乙烯的回收和纯化制造技术

本发明专利技术提供了使用乙烯分配塔和部分热联合利用的分配蒸馏系统从包含更轻和更重组分的物流回收和纯化乙烯和选择性的丙烯的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从多组分气体混合物回收和纯化乙烯和选择性的丙烯，所述多组分气体混合物包含比被待回收和纯化的烯烃更轻和更重质的组分，更特别地涉及通过使用乙烯分配塔的工艺从蒸汽裂化炉的经过冷却的流出物回收乙烯和选择性的丙烯。有关联邦赞助研究或开发(Federally Sponsored Reserch or Development)的声明本专利技术得到United States Department of Energy CooperativeAgreement的编号为DE-F007-01ID 14090下的政府支持。
技术介绍
本专利技术的方法可总地用于回收和纯化乙烯和选择性的丙烯，但在本文中描述为从蒸汽裂化炉的流出物回收和纯化乙烯和选择性的丙烯。在典型的乙烯生产厂中，如果需要，将烃物料气化、预热、与蒸汽混合并送往蒸汽裂化炉。可使用多种类型的烃物料，包括乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、馏出液、和粗柴油。还可以使用烃的混合物，但是对于每种物料类型来说最佳的裂化炉条件不同，优选将不同的烃偏析并在不同的炉中裂化。在蒸汽裂化炉中，相对低压的烃和蒸汽混合物经历使烃转化为炉流出气体混合物的高温，混合物通常包括乙烯、甲烷、氢气和未转化的物料，以及一些比进料的物料更重质的烃。热的炉流出气体通过提高高压蒸汽温度以及还通常通过直接接触循环冷却淬火油和/或循环冷却水而冷却。这些冷却步骤通常冷凝并至少部分地除去相对重质的烃，相对重质的烃通常处在石脑油和更重质组分的范围。然后将未冷凝的冷却的流出气体送往压缩机工段，在其中将气体在一个或多个阶段(通常为3-5个阶段)压缩到高压。每个阶段的流出物通常用环境温度介质冷却并在进入随后的压缩阶段之前除去任何冷凝的液体。通常在这些压缩阶段之一之后通过例如使用碱接触塔或胺洗气系统除去酸性气体如H2S和CO2。在压缩、洗气和干燥之后，炉流出气体进入分离工段。典型的乙烯设备分离工段使用多个蒸馏塔以便从炉流出气体回收乙烯并使其充分纯化以用于下游过程，如生产聚乙烯。乙烯分离工段的设计现有多种备选方案。通常，乙烯分离设计可采用至少一个脱乙烷塔以分离C2和C3组分(即，分别从丙烯和丙烷分离乙烯和乙烷)、脱甲烷塔用于从比C2烃更轻质的任何组分分离C2组分，和C2分离塔，用于最终从乙烷分离乙烯。本领域中公知使用蒸馏纯化来自烯烃设备的产品。常规的蒸馏方案通常使用“精确分离(sharp-split)”蒸馏，其中每个蒸馏塔用于在同系列的相邻组分之间造成精确的分离。在精确分离蒸馏程序中，每个组分以单一的产品物流离开蒸馏塔，作为塔顶馏出或塔底流出。可以通过考虑生成可收回烃组分所必需的相变数观察到精确分离蒸馏中固有的低效率。例如，通常包含C1+烃如乙烯的烃气体物料首先在脱甲烷塔中冷凝，然后在脱乙烷塔中再气化并最后再次冷凝作为来自C2分离器的液体产品。对于所有的乙烯必须实现总计三次完全相变。乙烷和丙烯也经历同样多的相变。可通过在常规的精确分离蒸馏时使用精制(refinement)减少回收和纯化烃组分如乙烯所需的能量。这种精制被称为分配蒸馏(distributeddistillaton)。这种方案的操作比常规精确分馏需要更少的能量。在分配蒸馏方案中，不需要在组分之间进行精确的分离。作为替代，将一种或多种组分在一个或多个蒸馏塔的塔顶和塔底之间“分配”。这导致能量节约，部分是因为与精确分馏流程相比，生产乙烯产品所需的相变总数减少，并且因此改善方法的热力学效率。另外，分配蒸馏提供附加的能量优化自由度，即，在每个塔中对组分进行分配的分配比。本专利技术还涉及乙烯分配塔在乙烯的回收和纯化中的应用。对于本专利技术的目的，乙烯分配塔为其中在比乙烯更轻质的组分和比乙烯更重质的组分之间生成精确分离的塔。因此，乙烯分配塔塔顶馏出物流包含乙烯和进入乙烯分配塔的比乙烯更轻质的任何组分。具体的，乙烯分配塔塔顶馏出物包含充分低浓度的乙烷，使得从这一物流生产纯化的乙烯产品而不再需要进一步的乙烷/乙烯分离。乙烯分配塔塔底流出物包含乙烯和进入乙烯分配塔的比乙烯更重质的任何组分。可以通过使用热联合利用(也称为循环联合利用)塔使得塔的所有或至少一部分汽提蒸汽或回流液体由来自下游塔的侧取蒸汽或液体提供而实现另外的能量节约。