CN114829550A - 烷基化法中用于反应器循环和产品分离的分隔壁塔 - Google Patents
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Abstract
分隔壁塔用于烷基化工艺流程方案，以对烷基化反应器流出物进行分馏，以产生富含异丁烷的物流作为烷基化反应器的循环进料，同时根据反应器流出物的组成，还分离出异丁烷、正丁烷和烷基化物作为单独的产品物流。在一个任选的实施方案中，该方案可包含丙烷。
Description
技术领域
本发明涉及用于将异链烷烃和低分子量烯烃转化为烷基化产品的烷基化法，更具体地涉及包括分隔壁塔的这种烷基化法。
背景技术
烷基化是石油精炼中使用的一种化学方法，用于将异链烷烃(如异丁烷)和低分子量烯烃(如丙烯、丁烯和/或戊烯)转化为烷基化物，一种高辛烷值的汽油成分。这些异链烷烃和烯烃被送入反应器，在反应器中在固体酸催化剂或液体酸催化剂(如硫酸或氢氟酸)的存在下，它们结合以形成烷基化物。反应器流出物被送入蒸馏系统，以供给产品分离，并回收多余的异丁烷成分，其被再循环到反应器中。戊烯在本文中被定义为乙烯系列的一组位变异构碳氢化合物中的一种，C5H10。
当系统中没有丙烷时，蒸馏行列(distillation train)中的常规塔方案包括常规三产品塔。在系统中有丙烷的情况下，通常使用四产品塔可能后跟二产品脱丙烷塔，或者是二产品塔(用于从混合物中分离丙烷)后跟常规三产品塔(分离异丁烷、正丁烷和烷基化产品)。
希望通过提高效率、减少设施和能源需求、减少CO2和/或NOx排放、提高工厂安全性、减少异丁烷损失、减少资本要求、减少设备占地面积要求和/或提高产品价值，来改进烷基化法和系统。
发明内容
在一个非限制性实施方案中，本发明提供了一种烷基化系统，该烷基化系统包括接收包含烯烃和补充异丁烷的进料的烷基化反应/再生部分，该烷基化反应/再生部分将烷基化反应器流出物输送至分隔壁塔(DWC)，所述分隔壁塔还接收补充异丁烷，其中，所述DWC将烷基化反应器流出物分离为包括但不限于异丁烷产品物流、正丁烷产品物流和烷基化产品物流的产品物流。
附图说明
图1是烷基化工厂方块流程图的非限制性示意图，其说明了本文所述的分隔壁塔(DWC)的分离；
图2是烷基化产品分离器DWC流程图的非限制性示意图，其说明了异丁烷作为塔顶产物和DWC的补充物流；
图3是烷基化产品分离器DWC流程图的非限制性示意图，其说明了异丁烷作为塔顶产物和DWC的补充物流，以及中间再沸器和塔底产物；
图4是烷基化产品分离器DWC流程图的非限制性示意图，其说明异丁烷作为塔顶产物；
图5是烷基化产品分离器DWC流程图的非限制性示意图，其说明了异丁烷作为侧馏分产品；和
图6是烷基化产品分离器DWC流程图的非限制性示意图，其说明了异丁烷作为侧馏分产品，以及分隔壁位于或接近塔顶的DWC。
具体实施方式
图1显示了一般烷基化工艺的方块流程图。烷基化反应/再生块的配置取决于方法中使用的酸催化剂(固体或液体)的类型。补充的异丁烷物流可以与烯烃进料混合，或送入分馏器，这取决于补充异丁烷物流的组成。已经发现，分隔壁塔可用作分馏器，以产生富含异丁烷的物流作为反应器循环，并同时根据烷基化反应器流出物组成分离各种其他产品。本文提出并讨论了可作为烷基化法中分馏器块的分隔壁塔配置。
