CN107735387B - 用于生产丙烯的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
根据本文所述的一个或多个实施方案，提供一种生产丙烯的方法，所述方法包括使第一物流的第一部分至少部分地复分解以形成第一复分解反应产物，使所述第一复分解反应产物至少部分地裂解以形成裂解反应产物，所述裂解反应产物包含丙烯和乙烯，从至少所述裂解反应产物中至少部分地分离乙烯以形成第一再循环流，将所述第一再循环流与所述第一物流的第二部分组合以形成混合流，并且使所述混合流至少部分地复分解以形成第二复分解反应产物。在实施方案中，所述第二复分解反应产物可包含丙烯，所述第一物流可包含丁烯，并且所述第一再循环流可包含乙烯。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年7月2日提交的美国临时专利申请序列号62/188,068的优先权，所述临时专利申请的全部内容通过引用并入。
技术领域
本公开大致涉及用于生产丙烯的方法和系统，更具体地涉及从包含丁烯的工艺物流生产丙烯的方法和系统。
背景技术
近年来，为供给日益增长的聚丙烯、环氧丙烷和丙烯酸的市场，对丙烯的需求急剧增加。目前，全球生产的大部分丙烯是主要生产乙烯的蒸汽裂解单元的副产品，或者是主要生产汽油的FCC单元的副产品。这些方法无法充分应对丙烯需求的快速增加。
其它丙烯生产方法有助于总丙烯生产。这些方法中包括丙烷脱氢(PDH)、需要乙烯和丁烯的复分解反应、高严格性FCC、烯烃裂解以及甲醇制烯烃(MTO)。然而，丙烯需求有所增加，而丙烯供应并未跟上这种需求增加。
关于通过需要乙烯和丁烯的复分解反应生产丙烯，一般来说，对于高产物收率来说，化学计量比为约1丁烯:1乙烯是理想的。然而，在某些情况下，与丁烯供应相比，乙烯不可用或可用数量不足。因此，由于缺乏可用于反应的乙烯供应，这些需要丁烯和乙烯的方法可能不可行。因此，持续需要有效地将丁烯转化为丙烯的方法，特别是在不需要乙烯的情况下有效地将丁烯转化为丙烯的方法。
发明内容
根据本公开的一个实施方案，可通过如下方法来生产丙烯，所述方法包括将第一物流的第一部分至少部分地复分解以形成第一复分解反应产物，使所述第一复分解反应产物至少部分地裂解以形成裂解反应产物，从至少所述裂解反应产物中至少部分地分离乙烯以形成第一再循环流，将所述第一再循环流与所述第一物流的第二部分组合以形成混合流，并且使所述混合流至少部分地复分解以形成第二复分解反应产物。根据实施方案，所述第一物流可包含丁烯，所述裂解反应产物可包含丙烯和乙烯，所述第一再循环流可包含乙烯，并且所述第二复分解反应产物可包含丙烯。
根据本公开的另一个实施方案，可通过如下方法来生产丙烯，所述方法包括将包含丁烯的第一物流的第一部分引入第一反应器，利用第一复分解催化剂使所述第一物流的所述第一部分至少部分地复分解以形成第一复分解反应产物，利用裂解催化剂使所述第一复分解反应产物至少部分地裂解以产生裂解反应产物，使所述裂解反应产物以裂解反应产物流排出所述第一反应器，将第一再循环流与所述第一物流的第二部分组合以形成混合流并且将所述混合流引入第二反应器，在所述第二反应器中利用第二复分解催化剂使所述混合流至少部分地复分解以产生第二复分解反应产物并且使所述第二复分解反应产物以第二复分解反应产物流排出所述第二反应器。所述方法还可包括从所述裂解反应产物流、所述第二复分解反应产物流或包含两者的混合物的物流中至少部分地分离乙烯，以形成所述第一再循环流。另外，所述方法可包括从所述裂解反应产物流、第二复分解反应产物流或包含两者的混合物的物流中至少部分地分离丙烯，以形成包含丙烯的产物流。根据实施方案，所述第一反应器可包含第一复分解催化剂和裂解催化剂，所述裂解反应产物可包含丙烯和乙烯，所述第一复分解催化剂可通常位于所述裂解催化剂的上游，所述第二反应器可包含第二复分解催化剂，并且所述第二复分解反应产物可包含丙烯。
根据本公开的另一个实施方案，可通过如下方法来生产丙烯，所述方法包括将包含丁烯的第一物流的第一部分引入第一反应器，利用第一复分解催化剂使所述第一物流的第一部分至少部分地复分解以形成第一复分解反应产物，将所述第一复分解反应产物引入第二反应器，利用裂解催化剂使所述第一复分解反应产物至少部分地裂解以产生包含丙烯和乙烯的裂解反应产物，使所述裂解反应产物以裂解反应产物流排出所述第二反应器，将乙烯再循环流与包含丁烯的第一物流的第二部分组合以形成混合流并且将所述混合流引入第三反应器，在所述第三反应器中利用第二复分解催化剂使所述混合流至少部分地复分解以产生包含丙烯的第二复分解反应产物并且使所述第二复分解反应产物以第二复分解反应产物流排出所述第三反应器。所述方法还可包括从所述裂解反应产物流、所述第二复分解反应产物流或包含两者的混合物的物流中至少部分地分离乙烯，以形成所述乙烯再循环流。另外，所述方法还可包括从所述裂解反应产物流、所述第二复分解反应产物流或包含两者的混合物的物流中至少部分地分离丙烯，以形成包含丙烯的产物流。根据实施方案，所述第一反应器可包含第一复分解催化剂和裂解催化剂，并且所述第三反应器可包含第二复分解催化剂。
