CN108137442A - 纯化1,3-丁二烯的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了纯化1,3‑丁二烯的系统。一种示例性系统包括第一蒸馏塔、第二蒸馏塔以及在第一蒸馏塔和第二蒸馏塔之间的互连。第一互连可将液流从第二蒸馏塔供给到第一蒸馏塔，而第二互连可将气流从第二蒸馏塔供给到第一蒸馏塔。还提供了纯化1,3‑丁二烯的方法。

Description

纯化1,3-丁二烯的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月23日提交的美国临时申请号62/245,333的优先权和权益。所引用的申请的内容通过引用并入本申请中。

技术领域

本发明公开的主题涉及用于纯化1,3-丁二烯的方法和系统。

背景技术

1,3-丁二烯是一种很有价值的烃。也称为丁-1,3-二烯、刺桐烯(erythrene)和乙烯基乙烯，它是最简单的1,3-二烯化合物。1,3-丁二烯可以用作用于制备各种聚合物(包括合成橡胶)的单体起始材料。1,3-丁二烯可以用作己二腈生产中的原料。1,3-丁二烯也可用作在某些Diels-Alder反应中的基质。

可以从不同来源获得1,3-丁二烯，包括正丁烷的脱氢和乙醇的反应。也可以从C4烃的混合物中分离出1,3-丁二烯，例如从蒸汽裂化过程获得的C4馏分中。从本领域已知的萃取蒸馏方法可以获得包含约89重量％至约99重量％的1,3-丁二烯和更少量的1,2-丁二烯、2-丁烯(顺式和反式)、丙炔和/或C5烃的粗品1,3-丁二烯。可以进一步纯化粗品1,3-丁二烯以提供99.6重量％或更高纯度的1,3-丁二烯。

用于纯化粗品1,3-丁二烯的某些方法可涉及通过两个单独的蒸馏塔的两级蒸馏。在这些方法中，可以将含有丙炔、1,2-丁二烯和C5烃以及其它化合物的粗品1,3-丁二烯加入第一蒸馏塔中。丙炔可以作为气(蒸气)流从第一蒸馏塔顶部移出，而含有1,3-丁二烯、1,2-丁二烯和C5烃的液流从第一蒸馏塔进入第二蒸馏塔。然后可将1,3-丁二烯作为液流从第二蒸馏塔顶部移出，而将1,2-丁二烯和C5烃作为液流从塔下部移出。

当粗品1,3-丁二烯含有大量的顺式和/或反式-2-丁烯时，用于纯化粗品1,3-丁二烯的某些方法的缺点可能是差的性能。存在着对用于纯化1,3-丁二烯至恒定高纯度的方法和系统的需求，即使在相对高水平的2-丁烯的存在下也是如此。

发明内容

本发明公开提供了用于纯化1,3-丁二烯的系统和方法。在一个实施方案中，一种用于纯化1,3-丁二烯的示例性系统包括第一蒸馏塔和第二蒸馏塔，每个塔具有顶部、底部和中间部分。该系统包括在第一蒸馏塔顶部和第二蒸馏塔顶部之间的第一互连。第一互连被构造成将液流从第二蒸馏塔供给到第一蒸馏塔。该系统还包括在第一蒸馏塔底部和第二蒸馏塔底部之间的第二互连。第二互连被构造成将气体料流从第二蒸馏塔供给到第一蒸馏塔。

在某些实施方案中，第一蒸馏塔可以是具有第一尺寸的预分馏塔，第二蒸馏塔可以是具有第二尺寸的蒸馏塔。第二尺寸可以大于第一尺寸。

在某些实施方案中，该系统可进一步包括被构造成将液体1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔中的1,3-丁二烯进料管线。1,3-丁二烯进料管线可被构造成将液体1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔的中间部分。

