TWI543965B - 利用共沸蒸發法以及全體水對乙苯為低比例的方式由乙苯製造苯乙烯的方法 - Google Patents
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Description
文中揭示的實施例係有關於一用於藉在蒸氣存在下使乙苯進行脫氫反應而製造苯乙烯的方法。更特定地，文中揭示的實施例係有關於當經由該液體乙苯及饋至該脫氫反應器之水的共沸蒸發法而回收各種脫氫反應產物(諸如得自苯乙烯之乙苯)之冷凝熱時，以全體水對乙苯為較低重量比(全體水(蒸氣)對油為較低重量比)的方式進行之乙基的脫氫反應。
美國專利第4,628,136號(該’136專利)教示一回收該乙苯/苯乙烯單體(EB/SM)分流器之塔頂餾出物內所包含之熱的方法，其係藉利用本物料流以煮沸乙苯及水的共沸混合物，其一旦蒸發時，接著被轉移至該反應系統內以進行乙苯轉化成苯乙烯的脫氫反應。如該’136專利內所述，該EB進料係經該EB/SM分離塔之塔頂餾出物內的水而蒸發。由於EB及水可形成低沸點共沸液，所以上述蒸發作用係可能。
現在參考第1圖，其係闡明一與如該’136專利中所述方法類似之共沸熱回收法的簡化製法流程圖。經由流動管線10自該脫氫反應器(或上游分離裝置)將粗苯乙烯饋至EB/SM分流器12。苯乙烯產物係以塔底產物餾份14之形式回收，而乙苯可能連同其它雜質(諸如苯、甲苯、及二甲苯(BTX))以塔頂餾出物餾份16的形式回收。在共沸汽化器20內藉與經由流動管線18而饋入之乙苯(再循環及/或新的)與水(諸如自該脫氫反應產物所回收的凝液)所進行的間接熱交換而凝凝該等塔頂餾出物餾份16。經由流動管線22自共沸汽化器20回收該經冷凝的塔頂餾出物餾份，當這些組份並未自該EB/SM分流器分離時，其之一部份可用於塔回流，而其之一部份可饋至下游製程(圖中未顯示)，諸如供BTX之回收的製程。經由流動管線24，自共沸汽化器20回收該經蒸發之EB及水的共沸混合物以便饋至脫氫反應區(圖中並闡明)。
在該脫氫反應區內，物料流24內之EB對水蒸氣的重量比通稱為主要蒸氣對油的重量比(PS/油重量比)。如該’136專利內所述的構形可節約與EB及水之沸騰有關的能源，因為本混合物係藉EB/SM分離塔之塔頂蒸氣而汽化，或者可使用冷却水使其冷凝。
現在參考第2圖，其係闡明一供該脫水反應之典型構形的簡化流程圖。藉使該EB進料脫氫(其係為吸熱反應)而製造SM。該EB及水之汽化共沸混合物係經由流動管線24而饋至該反應區，該反應區可包括2至4個脫氫反應器26、28。在進入下一反應器26或最終反應器28內之前，可利用蒸氣再加熱該得自各反應器26的流出物。用於將該等反應器流出物再加熱的蒸氣通稱為主要蒸氣(MS)，其係經由流動管線32自蒸氣過熱器30提供且最後連同該PS/油(汽化EB/水)混合物進入該第一反應器26之入口34，其亦可藉該得自交換器36之最終反應器28的流出物而經預加熱。
如該’136專利之先前技術內所述，除了別的顧慮外，該研究的重點可周期性在能源效率與催化劑研發之間變動。然而，這些不同領域的改善可影響該總體方法。例如可獲得能以全體蒸氣對油為較低重量比((MS+PS)/油))的方式操作該脫氫反應器的新催化劑，且其它催化劑可在研發中。例如經研發中的新催化劑可以以全體蒸氣對油為0.9至1.0或甚至較低的重量比之方式進行操作。
於適於與得自該EB/SM分流器之塔頂餾出物進行交叉交換的條件下進行該乙苯-水混合物之共沸蒸發法在該汽化共沸混合物之PS/油重量比的控制上，僅提供有限的可變性。因此，以全體蒸氣對油為較低重量比的方式進行之操作必需減少主蒸氣(MS)的用量。然而，主蒸氣用量之減少會影響該等反應階段之間的反應器流出物之再加熱。因此，在較小數量之MS下，當必需提供相同的反應熱(就同等SM製造速率而言)時，需要更高的爐及轉移管線溫度。然而，於1.0或較低的全體S/O重量比下，提高該必要熱所需的溫度可超過加熱器旋管38以及相關轉移管線之當前的冶煉限度。
