EA029323B1

EA029323B1 - Способ выделения лёгких компонентов из потока этилена

Info

Publication number: EA029323B1
Application number: EA201590803A
Authority: EA
Inventors: Вальтер Вермейрен; Катерине Бутрот; Мануэла Арратиа
Original assignee: Тотал Ресерч & Технолоджи Фелай; Ифп Энергиес Нувеллес
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2018-03-30
Also published as: BR112015012582A2; EP2931688B1; EP2931688A1; US20190024971A1; JP2016501267A; CN104870408B; US11255604B2; US20150330706A1; CA2891553C; CN104870408A; JP6301952B2; DK2931688T3; US10101083B2; BR112015012582B1; KR102129644B1; EA201590803A1; WO2014091015A1; CA2891553A1; PL2931688T3; ES2622371T3

Abstract

Изобретение представляет собой способ выделения летучих компонентов из потока этилена, включающий а) подачу потока сухого этилена (A), включающего этилен, этан, CO, CO, H, CH, C+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, b) направление указанного потока (A) в десорбер, называемый также деметанизатор, для образования потока головного погона, включающего этилен, CO, Hи CH; потока донного погона, включающего этилен, этан, CO, C+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, где газовую фазу в вершине десорбера конденсируют в теплообменнике, охлаждаемом хладагентом с получением первой газовой фазы и первой жидкой фазы, первую газовую фазу конденсируют в теплообменнике, охлаждаемом жидким этаном или жидким этиленом с образованием второй газовой фазы, называемой головным погоном, включающим этилен, CO, Hи CH, и второй жидкой фазы, при этом первая и вторая жидкие фазы служат флегмой для десорбера.

Description

Изобретение относится к способу удаления лёгких компонентов из потока этилена. Дополнительно предусмотрено удаление загрязняющих оксигенатов.

Олефины традиционно получают из нефтяного сырья в процессе каталитического или парового крекинга. Продуктами крекинга, в особенности парового, различных видов углеводородного сырья являются лёгкие олефины, такие как этилен, пропилен и т.п. Этилен и пропилен - важные продукты нефтехимии, применяемые в технологиях производства пластмасс и химических материалов. Ограниченность поставок и рост цен на сырую нефть побуждают к поиску альтернативных технологий производства углеводородных материалов.

Олефины могут быть получены дегидратацией соответствующих спиртов. Этанол может быть получен ферментацией углеводов, из синтез-газа, смеси СО и Н₂ или любым другим способом. Биомасса, состоящая из органического вещества и продуктов жизнедеятельности живых организмов, является глобальным лидером среди возобновляемых источников энергии. Эффлюент, образованный при дегидратации этанола, содержит в значительной степени непрореагировавшие этанол, воду, этилен, ацетальдегид, а также лёгкие компоненты. Отделённый этанол может быть возвращён в реактор дегидратации. Он продолжает представлять собой поток, включающий в основном этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты. Иногда указанный поток может включать в основном этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₃+ углеводороды, а также до 1 мас.% оксигенатов. Весовое отношение этан+СО+СО₂+Н₂+СН₄+С₃+углеводороды к этилену в большинстве случаев составляет меньше чем 20/80. Удаление лёгких компонентов, СО, Н₂ и СН₄ может привести к потере этилена.

Среди оксигенатов ацетальдегид может вызвать проблемы для восстановления этилена, следовательно, в случае его присутствия он предпочтительно подлежит удалению.

Уровень техники

Технологический процесс получения этилена предусматривает очистку потока, который преимущественно содержит этилен, этан, СО, СО2, Н2, СН4, С3+ углеводороды, а также оксигенаты, путём прохождения его через десорбер (отгонную колонну) (называемый также деметанизатором (метаноотгонной колонной)) с образованием потоков головного (верхнего) погона, включающего, главным образом, СО, Н₂ и СН₄, и донного погона, включающего, главным образом, этилен, оксигенаты, этан, СО₂ и С₃+ углеводороды. Отделение лёгких компонентов зависит от их пропорционального содержания в потоке. Высокое относительное содержание лёгких компонентов требует для их сепарации из этиленового потока весьма низких температур, соответственно, поток должен быть холодным.

Приведённые ниже решения предшествующего уровня техники рассматривали очистку олефинов с необходимостью применения для удаления оксигенатов промывки едкой щёлочью или скруббера (промывной колонны), или и того и другого.

В патенте И8 20030098281 А1 описан способ контроля концентраций воды и/или оксигенатов в потоке олефинов. Способ включает контактирование потока олефинов с жидким абсорбентом. Жидкий абсорбент выбирают из группы соединений полиола, амина, амида, нитрила, гетероциклического азота и их смесей. Газовый поток, включающий в основном пар, этилен, пропилен и менее 2 мас.% оксигенатов, конденсируют в закалочной колонне. Головной погон закалочной колонны промывают каустическим раствором, удаляя СО₂, после чего приводят во взаимодействие с жидким абсорбентом для удаления оксигенатов.

В \УО 03020670 А1 раскрыт способ удаления кислородсодержащих компонентов, таких как ацетальдегид, СО₂ и/или вода, из потока олефинов. Объяснена необходимость удаления таких кислородсодержащих компонентов во избежание отравления катализаторов, обеспечивающих дальнейшее преобразование олефиновой композиции. Вдобавок, присутствие определённых насыщенных кислородом соединений, таких как уксусный альдегид, может вызвать засорение других аппаратов очистки олефинов, например устройств очистки кислых газов. В способ входит получение олефинового потока, содержащего этилен, пропилен, С4+ олефины и ацетальдегид. Олефиновый поток разделяют на первую фракцию и вторую фракцию, из которых первая фракция включает, по крайней мере, большую часть этилена и/или пропилена, присутствующих в потоке олефинов, а вторая фракция включает, по крайней мере, большую часть С₄+ олефинов и ацетальдегида, присутствующих в потоке олефинов. Затем, первая фракция проходит очистку кислых газов (нефтяных газов, содержащих сероводород) едким натром или едким кали. Поток олефинов сепарируют перегонкой, предпочтительно экстрактивной перегонкой с использованием экстрагирующего агента. Предпочтительным экстрагентом служит полярное соединение, имеющее среднюю точку кипения по меньшей мере 38°С при 1 атм. (0,1 МПа). Одним из предпочтительных типов экстрагента является метанол.