根据本公开的另一个实施方案，系统可操作以执行本公开中描述的生产丙烯的方法。
本公开中描述的技术的其它特征和优点将在下面的详细描述中得到阐述，并且在某种程度上将是本领域技术人员根据描述显而易见的或者可通过实践如包括下面的详细描述、权利要求以及附图的本公开中所描述的技术而认识到。
附图说明
当结合以下附图理解时，可以最好地理解本公开的具体实施方案的以下详细描述，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：
图1是根据本公开中描述的一种或多种实施方案的第一丁烯转化系统的概括图；
图2是根据本公开中描述的一种或多种实施方案的第二丁烯转化系统的概括图；
图3描绘了根据本公开中描述的一种或多种实施方案，显示图1的系统的产物分布(以重量％/重量百分比计)的条形图；和
图4描绘了根据本公开中描述的一种或多种实施方案，显示图2的系统的产物分布(以重量％计)的条形图。
为了简化图1和图2的示意图和描述，某些炼油操作领域的普通技术人员可以使用并且熟知的众多阀门、温度传感器、电子控制器等不包括在内。此外，未描绘在常规炼油操作中的伴随组件，所述常规炼油操作包括催化转化工艺，例如空气供应、催化剂料斗和烟道气处理。然而，例如前述那些的操作组件可以添加到本公开中描述的实施方案中。
还应该注意的是，附图中的箭头是指可用于在两个或更多个系统组件之间传输蒸汽的传输管线。另外，连接到系统组件的箭头限定了每个给定系统组件中的入口或出口，或两者。箭头方向大致对应于由箭头所表示的物理传输管线内所含的物流材料的主要运动方向。此外，不连接两个或更多个系统组件的箭头表示离开所描绘的系统的产物流或进入所描绘的系统的系统入口流。产物流可以在伴随的化学处理系统中进一步处理，或者可以作为最终产物商业化。系统入口流可以是从伴随的化学处理系统传输的物流，或者可以是未处理的原料流。
现在将更详细地参考各种实施方案，其中一些实施方案在附图中示出。尽可能地，在整个附图中将使用相同的附图标记来提及相同或相似的部件。
具体实施方式
通常，在本公开中描述了用于将丁烯转化成丙烯的系统和方法的多种实施方案。通常，所述转化系统包括可操作以执行如下方法的组件，在所述方法中将包含丁烯的物流分成两个部分，其中第一部分进行复分解反应和裂解反应以形成丙烯和乙烯。将包含丁烯的物流的第二部分与包含乙烯的物流组合。包含丁烯和乙烯的组合流进行复分解。因此，关于包含丁烯的物流，以并行系统布置进行复分解/裂解反应和复分解反应。这两个反应器单元的产物(即，复分解/裂解产物流和裂解产物流)可以任选地组合，并且所述两个物流的组分可以通过一个或多个分离工艺回收。例如，可以通过从复分解/裂解产物流、裂解产物流或两个物流的混合物中的至少一者中至少部分地分离丙烯来回收丙烯流。另外，与包含丁烯的物流的第二部分组合的包含乙烯的物流可以是从一个或多个产物流的其它组分分离乙烯得到的系统再循环流。
此外，在包含丁烯的物流的第一部分和第二部分的反应之后，反应产物流可以被分成多个工艺物流，其中一些物流可以任选地再循环回到系统中。因此，所述系统可以用包含至少约50重量％丁烯的单一系统入口流(例如由石脑油裂解过程产生的残液流)来操作。所述系统通常不需要包含乙烯的系统入口，因为在系统的反应中消耗的乙烯是由丁烯流的第一部分的复分解反应自产生的。
如本公开中所用，“传输管线”可包括通过将一个或多个系统组件流体连通到一个或多个其它系统组件而连接的管道、导管、通道或其它合适的物理传输管线。如本公开中所用，“系统组件”是指系统中包括的任何装置，例如(但不限于)分离单元、反应器、传热装置如加热器和热交换器、过滤器、杂质去除装置、各种的组合等。传输管线通常可以在两个或更多个系统组件之间运载工艺物流。通常，传输管线可以包括多个节段，其中传输管线的“节段”包括传输管线的一个或多个部分，因此传输管线可包括多个传输管线节段。通常，在特定传输管线中的工艺物流的化学组成在传输管线的整个长度上是相似或相同的。然而，应当理解，工艺物流的温度、压力或其它物理特性贯穿传输管线，特别是在不同的传输管线节段中可改变。此外，工艺物流中的相对较小的组成变化可以发生在传输管线的长度上，例如杂质去除。此外，有时将本公开中描述的系统称为“丁烯转化系统”，其是指至少部分地将丁烯转化为一种或多种其它化学物质的任何系统。例如，在一些实施方案中，丁烯至少部分地转化为丙烯。如本公开中所述，丁烯转化系统适合于将包含丁烯的物流(包括基本上不含其它烯烃(例如乙烯、丙烯)的物流)加工成包含显著量的丙烯的产物工艺物流。如本公开中所用，当一种组分以小于0.1重量％的量存在时，物流或组合物“基本上不包含”或“基本上不含”该组分。