業經發現僅利用該等EB/SM分流器塔頂餾出物之一部份以對該共沸汽化器提供熱可以獲得自該等EB/SM分流器塔頂餾出物回收熱的最大好處，並得到充份的製程變通性，因此可在廣範圍的全體蒸氣對油之重量比(其包括小於1.0之全體蒸氣對油的重量比)內操作該脫氫反應區。在不需降低該主蒸氣對油的重量比之情況下，可獲得文中揭示之實施例的好處，因此可得到必要的反應器流出物再加熱最大限量。
文中揭示的實施例之一方面係有關於用於一烷基芳香烴之脫氫反應的方法，該方法包括：在脫氫反應條件下，在一含一或多個反應器的反應區內，以一脫氫反應催化劑接觸一含一烷基芳香烴及蒸氣且具有一第一蒸氣對烷基芳香烴重量比的反應物蒸氣物料流以形成含一產物烴、該蒸氣、及未經反應烷基芳香烴的氣相流出物；將該流出物之至少一部份饋至一分流器以使該產物烴與該未經反應烷基芳香烴分離；自該分流器回收呈一頂塔餾出物餾份的該未經反應烷基芳香烴；自該分流器回收呈一塔底產物餾份的該產物烴；藉與一含烷基芳香烴及水之混合物進行間接熱交換而自該塔頂餾出物餾份之第一部份回收熱以至少局部冷凝該部份並形成一含烷基芳香族蒸氣及蒸氣且具有一第二蒸氣對烷基芳香烴重量比的共沸蒸發產物；分別或一起合併該共沸蒸發產物及額外烷基芳香烴與額外蒸氣以形成該反應物蒸氣物料流。
自以下說明及附加申請專利範圍可知其它方面及優點。
第1圖為利用共沸汽化器自一乙苯/苯乙烯單體(EB/SM)分流器之塔頂餾出物回收熱之一先前技藝方法的簡化流程圖。
第2圖為一用於自乙苯(EB)製造苯乙烯單體(SM)之典型脫氫反應系統的簡化流程圖。
第3圖為一根據文中揭示之實施例之用於製造苯乙烯單體(SM)的方法之一部份的簡化流程圖。
第4圖為一根據文中揭示之實施例之用於製造苯乙烯單體(SM)的方法之一部份的簡化流程圖。
第5圖為一根據文中揭示之實施例之用於製造苯乙烯單體(SM)的方法之一部份的簡化流程圖。
文中揭示的實施例係有關於一在蒸氣下，藉乙苯之脫氫化反應而製造苯乙烯的方法。更特定地，文中揭示的實施例係有關於以全體蒸氣對乙苯為較低重量比(全體蒸氣對油為較低重量比)的方式進行乙苯之脫氫化反應，而且亦可經由液體乙苯及饋至該脫氫反應器之水的共沸蒸發而回收各該脫氫反應產物(諸如得自苯乙烯之乙苯)的冷凝熱。
現在參考第3圖，其係闡明用於根據文中揭示的實施例，利用一共沸汽化器自一乙苯/苯乙烯單體(EB/SM)分流器之塔頂餾出物回收熱的簡化製法流程圖。可將經由流動管線310自該脫氫反應區及任何中間分離區(圖中未闡明)回收之粗苯乙烯饋至EB/SM分流器312以分離苯乙烯及得自未經反應之乙苯的任何重餾份副產物與任何額外輕餾份組份，諸如苯、甲苯、及二甲苯。該苯乙烯產物及重餾份可以呈塔底產物餾份314自分流器312回收，而該乙苯及任何輕烴可以呈頂塔餾出物餾份316自分流器312回收。然後在共沸汽化器320內藉與經由流動管線318饋入之乙苯(再循環及/或新的)及水(諸如自該脫氫反應產物回收的凝液)所進行之間接熱交換而冷凝該塔頂餾出物餾份316的一部份316A。經由流動管線322自共沸汽化器320回收該經冷凝塔頂餾出物餾份，其一部份可用於塔回流物324，而其一部份可呈乙苯回收物料流326回收，當這些組份並未自該EB/SM分流器之上游分離時，可將其饋至下游製程(圖中未顯示)，諸如用於回收BTX的製程。經由流動管線327自共沸汽化器320回收該EB及水之汽化共沸混合物以便饋至該脫氫反應區(圖中並未闡明)。並未使用該塔頂餾出物餾份316之其餘部份316B以對共沸汽化器320提供熱。
僅使用該分流器塔頂餾出物餾份之一部份以對該共沸汽化器提供熱會導致該熱不足以蒸發饋至該脫氫反應區之全部乙苯及主要蒸氣。接著使增補的乙苯進料與該自汽化器回收的共沸混合物混合以提供達到所欲總乙苯饋給率所需之額外乙苯。該共沸汽化器內之較低蒸發速率會導致該主要蒸氣之減少，且當與該主要蒸氣合併時，可得到能進入該脫氫反應區內之全體蒸氣對油的較低重量比。