Публикация \УО 03020672 А1 описывает способ удаления диметилового эфира из потока, содержащего этилен и/или пропилен. Поток олефинов подают в водопоглотительную колонну, где абсорбентом воды служит метанол. Метанол и увлекаемую воду с включением некоторых насыщенных кислородом углеводородов отводят с потоком донных остатков водопоглотительной колонны, а извлечённый олефин головного погона направляют в дистилляционную колонну. В дистилляционной колонне диметиловый эфир разделяют на этилен и пропилен, а также - более лёгкие и более тяжёлые компоненты в

- 1 029323

зависимости от точки кипения, включая компоненты С₄+ и метанол, оставшийся от метаноловой промывки. В дистилляционную колонну дополнительно вводят метанол для снижения образования клатрата и/или свободной воды. Поток, содержащий этилен и пропилен, выходит из дистилляционной колонны как головной погон, а более тяжелые по точке кипения компоненты, содержащие диметиловый эфир, и С₄+ компоненты выводят из дистилляционной колонны в виде донных осадков. Затем, этилен и пропилен направляют в колонну промывки каустической содой.

В публикации \7О 03033438 А1 описан способ обработки потока олефинов, содержащего оксигенаты и воду, включающий формирование потока олефинов, содержащего оксигенаты и воду; обезвоживание потока олефинов; сжатие обезвоженного потока олефинов; промывку потока олефинов метанолом для удаления хотя бы части насыщенных кислородом компонентов; контакт промытого метанолом потока олефинов с водой; и фракционирование проконтактировавшего с водой потока олефинов. Поток извлечённых олефинов (последовательно промытых метанолом и водой) далее направляют на прохождение стадий щелочной промывки и высушивания. Олефиновый поток с содержанием оксигенатов и воды представляет собой эффлюент (жидкие и твёрдые продукты) процесса МТО (преобразования метанола в олефины).

В ЕР 0669389 описана криогенная система восстановления этилена, в которой этиленсодержащий питающий газ перед фракционированием охлаждают и конденсируют. В частности, этот документ описывает усовершенствованный способ, в котором применены один или более парциальных конденсаторов в сочетании с последующими одним или более дефлегматорами. Согласно этому документу очистку выполняют с использованием двух деметанизаторов. Головной погон первого деметанизатора 117 напрямую поступает во второй деметанизатор 119 без какой-либо другой обработки.

В патенте И8 6444869 описан способ получения этилена из потока эффлюента конверсии оксигенатов. Поток эффлюента конверсии оксигенатов включает водород, метан, этилен, этан, пропилен, пропан и олефины С₄+. Этот эффлюент последовательно подвергают сжатию, извлечению оксигенатов, абсорбции двуокиси углерода в зоне контактирования с раствором каустической соды или с раствором амина в сочетании с раствором каустической соды в обычных условиях выделения углекислоты, сушке, после чего фракционируют пропусканием через деэтанизатор и деметанизатор.

В патенте И8 2005-0283038 А1 описан способ, при котором поток олефинов получают из первого парового погона эффлюента реакции конверсии оксигенатов в олефины, содержащего олефины С₂ и С₃, углеводороды С₄, и карбонильные соединения С₂-С₆. В ходе процесса температуру и давление первого потока паровой фракции эффлюента регулируют таким образом, чтобы сформировать второй поток парового эффлюента, имеющего давление в диапазоне примерно от 100 до 350 фунт/кв.дюйм инд. (фунтов на квадратный дюйм манометрических) (790-2514 кПа) и температуру в пределах примерно от 70 до 120°Р (21-49°С), при этом второй поток парового эффлюента содержит около 50 или более % по массе углеводородов С4 первого потока парового эффлюента. Затем, второй поток парообразного эффлюента промывают в потоке жидкости, содержащей спирт, формируя третий поток парообразного эффлюента, после чего третий поток парообразного эффлюента промывают жидкой водой с выходом четвертого потока парообразного эффлюента, содержащего олефины С₂ и С₃ и приблизительно 1,0 мас.% или менее карбонильных соединений С₂-С₆. Один из вариантов осуществления такой технологии извлечения предусматривает контактирование, по меньшей мере, части четвёртого потока паровой фракции с основным (щелочным) реагентом, таким как каустик или амин, для извлечения большей части двуокиси углерода (удаления благодаря этому "кислого газа"), после чего поток, очищенный от СО₂, сушат.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение представляет собой способ удаления лёгких компонентов из потока этилена, включающий:

a) подачу потока сухого этилена (А), содержащего преимущественно этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН4, С3+ углеводороды с возможным включением оксигенатов;

b) направление указанного потока (А) в десорбер (называемый также деметанизатор) для получения потока головного погона, включающего, главным образом, этилен, СО, Н₂ и СН₄,

потока донного погона, включающего в основном этилен, этан, СО₂, С₃+ углеводороды с возможным содержанием оксигенатов,

где газовую фазу в вершине десорбера конденсируют в теплообменнике, охлаждаемом хладагентом с получением первой газовой фазы и первой жидкой фазы, в предпочтительном варианте осуществления охлаждающий поток состоит из одного или более С₃- или С₄-углеводородов, предпочтительно он состоит из жидкого и газообразного пропана или пропилена, при этом первую газовую фазу конденсируют в теплообменнике, охлаждаемом жидким этаном или жидким этиленом с получением второй газовой фазы, называемой головным погоном, включающим в основном этилен, СО, Н2 и СН4, и второй жидкой фазы, где первая и вторая жидкие фазы представляют собой флегму десорбера.