如本公开中所用，“分离单元”是指至少部分地彼此分离在工艺物流中混合的一种或多种化学物质的任何分离装置。例如，分离单元可以选择性地将彼此不同的化学物质分开，形成一个或多个化学馏分。分离单元的实例包括(但不限于)蒸馏塔、闪蒸罐、分离罐、分离釜、离心机、过滤装置、捕集器、洗涤器、膨胀装置、膜、溶剂萃取装置等。应当理解，在本公开中描述的分离方法可能无法将全部的一种化学成分与全部的另一种化学成分完全分离。应当理解，在本公开中描述的分离方法“至少部分地”将不同的化学组分彼此分离，即使没有明确说明，也应当理解，分离可以包括仅部分分离。如在本公开中所用，一种或多种化学成分可以从工艺物流中“分离”以形成新的工艺物流。通常，工艺物流可以进入分离单元并被分成或分离成两个或更多个所需组成的工艺物流。此外，在一些分离过程中，“轻馏分”和“重馏分”可以离开分离单元，其中通常轻馏分物流具有比重馏分物流更低的沸点。
如本公开中所用，“反应器”是指其中任选地在一种或多种催化剂存在下在一种或多种反应物之间可能发生一种或多种化学反应的容器。例如，反应器可包括配置成作为批量反应器、连续搅拌釜反应器(CSTR)或塞流反应器操作的槽或管状反应器。示例反应器包括填充床反应器如固定床反应器和流化床反应器。反应器可以包括一个或多个催化剂区段，例如催化剂床，其中“区段”是容纳特定催化剂或多种催化剂组的反应器的区域。在另一个实施方案中，分离和反应可能发生在反应性分离单元中。
如本公开中所用，“催化剂”是指增加特定化学反应速率的任何物质。本公开中描述的催化剂可用于促进各种反应，例如(但不限于)复分解或裂解反应，或两者。如本公开中所用，“复分解催化剂”提高了复分解反应的速率，而“裂解催化剂”提高了裂解反应的速率。如本公开中所用，“复分解”通常是指其中烯烃(链烯烃)的片段通过烯烃键的断裂和再生而重新分布的化学反应。此外，如本公开中所用，“裂解”通常是指其中通过断裂一个或多个碳碳键将具有碳碳键的分子分裂成多于一个分子的化学反应。所产生的裂解分子可与裂解之前的原始分子结合相同数量的碳原子。
复分解催化剂和裂解催化剂的实例公开于共同未决的沙特阿美公司(SaudiAramco)的名称为“用于丙烯生产的双重催化剂体系(Dual Catalyst System forPropylene Production)”的美国临时专利申请No.62/188,178(代理人案号SA 6019MA)和共同未决的沙特阿美公司的名称为“使用介孔二氧化硅泡沫复分解催化剂的丙烯生产(Propylene Production Using a Mesoporous Silica Foam Metathesis Catalyst)”的美国临时专利申请No.62/188,129(代理人案号SA 6016MA)，所述临时专利申请各自通过引用整体并入本公开。如本公开中所述，合适的复分解催化剂可包括用金属氧化物浸渍的介孔二氧化硅催化剂。合适的裂解催化剂可包括丝光沸石骨架倒置(MFI)结构化二氧化硅催化剂。所述介孔二氧化硅催化剂可包括约2.5nm至约40nm的孔径分布和至少约0.600cm3/g(立方厘米/克)的总孔体积。然而，应当理解，本公开中描述的系统可包括任何合适的复分解催化剂和裂解催化剂，例如作为未来发现主题的一种或多种市售催化剂。
在本公开中描述的适用于复分解和裂解反应的反应条件可以根据所用的催化剂组合物而变化。然而，在一些实施方案中，复分解或裂解反应或两者都可在大气压下在约500℃(摄氏度)至约600℃的温度下进行。
如本公开中所述，“丁烯”可至少包括1-丁烯、异丁烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯、2-甲基-2-丁烯、3-甲基-1-丁烯、2-甲基-1-丁烯和环丁烯。丁烯(butene)有时被称为丁烯(butylene)，并且术语“丁烯(butene)”和“丁烯(butylene)”可以在本公开中互换使用。如本公开中所述，“戊烯”可至少包括1-戊烯、顺式-2-戊烯、反式-2-戊烯、4-甲基-反式-2-戊烯、环戊烯和2-甲基-2-戊烯。如本公开中所述，“己烯”可至少包括反式-2-己烯、反式-3-己烯、顺式-3-己烯和环己烯。在本公开中，某些化学物质可以简写符号提及，其中C2代表乙烷，C3代表丙烷，C4代表乙烷，C5代表戊烷，C6代表己烷，C3＝代表丙烯(propylene/propene)，C4＝代表丁烯(butene/butylene)，C5＝代表戊烯，并且C6＝代表己烯。
应当理解，在图1和图2的示意性流程图中，当两个或更多个管线相交时，两个或更多个工艺物流被“混合”或“组合”。混合或组合还可以包括通过将两种物流直接引入同样的反应器、分离装置或其它系统组件中而混合。