如上述，顯著地減少該主要蒸氣的數量並非所欲，因為其會影響該等反應階段間之反應器流出物的再加熱且可導致過高的爐及轉移管線之溫度。藉僅使用該分流器塔頂餾出物餾份之一部份以對該共沸汽化器提供熱，可調整全體蒸氣對油之重量比且不會減少自該蒸氣過熱器所提供之再加熱蒸氣。即使得自該蒸氣過熱器之該蒸氣的流率降低，僅使用該分流器塔頂餾出物餾份之一部份以對該共沸汽化器提供熱也可以於較低的爐及轉移管線溫度(在其等之各別冶煉限制因素之內)下操作。
現在參考第4圖，其係為根據文中揭示的實施例，一用於製造苯乙烯單體(SM)之方法的簡化流程圖，其中相同的數字代表相同的部件。可在類似如參考第2圖所述，在該脫氫反應區內處理乙苯以製造可在分離區350內經分離以得到粗苯乙烯產物的反應器流出物345。然後如參考第3圖所述，處理粗苯乙烯310以在共沸汽化器320內僅製造所需乙苯蒸氣進料的一部份，其係經由流動管線327回收。
分離區350可包括，例如藉於凝作用而自該等烴蒸氣分離蒸氣的方法、自該乙苯及苯乙烯分離輕烴(BTX)的方法、或為熟悉本項技藝者已知的其它分離方法。或者可在分流器312的下游處進行BTX分離。可以使在分離區350內所回收的凝液與乙苯合併以形成該可經由流動管線318饋至共沸汽化器320之乙苯-水混合物。
流動管線327內之乙苯及蒸氣的共沸混合物具有一蒸氣對油之重量比(例如蒸氣對乙苯之重量比或若合適，蒸氣對乙苯加上其它烴之重量比)。所形成共沸混合物之蒸氣對乙苯的特定重量比可取決於該蒸發系統之溫度及壓力。在某些實施例中，該蒸氣對乙苯之重量比可在自約0.4至約0.6的範圍內，諸如自0.40、0.42、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48或0.49之一下限至0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.58或0.60之一上限，其中任一下限可合併任一上限。
然後可以使流動管線327內之該乙苯及蒸氣的共沸混合物與額外乙苯及額外蒸氣(諸如該主要蒸氣)合併以得到能進入該脫水反應器列之入口34內的該進料之全體蒸氣對油的所欲重量比。可經由流動管線340A、340B、340C、及340D中之一或多者、或於如可藉熟悉本項技藝者而預期的其它位置，將乙苯液體及/或蒸氣添加至該系統。若將乙苯液體饋至該系統，則其應該在饋至反應器26前，諸如藉與該主要蒸氣摻合或經由，諸如與低壓蒸氣或在，例如流出物交換器36內進行間接熱交換而經蒸發。所使用該能進入脫水反應器內之進料的全體蒸氣對油之重量比可取決於該脫氫反應催化劑類型、催化劑壽命、或任何其它因素，且，例如可以在自約0.7至約1.5重量%的範圍內。在其它實施例中，該全體蒸氣對油之比例可以在自約0.8至約1.2的範圍內；在其它實施例中，係自約0.9至約1.0；且在其它實施例中，係自0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.0、1.05或1.10之一下限至0.90、0.95、1.0、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45或1.50之一上限，其中任一下限可合併任一較高上限。
在某些實施例中，管線24內之該共沸蒸發產物係與經由流動管線340A而饋入之乙苯蒸氣合併。該額外的乙苯與該乙苯及蒸氣之共沸混合物摻合後，所形成乙苯-蒸氣混合物可具有一在自約0.1至約0.5，諸如自約0.25至約0.35之範圍內的蒸氣對油之重量比。在其它實施例中，該所形成乙苯-蒸氣聚合物可具有一在自0.10、0.15、0.20、0.25、0.30或0.35之一下限至0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45或0.50之一上限的蒸氣對油之重量比，其中任一下限可以合併任一較高上限。