Установлено, что при достаточно низком относительном содержании лёгких компонентов в очищаемом потоке источником охлаждения в конденсаторе верхней части десорбера может являться жидкий пропан или жидкий пропилен, при этом с лёгкими компонентами улетучивается лишь небольшая доля этилена. Когда пропорциональное содержание лёгких компонентов в очищаемом потоке выше, жидкий

- 2 029323

пропан или пропилен - недостаточно холодны, и с лёгкими компонентами улетучивается большая доля этилена. Необходим более холодный источник охлаждения. В частности, было установлено, что вместо использования источника охлаждения, более холодного, чем пропан или пропилен, для конденсации всей вершины десорбера, предпочтительнее поддерживать охлаждение конденсатора жидким пропаном или жидким пропиленом с последующим введением конденсатора, использующего в качестве источника охлаждения жидкий этан или жидкий этилен.

По усмотрению способ по настоящему изобретению включает дополнительное оборудование для удаления оксигенатов, а также СО₂, и получения в значительной степени беспримесного этилена, преимущественно - этилена полимерного качества. В рассматриваемом способе совершенно не применяются промывка едкой щёлочью для удаления СО2 и промывная колонна для удаления оксигенатов.

Указанный способ назван основным.

Жидкий этан или жидкий этилен фактически представляют собой смесь жидкости и газа, охлаждающий поток фактически - смесь жидкости и газа, подобную, например, смеси жидких и газообразных С₃- или С₄-углеводородов. Преимущественно речь идёт о составе из жидкого или газообразного пропана или пропилена.

Не будет отступлением от изобретения использование пропан-пропиленовой смеси вместо пропана или пропилена.

Давление жидкого пропана или жидкого пропилена предпочтительно составляет от 0,3 до 2 бар ман. (баров манометрического давления) (30-200 кПа ман.). Давление жидкого этана или жидкого этилена предпочтительно составляет от 0,3 до 5 бар ман. (30-500 кПа ман.). Давление жидкого изобутана предпочтительно составляет от 0,3 до 0,7 бар(а) (30-70 кПа (а)) [(а) = абсолютный].

Конденсаторы газовой фазы в вершине десорбера могут быть обустроены различными способами, если газовую фазу, включающую преимущественно этилен, СО, Н₂ и СН₄, перед окончательным выводом из зоны десорбера охлаждают жидким этаном или жидким этиленом.

Конденсатор, охлаждаемый жидким пропаном или жидким пропиленом (первый конденсатор), и конденсатор, охлаждаемый жидким этаном или жидким этиленом (второй конденсатор), могут быть установлены последовательно, когда газовая фаза, выходящая из первого конденсатора, поступает во второй. Они могут быть размещены в одной оболочке, оснащённой двумя комплектами трубной обвязки по одному для каждой охлаждающей жидкости.

Первый конденсатор может быть традиционно оснащён сборником орошающей фракции, а второй конденсатор находиться на выходе сборника орошающей фракции для охлаждения газовой фазы, включающей преимущественно этилен, СО, Н2 и СН4, жидким этаном или жидким этиленом перед окончательным выводом из зоны десорбера.

Фиг. 1 отображает осуществление вышеуказанного способа. Поток сухого этилена 2, включающий в основном этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, поступает в десорбер. Донный погон 4 включающий в основном этилен, этан, СО₂, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, извлекают и по усмотрению направляют для дальнейшей очистки.

Газовая фаза в вершине десорбера конденсируется в теплообменнике, охлаждаемом жидким пропаном или жидким пропиленом, с образованием первой газовой фазы и первой жидкой фазы, восстанавливаемой в сборнике орошающей фракции, первая газовая фаза конденсируется в теплообменнике, охлаждаемом жидким этаном или жидким этиленом 7 с образованием второй газовой фазы 3, называемой головным погоном, включающей в основном этилен, СО, Н₂ и СН₄, и второй жидкой фазы, восстанавливаемой в сборнике орошающей фракции (называемом также декантатором).

Далее при осуществлении донный поток десорбера, включающий преимущественно этилен, этан, СО2, С3+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, очищают, удаляя возможные оксигенаты, а также СО2, и получают в основном беспримесный этилен, предпочтительно этилен полимерной чистоты. Предпочтительно часть этилена расширяют с получением жидкого этилена, который направляют в качестве охлаждающей жидкости для конденсации первой газовой фазы в вершине десорбера. Этилен расширяют преимущественно до давления от 0,3 до 5 бар ман. (30-500 кПа ман.) с образованием холодной газожидкостной смеси. В процессе конденсации первой газовой фазы в вершине десорбера этилен возвращают в газовую фазу и предпочтительно рециркулируют. Если способ по настоящему изобретению относится к получению этилена дегидратацией этанола, такой этилен, поступающий под низким давлением из конденсатора, может быть рециркулирован в любой точке между выпускным каналом реактора дегидратации и десорбером.

В первом варианте осуществления основной способ далее включает:

(ί):

с) направление донного потока, указанного в шаге Ь), в деэтанизатор для образования донного погона, включающего в основном этан, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты; головного погона, состоящего преимущественно из этилена и СО₂;

б) направление головного погона стадии с) в неподвижный слой зоны адсорбции СО₂ для формирования потока этилена, в значительной степени свободного от СО₂; или

- 3 029323

(ίί):

с1) направление донного погона стадии Ь) в неподвижный слой зоны адсорбции СО₂ для формирования потока, в значительной степени свободного от СО₂, с последующим направлением этого потока в деэтанизатор для образования

донного погона, включающего в основном этан, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты; головного погона, состоящего в основном из этилена, в значительной степени свободного от СО₂. Назовём вышеописанный способ вариантом реализации 1.