应当理解，虽然图1和图2的实施方案可能具有不同的机械装置或工艺物流组成或两者，但是这些实施方案通常共用许多相同的系统组件和传输管线。因此，在图1和图2的各种实施方案中发生在相同系统组件中的过程可以彼此相似或相同。例如，标有相同附图标记的图1和图2的系统组件可以在各种实施方案中执行相似或相同的操作。图1和图2的实施方案中的一些工艺物流可能包括相似或相同的组合物，而其它可能不包括相似或相同的组合物。为了清楚起见，图1和图2的实施方案的传输管线各自被给予不同的附图标记，使得可以容易地识别其所容纳的物流的组成。然而，虽然在图1和图2的各种实施方案中一些传输管线可以处于相同区域中并且具有相同功能，但是它们可以具有基本上不同的组成(例如在存在再循环流或者再循环流在不同的系统位置再次进入的情况下)。在图1和图2的相同区域中包含的一些工艺物流在相同的加工条件(例如，相同的入口流组成)中可能相似或甚至相同。例如，传输管线/节段的物流，例如(但不限于)：210和301A的组成可能相似或基本上相同；236和336的组成可能相似或基本上相同；234和334的组成可能相似或基本上相同；207和307的组成可能相似或基本上相同；216和316的组成可能相似或基本上相同；并且206和406的组成可能相似或基本上相同。本公开中提供的实施例进一步阐明了各种实施方案之间物流组成的差异。
现在参看图1的工艺流程图，在一个实施方案中，丁烯转化系统100可包括复分解/裂解反应器120，其包括复分解催化剂区段122和裂解催化剂区段124。通常，包含丁烯的系统入口流通过传输管线210进入丁烯转化系统100。所述系统入口流通常至少包含丁烯，并且可任选地包含其它化学物质如丁烷。例如，所述系统入口流可包含至少约20重量％、30重量％、40重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％或甚至至少约70重量％丁烯。传输管线210的系统入口流可包含至少约15重量％、20重量％、25重量％、30重量％或甚至至少约35重量％丁烷，并且可包含0重量％至约10重量％、8重量％、2重量％或4重量％乙烯，或者可能基本上不包含乙烯。传输管线210中的系统入口流与传输管线212中的再循环流组合，形成存在于传输管线201中的混合流。使所述混合流通过传输管线节段201A、201B、201C和201D，并且被分成位于传输管线节段201E和201F中的两个混合流部分。传输管线节段201E中的混合流被注入到复分解/裂解反应器120中。
在实施方案中，传输管线212的再循环流可包含丁烯和丁烷。例如，传输管线212的再循环流可包含至少约5重量％、10重量％、15重量％或甚至至少约20重量％丁烯，并且可包含至少约50重量％、60重量％、70重量％或甚至大于约80重量％丁烷。传输管线212的再循环流可包含至少约80重量％、90重量％或甚至至少约95重量％的丁烷和丁烯。传输管线201的混合流可包含丁烷和丁烯。例如，传输管线201的混合流可包含至少约5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％或甚至至少约35重量％丁烯，并且可包含至少约40重量％、50重量％、60重量％、70重量％或甚至大于约80重量％丁烷。传输管线201的混合流可包含至少约80重量％、90重量％或甚至至少约95重量％的丁烷和丁烯的组合。
在一个实施方案中，混合流可以分成传输管线节段201E中的第一混合流部分和传输管线节段201F中的第二混合流部分，其中所述第一混合流部分的质量流率与所述第二混合流部分的流率之间的比率为约2:1至3:1，1.5:1至4:1，或1:1至6:1。
混合流可以在分成节段201E和201F的物流之前通过一个或多个系统组件处理。在一些实施方案中，传输管线201可包括几个节段(描绘为201A、201B、201C和201D)，其可以通过系统组件如杂质去除装置110、传热装置112和传热装置114分离。杂质去除装置110可以去除混合流中存在的含氧化合物。在一个实施方案中，杂质去除装置包括催化床。传热装置112可以是用于通过与传输管线203A中存在的物流交换能量来提高混合流的温度的热交换器。传热装置114可以是用于进一步加热混合流的加热器。应当理解，杂质去除装置110、传热装置112和传热装置114是丁烯转化系统100中的任选组件。应当理解，位于传输管线201的各个节段的所有物流(即，201A、201B、201C、201D、201E和201F)被认为是混合流的部分，纵使在各个节段201A、201B、201C、201D、201E和201F中系统入口流的化学组成、温度或其它性质可能不同。
仍参看图1，复分解催化剂区段122通常位于裂解催化剂区段124的上游，即，裂解催化剂区段124通常位于复分解催化剂区段122的下游。节段201E的混合流的部分进入复分解/裂解反应器120，并在复分解催化剂区段122中进行复分解反应，形成复分解反应产物。在复分解反应之后，复分解反应产物在裂解催化剂区段124中的裂解反应中裂解。所述裂解反应形成裂解反应产物。通常，进行裂解或复分解或两者的反应物在反应期间都与相应的催化剂紧密地混合。
如本公开中所用，“复分解反应产物”是指由复分解反应产生的整个产物混合物，包括未进行复分解的复分解产物流的任何部分。另外，如本公开中所用，“裂解反应产物”是指由裂解反应产生的整个产物混合物，包括未进行裂解的裂解产物混合物的任何部分。