在某些实施方案中，该系统可以进一步包括产物出口管线，该产物出口管线被构造为从第二蒸馏塔中间部分移出纯化的1,3-丁二烯。

在某些实施方案中，第一蒸馏塔可以具有约30个理论塔板。

在一个实施方案中，一种用于纯化1,3-丁二烯的示例性方法包括提供第一蒸馏塔和第二蒸馏塔，每个塔具有顶部、底部和中间部分。该方法包括将液体1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔中，从第一蒸馏塔顶部移出气流到第二蒸馏塔顶部，并从第一蒸馏塔底部移出液流到第二蒸馏塔底部。该方法进一步包括在第二蒸馏塔中取出一部分液体回流并将该部分液体回流供给到第一蒸馏塔，在第二蒸馏塔中取出一部分气相并将该部分气相供给到第一蒸馏塔，并从第二蒸馏塔中移出纯化的1,3-丁二烯。

在某些实施方案中，液体1,3-丁二烯可以是含有顺式-2-丁烯和/或反式-2-丁烯的粗品1,3-丁二烯。在某些实施方案中，纯化的1,3-丁二烯可以具有至少99.6重量％的纯度。

在某些实施方案中，纯化1,3-丁二烯的方法可以进一步包括从第二蒸馏塔中移出包含丙炔的气流。

在某些实施方案中，用于纯化1,3-丁二烯的方法可以进一步包括从第二蒸馏塔移出包含1,2-丁二烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯和/或C5烃的液流。

在某些实施方案中，第二蒸馏塔内的压力可以在3巴和8巴之间。在某些实施方案中，第二蒸馏塔内的温度可以在30℃和50℃之间。

附图说明

图1是显示了根据所公开的主题的一个非限制性实施方案的纯化1,3-丁二烯的示例性系统的示意图。

具体实施方式

本发明公开的主题提供了用于纯化1,3-丁二烯的系统和方法。通过本公开的系统和方法纯化的1,3-丁二烯可以是粗品1,3-丁二烯。粗品1,3-丁二烯可以来源于C4烃馏分的分馏。例如，可以通过从蒸汽裂化获得的C4馏分的两级萃取蒸馏获得粗品1,3-丁二烯。也可以通过目的1,3-丁二烯生产技术如正丁烷的脱水获得粗品1,3-丁二烯。粗品1,3-丁二烯可以具有约89重量％至约99重量％，例如89重量％、90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％或99重量％的纯度。粗品1,3-丁二烯可能含有各种杂质，其可包括1,2-丁二烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯、丙炔和C5烃(例如戊烷的异构体和戊烯的异构体)。

为了说明而非限制的目的，图1是描绘了根据所公开的主题的一个非限制性实施方案的纯化1,3-丁二烯的示例性系统的示意图。示例性系统100可以包括第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102，每个塔具有顶部、底部和中间部分。如图1所示，第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102可以垂直取向。第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102各自可以具有在图1中分别表示为h101和h102的高度。

作为非限制性实例，每个塔的顶部可以被限定为每个塔的大约上四分之一，即每个塔101,102的从塔顶向下延伸至沿着高度h101，h102从塔顶到塔底的距离的四分之一(1/4)的部分。每个塔的中间部分可以被限定为每个塔的大约下一个四分之一，即每个塔101,102的从沿着高度h101，h102的从塔顶到塔底的距离的四分之一(1/4)延伸至所述距离的四分之二(2/4)的部分。每个塔的底部可以被限定为每个塔的大约下一半，即每个塔101,102的从沿着高度h101，h102的从塔顶到塔底的距离的四分之二(2/4)延伸至塔底的部分。