Предпочтительно в рассматриваемом осуществлении 1 часть жидкого этилена в сборнике орошающей фракции (называемом также декантатором) деэтанизатора расширяют и направляют в качестве охлаждающей жидкости для конденсации первой газовой фазы в вершине десорбера.

В одном из осуществлений весовое отношение этан+СО+СО₂+Н₂+СН₄+С₃+углеводороды к этилену в (А) составляет менее 10/90.

В одном из осуществлений весовое отношение этан+СО+СО2+Н2+СН4+С3+углеводороды к этилену в (А) составляет менее 10/90 и более 0,1/99,9.

В одном из осуществлений весовое отношение этан+СО+СО₂+Н₂+СН₄+С₃+углеводороды к этилену в (А) составляет менее 5/95.

В одном из т доля оксигенатов в (А) составляет от 50 до 10000 ммд (массовых миллионных долей).

При осуществлении содержание оксигенатов в (А) составляет до 3000 ммд.

При осуществлении содержание оксигенатов в (А) составляет до 2000 ммд.

При осуществлении содержание Н₂ в (А) составляет до 2 мас.%.

При осуществлении содержание Н₂ в (А) составляет до 1 мас.%.

При осуществлении содержание Н₂ в (А) составляет до 0,5 мас.%.

При осуществлении содержание Н₂ в (А) составляет до 0,1 мас.%.

При осуществлении содержание СО₂ в (А) составляет до 400 об. дол/млн.

"Поток сухого этилена" на стадии а) преимущественно подразумевает содержание влаги менее 5 ммд, предпочтительно менее 3 ммд и предпочтительно менее 1 ммд.

При осуществлении, когда поток сухого этилена (А) получен дегидратацией этанола, указанный поток (А) в основном не содержит ацетилен. Этилен, обрабатываемый в соответствии с настоящим изобретением, особенно применим в качестве сырья для получения альфа-олефинов, этилбензола/стирола, окиси этилена/ этиленгликоля, дихлорэтана и соответствующих полимеров, таких как гомо- или сополимеры полиэтилена (ПЭ/РЕ, ЭПК/ЕРК, ЭПДМ/ΕΡΌΜ и т.п.), полистирола (ПС/Р8), сополимеров стирола с бутадиеном, изопреном, акрилонитрилом или их композиций (СБС/8В8, СИС/δΙδ, БСК/8ВК, АБС/АБ8, САК/8АМ), полиэстеров (ПЭТФ/РЕТ) и поливинилхлориды (ПВХ/РУС).

В другом осуществлении изобретение относится к способу удаления лёгких компонентов из потока этилена, включающему:

a) подачу потока сухого этилена (А), содержащего этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты;

b) разделение указанного потока сухого этилена (А) в сепарирующем устройстве, преимущественно деметанизаторе или десорбере, на

газообразный головной погон (В), включающий этилен, СО, Н₂ и СН₄,

донный погон (С), включающий этилен, этан, СО₂, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, в ходе чего выполняют:

c) охлаждение газообразного головного погона (В) до температуры в пределах от -10 до -45°С с образованием первого газового потока (Ό) и первого жидкостного потока (Е);

ά) охлаждение первого газового потока (Ό) до температуры, от -10 до -45°С более низкой, чем температура стадии с), с образованием второго газового потока (Р), включающего этилен, СО, Н₂ и СН₄, и второго жидкого потока (О);

е) направление первого и второго жидкостных потоков (Е) и (О) в указанные сепарирующие устройства в качестве флегмы.

В другом варианте осуществления рассматриваемый способ отличается тем, что стадию с) охлаждения выполняют с помощью потока хладагента, который включает смесь жидких и, возможно, газообразных углеводородов С3-С4, предпочтительнее, газообразного и/или жидкого пропана и, возможно, газообразного пропилена при давлении в пределах от 30 до 200 кПа ман.

Ещё один вариант осуществления рассматриваемого способа отличается тем, что охлаждение на стадии а) выполняют жидким этаном или жидким этиленом при давлении в пределах от 30 до 500 кПа ман.

В другом варианте осуществления описываемый способ отличается тем, что донный погон (С), включающий в основном этилен, этан, СО2, С3+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, далее очищают, удаляя оксигенаты, а также СО2, и получая в значительной степени беспримесный этиленовый поток (Н), предпочтительно - этилен полимерной степени очистки.

В ещё одном варианте осуществления данный способ отличается тем, что часть получаемого потока в значительной степени беспримесного этилена (Н) расширяют, предпочтительно до давления в диапазо- 4 029323

не от 0,3 до 5 бар ман. (30-500 кПа ман.), получая холодную смесь жидкости и, возможно, газа, при этом жидкий этилен используют как поток хладагента, охлаждающего газообразный головной погон (В).

В другом осуществлении рассматриваемый способ отличается тем, что при охлаждении газообразного головного погона (В) указанный в значительной степени беспримесный этилен в потоке (Н) возвращается в газовую фазу для рециркуляции.

