。氯化催化剂需要连续地加入氯化物以置换从催化剂表面上除去并在反应区流出物中运走的氯化物。通常，将新鲜氯化物促进剂如全氯乙烯进料在反应区中的反应器上游连续地引入链烷烃进料流中。在反应器内部，氯化物促进剂分解形成氯化氢，所述氯化氢通过补充从催化剂表面上除去的氯化物而将催化剂活化，例如促进或再生。
反应区流出物通常包含显著量的来自氯化物促进剂的连续分解和从催化剂表面上的氯化物脱除的氯化氢。包含支化链烷烃的产物流通过将氯化氢和其它轻挥发性烃(例如C5-烃)作为稳定器顶部蒸气流除去而与反应区流出物分离。由于氯化氢引起环境和处理顾虑，在从方法中除去废气流以前，将稳定器顶部蒸气流用苛性碱如氢氧化钠连续洗涤以中和氯化氢。氯化物促进剂和苛性碱的成本相对昂贵，许多精炼厂可能会降低他们的这些组分消耗量以改进他们的方法效率并降低总操作成本。
因此，理想的是提供具有降低的氯化物促进剂消耗量和/或降低的苛性碱消耗量以改进方法效率并降低总操作成本的链烷烃异构化方法和设备。此外，本发明的其它理想特征和特性会从随后的详细描述和所附权利要求书，连同附图和该背景中获悉。
概述
本文提供用于链烷烃异构化的方法和设备。根据一个典型实施方案，链烷烃异构化的方法包括步骤：将异构化流出物分离成包含支化和非支化链烷烃的产物流和包含HCl、H2和C6-烃的稳定器顶部蒸气流。将C6-烃从至少一部分稳定器顶部蒸气流中除去以形成富含HCl和H2料流。将异构化催化剂使用至少一部分富含HCl和H2料流活化以形成氯化物促进的异构化催化剂。使链烷烃进料流与氯化物促进的异构化催化剂在氢气的存在下接触以将链烷烃异构化。
根据另一典型实施方案，提供链烷烃异构化的方法。该方法包括步骤：将异构化流出物引入在有效形成包含支化和非支化链烷烃的产物流和包含HCl、H2和C6-烃的稳定器顶部蒸气流的稳定化条件下的稳定器中。将稳定器顶部蒸气流在第一分离器中在第一分离条件下分离成包含C3 +烃的液流和包含HCl、H2和C5-烃的净气流。在第二分离器中在第二分离条件下由至少一部分净气流形成富含C5-烃料流和包含HCl和H2的富含HCl和H2料流。将至少一部分富含HCl和H2料流引入在异构化条件下操作的反应器中以将其中所含异构化催化剂活化并形成氯化物促进的异构化催化剂。使链烷烃进料流与氯化物促进的异构化催化剂在反应器中在氢气的存在下接触以将链烷烃异构化。
根据另一典型实施方案，提供用于链烷烃异构化的设备。该设备包含稳定器，所述稳定器配置以接收异构化流出物并在有效地将异构化流出物分离成产物流和稳定器顶部蒸气流的稳定化条件下操作。产物流包含支化和非支化链烷烃且稳定器顶部蒸气流包含HCl、H2和C5-烃。配置第一分离器以接收稳定器顶部蒸气流并在有效地将稳定器顶部蒸气流分离成包含C3 +烃的液流和包含HCl、H2和C5-烃的净气流的第一分离条件下操作。配置第二分离器以接收至少一部分净气流并在有效地将至少一部分净气流分离成富含C5-烃料流和包含HCl和H的富含HCl和H2料流的第二分离条件下操作。反应区包含异构化催化剂。配置反应区以接收至少一部分富含HCl和H2料流和链烷烃进料流并在异构化条件下操作以将异构化催化剂活化形成氯化物促进的异构化催化剂，氯化物促进的异构化催化剂用于与链烷烃进料流在氢气的存在下接触以将链烷烃异构化。
附图简述
下文连同以下附图描述本发明，其中类似的数字表示类似的元件，且其中：
图1示意性地阐述根据一个典型实施方案的链烷烃异构化设备和方法。
详述
以下详述在性质上仅为示例性的且不意欲限制本发明或本发明的应用和使用。此外，不意欲受先前背景或以下详细描述中提出的任何理论束缚。
本文预期的各实施方案涉及用于链烷烃异构化的方法和设备。不同于现有技术，本文教导的典型实施方案将来自异构化反应区的异构化反应区流出物引入稳定器中。异构化反应区流出物包含HCl、H2、支化链烷烃和C7-烃。如本文所用，Cx意指具有“X”个碳原子数的烃分子，Cx+意指具有“X”和/或多于“X”个碳原子数的烃分子，Cx-意指具有“X”和/或少于“X”个碳原子数的烃分子。稳定器在有效地将异构化反应区流出物分离成包含支化链烷烃的产物流和包含HCl、H2和C6-烃的稳定器顶部蒸气流的稳定化条件下操作。