每个塔101,102的顶部、底部和中间部分可以可选地根据每个塔的理论塔板来定义。在某些实施方案中，理论塔板可以沿着每个塔的高度均匀间隔开。如图1所示，示例性第一蒸馏塔101具有30个理论塔板。第一蒸馏塔101的第一、第十二和第三十理论塔板在图1中分别表示为TP1、TP12和TP30。第一蒸馏塔101的顶部可以被定义为包围第一理论塔板至大约第八理论塔板。第一蒸馏塔101的中间部分可以被定义为包括大约第九理论塔板至大约第十六理论塔板。第一蒸馏塔101的底部可以被定义为包括大约第十七理论塔板至第三十理论塔板。如图1所示，示例性第二蒸馏塔102具有87个理论塔板。第二蒸馏塔102的第一、第十七、第二十五、第四十六和第八十七理论塔板在图2中分别表示为TP1、TP17、TP25、TP46和TP87。第二蒸馏塔102的顶部可以被定义为包围第一理论塔板至大约第二十理论塔板。第二蒸馏塔102的中间部分可以被定义为包围大约第二十一理论塔板至大约第四十理论塔板。第二蒸馏塔102的底部可以被定义为包围大约第四十一理论塔板至第八十七理论塔板。

如图1所示，系统100可以进一步包括在第一蒸馏塔101顶部和第二蒸馏塔102顶部之间的第一互连103。第一互连103可以被构造成将液流从第二蒸馏塔102供给到第一蒸馏塔101。换句话说，第一互连103可以在第二蒸馏塔102中取出一部分液体回流并将该部分液体回流供给到第一蒸馏塔101。系统100还可以包括在第一蒸馏塔101底部和第二蒸馏塔102底部之间的第二互连104，并且可以构造成将气流从第二蒸馏塔102供给到第一蒸馏塔101。换句话说，第二互连104可以在第二蒸馏塔102中取出一部分气相并将该部分气相供给到第一蒸馏塔101。

如图1所示，系统100可以进一步包括在第一蒸馏塔101顶部和第二蒸馏塔102顶部之间的第三互连105。第三互连105可以被构造成将气流从第一蒸馏塔101供给到第二蒸馏塔102。换句话说，第三互连105可以将气流从第一蒸馏塔101顶部移出到第二蒸馏塔102顶部。系统100还可以包括在第一蒸馏塔101底部和第二蒸馏塔102底部之间的第四互连106。第四互连106可以被构造成将液流从第一蒸馏塔101供给到第二蒸馏塔102。换句话说，第四互连106可以将液流从第一蒸馏塔101底部移出到第二蒸馏塔102底部。

如图1所示，系统100可包括被构造成将液体1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔101中的1,3-丁二烯进料管线107。1,3-丁二烯进料管线107可将1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔101的中间部分。如上所述，1,3-丁二烯进料管线107可以从粗品1,3-丁二烯来源例如由C4烃馏分得到的粗品1,3-丁二烯进料1,3-丁二烯。

如图1所示，系统100可以包括产物出口管线108，该产物出口管线108被构造为从第二蒸馏塔102的中间部分移出纯化的1,3-丁二烯。系统100可以包括顶部料流管线109，该顶部料流管线109被构造为从第二蒸馏塔102顶部移出气流。顶部料流管线109可以联接到热交换器110。热交换器110可以是适于冷却从顶部料流管线109供给的气流的冷凝器。热交换器110可冷凝来自顶部料流管线109的气流中的一部分低挥发性组分，并可通过返回管线112将低挥发性组分返回到第二蒸馏塔102。返回到第二蒸馏塔102的低挥发性组分可以包括1,3-丁二烯。来自顶部料流管线109的气流中较高挥发性的组分例如丙炔可在通过热交换器110之后保持气体并且可作为移动通过蒸气出口管线111的气流被分离。可以从蒸气出口管线111回收更高挥发性的丙炔和其他组分。系统100还可以包括底部料流管线113，该底部料流管线113被构造为从第二蒸馏塔102底部移出液流。底部料流管线113可以联接到热交换器114。热交换器114可以加热从底部料流管线113供给的液流。热交换器114可以蒸发来自底部料流管线113的液流中的更高挥发性组分的一部分，并且可以通过返回管线116将更高挥发性的组分返回到第二蒸馏塔102。返回到第二蒸馏塔102的更高挥发性组分可以包括一些量的1,3-丁二烯。来自底部料流管线113的液流内的低挥发性组分(例如1,2-丁二烯、顺式丁烯、反式丁烯和C5烃)在通过热交换器114之后可以保持液态，并且可以作为移动通过液体出口管线115的液流被分离。