如图1所示，更具体地为烷基化反应/再生部分10，在本文中有时简称为反应器，其接收烯烃进料12并产生烷基化反应器流出物14至分隔壁塔16，该分隔壁塔16将进料14分离成含丙烷的物流18、正丁烷产品物流20和烷基化产品物流22。图中还示出了供给烷基化反应器10和DWC 16的补充异丁烷24，以及从DWC 16到反应器10的异丁烷循环物流26。如前所述，烯烃进料可以是丙烯、丁烯和/或戊烯(C5)。在一个非限制性的实施方案中，操作人员将优先向烷基化单元进料丁烯，因为这产生最高质量的烷基化物(即辛烷和蒸气压力)。此外，丁烯的替代用途比丙烯价值低。当丁烯供应量不足和/或不可能将丙烯作为独立产品出售时，也可以使用丙烯。戊烯有时也可作为补充进料，但这种情况不太常用。
虽然图1示意性地说明了本文的一般方法和系统，但还有一些更具体的、非限制性的实施方案，将予以讨论。总体而言，有系统中没有丙烷存在的第一实施方案，如图2-4所概括显示。还将讨论系统中存在丙烷的第二实施方案，如图5和图6所概括显示。
图2至图4显示了各种分隔壁塔的配置，当系统中的烷基化单元10没有丙烷，并且补充异丁烷物流24主要包含C4分子时，其可用作烷基化单元的分馏过程。图2显示了当烷基化反应器流出物30被送入分隔壁塔32的预分馏器部分34时的分隔壁塔配置。DWC 32有主分馏部分36。在预分馏部分34和主分馏部分36之间存在分隔壁28。根据补充异丁烷物流24的组成和所需的异丁烷产品物流38的规格，补充异丁烷物流24可以被输送到分隔壁的预分馏部分34和/或分隔壁塔32的塔顶部分40。在图2的配置中，DWC 32的塔顶蒸气产品42将是富含异丁烷的物流，它可以作为物流38被冷凝并回收到烷基化反应器10。侧馏分产品44将是富含正丁烷的产品物流，根据工厂中的热能整合，其可以作为液体或蒸气抽出。烷基化产品物流46将作为分隔壁塔的塔底产物。在热交换器60中将塔进料30预热之后，烷基化产品46可以被引导至设备区边界(battery limit)。可以将任选的较低能级(多个较低能级)的中间再沸器(多个中间再沸器)48作为选择用于分隔壁塔32塔底部分50，以尽量减少塔主再沸器52中更高等级能量的使用。
图3显示了与图2类似的分隔壁塔配置，只是烷基化产品的路径不同。图3显示，在将塔进料30预热之前，烷基化产品46可被用作中间再沸器48的加热介质。
图4显示了与图2类似的分隔壁塔配置，除了补充异丁烷物流的路径。图4假设所述补充异丁烷是浓缩的异丁烷物流，与反应器10上游的烯烃进料混合，并且不需要在烷基化法的分馏部分进行分馏。换句话说，在一个非限制性实施方案中，没有烷基化反应/再生部分的分馏部分，配置为分馏混合物。
在另一个非限制性实施方案中，图5显示了当烷基化单元10在系统中具有丙烷时的分隔壁塔配置。烷基化反应器流出物30被送入分隔壁塔32的预分馏部分34。塔顶蒸气物流53从分隔壁塔32中被移除。在冷凝后，至少一部分作为富含丙烷的物流54被送到OSBL(设备区边界之外)，并在二产品脱丙烷器(未显示)中进行可能的或任选的进一步分离。余下的部分作为烷基化产品分离器的回流物流55被送往DWC 32的塔顶部分66。富含异丁烷的物流56可以取自DWC 32的主分馏器部分36作为第一侧馏分产品，并循环到烷基化反应器10。根据系统的热能整合要求，第一侧馏分产品56可以作为蒸气或液体抽出。富含正丁烷的物流58作为第二侧馏分产品可以取自分隔壁塔32的主分馏部分36侧或分隔壁塔32的塔底部分50。根据系统的热能整合要求，第二侧馏分产品58可以作为蒸气或液体抽出。烷基化产品46取自分隔壁塔32的塔底部分，在进料/流出物热交换器60中进行热交换后，被输送到设备区边界，以对塔进料30进行预热。如图3所示，烷基化产品46也可作为中间再沸器48的加热介质，以优化主再沸器的能量需求。