再參考第3圖，在某些實施例中，該其餘部份316可繞過共沸汽化器320且若可行，則可使用冷却水或其它冷却媒介進行冷凝。例如可將該其餘部份316B饋至冷凝器328，於其中使其經冷凝並回收以作為送至下游製程之回流物或進料。雖然在本實施例中，得自該其餘部份316B之過量熱可在冷却水中損失，但是本實施例可獲得能以總全體蒸氣對油為較低重量比的方式操作之所欲方法變通性，且在該共沸汽化器內可進行少量的熱回收。
在其它實施例中，可經由在間接熱交換區330內與一或多種合適的製程物料流進行間接熱交換而自該其餘部份316B回收熱。例如如在第5圖中所闡明，其中相同數字代表相同部件，可將得自分流器312之塔底產物餾份314饋至苯乙烯回收塔510以自重餾份反應副產物(諸如寡聚物、聚合物、焦油等)分離苯乙烯。可經由流動管線512自塔510回收呈一塔頂餾出物餾份的該苯乙烯，且可回收呈塔底產物餾份的該等重餾份副產物。可經由在熱交換器516內與該其餘部份316B進行間接熱交換而對苯乙烯回收塔提供再沸蒸氣。若必要，在正常操作期間或為了起動該塔，可使用一增補或起動再沸器以提供額外熱。使用此種方式可有效率地利用該得自EB/SM分流器312之塔頂餾出物熱且可減少該主要蒸氣對油之重量比，因此可以以全體蒸氣對油為較低重量比的方式操作該脫氫反應區，且不會面臨該蒸氣過熱器之任何冶煉限制。此外，與先前技藝方法之1.15或更高比較，由於該全體蒸氣對油之重量比可減至0.9到1.0，所以可減少自乙苯製造苯乙烯的全體能源需求。
如上述，文中揭示的實施例可以使乙苯之脫氫反應以全體蒸氣對乙苯為較低重量比(全體蒸氣對油為較低重量比)的方式進行，而且亦可經由該液體乙苯之一部份及饋至該脫氫反應器之水的共沸蒸發而自製程物料流回收熱。有利的是，文中揭示的實施例可提供以下中之一或多項：以全體蒸氣對油為低重量(諸如在自約0.9至1.0之範圍內的重量比)的方式操作；自該EB/SB分流器塔頂餾出物餾份回收熱；使用該EB/SM分流器塔頂餾出物餾份之一部份進行該SM回收塔的再沸；以在蒸氣過熱器設計限度內的全體蒸氣對油為較低重量比之方式操作；及除了別的優點外，用於製造苯乙烯之全體能源需求的減少。
雖然以上說明可以屬於乙苯及苯乙烯，熟悉本項技藝者可輕易瞭解文中揭示的該等方法可適用於其它烷基芳香烴之脫氫方法。此外，已知為了方便說明，該等圖示已省略某些設備，諸如閥、管路配置、指示器、控制器、可視需要選用的設備，諸如泵等，且已知於合適位置擺放此種設備被視為屬於熟悉本項技藝者的範圍。
雖然該揭示文包括一有限數量的實施例，但是根據本揭示文的利益，熟悉本項技藝者可知只要不違背本揭示文的範圍，可設計其它實施例。因此，該範圍僅受限於附加申請專利範圍。
1、18、22、24、32、310、318、322、327、340A、340B、340C、340D、512．．．流動管線
12、312．．．EB/SM分流器
14、314、514．．．塔底產物餾份
16、316．．．塔底餾出物餾份
20、320．．．共沸汽化器
26、28．．．脫氫反應器
30．．．蒸氣過熱器
34．．．入口
36．．．流出物交換器
310．．．粗苯乙烯
316A．．．塔頂餾出物餾份316的一部份
316B．．．塔頂餾出物餾份316的其餘部份
324．．．塔回流物
326．．．乙苯回收物料流
328．．．冷凝器
330．．．熱交換區
345．．．反應器流出物
350．．．分離區
510．．．塔
516．．．熱交換器
518．．．起動再沸器
第1圖為利用共沸汽化器自一乙苯/苯乙烯單體(EB/SM)分流器之塔頂餾出物回收熱之一先前技藝方法的簡化流程圖。
第2圖為一用於自乙苯(EB)製造苯乙烯單體(SM)之典型脫氫反應系統的簡化流程圖。
第3圖為一根據文中揭示之實施例之用於製造苯乙烯單體(SM)的方法之一部份的簡化流程圖。
第4圖為一根據文中揭示之實施例之用於製造苯乙烯單體(SM)的方法之一部份的簡化流程圖。