在某些实施方案中，热交换器110,114中的一个或两个可以包括气/液分离器。在其他实施方案中，热交换器110,114中的一个或两个可联接到分开的气/液分离器。作为非限制性实例，热交换器110可以联接到回流罐，该回流罐可以将液流(例如，通过返回管线112输送的液流)和气流(例如通过蒸气出口管线111输送的气流)分离。作为非限制性实例，热交换器114可以是釜式或热虹吸式再沸器，其可以将液流(例如，通过液体出口管线115输送的液流)和气流(例如通过返回管线116输送的气流)分离。

如图1所示，第一蒸馏塔101是具有第一尺寸的预分馏塔，第二蒸馏塔102是具有第二尺寸的蒸馏塔。第二尺寸可以大于第一尺寸。例如，如图1所示，第二蒸馏塔102的高度h102可以大于第一蒸馏塔101的高度h101。在某些实施方案中，第二蒸馏塔102可以包括用于热量输入的冷凝器和再沸器，而第一蒸馏塔101可以在没有冷凝器或再沸器的情况下操作。这样，第一蒸馏塔101可以用作预分馏塔，而第二蒸馏塔102可以用作主蒸馏塔。没有冷凝器或再沸器的第一蒸馏塔101的操作可以改善系统100的能量消耗。

第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102中的一个或两个可以配备有一个或多个塔盘(tray)。另外地或可选地，第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102中的一个或两个可以用填充材料填充。

在某些实施方案中，第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102内的压力可以在约3巴至约8巴的范围内。可以调整塔101,102内的压力，使得每个塔内的压力相同。作为非限制性实例，塔101,102内的压力可以是大约3巴，大约4巴，大约5巴，大约6巴，大约7巴或大约8巴。在某些实施方案中，第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102两者中的压力可以为约4巴，例如3.5巴、3.6巴、3.7巴、3.8巴、3.9巴、4.0巴、4.1巴、4.2巴、4.3巴、4.4巴或4.5巴。

第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102内的温度可以相同或不同。每个塔101,102的顶部、中间部分和底部中的温度可以不同。例如，第二塔102顶部的温度可以低于第二塔102底部的温度。在某些实施方案中，第一蒸馏塔101内的温度可以在约20℃和约70℃之间的范围内。第二蒸馏塔102内的温度可以在约20℃和约70℃之间的范围内。在某些实施方案中，第二蒸馏塔102内的温度可以在约30℃和约50℃之间。作为非限制性实例，第二蒸馏塔102顶部内的温度可以为约35℃(例如34℃)，并且第二蒸馏塔102底部内的温度可以为约45℃(例如46℃)。