裂解反应产物经由传输管线232以裂解反应产物流排出复分解/裂解反应器120。传输管线232的裂解反应产物可包含以下，由以下组成或基本上由以下组成：烷烃和烯烃的混合物，包括(但不限于)乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷和庚烷中的一种或多种。裂解反应产物可包含至少约2重量％、4重量％、6重量％、8重量％、10重量％、12重量％、14重量％、16重量％、18重量％、20重量％、22重量％、24重量％、26重量％、28重量％或甚至至少约30重量％丙烯。
将节段201F中存在的混合流的部分与传输管线234中存在的乙烯再循环流组合。乙烯再循环流可以从将在本公开中描述的分离单元130的分离工艺产生。一般来说，传输管线234的乙烯再循环流包含至少约50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或甚至至少约99重量％乙烯。节段201F的混合流与传输管线234的乙烯再循环流的组合形成传输管线238中存在的丁烯/乙烯混合流。
仍参看图1，复分解反应器140包括复分解催化剂区段141，例如复分解催化剂床。复分解反应器140和复分解/裂解反应器120相对于传输管线201的混合流平行布置。来自传输管线238的丁烯/乙烯流进入复分解反应器140中，并在复分解催化剂区段141中进行复分解反应，形成复分解反应产物。所述复分解反应产物可经由传输管线240以复分解反应产物流排出复分解反应器。传输管线240的复分解反应产物可包含以下，由以下组成或基本上由以下组成：烷烃和烯烃的混合物，包括(但不限于)乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷和庚烷中的一种或多种。传输管线240的复分解反应产物可包含至少约2重量％、4重量％、6重量％、8重量％、10重量％、12重量％、14重量％、16重量％、18重量％、20重量％、22重量％、24重量％、26重量％、28重量％或甚至至少约30重量％丙烯。
传输管线240的复分解反应产物流可与传输管线232的裂解反应产物流组合，形成传输管线203(包括节段203A和203B)的混合产物流。在一个实施方案中，如图1所示，传输管线203的混合产物流可经由传热装置112与节段201B的混合流进行热交换。
传输管线节段203B的混合反应产物流可以分成具有所需组成的一种或多种物流。通常，包含丙烯的产物流，例如图1中的传输管线207所示，可以通过分离混合反应产物流中的丙烯而形成。此外，传输管线234的乙烯再循环流可以与传输管线节段203B的混合反应产物流分离。丙烯产物流可包含至少约50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或甚至至少约99重量％丙烯。应当理解，可以利用多种分离方法来生产包含丙烯的产物流。
在一个实施方案中，如图1所示，可以将传输管线节段203B的混合反应产物流引入一个或多个分离单元，例如分离单元130。混合反应产物可以进入分离单元130，其中轻质成分如乙烷和乙烯可被去除。轻质成分如乙烯可经由传输管线236从丁烯转化系统100中清除，或者可经由传输管线234用作乙烯再循环流。传输管线234和传输管线236中包含的物流可包含乙烯，由乙烯组成或基本上由乙烯组成。例如，传输管线204或传输管线205或两者的物流可包含至少约50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或甚至至少约99重量％乙烯。来自分离单元130的重馏分可经由传输管线206排出分离单元130。管线206的物流可包含烷烃和烯烃的混合物，包括(但不限于)丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷和庚烷中的一种或多种。传输管线206的物流可进入分离单元140，其中丙烯与其它成分分离。轻馏分(即丙烯)可以作为丙烯产物流经由传输管线207离开分离单元140。传输管线207中包含的丙烯产物流可包含丙烯，由丙烯组成或基本上由丙烯组成。例如，传输管线204或传输管线205或两者的物流可包含至少约50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或甚至至少约99重量％丙烯。来自分离单元140的重馏分可经由传输管线208排出分离单元140。管线208的物流可包含烷烃和烯烃的混合物，包括(但不限于)丁烯、戊烯、己烯、庚烯、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷和庚烷中的一种或多种。