В другом варианте реализации изобретение относится к установке для осуществления описанного выше способа, включающей

первое сепарирующее устройство, предпочтительно в виде деметанизатора или десорбера, для разделения потока (А) на газообразный головной погон (В) и донный погон (С);

второе сепарирующее устройство, предпочтительно в виде сборника орошающей фракции или десорбера, для отделения первого газового потока (С) от первого жидкостного потока (О);

первое охлаждающее устройство, предпочтительно в виде теплообменника, для охлаждения газообразного головного погона (В);

второе охлаждающее устройство, предпочтительно в виде теплообменника, для охлаждения первого газового потока (С);

средство подачи потока сухого этилена (А) в первое сепарирующее устройство;

средство подачи газообразного головного погона (В) в первое охлаждающее устройство, средство

подачи первого газового потока (Ό) во второе охлаждающее устройство и средство подачи первого и второго жидкостных потоков (Е) и (О) в указанное первое сепарирующее устройство.

Все описанные выше варианты осуществления взаимосвязаны и должны рассматриваться в единстве друг с другом.

Подробное описание изобретения

Среди кислородсодержащих загрязнителей, иначе называемых оксигенатами, можно назвать метанол, этанол, С₃спирты; простые эфиры, такие как диэтиловый эфир, метилэтиловый эфир и диметиловый эфир; карбоновые кислоты типа уксусной; альдегиды типа уксусного; кетоны типа ацетона; эстеры типа метиловых эфиров; и производные винила. Особенно проблематичными оксигенатами-загрязнителями являются альдегиды при гидратации спиртов.

Что касается потока этилена (А) на стадии а), он может быть получен дегидратацией этанола. Дегидратация этанола может быть выполнена в одном или более реакторах. Процесс дегидратации спиртов описан в публикациях МО 2009-098262, МО 2009-098267, МО 2009-098268 и МО 2009-098269, материал которых включён в заявляемое изобретение.

Предлагаемое изобретение особенно эффективно для очистки этилена, полученного дегидратацией этанола.

Отгон указанного реактора дегидратации составляют в основном этилен и пар, а также незначительные количества оксигенатов, этана, СО, СО₂, Н₂, СН₄ и С₃+ углеводородов. "Незначительные количества" означает, что весовое отношение этан+СО+СО₂+Н₂+СН₄+С₃+углеводороды к этилену составляет менее 20/80, а в большинстве случаев - менее 10/90.

Отгон реактора дегидратации сначала охлаждают, обычно - в охлаждающей колонне, где охлаждающей средой служит вода. В охладительной колонне большая часть воды, содержащаяся в отгоне реактора дегидратации, конденсируется и отводится из донной области колонны как донный поток жидкой воды. Часть донного водяного потока охлаждают в теплообменнике и рециркулируют в качестве охладителя в верхнюю область охлаждающей колонны. Часть воды донного водяного потока, не рециркулируемой в качестве охладителя, может содержать некоторое количество оксигенатов, главным образом, непрореагировавшего этанола. Такой поток воды может быть переработан в отгонной колонне с получением потока чистой воды. Этилен, оксигенаты, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄ и С₃+ углеводороды, называемые потоком этилена с загрязняющими примесями, удаляют из вершины закалочной колонны под давлением, как правило, в пределах от 1 до 16 бар абсолютных (0,1-1,6 МПа (а)). Предпочтительно указанный поток загрязнённого этилена последовательно сжимают и охлаждают в один или более этапов для удаления основной массы воды, после чего направляют в зону сушки в неподвижном слое и, наконец, используют в процессе осуществления изобретённого способа.

На предшествующих этапах сжатия извлечённая вода содержит в растворённом виде некоторое количество загрязняющих оксигенатов и углеводородов. Поток углеводородов с примесными загрязнителями также может быть охлаждён перед первым этапом сжатия и дегидратирован. При реализации способа воду, регенерируемую на каждом этапе охлаждения после сжатия и после охлаждения, если таковое применялось, перед первым этапом сжатия, направляют в отгонную колонну для формирования потока из верхней части колонны (головного погона) со значительным содержанием загрязняющих оксигенатов и углеводородов и донный поток существенно очищенной воды. Произвольно поток головного погона может выжигаться для разрушения кислородсодержащих загрязнителей с выделением теплоты.

После этапа компрессии поток этилена с загрязняющими примесями направляют в зону сушки в неподвижном слое и, наконец, используют в способе по настоящему изобретению. Зона сушки неподвижного слоя известна на существующем уровне техники.

Что касается десорбера, он предназначен для регенерирации головного погона, включающего в ос- 5 029323

новном Н₂, СН₄ и СО. По принципу действия это, преимущественно, дистилляционная колонна.

Специалист, имеющий квалификацию в области перегонки углеводородов, имеет возможность выбора рабочих условий исходя из соотношения лёгких компонентов в составе этилена, подаваемого в десорбер, и термодинамических свойств охлаждающих текучих сред. Основой настоящего способа является использование преимущественно пропана или пропилена для конденсации вершинного потока десорбера и "завершение" конденсации охлаждением этаном или этиленом с целью уменьшения количества этилена, уносимого с лёгкими компонентами головного погона десорбера. Предпочтительно часть охлаждающей энергии во втором конденсаторе, которая передаётся этаном или этиленом, в вершине десорбера составляет до 10% от совокупной энергии охлаждения, требуемой в вершине десорбера.

В десорбере должно поддерживаться давление, достаточно высокое для работы при температурах, не слишком низких для применения преимущественно жидкого пропана или жидкого пропилена в качестве хладагента для вершинного потока. В десорбере для выделения головного погона, содержащего Н2, СН₄ и СО, и, в особенности, жидкого этилена в донном потоке при 40 бар ман. (4 МПа ман.) температура головного погона составляет в пределах от 0 до -10°С, а температура донного слоя - 0°С. В том же десорбере, работающем при 21 бар ман. (2,1 МПа ман.), температура головного погона составляет -30°С, а температура донного погона - около -24°С. Эти значения температуры и давления являются функциями соотношения Н₂, СН₄ и СО в этиленовом потоке (А), а главное - доли Н₂.