图6展示了另一个非限制性的、独特的分隔壁塔62配置的示意图，分隔壁板64从塔62的塔顶部分66开始。分隔壁板64可以在塔62的塔顶或接近塔顶开始。如本文所定义，“在塔顶”是指分隔壁板64的顶部与塔62的内侧顶部之间没有空间。如本文进一步定义，塔62的“接近塔顶”是指DWC 62的顶部切线与分隔壁板64的顶部之间最少有12英寸(304.8毫米)的距离84。
烷基化反应器流出物30被送入分隔壁塔62的预分馏部分68的顶部塔盘(未显示)。来自预分馏部分68和主分馏部分70的蒸气在塔顶系统72(烷基化产品分离器塔顶冷凝器)中凝结，来自塔顶冷凝器72的回流物流74被送入DWC 62的主分馏部分70的顶部塔盘(未显示)。富含丙烷的物流76可以作为DWC 62的主分馏部分70的侧馏分。在一个非限制性的实施方案中，该丙烷和异丁烷物流76被送到脱丙烷器(未显示)。富含异丁烷的物流78可以从DWC62的主分馏部分70抽出，并作为循环物流被送回烷基化反应器10。第二侧馏分产品78可以根据系统的热能整合要求，作为蒸气或液体抽出。富含正丁烷的物流80作为第三侧馏分产品也可以取自DWC 62的主分馏器70侧或分隔壁塔62的塔底部分82。第三侧馏分产品80可以根据系统的热能整合要求，作为蒸气或液体抽出。烷基化产品46从DWC 62的塔底部分82取得，在进料/流出物热交换器60中进行热交换后，被输送到设备区边界，以对塔进料30进行预热。如图3所示，烷基化产品也可作为中间再沸器48的加热介质，以优化主再沸器的能量需求。
可以理解的是，本文描述的系统和方法不限于任何特定的温度范围、压力范围、流速、物流组成等。预期本文描述的系统和方法可以被本领域的普通技术人员修改，以适用于各种反应器流出物组成和其他必要的条件和参数。
可以理解的是，DWC可以是板式塔、填料塔，或两者的组合。
还可以理解的是，本文所述的系统和方法将具有许多技术和商业优势。技术优势包括，但不一定限于：
-提高分馏效率；
-减少设施要求；
-减少整体能源需求；
-减少CO2/NOx的排放；
-由于更少的碳氢化合物库存而提高工厂安全性；以及
-减少系统中的异丁烷损失。
商业优势包括，但不一定限于：
-与传统塔方案相比，资本需求减少20-30％；
-分馏经济性的改善；
-更少的布局空间(设备占地面积)要求；
-工厂升级/去瓶颈化的优势；
-全面提高产品的价值；以及
-对现有资产的替代使用，以提高工厂的整体经济效益。
在上述说明中，本发明已经参照其具体实施方式进行了描述。然而，本说明书应被视为说明性的，而不是限制性的。例如，设备、塔、DWC、方法、反应物、烯烃、异链烷烃、产品、烷基化物以及落入要求保护的或公开的参数范围内，但没有具体指出或在具体实施例中试用的操作条件，都被期望在本发明的范围内。
本发明可以在缺少未公开的要素的情况下实施。此外，本发明可以适当地包括所公开的要素、由或基本上由所公开的要素组成。例如，可以提供一种烷基化系统，其中该烷基化系统基本上由或由烷基化反应/再生部分组成，该部分接收包括烯烃和补充异丁烷的进料，该烷基化反应/再生部分将烷基化反应器流出物输送至分隔壁塔(DWC)，该分隔壁塔也接收补充异丁烷，其中DWC将烷基化反应器流出物分离成产品物流，该产品物流包括异丁烷产品物流、正丁烷产品物流和烷基化产品物流、基本上由或由异丁烷产品物流、正丁烷产品物流和烷基化产品物流构成。
在整个权利要求中使用的词“包括(comprising)”和“包括(comprises)”应分别解释为指代“包括(including)但不限于”和“包括(includes)但不限于”。