传输管线208的物流可被注入到分离单元150中，其中一种或多种馏分可以彼此分离。在一个实施方案中，塔底馏分可以传输管线214中包含的物流离开分离单元150。传输管线214的物流可包含丁烯、戊烯、戊烷、己烯、庚烯和丁烷中的一种或多种。主要包含丁烯和丁烷的塔顶馏分可以传输管线212中包含的再循环流离开分离单元150。传输管线212中包含的再循环流的一部分可经由传输管线216从系统100中清除。其余部分可通过将传输管线212的再循环流与传输管线210的系统入口流组合而再循环到系统100中。在实施方案中，传输管线212的再循环流可包含至少约5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％或甚至至少约35重量％丁烯，并且可包含至少约40重量％、50重量％、60重量％、70重量％或甚至大于约80重量％丁烷。传输管线512的再循环流可包含至少约80重量％、90重量％或甚至至少约95重量％的丁烷和丁烯。
图2描绘了与图1类似的实施方案，但是包含丁烯的再循环流(以传输管线312示出)混合到丁烯转化系统200的不同部分。如图2所示，丁烯转化系统200包括传输管线312(包括节段312A和312B)中的再循环流，其与传输管线节段301F和传输管线334的物流组合。在实施方案中，传输管线312的再循环流可包含至少约5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％或甚至至少约35重量％丁烯，并且可包含至少约40重量％、50重量％、60重量％、70重量％或甚至大于约80重量％丁烷。传输管线512的再循环流可包含至少约80重量％、90重量％或甚至至少约95重量％的丁烷和丁烯。
在图2的实施方案中，由于传输管线312的再循环流不与入口流301组合，因此进入复分解/裂解反应器120的工艺物流是传输管线301的入口流。传输管线332的裂解反应产物可包含以下，由以下组成或基本上由以下组成：烷烃和烯烃的混合物，包括(但不限于)乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷和庚烷中的一种或多种。裂解反应产物可包含至少约2重量％、4重量％、6重量％、8重量％、10重量％、12重量％、14重量％、16重量％、18重量％、20重量％、22重量％、24重量％、26重量％、28重量％或甚至至少约30重量％丙烯。
应当理解，本公开中描述的丁烯转化系统不需要包含丁烯的再循环流(如图1的实施方案中的传输管线212和图2的实施方案中的传输管线312中所存在)。例如，在实施方案中，传输管线208的工艺物流可以从丁烯转化系统中排出。在其它实施方案中，图1和图2的再循环流可以用于同一系统。
参看图1和图2的实施方案，应当理解，传输管线236和336的工艺物流的流率可以基于在外部工艺或销售中利用传输管线236和336的乙烯实现商业利益的需求来控制。例如，如果乙烯相对于丙烯可商业销售，则其流率可能会增加。此外，应当理解，其它系统物流可以响应于传输管线236和336的流率变化而变化。例如，如果传输管线236或336的流率增加，则更少的乙烯将可用于反应器140中的复分解反应。因此，在一些实施方案中，供应给复分解反应器140的丙烯量应通过降低至少传输管线节段201F、301F或312A或各自的流率来降低。
在另一个实施方案中，本公开中描述的丁烯转化系统可包括串联的多个反应器来代替复分解/裂解反应器120。在一些实施方案中，当在不同条件(如温度或压力)下进行复分解反应和裂解反应时，利用串联的反应器可能是有利的。在这些实施方案中，系统可包括复分解反应器，其包括复分解催化剂区段，例如复分解催化剂床；以及裂解反应器，其包括裂解催化剂区段，例如裂解催化剂床。在这种实施方案中，复分解反应器和裂解反应器串联布置，其中复分解反应器通常位于裂解反应器的上游，即裂解反应器通常位于复分解反应器的下游。参照图1，来自节段201E的入口流进入复分解反应器并且进行复分解反应，形成复分解反应产物。所述复分解反应产物然后可以复分解反应产物流排出复分解反应器。所述复分解反应产物流然后进入裂解反应器，并且在裂解反应中裂解。所述裂解反应形成裂解反应产物。所述裂解反应产物以类似于图1的物流232的裂解反应产物流排出裂解反应器。串联布置的独立的复分解和裂解反应器的实例可获自共同未决的沙特阿美公司的名称为“用于生产丙烯的系统和方法(Systems and Methods for Producing Propylene)”的美国临时专利申请No.62/188,052(代理人案号SA 6017MA)，所述临时专利申请的全部内容通过引用并入本公开。这种双重反应器系统可通过用串联的两个反应器代替反应器120而整合到图1和图2的系统中。