Температура потока (Ό), т.е. температура в вершине десорбера и после первого конденсатора, составляет в диапазоне от -5, -10 или -15°С до -45, -40 или -35°С. Температура охлаждающего потока на стадии с) составляет в диапазоне от -10, -15 или 0°С до -50С, -45 или -40°С.

Температура жидкого этана или этилена на стадии ά) составляет в диапазоне от -60, -65 или -70°С до -80, -85 или -90°С.

В первом варианте реализации неподвижный слой зоны адсорбции СО2 может представлять собой любой компонент, способный селективно поглощать СО₂. Для практического примера использовали коммерчески доступный тип адсорбента неподвижного слоя (ΡδΑ - для адсорбции при переменном давлении или ΤδΑ - для адсорбции при переменной температуре) с применением молекулярных сит или основных окисей, основных окисей на носителе, углерода с большой площадью поверхности, компонентов с металлорганическим каркасом (МОР) или смесей из них. Молекулярные сита предпочтительно представляют собой цеолиты с низким содержанием двуокиси кремния, имеющие 8- (среди которых цеолит А) или 12-членные (среди которых цеолит X) кольца и замещаемые щелочными, щелочноземельными или лантаноидными (редкоземельными) катионами. Другие молекулярные сита являются кристаллическими титаносиликатами (семейства ΕΤδ). Основными оксидами на носителе преимущественно являются щёлочь, оксиды щелочно-земельных металлов или лантанида на носителе с большой площадью поверхности из углеродов, глинозёма, кремнезёма, двуокиси циркония или двуокиси титана, глин. СО2 удаляют с жидким потоком или с потоком газообразного этилена в зависимости от давления и температуры. Выделяют поток, существенно свободный от СО2. Поскольку удалению из этилена подлежат лишь остаточные количества СО2, предпочтительным циклом процесса является технология типа адсорбции при переменной температуре (ΤδΑ). Адсорбция СО₂ может осуществляться в одном или более неподвижных слоях адсорбента. После насыщения СО₂ одного неподвижного слоя адсорбента во время его регенерации основной поток может проходить обработку в другом адсорбирующем слое или может быть применена любая комбинация процессов. Во время регенерации посредством десорбции формируется поток, подлежащий обработке в одном из компонентов оборудования. В цикле процесса адсорбции при переменной температуре ΤδΑ регенерация происходит путём очистки насыщенного адсорбента инертным газом за счёт увеличения температуры до выполнения десорбции СО2. В конечном счёте, насыщенный адсорбент может быть заменён новым адсорбентом и подвергнут или изъятию, или восстановлению внешними средствами для дальнейшего использования. Определение "существенно/преимущественно" должно интерпретироваться в контексте последующего использования этилена. В случае применения этилена для полимеризации или олигомеризации содержание СО2 должно составлять 1 млн^-1 от объёма или меньше, предпочтительно 0,5 млн^-1 от объёма или меньше.

При реализации давление в отделителе С2, называемом также деэтанизатором, выбирают из расчёта такой температуры донного потока, при которой отсутствуют какая-либо олигомеризация или полимеризация оксигенатов. На практике эта температура не должна превышать 150°С, предпочтительно, превышать 100°С. Эта температура является функцией давления и пропорции оксигенатов в смеси оксигенатов+этана+С₃+углеводородов. Чем выше пропорция оксигенатов, тем выше температура. Чем выше давление, тем выше температура. Отделитель С2/деэтанизатор преимущественно представляет собой дистилляционную колонну.

Первый вариант осуществления способа отображён на фиг. 2. Поток этилена с загрязняющими примесями (А), содержащий преимущественно этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, высушивали и направляли в десорбер (называемый также деметанизатор) для образования

потока головного погона, включающего в основном С₂Н₄, СО, Н₂ и СН₄;

потока донного погона, включающего в основном этилен, этан, СО₂, С₃+ углеводороды и, возмож- 6 029323

но, оксигенаты, после чего этот донный погон из десорбера направляют в деэтанизатор для образования донного погона, включающего в основном этан, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, головного погона, состоящего преимущественно из этилена и СО₂, после чего этот головной погон

из деэтанизатора направляют в неподвижный слой зоны адсорбции СО₂ для получения потока этилена, существенно свободного от СО₂.

Часть жидкого этилена в сборнике орошающей фракции (называемом также [фильтр-] декантатор) деэтанизатора расширяют и направляют в качестве охлаждающей жидкости для конденсации первой газовой фазы в вершине десорбера.

В одном из осуществлений десорбер (деметанизатор) и отделитель С₂/деэтанизатор работают при одном давлении, кроме перепада давления между деметанизатором и отделителем С₂/деэтанизатором для перемещения текучих сред. Давление преимущественно находится в пределах от 15 до 45 бар ман. (1,54,5 МПа ман.).

В типичном примере давление в десорбере составляет от 15 до 35 бар ман. (1,5-3,5 МПа ман.), а давление в деэтанизаторе и адсорбере СО₂ - ниже примерно на 1 или 2 бар ман. (0,1-0,2 МПа ман.), что соответствует понижению давления внутри трубной обвязки и оборудования. В этом диапазоне давления температура в вершине десорбера и после первого конденсатора находится в пределах от -20 до -30°С, температура в донной области десорбера находится в пределах от -15 до -25°С, температура в вершине деэтанизатора и после конденсатора находится в пределах от -30 до -20°С, и температура в донной области деэтанизатора составляет в пределах от 75 до 85°С.

В типичном примере давление в десорбере составляет от 20 до 25 бар ман. (2,0-2.5 МПа ман.), а давление в деэтанизаторе и адсорбере СО₂ - примерно на 1 или 2 бара ман. (0,1-0,2 МПа ман.) меньше, что соответствует понижению давления внутри трубной обвязки и оборудования. В этом диапазоне давлений температура в вершине десорбера и после конденсатора находится в пределах от -22 до -26°С, температура в донной части десорбера находится в пределах от -20 до -24°С, в то время как температура в верхней части деэтанизатора и после конденсатора составляет от -27 до -22°С, а температура в нижней части деэтанизатора варьируется от 78 до 82°С.