如本文所用，“大体上”一词应指“大体上是但不完全是所指定的”。
如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”意在也包括复数形式，除非上下文明确指出其他。
如本文所使用的，术语“大约”在提及给定参数时包括所述值，并具有由上下文决定的含义(例如，它包括与给定参数的测量相关的误差程度)。
如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种烷基化系统，其包括：
烷基化反应/再生部分(10)，其接收包含烯烃(12)和补充异丁烷(24)的进料，该烷基化反应/再生部分(10)将烷基化反应器流出物(14)送到分隔壁塔(DWC)(16)，其也接收补充异丁烷(24)，其中DWC(16)将烷基化反应器流出物(14)分离成物流，该物流包括：
异丁烷循环物流(38)，
正丁烷产品物流(20)，以及
烷基化物产品物流(22)；
其中至少一部分异丁烷循环物流(38)在循环物流(26)中被循环到烷基化反应/再生部分(10)。
2.权利要求1所述的烷基化系统，其中DWC(16)还将烷基化反应器流出物(14)分离为丙烷(18)以及异丁烷循环物流(54)、正丁烷产品物流(20)和烷基化产品物流(22)。
3.权利要求1或2中任一项所述的烷基化系统，其中：
烷基化反应器流出物(14)是DWC(16)的预分馏器部分(34)的进料；
补充异丁烷(24)是DWC(16)的预分馏器部分(34)的进料；
DWC(16)具有塔顶富含异丁烷的物流(42)，其是异丁烷循环物流(38)；
DWC(16)具有侧馏分产品，其是富含正丁烷的物流(44)，所述富含正丁烷的物流(44)是正丁烷产品物流(20)；以及
DWC(16)具有底部产品(46)，其是烷基化产品物流(22)。
4.权利要求3所述的烷基化系统，其中塔顶富含异丁烷的物流(42)是到达所述烷基化反应/再生部分(10)的循环物流(26)。
5.权利要求3所述的烷基化系统，其中烷基化产品物流(22)在被送至DWC(16)之前在热交换器(60)中预热烷基化反应器流出物(14)后被输送到设备区边界。
6.权利要求3所述的烷基化系统，其进一步包括在DWC(32)的底部部分(50)中的中间再沸器(48)。
7.权利要求6所述的烷基化系统，其中烷基化产品(46)在其预热烷基化反应器流出物(30)之前是中间再沸器(48)中的加热介质。
8.权利要求3所述的烷基化系统，其中补充异丁烷(24)是异丁烷循环(28)的至少一部分，补充异丁烷(24)被输送到烷基化反应/再生部分(10)上游的烯烃进料(12)，以形成一种混合物。
9.权利要求8所述的烷基化系统，其在没有烷基化反应/再生部分(10)的分馏部分时，被配置为分馏混合物。
10.权利要求1或2中任一项所述的烷基化系统，其中：
含有丙烷的烷基化反应器流出物(30)是DWC(32)的预分馏器部分(34)的进料；
DWC(32)具有塔顶产品(53)，其含有被输送到脱丙烷塔的丙烷(54)；
DWC(32)具有富含异丁烷的物流，其是异丁烷循环物流，所述异丁烷循环物流是第一侧馏分产品(56)，其取自DWC(32)的主分馏器部分(36)；其中异丁烷循环物流(26)被循环到烷基化反应/再生部分(10)；
DWC(32)具有富含正丁烷的物流(58)，其是正丁烷产品物流(20)，所述正丁烷产品物流(20)是第二侧馏分产品(58)，其取自DWC(32)的主分馏器部分(36)或DWC(32)的底部部分(50)；其中第二侧馏分产品(58)选自蒸气、液体或其组合；和
