Предварительный абсорбер для извлечения бутадиена
Изобретение относится к способу извлечения бутадиена из C4-фракции. Способ включает в себя: приведение в контакт потока C4-смеси, содержащего бутан, бутен и бутадиен, с растворителем, содержащим органический растворитель и воду, в колонне предварительного абсорбера бутадиена для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и первую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель, бутадиен и по меньшей мере часть бутена; подачу первой кубовой фракции в установку экстракции бутадиена для того, чтобы извлечь бутеновую фракцию, фракцию сырого бутадиена и фракцию растворителя. Также изобретение относится к способу переоборудования системы экстракции бутадиена и системе извлечения бутадиена. Предлагаемое изобретение позволяет извлекать бутадиен более эффективно. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Раскрытые здесь варианты осуществления относятся к извлечению бутадиена из потока смеси углеводородов. Конкретнее, раскрытые здесь варианты осуществления относятся к извлечению потока сырого бутадиена из потока смеси C4-углеводородов с применением колонны предварительного абсорбера бутадиена, которая может быть интегрирована с колонной экстрактивной дистилляции для эффективного извлечения бутадиена.
Уровень техники
Бутадиен является важным базовым химикатом и используется, например, для получения синтетических каучуков (гомополимеров бутадиена, стирол-бутадиенового каучука или нитрильного каучука) или для получения термопластичных терполимеров (сополимеров акрилонитрила-бутадиена-стирола). Бутадиен также превращают в сульфолан, хлоропрен и 1,4-гексаметилендиамин (через 1,4-дихлорбутадиен и адипонитрил). Димеризация бутадиена также позволяет получать винилциклогексен, который может быть дегидрирован с образованием стирола.
Бутадиен может быть получен из насыщенных углеводородов способом рафинирования или способами термического крекинга (парового крекинга), в случае которых в качестве сырья обычно используют бензиновую фракцию (нафта). В ходе рафинирования или парового крекинга бензиновой фракции получают смесь метана, этана, этена, ацетилена, пропана, пропена, пропина, аллена, бутенов, бутадиена, бутинов, метилаллена, C4- и более высоких углеводородов.
Типичные способы извлечения бутадиена из потоков C4-смесей включают в себя способы экстрактивной дистилляции, которые могут включать в себя применение селективных растворителей. Примеры способов экстрактивной дистилляции представлены, например, среди прочего в патентах США №7393992, 7482500, 7226527, 4310388 и 7132038.
В способах извлечения бутадиена обычно применяют 3- или 4-колоночные системы экстрактивной дистилляции для того, чтобы разделить поток C4-смеси на три продуктовые фракции, включающие в себя поток легких углеводородов/бутана/бутенов (продукт рафинат-1), продукт сырого бутадиена, который может быть подан в общепринятую систему дистилляции для дальнейшей очистки, и концентрированный поток C4-ацетиленов, который может быть подан в установку селективного гидрирования или рециркулирован в установку крекинга. Используемые колонны могут включать в себя главную промывочную колонну, колонну ректификатора, которую обычно конструктивно монтируют отдельно от промывочной колонны из-за ограничений по высоте, и колонну последующей промывки, которая может быть объединена с колонной ректификатора по схеме колонны с разделительной стенкой.
Чтобы увеличить извлечение бутадиена в таких способах, может быть использован общепринятый отдельный предварительный фракционатор для того, чтобы увеличить концентрацию бутадиена в разбавленном подаваемом сырье путем общепринятой дистилляции. Недостатки использования общепринятого дистилляционного предварительного фракционирования включают в себя техническое усложнение и затраты, связанные с разделением бутанов/бутенов и бутадиенов, которые имеют относительно низкую летучесть.
Другой предлагаемый способ увеличения извлечения бутадиена предполагал введение отдельной системы скруббера/отпаривателя для обработки подаваемого газа, концентрирование бутадиена в подаваемом газе путем удаления части бутанов/бутенов. Недостатки использования скруббера/отпаривателя для обработки потока подаваемого сырья включают в себя затраты на оборудование.
Кроме того, установки экстракции бутадиена могут быть частично модифицированы путем устранения сужений или расширены посредством замены существующих тарелок (клапанных или ситчатых) на неупорядоченную насадку (например, высокопроизводительную неупорядоченную насадку IMTP®, доступную от Koch-Glitsch LP, Уичито, Канзас) или замены существующей насадки на более эффективную насадку (например, суперкольца Рашига Raschig Super-Rings, доступные от Raschig GmbH, Людвигсхафен) во всех 3 (или 4) колоннах на участке экстрактивной дистилляции. Недостатки высокоэффективной насадки включают в себя невозможность увеличения ее производительности выше определенного значения. Например, замена тарелок на насадку IMTP обычно будет допускать увеличение производительности на 25-40%, а замена насадки IMTP на высокопроизводительную насадку обычно будет допускать дополнительное увеличение производительности на 10-15%. В свою очередь, в общепринятом участке дистилляции также необходимо дополнительно устранять сужения или необходимо его расширять в соответствующей степени.