此外，使用混合致冷系统以提供所需的最冷水平的制冷需要将进一步减少这种分离系统的能量需要。完全热联合利用分配蒸馏系统的例子已经在Manley等人的美国专利5,675,054和5,746,066中公开，其公开了乙烯分配塔和混合制冷系统在完全热联合利用分配蒸馏系统中的应用。两个专利都公开了用于乙烯分离的热联合利用实施方案，包括列举了使用C2烃分配塔、脱乙烷塔、脱甲烷塔、乙烯分配塔、和C2分离塔的全热联合利用的前端脱丙烷塔乙烯回收和纯化方法的实施方案。塔的热联合利用与该现有技术工艺所要求保护的能效一体化。Manley的实施方案中列举的所有塔都在基本上相同的压力下操作，具有由于典型的通过塔、交换器和管道的液压降所引起的任何压力差。塔之间显著的压力差可能需要塔间的蒸汽压缩或液体泵送。Manley叙述这种完全联合利用的分配蒸馏系统具有比没有热联合利用的系统更低的能量需要。常识也建议这种完全热联合利用的方案会比没有热联合利用或只有部分热联合利用的方案更具能效。此外，这些专利中没有一个公开在乙烯分配塔和脱甲烷塔之间分离氢气和甲烷中间体，这有益于增加回收氢气为可销售产品。使用例如标准重沸器为乙烯分配塔提供汽提蒸汽以代替一些热联合利用可能从能量和可操作性观点有利。然而，虽然完全热联合利用方案可需要最低的总加热和冷却负载，但考虑到维护低于环境温度负载所需的制冷压缩能时，其不一定代表了最低能量的解决方案。通过考虑这些附加的设计方案，我们意外地发现部分联合利用的方案实际上比Manley所述的完全联合利用的方案更具能效。特别的，在Manley等人教导的两个热联合利用中，当在具有常规的蒸汽再压缩制冷系统的常规裂化器中实施时，具体地，C2分配塔和脱乙烷塔之间的热联合利用以及乙烯分配塔和脱乙烷塔或C2分离器之间的热联合利用实际上增加了工艺的能量需要。因此，本专利技术的蒸馏系统不包括这些联合利用并表现出与Manley等人的相比在能量节约方面的意想不到的改进。另外，已经发现除去这两个热联合利用使得脱乙烷塔和/或C2分离器可在比蒸馏程序其余部分更低、更适宜的压力下操作。另一方面，Manley等人所述的完全热联合利用要求所有的塔在大致相同的压力下操作，或在塔之间采用耗能多的蒸汽压缩。从任何可操作的观点来看，部分联合利用方案还可以是相对于完全热联合利用方案的进步。使用乙烯分配塔的另一个公开为Kuechler等人的美国专利6,212,905，其教导了其中在高于-55°F的温度从混合气体物流回收第二乙烯产品的方法。该专利没有公开从比乙烯更轻质的组分分离乙烯，因此乙烯产品物流可能具有相当大量的比乙烯更轻质的组分。因此，在蒸汽裂化的情况中，这种第二乙烯产品将包含不期望的大量的甲烷和氢气，使得其不适合用于大多数乙烯转化过程如聚乙烯的生产。令人惊讶地，我们发现在乙烯分配塔的下游和设备的回收和纯化工段的上游粗略地分离甲烷和氢气显著增加工艺的氢气回收，而能量水平只有较小的增加。与标准的分配蒸馏系统相反，将排除氢气的气体膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
从包括乙烯、乙烷、乙炔、甲烷、氢气、和选择性的比乙烷更重质的组分的气体混合物回收乙烯的方法，包括：ａ．将气体混合物引导到第一蒸馏塔并从中回收包括乙烷、乙烯、乙炔、氢气和甲烷的第一塔顶蒸汽馏出物流和包括比乙烷更重质的组分的第一塔底流出 物流；ｂ．从第一塔顶蒸汽馏出物流除去乙炔生成低乙炔第一塔顶馏出物流；ｃ．将低乙炔第一塔顶馏出物流的至少一部分引导到乙烯分配蒸馏塔并从中回收包括乙烯、甲烷和氢气并且基本上不含乙烷的乙烯分配塔塔顶蒸汽馏出物流，和包括乙烯和乙烷的 乙烯分配塔塔底流出物流；ｄ．将乙烯分配塔塔顶蒸汽馏出物流分离为富氢轻物流和一个或多个贫氢并包括乙烯的物流，所述分离包括至少一个冷却乙烯分配塔塔顶蒸汽馏出物流的至少一部分的步骤；ｅ．将一个或多个贫氢物流中至少一个的至少一部分引 导到脱甲烷蒸馏塔并从中抽出包括甲烷和氢气并且基本上不含乙烯的脱甲烷塔塔顶馏出物流和包括纯化的乙烯的脱甲烷塔塔底流出物流；和ｆ．从乙烯分配塔塔底流出物流回收纯化的乙烯产品。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：里安雷伊内克，迈克尔J福拉尔，李广中，韦恩WY昂格，伊恩辛克莱，杰弗里S洛格斯登，
申请(专利权)人：BP北美公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]