DWC(32)具有底部产品(46)，其是烷基化产品物流(22)。
11.权利要求10所述的烷基化系统，其中烷基化产品物流(46)在被送入DWC(32)之前在热交换器(60)中预热烷基化反应器流出物(30)后被输送到设备区边界。
12.权利要求10所述的烷基化系统，其进一步包括在DWC(32)的底部部分(50)中的中间再沸器(48)，并且其中烷基化产品物流(46)是中间再沸器(48)中的加热介质。
13.权利要求10所述的烷基化系统，其中DWC(32)包括从塔(32)的顶部处或附近开始并向下延伸的分隔壁板(28)。
14.权利要求13所述的烷基化系统，其中：
烷基化反应器流出物(30)被送入DWC(62)的预分馏部分(60)的顶部塔盘；
DWC(62)包括塔顶冷凝器(72)，该塔顶冷凝器(72)被配置以冷凝来自预分馏部分(68)和主分馏部分(70)的蒸气；以及
来自塔顶冷凝器(72)的回流物流(74)被输送到主分馏部分(70)的顶部塔盘。
15.权利要求13所述的烷基化系统，其中富含丙烷的物流作为侧馏分(76)取自主分馏部分(70)。
16.权利要求13所述的烷基化系统，其中富含异丁烷的物流(78)从主分馏部分(70)抽出并循环到烷基化反应/再生部分(10)。
17.权利要求13所述的烷基化系统，其中第三侧馏分是富含正丁烷的物流(80)，其取自选自DWC(62)的主分馏部分(70)和底部部分(82)的点。
18.权利要求17所述的烷基化系统，其中作为富含正丁烷的物流(80)的第三侧馏分选自蒸气、液体和其组合。
19.权利要求13所述的烷基化系统，其中烷基化产品物流(46)在被送入DWC(62)之前，在热交换器(60)中预热烷基化反应器流出物(30)之后，被输送到设备区边界。
20.权利要求13所述的烷基化系统，其进一步包括在DWC(62)的底部部分中的中间再沸器(48)，并且其中烷基化产品物流(46)是中间再沸器(48)中的加热介质。
Claims (21)
1.一种烷基化系统，其包括：
烷基化反应/再生部分(10)，其接收包含烯烃(12)和补充异丁烷(24)的进料，该烷基化反应/再生部分(10)将烷基化反应器流出物(14)送到分隔壁塔(DWC)(16)，其也接收补充异丁烷(24)，其中DWC(16)将烷基化反应器流出物(14)分离成产品物流，该产品物流包括：
异丁烷产品物流(38)，
正丁烷产品物流(20)，以及
烷基化物产品物流(22)。
2.权利要求1所述的烷基化系统，其中至少一部分异丁烷产品物流(38)在循环物流(26)中被循环到烷基化反应/再生部分(10)。
3.权利要求1所述的烷基化系统，其中DWC(16)还将烷基化反应器流出物(14)分离为丙烷以及异丁烷产品物流(54)、正丁烷产品物流(20)和烷基化产品物流(22)。
4.权利要求1、2或3中任一项所述的烷基化系统，其中：
烷基化反应器流出物(14)是DWC(16)的预分馏器部分(34)的进料；
补充异丁烷(24)是DWC(16)的预分馏器部分(34)的进料；
DWC(16)具有塔顶富含异丁烷的物流(42)，其是异丁烷产品物流(38)；
DWC(16)具有侧馏分产品，其是富含正丁烷的物流(44)，所述富含正丁烷的物流(44)是正丁烷产品物流(20)；以及
DWC(16)具有底部产品(46)，其是烷基化产品物流(22)。
5.权利要求4所述的烷基化系统，其中塔顶富含异丁烷的物流(42)是到达所述烷基化反应/再生部分(10)的循环物流(26)。
6.权利要求4所述的烷基化系统，其中烷基化产品物流(22)在被送至DWC(16)之前在热交换器(60)中预热烷基化反应器流出物(14)后被输送到设备区边界。