Сущность изобретения
Раскрытые здесь варианты осуществления предоставляют усовершенствованные способы получения бутадиена из разбавленных потоков смесей C4-углеводородов. Конкретнее, раскрытые здесь варианты осуществления обеспечивают извлечение потока сырого бутадиена из потока смеси C4-углеводородов с применением колонны предварительного абсорбера бутадиена, которая может быть интегрирована с колонной экстрактивной дистилляции, что обеспечивает возможность эффективного извлечения бутадиена.
В одном аспекте раскрытые здесь варианты осуществления относятся к способу извлечения бутадиена из C4-фракции. Способ может включать в себя: приведение в контакт потока C4-смеси, содержащего бутан, бутен и бутадиен, с растворителем, содержащим органический растворитель и воду, в колонне предварительного абсорбера бутадиена для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и первую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель, бутадиен и по меньшей мере часть бутена; и подачу первой кубовой фракции в установку экстракции бутадиена для того, чтобы извлечь бутеновую фракцию, фракцию сырого бутадиена и фракцию растворителя.
Установка экстракции бутадиена может содержать, например, главную промывочную колонну и ректификатор/колонну последующей промывки. Тогда кубовая фракция предварительного абсорбера может быть приведена в контакт с дополнительным растворителем, содержащим органический растворитель и воду, в главной промывочной колонне для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутен и по меньшей мере часть воды, и вторую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель и бутадиен. Затем бутадиен из органического растворителя может быть отделен в ректификаторе/колонне последующей промывки для того, чтобы извлечь фракцию растворителя и фракцию сырого бутадиена. Затем извлеченный растворитель или его часть можно рециркулировать в колонну предварительного абсорбера и главную промывочную колонну в качестве органического растворителя.
В других вариантах осуществления предварительный абсорбер и главная промывочная колонна могут иметь общую систему головных фракций. Например, головная фракция, содержащая по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и головная фракция, содержащая бутен и по меньшей мере часть воды, могут быть поданы в общую систему конденсации головных фракций для конденсации по меньшей мере части потока объединенных головных фракций.
Поток смеси C4-углеводородов может быть предоставлен по меньшей мере одним из процессов: крекингом, окислительным дегидрированием и неокислительным дегидрированием потока C4-углеводородов, содержащего бутан, в одном или более реакторах дегидрирования с получением потока продуктового газа, содержащего бутан, бутен и бутадиен. В таком случае часть одной или обеих из: головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды, можно рециркулировать в осуществляемый выше по ходу системы процесс получения бутадиена, как, например, в один или более реакторов дегидрирования.
В некоторых вариантах осуществления колонна предварительного абсорбера бутадиена может эксплуатироваться таким образом, что концентрация бутадиена относительно всех C4-углеводородов в первой кубовой фракции составляет по меньшей мере 40 процентов по массе. В различных вариантах осуществления органический растворитель содержит N-метилпирролидон.
В другом аспекте раскрытые здесь варианты осуществления относятся к способу переоборудования системы экстракции бутадиена для извлечения бутадиена из потока C4-смеси, содержащего бутан, бутен и бутадиен, причем система содержит главную промывочную колонну для приведения в контакт газового потока C4-смеси с растворителем или смесью растворителей для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутан и бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен и растворитель или смесь растворителей. Способ переоборудования может включать в себя: монтаж колонны предварительного абсорбера бутадиена для приведения в контакт газового потока C4-смеси с растворителем или смесью растворителей для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутан и бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен, по меньшей мере часть бутена и растворитель или смесь растворителей; соединение по текучей среде колонны предварительного абсорбера бутадиена с главной промывочной колонной для приведения в контакт кубовой фракции с дополнительным растворителем для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен, растворитель и дополнительный растворитель; и монтаж распределителя жидкости в главной промывочной колонне для того, чтобы распределять кубовую фракцию, подаваемую в главную промывочную колонну. В некоторых вариантах осуществления способ переоборудования может также включать в себя соединение по текучей среде предварительного абсорбера бутадиена к существующей системе головных фракций главной промывочной колонны.
В другом аспекте раскрытые здесь варианты осуществления относятся к системе извлечения бутадиена из фракции смеси C4-углеводородов. Система может включать в себя: колонну предварительного абсорбера бутадиена для приведения в контакт потока C4-смеси, содержащего бутан, бутен и бутадиен, с растворителем, содержащим органический растворитель и воду, для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и первую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель, бутадиен и по меньшей мере часть бутена; и установку экстракции бутадиена для отделения первой кубовой фракции для того, чтобы извлечь бутеновую фракцию, фракцию сырого бутадиена и фракцию растворителя.