В другом типичном примере давление в десорбере составляет в пределах от 30 до 45 бар ман. (3,04,5 МПа ман.), а давление в деэтанизаторе и адсорбере СО₂ примерно на 5-25 бар ман. (0,5-2,5 МПа ман.) меньше. Давление в деэтанизаторе предпочтительно составляет от 15 до 30 бар ман. (1,5-3,0 МПа ман.). В этом диапазоне давления вершина десорбера конденсируется при температуре в пределах от -20 до 45°С, температура в придонной области десорбера составляет в пределах от -5 до 5°С, температура в вершине деэтанизатора составляет в пределах от -25 до -35°С, конденсация происходит при температуре в диапазоне от -25 до -35°С, при этом температура в придонной области деэтанизатора составляет в пределах от 75 до 85°С.

Давление в десорбере составляет от 25 до 35 бар ман. (2,5 МПа ман. до 3,5 МПа ман.), а давление в деэтанизаторе и адсорбере СО₂ составляет от 20 до 25 бар ман. (2,0-2,5 МПа ман.). В этом диапазоне давления вершина десорбера конденсируется при температуре в пределах от -10 до -35°С, температура в придонной области десорбера составляет в пределах от -5 до -25°С, температура в вершине деэтанизатора составляет в пределах от -28 до -32°С, конденсация происходит при температуре в диапазоне от -28 до -32°С, при этом температура в донной области деэтанизатора составляет от 50 до 80°С.

Примеры

Пример 1 согласно изобретению. Осуществляли процесс согласно фиг. 2, 3. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

	Номер потока
1	2	3	4	5	6	7
Скорость потока, кг/час.
Н2	12	12	12	0	0	0	0
СО	2	2	2	0	0	0	0
Метан	1	1	1	0	0	0	0
Этилен	25119	25954	73	25881	24987	59	835
Этан	15	15		15	14	0	1
СО2	8	8		8		0
СЗ+	767	720		720		720
Н2О	197
ВСЕГО	26121	26712	88	26624	25001	779	836

Поток 1 представляет собой охлаждённый десорбат дегидратации этанола, поток 7 рециркулирует в зоне сжатия, расположенной между охладителем и десорбером, как показано на фиг. 3. Было получено 25119 кг С₂Н₄, при этом 73 кг потеряно в потоке 3, и 59 кг потеряно в потоке 6, что составило около 0,5% потерь.

Пример 2, сравнительный.

Осуществляли процесс согласно фиг. 4. Результаты представлены в табл. 2.

- 7 029323

Таблица 2

№ потока на фиг. 4		1	2	3	4	5	6
		Подача в десорбер	Донный слой десорбера	Отгон десорбера	Донный слой деэтанизатора	Дистиллят деэтанизатора	Выход этилена
Температура	°С	15	-20	-24	80	-24	20
Давление	Бар ман.	22	22	22	21	21	20
Н2	Кг/час.	0,1		0,1
СО	Кг/час.	1		1
СО2	Кг/час.	1	1			1
Этан	Кг/час.	5	5			5	5
Этилен	Кг/час.	25091	25013	78	18	24995	24995
Ацетальдегиды	Кг/час.	18	18		18
СЗ+	Кг/час.	325	325		325
Всего	Кг/час.	25441,1	25362	79,1	361	25001	25000

Сравнение с примером 1 показывает гораздо меньшее содержание лёгких компонентов в питающем десорбер потоке, вследствие чего для охлаждения в конденсаторе достаточно -24°С. Для достижения в реакционной зоне -24°С охлаждающей жидкостью может быть жидкий пропан при 0,5 бар ман.

Потеря С₂Н₄ в головном погоне десорбера составила 78 кг/ч. В примере 1 для снижения потери С₂Н₄ в головном погоне десорбера до 73 кг/ч необходим второй конденсатор, питаемый жидким этиленом при -65°С. Было получено 25091 кг С₂Н₄, при этом 78 кг потеряно в потоке 3, и 18 кг потеряно в потоке 4, что составило около 0,5% потерь.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ выделения лёгких компонентов из потока этилена, включающий:

a) формирование потока сухого этилена (А), содержащего этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты;

b) направление указанного потока (А) в десорбер, называемый также деметанизатор, для образования

потока головного погона, содержащего этилен, СО, Н₂ и СН₄;

потока донного погона, содержащего этилен, этан, СО₂, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты,

где указанный поток головного погона конденсируют в первом теплообменнике за счет хладагента с получением первой газовой фазы и первой жидкой фазы, первую газовую фазу конденсируют во втором теплообменнике, за счет охлаждения жидким этаном или жидким этиленом с образованием второй газовой фазы, включающей этилен, СО, Н₂ и СН₄, и второй жидкой фазы, при этом первая и вторая жидкие фазы служат флегмой для десорбера.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что указанный хладагент, используемый в первом теплообменнике, включает смесь жидких и, возможно, газообразных углеводородов С₃-С₄, предпочтительно жидкого и, возможно, газообразного пропана и/или жидкого и, возможно, газообразного пропилена под давлением в пределах от 30 до 200 кПа ман.
3. Способ по пп.1, 2, характеризующийся тем, что давление жидкого этана или жидкого этилена поддерживают в диапазоне от 30 до 500 кПа ман.
4. Способ по пп.1-3, характеризующийся тем, что донный погон десорбера, включающий этилен, этан, СО₂, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, далее очищают, удаляя оксигенаты, а также СО₂, и получая беспримесный этилен, предпочтительно этилен, пригодный для синтеза полимеров.
5. Способ по п.4, характеризующийся тем, что часть этилена расширяют, предпочтительно до давления от 30 до 500 кПа ман., с получением жидкого этилена, который направляют в качестве охлаждающей жидкости для конденсации во второй теплообменник.
6. Способ по п.5, характеризующийся тем, что после конденсации первой газовой фазы этилен возвращают в головной погон для рециркуляции.
7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что этилен потока (А) получают дегидратацией этанола, после чего образовавшийся этилен под низким давлением из конденсатора направляют в любую точку между выпускным каналом реактора дегидратации и десорбером.
8. Способ по пп.1-3, характеризующийся тем, что он дополнительно включает:

⁽ΐ^):

c) направление донного погона, полученного на стадии Ь), в деэтанизатор для образования донного погона, содержащего этан, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты; головного погона, состоящего из этилена;

б) направление головного погона стадии с) в зону адсорбции СО₂ с неподвижным слоем адсорбента для получения потока этилена, очищенного от СО₂; или

(ΐΐ):

с1) направление донного погона стадии Ь) в зону адсорбции СО₂ с неподвижным слоем адсорбента

- 8 029323

для образования потока, очищенного от СО₂, с последующим направлением указанного потока в деэтанизатор для формирования

донного погона, содержащего этан, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты; головного погона, состоящего из этилена, очищенного от СО₂.
9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что часть жидкого этилена в сборнике орошающей фракции деэтанизатора расширяют, предпочтительно до давления в пределах от 30 до 500 кПа ман. для получения холодной газожидкостной смеси и направления в качестве охлаждающей жидкости для конденсации первой газовой фазы.
10. Способ по п.9, характеризующийся тем, что после процесса конденсации первой газовой фазы этилен возвращают в головной погон на рециркуляцию.
11. Способ по п.10, характеризующийся тем, что этилен потока (А) получают дегидратацией этанола и по мере поступления под низким давлением из конденсатора рециркулируют в любой точке между выпускным каналом реактора дегидратации и десорбером.
12. Способ по пп.1-11, характеризующийся тем, что источником потока сухого этилена (А) является дегидратация этанола.
13. Способ выделения лёгких компонентов из потока этилена, включающий:

a) подачу потока сухого этилена (А), содержащего этилен, этан, СО, СО₂, Н₂, СН₄, С₃+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, в первое сепарирующее устройство;

b) отделение от указанного потока сухого этилена (А) в первом сепарирующем устройстве, а именно деметанизаторе или десорбере

газообразного головного погона (В), содержащего этилен, СО, Н₂ и СН₄;

донного погона (С), содержащего этилен, этан, СО2, С3+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, при этом одновременно

c) охлаждение газообразного головного погона (В) до температуры в пределах от -10 до -45°С с образованием первого газового потока (Ό) и первого жидкостного потока (Е) и отделение первого газового потока (Ό) от первого жидкостного потока (Е) во втором сепарирующем устройстве;

ά) охлаждение первого газового потока (Ό) до температуры от -10 до -45°С, более низкой, чем температура стадии с), с образованием второго газового потока (Р), содержащего этилен, СО, Н₂ и СН₄, и второго жидкого потока (О);

е) направление первого и второго жидкостных потоков (Е) и (О) в указанное первое сепарирующее устройство в качестве флегмы.
14. Способ по п.13, характеризующийся тем, что охлаждение на стадии с) выполняют посредством охлаждающего потока, который представляет собой смесь жидких и, возможно, газообразных углеводородов С₃-С₄, предпочтительнее жидкого и, возможно, газообразного пропана и/или жидкого и, возможно, газообразного пропилена под давлением в пределах от 30 до 200 кПа ман.
15. Способ по пп.13, 14, характеризующийся тем, что охлаждение на стадии ά) выполняют жидким этаном или жидким этиленом под давлением в пределах от 30 до 500 кПа ман.
16. Способ по пп.13-15, характеризующийся тем, что донный погон (С), содержащий этилен, этан, СО2, С3+ углеводороды и, возможно, оксигенаты, далее очищают, удаляя оксигенаты, а также СО2, и получая беспримесный поток этилена (Н), предпочтительно этилен, пригодный для синтеза полимеров.
17. Способ по пп.14-16, характеризующийся тем, что часть беспримесного этиленового потока (Н) расширяют, предпочтительно до давления от 30 до 500 кПа ман., с получением холодной смеси жидкости и, возможно, газа, после чего полученный жидкий этилен используют в качестве охлаждающего потока для охлаждения газообразного головного погона (В).
18. Способ по п.17, характеризующийся тем, что в процессе охлаждения газообразного головного погона (В) этилен указанного беспримесного этиленового потока (Н) направляют на рециркуляцию.
19. Установка для осуществления способа по одному из пп.13-18, включающая

первое сепарирующее устройство, выполненное в виде деметанизатора или десорбера, для разделения потока (А) на газообразный головной погон (В) и донный погон (С);

второе сепарирующее устройство, выполненное в виде сборника орошающей фракции или десорбера, для отделения первого газового потока (Ό) от первого жидкостного потока (Е);

первое охлаждающее устройство, выполненное в виде теплообменника, для охлаждения газообразного головного погона (В);

второе охлаждающее устройство, выполненное в виде теплообменника, для охлаждения первого газового потока (Ό);

средства подачи потока сухого этилена (А) в первое сепарирующее устройство, средства подачи газообразного головного погона (В) в первое охлаждающее устройство, средства подачи первого газового потока (Ό) во второе охлаждающее устройство и средства подачи первого и второго жидкостных потоков (Е) и (О) в указанное первое сепарирующее устройство.

- 9 029323