接着将一部分C6-烃从至少一部分稳定器顶部蒸气流中除去以形成富含HCl和H2料流。在一个典型实施方案中，将C6-烃使用第一分离器和与第一分离器流体连通的第二分离器从至少一部分稳定器顶部蒸气流中除去。特别地，将稳定器顶部蒸气流引入在有效地形成包含C3 +烃的液流和包含HCl和C5-烃的净气流的分离条件下的第一分离器中。将液流送回稳定器中以回流。在一个典型实施方案中，将净气流分成第一部分和第二部分。将净气流的第一部分引入在有效地形成富含C5-烃料流和富含HCl和H2料流的分离条件下的第二分离器中。将实质上贫含HCl的富含C5-烃料流加热并与净气流的第二部分结合以形成结合料流，将结合料流送入洗涤器中以用苛性碱处理。由于富含C5-烃料流基本不含HCl，结合料流中HCl的量降低，因此需要较少的苛性碱中和HCl。因此，异构化方法的苛性碱消耗量可降低。
在一个典型实施方案中，将至少一部分富含HCl和H2料流引入异构化反应区中的反应器中。反应器包含异构化催化剂并在异构化条件下操作。异构化催化剂与富含HCl和H2料流接触以通过补充从异构化催化剂表面上除去的氯化物而将异构化催化剂活化，形成氯化物促进的异构化催化剂。由于富含HCl和H2料流用于活化异构化催化剂，需要较少的氯化物促进剂将异构化催化剂活化。因此，异构化方法的氯化物促进剂消耗量可降低。由于H2也包含在富含HCl和H2料流中，需要较少的补充氢气且氢气消耗量降低。将包含链烷烃的进料流引入反应器中并在氢气的存在下接触氯化物促进的异构化催化剂以将链烷烃异构化并形成支化链烷烃。
参考图1，提供用于链烷烃异构化的设备10的示意性描述。设备10用于将正链烷烃转化成支化链烷烃的链烷烃异构化方法。设备10包含反应区12、稳定化-洗涤区14和分离-再循环区16。
反应区12和稳定化-洗涤区14分别包含流体连通的反应器18和稳定器20(例如蒸馏塔)。链烷烃进料流22通过干燥器24以除去水并形成干链烷烃进料流26。在一个实施方案中，链烷烃进料流22富含C4烃，例如正丁烷，还可包含相对少量的异丁烷、戊烷和较重材料(例如C6 +烃)。在另一实施方案中，链烷烃进料流22富含C5和/或C6烃，例如正戊烷和正己烷。
在一个典型实施方案中，含氢气体进料28通过干燥器30以除去水并与干链烷烃进料26结合以形成结合料流32。结合料流32通过换热器34和加热器36。如所述以及下文进一步详细讨论的，将氯化物促进剂料流38(例如包含全氯乙烯等)引入在换热器34与加热器36之间的结合料流32中，并将富含HCl和H2料流40(例如包含0.1重量％(重量％)或更大的HCl)引入在换热器34上游的结合料流32中。在一个典型实施方案中，换热器34和加热器36一起将结合料流32加热至90-210℃的温度以引入反应器18中。
在一个典型实施方案中，反应器18为在90-210℃的温度下操作的固定床催化反应器并包含异构化催化剂，所述异构化催化剂通过来自富含HCl和H2料流40的HCl以及进一步通过来自氯化物促进剂料流38的氯化物促进剂分解而活化以形成高活性氯化物促进的异构化催化剂。异构化催化剂的非限定性实例包括可以氯化的氧化铝催化剂、铂铝催化剂等。氯化物促进的异构化催化剂在氢气的存在下有效地将正链烷烃异构化成支化链烷烃(例如异丁烷、支化戊烷、支化己烷或其组合)以产生异构化反应区流出物42。异构化反应区流出物42包含支化链烷烃、其它C7-烃(包括非支化链烷烃)、H2、HCl以及可能的其它含氯化合物。
异构化反应区流出物42通过换热器34以将流出物42冷却至65-165℃的温度。然后将异构化反应区流出物42引入稳定器20中。稳定器20将异构化反应区流出物42分离成产物流44和稳定器顶部蒸气流46。稳定器顶部蒸气流46包含HCl、H2和C6-烃。产物流44包含支化和非支化链烷烃并从稳定化-洗涤区14中除去。
在一个典型实施方案中，稳定器顶部蒸气流46通过空气冷却器48和分凝器50，其一起将稳定器顶部蒸气流46冷却至30-60℃的温度。然后将稳定器顶部蒸气流46引入分离器52中分离。将包含C3 +烃的液流54从分离器52中除去并通过泵56。包含控制阀60的液面控制器58控制返回稳定器20以回流的液流54流量。