第一蒸馏塔101、第二蒸馏塔102和互连103，104，105，106可被描述为构成热联接蒸馏系统。

在一个实施方案中，一种用于通过图1的系统100纯化1,3-丁二烯的示例性方法包括提供第一蒸馏塔101和第二蒸馏塔102，每个塔具有顶部、底部和中间部分，如上所定义。液态1,3-丁二烯可以通过1,3-丁二烯进料管线107供给到第一蒸馏塔101中。然后1,3-丁二烯和存在的各种其他组分可在第一蒸馏塔101中回流。可以通过第三互连105将气流从第一蒸馏塔101顶部移出到第二蒸馏塔102顶部。通过第三互连105移出的气流可以包括丙炔和1,3-丁二烯(例如约5-15重量％丙炔和最多约85重量％-95重量％的1,3-丁二烯)。可以通过第四互连106将液流从第一蒸馏塔101底部移出到第二蒸馏塔102底部。通过第四互连106移出的液流可以包括1,3-丁二烯(例如多达约85重量％-95重量％的1,3-丁二烯)。然后1,3-丁二烯和存在的各种其他组分可在第二蒸馏塔102中回流。第二蒸馏塔102中的一部分液体回流可以通过第一互连103取出并且供给到第一蒸馏塔101。通过第一互连103取出的液流可以包括1,3-丁二烯(例如约90重量％或更多)。取出的液体回流部分可以在液体回流的约5％至约80％的范围内，例如约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％或约80％。第二蒸馏塔102中的一部分气相可以通过第二互连104取出并且供给到第一蒸馏塔101。通过第二互连104取出的气流可以包括1,3-丁二烯以及其他组分，包括1,2-丁二烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯和C5烃。通过第二互连104取出的气流可以包括量为约90重量％或更多的1,3-丁二烯。取出的气相部分可以在气相的约5％至约80％的范围内，例如约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％或约80％。纯化的1,3-丁二烯可以作为液流通过产物出口管线108从第二蒸馏塔102移出。

纯化1,3-丁二烯的方法可以进一步包括通过蒸气出口管线111从第二蒸馏塔102移出包含丙炔的气流。可以回收丙炔，并且如果需要，可以根据本领域已知的方法进一步纯化，例如进一步蒸馏。

纯化1,3-丁二烯的方法可进一步包括通过液体出口管线115从第二蒸馏塔102移出包含1,2-丁二烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯和/或C5烃(例如戊烷的异构体和戊烯的异构体)的液流。可以回收这些化合物，并且如果需要，可以将其彼此分离并根据本领域已知的方法进一步纯化，例如进一步蒸馏。

由本公开的方法和系统获得的1,3-丁二烯的纯度可以大于99重量％。例如，在某些实施方案中，纯化的1,3-丁二烯的纯度可以是99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％、99.8％、99.9％或超过99.9％，以重量计。由本公开的方法和系统获得的纯化的1,3-丁二烯可用于要求高纯度1,3-丁二烯的应用，例如聚合。

当前公开的主题的方法和系统可以具有超过某些现有技术的许多优点，包括纯化的1,3-丁二烯产品的提高的可靠性和一致性。本公开的方法和系统也可以消耗更少的能量并且需要更少的蒸馏设备，这可以提高效率并降低成本。

如本文所使用的，术语“约”或“近似”是指对于由本领域技术人员确定的特定值在可接受的误差范围内，这将部分地取决于如何测量或确定该值，即，测量系统的局限性。例如，“约”可以表示给定值的高达20％、高达10％、高达5％和/或高达1％的范围。

虽然已经详细描述了本申请公开的主题及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求书限定的所公开主题的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。此外，所公开的主题的范围不旨在限于说明书中描述的特定实施方案。因此，所附权利要求书旨在在其范围内包括这样的替代方案。