通常，在本公开中描述的实施方案中适合作为入口流的含有丁烷和丁烯的物流可以由精炼操作产生。这种含有丁烷和丁烯的物流可以分成几个馏分，形成第一残液、第二残液和第三残液。在一个实施方案中，系统入口流可以是来自诸如常规炼油厂的烯烃精炼系统的残液流。从精炼操作产生的物流通常可包含C4烷烃和烯烃，包括丁烷、丁烯和丁二烯。可以通过将1,3-丁二烯与物流中的其它C4成分分离来产生“第一残液”。所述第一残液可包含异丁烯、顺式-2-丁烯和反式-2-丁烯。例如，第一残液可包含以下或基本上由以下组成：约40重量％至约50重量％、约35重量％至约55重量％、或约30重量％至约60重量％的异丁烯以及约30重量％至约35重量％、约25重量％至约40重量％、或约20重量％至约45重量％的顺式-2-丁烯和反式-2-丁烯的总和。可通过将异丁烯与第一残液的其它C4成分分离来产生“第二残液”。例如，所述第二残液可包含以下或基本上由以下组成：约50重量％至约60重量％、约45重量％至约65重量％、或约40重量％至约70重量％的顺式-2-丁烯和反式-2-丁烯的总和，约10重量％至约15重量％、约5重量％至约20重量％、或约0重量％至约25重量％的1-丁烯，和约15重量％至约25重量％、约10重量％至约30重量％、或约5重量％至约35重量％的丁烷。本文中所述系统的入口流可以基本上不含异丁烯，并且可以基本上由2-丁烯和正丁烷组成。
实施例
通过以下实施例将进一步阐明通过流化催化裂解来裂解轻燃料馏分和重燃料馏分的方法和系统的各种实施方案。所述实施例本质上是说明性的，而不应被理解为限制本公开的主题。
实施例1
使用Aspen
(可从AspenTech商购获得)对图1的系统进行计算机建模。后续表格(表1-4)描绘了所选物流的物流组成和流率以及热性质。为模拟提供的反应速率代表复分解催化剂W-SBA-15和裂解催化剂MFI-2000的实验反应速率，如共同未决的沙特阿美公司的名称为“用于丙烯生产的双重催化剂系统(Dual Catalyst System for PropyleneProduction)”的美国临时专利申请No.62/188,178(代理人案号SA 6019MA)的实施例1、3和6中所述。该模型使用35重量％顺式-2-丁烯、35重量％反式-2-丁烯和30重量％正丁烷的系统入口流。物流编号对应于图1所示的物流或物流节段。对于100％效率和80％效率进行模拟。对于每次模拟，用于模拟的数据以重量计和以摩尔计提供。具体地，表1描绘了图1的系统在100％效率下的模拟数据，并示出以质量计的组分。表2描绘了图1的系统在100％效率下的模拟数据，并示出以摩尔计的组分。表3描绘了图1的系统在80％效率下的模拟数据，并示出以质量计的组分。表4描绘了图1的系统在80％效率下的模拟数据，并示出以摩尔计的组分。另外，图3描绘了如表1所示的显示图1的系统的产物分布的条形图，其中，在所述条形图上，“丙烯”对应于传输管线207的物流，“轻质物清除”对应于传输管线236的物流，“C4清除”对应于传输管线216的物流，并且“C5+重质物”对应于传输管线214的物流。
表1-图1，100％效率，重量％
表1(续)-图1，100％效率，重量％
表2-图1，100％效率，摩尔％
表2(续)-图1，100％效率，摩尔％
表3-图1，80％效率，重量％
表3(续)-图1，80％效率，重量％
表4-图1，80％效率，摩尔％
表4(续)-图1，80％效率，摩尔％
实施例2
也使用Aspen
对图2的系统进行计算机建模。后续表格(表9-16)描绘了所选物流的物流组成和流率以及热性质。该模型使用的系统入口流组成和催化剂反应速率与实施例1相同。将具有35重量％顺式-2-丁烯、35重量％反式-2-丁烯和30重量％正丁烷的系统入口流用于该模型。物流编号对应于图2所示的物流或物流节段。对于100％效率和80％效率进行模拟。另外，对于每次模拟，数据以重量计和以摩尔计提供。表5描绘了图2的系统在100％效率下的模拟数据，并示出以质量计的组分。表6描绘了图2的系统在100％效率下的模拟数据，并示出以摩尔计的组分。表7描绘了图2的系统在80％效率下的模拟数据，并示出以质量计的组分。表8描绘了图2的系统在80％效率下的模拟数据，并示出以摩尔计的组分。另外，图4描绘了如表5所示的显示图2的系统的产物分布的条形图，其中，在所述条形图上，“丙烯”对应于传输管线307的物流，“轻质物清除”对应于传输管线336的物流，“C4清除”对应于传输管线316的物流，并且“C5+重质物”对应于传输管线314的物流。
表5-图2，100％效率，重量％
表5(续)-图2，100％效率，重量％
表6-图2，100％效率，摩尔％
表6(续)-图2，100％效率，摩尔％
表7-图2，80％效率，重量％
表7(续)-图2，80％效率，重量％
表8-图2，80％效率，摩尔％
表8(续)-图2，80％效率，摩尔％
实施例2
表17示出图1和图2的实施方案的丁烯转化率、丙烯选择性和丙烯收率。使用Aspen
利用如表1和表9所提供的那些条件来确定数据。
丁烯转化率定义为：
丙烯选择性定义为：
丙烯收率定义为：
表17
| 图1的实施方案 | 图2的实施方案 | |
| 丁烯转化率 | 80.6％ | 79.9％ |
| 丙烯选择性 | 60.5％ | 74.2％ |