将挥发物从分离器52中除去并形成净气流62。净气流62包含HCl、H2和C5-烃。在一个典型实施方案中，将净气流62在700-2,100kPa的压力下从分离器52中除去。如所述，压力控制器64连同控制阀66和68用于将净气流62分别分离成部分70和72。
在一个典型实施方案中，将净气流62的部分70引入分离-再循环区16中。如所述，部分70通过换热器74以与富含HCl和H2料流40间接热交换形成第一部分冷却净气流76。在一个典型实施方案中，换热器74冷却部分70以形成具有-7至38℃的温度的第一部分冷却净气流76。
第一部分冷却净气流76通过换热器78以与富含C5-烃料流79(下文中进一步详细讨论)间接热交换以形成第二部分冷却净气流80。在一个典型实施方案中，换热器78冷却第一部分冷却净气流76以形成具有-18至32℃的温度的第二部分冷却净气流80。
第二部分冷却净气流80然后通过换热器82以与冷冻剂83如丙烷等间接热交换，并引入分离器84中。如所述，换热器82可直接安装在分离器84上，或者作为选择可置于分离器84上游。在一个典型实施方案中，在引入分离器84中以前，换热器82将第二部分冷却净气流80进一步冷却至-40至5℃。
分离器84将第二部分冷却净气流80分离成富含HCl和H2料流40和富含C5-烃料流79。在一个典型实施方案中，富含HCl和H2料流40包含以0.1重量％或更大，例如0.2-0.7重量％的量存在的HCl，和H2。在一个典型实施方案中，富含C5-烃料流79主要包含C5-烃且基本贫含HCl和H2。
如所述，富含HCl和H2料流40通过换热器74以与如上所讨论的净气流62的部分70间接热交换。在一个典型实施方案中，换热器74将富含HCl和H2料流40加热至-7至25℃的温度。富含HCl和H2料流40然后通过压缩机86。在一个典型实施方案中，压缩机86将富含HCl和H2料流40加压至1,700-3,500kPa的压力。
如所述，包含控制阀90的流量控制器88用于根据需要将来自富含HCl和H2料流40的回溢流92选择性地转向(例如回溢流92通常为“无流动”)。当流动时，将回溢流92加压并返回在换热器74上游的富含HCl和H2料流40中。富含HCl和H2料流40的其余部分从压缩机86行进，并与结合料流32结合以与氯化物促进剂料流38一起引入反应器18中。如上文所讨论的，当引入反应器18中时，来自富含HCl和H2料流40以及进一步来自来自氯化物促进剂料流38的氯化物促进剂分解的HCl接触并通过补充从异构化催化剂表面上除去的氯化物而将异构化催化剂活化。由于富含HCl和H2料流40用于将异构化催化剂活化，需要较少的来自氯化物促进剂料流38的氯化物促进剂将异构化催化剂活化。
如所述，包含控制阀96的液面控制器94用于控制离开分离器84的富含C5-烃料流79的流量。富含C5-烃料流79通过换热器78以与如上所讨论的第一部分冷却净气流76间接热交换。在一个典型实施方案中，将富含C5-烃料流79加热至-18至15℃的温度。
富含C5-烃料流79然后通过换热器98以与传热流体100如蒸汽间接热交换。在一个典型实施方案中，换热器98将富含C5-烃料流79加热至30-70℃的温度。富含C5-烃料流79从换热器98行进并与净气流62的部分72结合以形成结合料流102。如所述，将结合料流102引入洗涤器104中。洗涤器104通过将其中所含的任何HCl用苛性碱106中和，其后与水108逆流接触而洗涤结合料流102以形成中和料流110和苛性碱废流112。