实施例

以下非限制性实施例纯粹通过说明当前公开的主题来包括。以下实施例是使用ASPEN版本2006.5和V8.2进行的稳态计算机模拟的结果。

实施例1-在示例性系统内的参数

提供了根据图1的系统100。系统100的参数示于表1中。

表1

表1中的再沸器负荷值和冷凝器负荷值度量输入第二蒸馏塔102(主蒸馏塔)的能量。这些值表明根据当前公开的主题的系统和方法可以是节能的。

实施例2-纯化1,3-丁二烯的方法

根据图1将15750kg/h的粗品1,3-丁二烯料流供入系统100中。粗品1,3-丁二烯料流具有表2中所示的组成。

表2

粗品1,3-丁二烯经由1,3-丁二烯进料管线107以液体形式供给到具有30个理论塔板的第一蒸馏塔101的第十二理论塔板中。第一蒸馏塔101的顶部蒸气流经由第三互连105被供给到第二蒸馏塔102的第十七理论塔板中。第一蒸馏塔101的底部液流经由第四互连106被供给到第二蒸馏塔102的第四十六理论塔板中。来自第二蒸馏塔102的液体回流的一部分从第十七理论塔板取出并经由第一互连103供给到第一蒸馏塔101的第一理论塔板。液体分流比(即取出的液体回流的部分)为0.2kg/kg。在第二蒸馏塔102底部内，蒸汽(气)流从第四十六理论塔板取出并经由第二互连104被供给到第一蒸馏塔101的第三十理论塔板中。蒸气分流比(即取出的气相部分)为0.26kg/kg。纯化的1,3-丁二烯作为来自第二十五理论塔板的侧流经由产物出口管线108从第二蒸馏塔102以15,655kg/h的量取出。纯化的1,3-丁二烯的纯度为99.6重量％。丙炔和其他低挥发性组分作为气流经由顶部料流管线109和蒸汽出口管线111从第二蒸馏塔102以35kg/h的量移出。C5烃、1,2-丁二烯、顺式丁烯、反式丁烯和其它重质组分作为液流经由底部料流管线113和液体出口管线115从第二蒸馏塔102以60kg/h的量移出。

两个塔101,102内的压力是4巴。第一蒸馏塔101在37℃的顶部内的温度和42℃的底部内的温度下操作。第二蒸馏塔102在34℃的顶部内的温度和46℃的底部内的温度下操作。

Claims (12)

1.一种纯化1,3-丁二烯的系统，其包括：

(a)第一蒸馏塔和第二蒸馏塔，每个塔具有顶部、底部和中间部分；

(b)在第一蒸馏塔顶部和第二蒸馏塔顶部之间的第一互连，其中第一互连被构造成将液流从第二蒸馏塔供给到第一蒸馏塔；和

(c)在第一蒸馏塔底部和第二蒸馏塔底部之间的第二互连，其中第二互连被构造成将气流从第二蒸馏塔供给到第一蒸馏塔。

2.根据权利要求1所述的系统，其中第一蒸馏塔是具有第一尺寸的预分馏塔，并且第二蒸馏塔是具有第二尺寸的蒸馏塔，其中所述第二尺寸大于所述第一尺寸。

3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被构造成将液体1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔中的1,3-丁二烯进料管线。

4.根据权利要求3所述的系统，其中1,3-丁二烯进料管线被构造成将液体1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔的中间部分。

5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括产物出口管线，所述产物出口管线被构造为从第二蒸馏塔中间部分移出纯化的1,3-丁二烯。

6.根据权利要求1所述的系统，其中第一蒸馏塔具有约30个理论塔板。

7.一种纯化1,3-丁二烯的方法，其包括：

(a)提供第一蒸馏塔和第二蒸馏塔，每个塔具有顶部、底部和中间部分；

(b)将液体1,3-丁二烯供给到第一蒸馏塔；

(c)将气流从第一蒸馏塔顶部移出到第二蒸馏塔顶部；

(d)将液流从第一蒸馏塔底部移出到第二蒸馏塔底部；

(e)在第二蒸馏塔中取出一部分液体回流并将该部分液体回流供给到第一蒸馏塔；

(f)在第二蒸馏塔中取出一部分气相并将该部分气相供给到第一蒸馏塔；和

(g)从第二蒸馏塔移出纯化的1,3-丁二烯。

8.根据权利要求7所述的方法，其中液体1,3-丁二烯是包含至少一种选自顺式-2-丁烯和反式-2-丁烯的化合物的粗品1,3-丁二烯。

9.根据权利要求7所述的方法，其中纯化的1,3-丁二烯的纯度至少为99.6重量％。

10.根据权利要求7所述的方法，其还包括从第二蒸馏塔移出包含丙炔的气流。

11.根据权利要求7所述的方法，其还包括从第二蒸馏塔移出包含至少一种选自由1,2-丁二烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯和C5烃组成的组中的化合物的液流。

12.根据权利要求7所述的方法，其中第二蒸馏塔内的压力在3巴和8巴之间，第二蒸馏塔内的温度在30℃和50℃之间。