| 丙烯收率 | 79.8％ | 69.6％ |
为了描述和定义本公开，应注意，本公开中使用术语“约”来表示可归因于任何定量比较、数值、测量结果或其它表示的固有的不确定性程度。在本公开中还使用术语“约”来表示在不导致所讨论主题的基本功能改变的情况下定量表示相比于所述参考可以变化的程度。此外，本公开中使用术语“基本上由……组成”来指代不会实质上影响本公开的基本和新颖特征的定量值。例如，“基本上由特定化学成分或化学成分组而组成的”化学物流应理解为是指该物流包括至少约99.5％的该特定化学成分或化学成分组。
应当注意，以下权利要求中的一个或多个使用术语“其中”作为过渡短语。为了定义本技术，应注意的是，该术语在权利要求中作为开放式过渡短语引入，用于引入一系列结构特征的叙述，并且应以与更常用的开放式前导词“包括”类似的方式进行解释。
应当理解，赋予某一性质的任何两个定量值可构成该性质的范围，并且在本公开中考虑了由给定性质的所有所述定量值形成的范围的所有组合。应当理解，物流或反应器中的化学成分的组成范围应被理解为在一些实施方案中包含该成分的异构体混合物。例如，限定丁烯的组成范围可包括丁烯的各种异构体的混合物。应当理解，实施例提供各种物流的组成范围，并且特定化学组成的异构体的总量可以构成一个范围。
已经详细描述了本公开的主题，并通过参考具体实施方案，注意到本公开中描述的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及作为本公开中描述的各种实施方案的重要组成部分的元件，即使在伴随本说明书的每个附图中示出特定元件的情况下。相反，所附权利要求应被视为本公开的宽度的唯一表示以及本公开中描述的各种实施方案的相应范围。此外，显而易见的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，修改和变化是可能的。
Claims (15)
1.一种用于生产丙烯的方法，所述方法包括：
使第一物流的第一部分至少部分地复分解以形成第一复分解反应产物，所述第一物流包含丁烯；
使所述第一复分解反应产物至少部分地裂解以形成裂解反应产物；
将再循环流与所述第一物流的第二部分组合以形成混合流，所述再循环流包含乙烯；和
使所述混合流至少部分地复分解以形成第二复分解反应产物。
2.根据权利要求1所述的方法，所述裂解反应产物包含丙烯和乙烯。
3.根据权利要求1所述的方法，所述第二复分解反应产物包含丙烯。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其还包括将所述第一物流分成第一部分和第二部分。
5.根据权利要求1-3任一所述的方法，其中所述第一物流包含至少10重量％丁烯。
6.一种用于生产丙烯的方法，所述方法包括：
将第一物流分成第一部分和第二部分，所述第一物流包含丁烯；
使所述第一物流的所述第一部分至少部分地复分解以形成第一复分解反应产物；
使所述第一复分解反应产物至少部分地裂解以形成裂解反应产物；和
使包含乙烯的再循环流与所述第一物流的第二部分形成的混合物至少部分复分解，以形成第二复分解产物。
7.根据权利要求6所述的方法，所述裂解反应产物包含丙烯和乙烯。
8.根据权利要求6所述的方法，所述第二复分解反应产物包含丙烯。
9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其中所述第一物流包含至少10重量％丁烯。
10.根据权利要求6-8任一所述的方法，还包括将所述裂解反应物流与所述第二复分解反应产物组合以形成组合物流。
11.一种用于生产丙烯的方法，所述方法包括：
使第一物流的第一部分至少部分地复分解以形成第一复分解反应产物，所述第一物流包含丁烯；
使所述第一复分解反应产物至少部分地裂解以形成裂解反应产物，所述裂解反应产物包含丙烯和乙烯；
从至少所述裂解反应产物至少部分地分离乙烯以形成第一再循环流，所述第一再循环流包含乙烯；
将所述第一再循环流与所述第一物流的第二部分组合以形成混合流；和
使所述混合流至少部分地复分解以形成第二复分解反应产物，所述第二复分解反应产物包含丙烯。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一物流包含至少10重量％丁烯。
13.根据权利要求11所述的方法，其还包括从所述裂解反应产物流和所述第二复分解反应产物中的至少一者中至少部分地分离丙烯以形成包含至少80％重量丙烯的产物流。
14.根据权利要求11-13任一所述的方法，其还包括从所述裂解反应产物流和所述第二复分解反应产物流中的至少一者中至少部分地分离丁烯以形成包含至少10重量％丁烯的第二再循环流。
15.根据权利要求11-13任一所述的方法，其还包括将所述第二再循环流与被分成第一部分和第二部分的第一物流上游的所述第一物流组合。
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