因此，描述了用于链烷烃异构化的方法和设备。本文教导的典型实施方案将来自异构化反应区的异构化反应区流出物引入稳定器中。异构化反应区流出物包含HCl、H2、支化链烷烃和C7-烃。稳定器将异构化反应区流出物分离成包含支化链烷烃的产物流和包含HCl和C6-烃的稳定器顶部蒸气流。将稳定器顶部蒸气流引入第一分离器中以除去C3 +烃并形成包含HCl、H2和C5-烃的净气流。将净气流分成第一部分和第二部分。将第一部分引入第二分离器中以形成富含C5-烃料流和富含HCl和H2料流。将基本贫含HCl的富含C5-烃料流加热并与第二部分结合以形成结合料流，将结合料流送入洗涤器中以用苛性碱处理。由于富含C5-烃料流基本不含HCl，结合料流中HCl的量降低，因此需要较少的苛性碱中和HCl。将富含HCl和H2料流引入异构化反应区中的反应器中。反应器包含异构化催化剂，所述异构化催化剂与富含HCl和H2料流接触形成氯化物促进的异构化催化剂。由于富含HCl和H2料流用于将异构化催化剂活化，需要较少的氯化物促进剂将异构化催化剂活化。
尽管在公开内容的前述详细描述中提出了至少一个典型实施方案，应当理解存在大量变化方案。还应当理解一个或多个典型实施方案仅为实例，且不意欲以任何方式限制公开内容的范围、适用性或构型。而是，前述详细描述会提供给本领域技术人员执行公开内容的典型实施方案的方便路线图。应当理解可不偏离如所附权利要求书中所述的公开内容范围作出典型实施方案中所述元素的功能和排列方面的各种变化。

Claims (10)

1.链烷烃异构化的方法，所述方法包括步骤：
将异构化流出物(42)分离成包含支化和非支化链烷烃的产物流(44)和包含HCl、H2和C6-烃的稳定器顶部蒸气流(46)；
将C6-烃从至少一部分稳定器顶部蒸气流(46)中除去以形成富含HCl和H2料流(40)；
将异构化催化剂使用至少一部分富含HCl和H2料流(40)活化以形成氯化物促进的异构化催化剂；和
使链烷烃进料流(22)与氯化物促进的异构化催化剂在氢气的存在下接触以将链烷烃异构化。
2.根据权利要求1的方法，其中脱除步骤包括在有效形成包含C3 +烃的液流(54)和包含HCl、H2和C5-烃的净气流(62)的第一分离条件下分离稳定器顶部蒸气流(46)。
3.根据权利要求2的方法，其中脱除步骤包括在包括30-60℃的第一分离温度的第一分离条件下分离稳定器顶部蒸气流(46)。
4.根据权利要求2的方法，其中脱除步骤包括在包括标准700-2,100kPa的第一分离压力的第一分离条件下分离稳定器顶部蒸气流(46)。
5.根据权利要求2的方法，其中脱除步骤包括：
将净气流(62)分成第一部分(70)和第二部分(72)；和
将C5-烃从净气流(62)的第一部分(70)中除去以形成富含HCl和H2料流(40)。
6.根据权利要求5的方法，其进一步包括：
将净气流(62)的第二部分(72)用苛性碱(106)中和。
7.根据权利要求2的方法，其中脱除步骤包括在有效形成富含C5-烃料流(79)和富含HCl和H2料流(40)的第二分离条件下分离至少一部分净气流(62)。
8.根据权利要求7的方法，其中脱除步骤包括在包括-40至5℃的第二分离温度的第二分离条件下分离至少一部分净气流(62)。
9.根据权利要求7的方法，其中脱除步骤包括在包括标准1,200-2,100kPa的第二分离压力的第二分离条件下分离至少一部分净气流(62)。
10.用于将链烷烃异构化的设备，所述设备包含：
稳定器(20)，其配置以接收异构化流出物(42)并在有效地将异构化流出物(42)分离成包含支化和非支化链烷烃的产物流(44)和包含HCl、H2和C6-烃的稳定器顶部蒸气流(46)的稳定化条件下操作；
第一分离器(52)，其配置以接收稳定器顶部蒸气流(46)并在有效地将稳定器顶部蒸气流(46)分离成包含C3 +烃的液流(54)和包含HCl、H2和C5-烃的净气流(62)的第一分离条件下操作；
第二分离器(84)，其配置以接收至少一部分净气流(62)并在有效地将至少一部分净气流(62)分离成富含C5-烃料流(79)和包含HCl和H2的富含HCl和H2料流(40)的第二分离条件下操作；和
反应区(12)，其包含异构化催化剂并配置以接收至少一部分富含HCl和H2料流(40)和链烷烃进料流(22)且在异构化条件下操作以将异构化催化剂活化形成氯化物促进的异构化催化剂，所述催化剂用于在氢气的存在下与链烷烃进料流(22)接触以将链烷烃异构化。
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