7.权利要求4所述的烷基化系统，其进一步包括在DWC(32)的底部部分(50)中的中间再沸器(48)。
8.权利要求7所述的烷基化系统，其中烷基化产品(46)在其预热烷基化反应器流出物(30)之前是中间再沸器(48)中的加热介质。
9.权利要求4所述的烷基化系统，其中补充异丁烷(24)是异丁烷产品(28)的至少一部分，补充异丁烷(24)被输送到烷基化反应/再生部分(10)上游的烯烃进料(12)，以形成一种混合物。
10.权利要求9所述的烷基化系统，其在没有烷基化反应/再生部分(10)的分馏部分时，被配置为分馏混合物。
11.权利要求1、2或3中任一项所述的烷基化系统，其中：
含有丙烷的烷基化反应器流出物(30)是DWC(32)的预分馏器部分(34)的进料；
DWC(32)具有塔顶产品(53)，其含有被输送到脱丙烷塔(54)的丙烷；
DWC(32)具有富含异丁烷的物流，其是异丁烷产品物流，所述异丁烷产品物流是第一侧馏分产品(56)，其取自DWC(32)的主分馏器部分(36)；其中异丁烷产品物流(26)被循环到烷基化反应/再生部分(10)；
DWC(32)具有富含正丁烷的物流(58)，其是正丁烷产品物流(20)，所述正丁烷产品物流(20)是第二侧馏分产品(58)，其取自DWC(32)的主分馏器部分(36)或DWC(32)的底部部分(50)；其中第二侧馏分产品(58)选自蒸气、液体或其组合；和
DWC(32)具有底部产品(46)，其是烷基化产品物流(22)。
12.权利要求11所述的烷基化系统，其中烷基化产品物流(46)在被送入DWC(32)之前在热交换器(60)中预热烷基化反应器流出物(30)后被输送到设备区边界。
13.权利要求11所述的烷基化系统，其进一步包括在DWC(32)的底部部分(50)中的中间再沸器(48)，并且其中烷基化产品物流(46)是中间再沸器(48)中的加热介质。
14.权利要求11所述的烷基化系统，其中DWC(32)包括从塔(32)的顶部处或附近开始并向下延伸的分隔壁板(28)。
15.权利要求14所述的烷基化系统，其中：
烷基化反应器流出物(30)被送入DWC(62)的预分馏部分(60)的顶部塔盘；
DWC(62)包括塔顶冷凝器(72)，该塔顶冷凝器(72)被配置以冷凝来自预分馏部分(68)和主分馏部分(70)的蒸气；以及
来自塔顶冷凝器(72)的回流物流(74)被输送到主分馏部分(70)的顶部塔盘。
16.权利要求14所述的烷基化系统，其中富含丙烷的物流作为侧馏分(76)取自主分馏部分(70)。
17.权利要求14所述的烷基化系统，其中富含异丁烷的物流(78)从主分馏部分(70)抽出并循环到烷基化反应/再生部分(10)。
18.权利要求14所述的烷基化系统，其中第三侧馏分是富含正丁烷的物流(80)，其取自选自DWC(62)的主分馏部分(70)和底部部分(82)的点。
19.权利要求18所述的烷基化系统，其中作为富含正丁烷的物流(80)的第三侧馏分选自蒸气、液体和其组合。
20.权利要求14所述的烷基化系统，其中烷基化产品物流(46)在被送入DWC(62)之前，在热交换器(60)中预热烷基化反应器流出物(30)之后，被输送到设备区边界。
21.权利要求14所述的烷基化系统，其进一步包括在DWC(62)的底部部分中的中间再沸器(48)，并且其中烷基化产品物流(46)是中间再沸器(48)中的加热介质。
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