第5圖為一根據文中揭示之實施例之用於製造苯乙烯單體(SM)的方法之一部份的簡化流程圖。
310．．．粗苯乙烯
312．．．EB/SM分流器
314．．．塔底產物餾份
316．．．塔底餾出物餾份
316A．．．塔頂餾出物餾份316的一部份
316B．．．塔頂餾出物餾份316的其餘部份
318，322．．．流動管線
320．．．共沸汽化器
324．．．塔回流物
326．．．乙苯回收物料流
327．．．流動管線
328．．．冷凝器
330．．．熱交換區
Claims (12)
- 一種用於一烷基芳香烴之脫氫反應的方法，該方法包括：在脫氫反應條件下，在一含一或多反應器的反應區內以一脫氫反應催化劑接觸一含有烷基芳香烴及水蒸汽且具有第一水蒸汽對烷基芳香烴之重量比的反應物蒸氣流，以形成含有產物烴、該水蒸汽及未經反應之烷基芳香烴的蒸氣相流出物；將該流出物之至少一部份饋入至一分流器以自該未經反應的烷基芳香烴分離該產物烴；自該分流器回收該呈塔頂餾出物餾份的未經反應烷基芳香烴；自該分流器回收該呈塔底餾份之產物烴；藉與一含烷基芳香烴及水之混合物進行間接熱交換而自該塔頂餾出物餾份之第一部份回收熱，以至少部分地冷凝該部份且形成一含有烷基芳香族蒸氣及水蒸汽且具有第二水蒸汽對烷基芳香烴之重量比的共沸蒸發產物；使該共沸蒸發產物與額外烷基芳香烴及額外水蒸汽一起或分別地合併，以形成該反應物蒸氣流。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括：藉間接熱交換而自該塔頂餾出物餾份之第二部份回收熱。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該流出物進一步包含比該產物烴重的反應副產物，該方法進一步包括： 將該塔底餾份饋入至一產物烴回收塔以自該反應副產物分離該產物烴；經由與該塔頂餾出物餾份之第二部份進行間接熱交換而對該產物烴回收塔提供再沸蒸氣。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該烷基芳香烴為乙苯，且該產物烴為苯乙烯。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該共沸蒸發產物與額外烷基芳香烴及額外水蒸汽合併的步驟包括：將該共沸蒸發產物與額外烷基芳香烴合併以形成一具有第三水蒸汽對烷基芳香烴的重量比之混合物；且將該具有第三烷基芳香族水蒸汽對烷基芳香烴之重量比的混合物與額外水蒸汽合併以形成該反應物蒸氣流。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二水蒸汽對烷基芳香烴的重量比在自約0.4至約0.6之範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二水蒸汽對烷基芳香烴的重量比在自約0.45至約0.55之範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一水蒸汽對烷基芳香烴的重量比在自約0.7至約1.5之範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一水蒸汽對烷基芳香烴的重量比在自約0.8至約1.2之範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一水蒸汽對烷基芳香烴的重量比在自約0.9至約1.0之範圍內。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中該第三水蒸汽對烷基芳香烴的重量比在自約0.1至約0.5之範圍內。
- 如申請專利範圍第5項之方法，其中該第三水蒸汽對烷基芳香烴的重量比在自約0.25至約0.35之範圍內。
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