Установка экстракции бутадиена может также включать в себя главную промывочную колонну для приведения в контакт кубовой фракции с дополнительным растворителем, содержащим органический растворитель и воду, для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутен и по меньшей мере часть воды, и вторую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель и бутадиен; и ректификационную колонну/колонну последующей промывки для отделения бутадиена от органического растворителя для того, чтобы извлечь фракцию растворителя и фракцию сырого бутадиена. В различных вариантах осуществления система может также включать в себя: один или более трубопроводов текучей среды для рециркуляции по меньшей мере части фракции растворителя в колонну предварительного абсорбера и главную промывочную колонну в качестве органического растворителя; одну или более систем конденсации головных фракций для конденсации по меньшей мере части i) головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, ii) головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды, или iii) потока объединенных головных фракций, содержащего смесь i) и ii); один или более реакторов для осуществления по меньшей мере одного процесса из: крекинга, окислительного дегидрирования и неокислительного дегидрирования потока C4-углеводородов, содержащего бутан, чтобы получить поток продуктового газа, содержащий бутан, бутен и бутадиен, и трубопровод текучей среды для подачи по меньшей мере части потока продуктового газа в колонну предварительного абсорбера бутадиена; один или более трубопроводов текучей среды для рециркуляции по меньшей мере части одной или обеих из: головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды, в один или более реакторов; и/или управляющую систему для эксплуатации колонны предварительного абсорбера бутадиена таким образом, что концентрация бутадиена относительно всех C4-углеводородов в первой кубовой фракции составляет по меньшей мере 40 процентов по массе.
Другие аспекты и преимущества будут ясны из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена упрощенная блок-схема способа извлечения бутадиена согласно описанным здесь вариантам осуществления.
На Фиг. 2 представлена упрощенная блок-схема способа извлечения бутадиена согласно описанным здесь вариантам осуществления.
Подробное описание
Раскрытые здесь варианты осуществления относятся к извлечению бутадиена из потока смеси углеводородов. Конкретнее, раскрытые здесь варианты осуществления относятся к извлечению потока сырого бутадиена из потока смеси C4-углеводородов с применением колонны предварительного абсорбера бутадиена, которая может быть интегрирована с колонной экстрактивной дистилляции для эффективного извлечения бутадиена. Было найдено, что способ экстрактивной дистилляции для извлечения бутадиена может быть значительно усовершенствован путем интегрирования колонны предварительного абсорбера и промывочной колонны и может приводить к энергетической эффективности и/или эффективности разделения, обеспечивающей возможность достижения высоких скоростей технологической обработки и расширения существующих способов извлечения бутадиена.
На Фиг. 1 проиллюстрирована упрощенная технологическая блок-схема извлечения бутадиена из C4-фракции согласно раскрытым здесь вариантам осуществления. Селективный растворитель и поток C4-смеси, включающий в себя бутаны (н-бутан и/или изобутан), бутены (1-бутен, 2-бутен и/или изобутен) и бутадиены (1,2-бутадиен и/или 1,3-бутадиен), могут быть поданы по поточным линиям 2 и 4 соответственно в колонну 6 предварительного абсорбера бутадиена. Колонна 6 предварительного абсорбера в некоторых вариантах осуществления может представлять собой абсорбер с единственной колонной, с обеспечением повторного кипения и возврата флегмы (не проиллюстрировано). В колонне 6 предварительного абсорбера поток C4-смеси приводится в контакт на подходящих внутренних элементах с селективным растворителем, что приводит к абсорбции в селективном растворителе по меньшей мере части бутадиена. Часть бутенов и/или бутанов также может абсорбироваться селективным растворителем. В некоторых вариантах осуществления экстрактивная дистилляция в колонне 6 предварительного абсорбера может частично или полностью насыщать селективный растворитель бутадиеном.
Экстрактивная дистилляция потока C4-смеси в колонне 6 предварительного абсорбера может быть осуществлена таким образом, что компоненты потока C4-смеси, в отношении которых селективный растворитель имеет меньшее сродство, чем к бутадиену, в частности бутаны и бутены, остаются по существу в газовой фазе, тогда как бутадиен и другие углеводороды, в отношении которых селективный растворитель имеет большее сродство, чем к бутадиену, практически полностью абсорбируются селективным растворителем. Головная фракция, включающая в себя неабсорбированную часть бутанов и бутенов, может быть извлечена из колонны 6 предварительного абсорбера по поточной линии 10 (рафинат-1A).
Селективный растворитель и экстрагированный бутадиен могут быть извлечены в виде кубовой фракции из колонны 6 предварительного абсорбера по поточной линии 8. Затем кубовая фракция, включающая в себя абсорбированный бутадиен, может быть подана по поточной линии 8 в установку 12 экстракции бутадиена для контакта с дополнительным селективным растворителем, подаваемым по поточной линии 14, на подходящих внутренних элементах для того, чтобы дополнительно отделить бутадиен от бутана и бутенов и для отделения бутадиена от селективного растворителя. Например, установка 12 экстракции бутадиена может включать себя главную промывочную колонну, ректификатор и колонну последующей промывки (не показана). Для установок экстракции бутадиена могут быть использованы также другие конфигурации. Из установки 12 экстракции бутадиена могут быть извлечены три продуктовые фракции, включающие в себя бутан-бутеновую фракцию 16 (рафинат-1B), фракцию 18 селективного растворителя и фракцию 20 сырого бутадиена. По меньшей мере часть фракции 18 селективного растворителя может быть рециркулирована в промывочную колонну в установке 12 экстракции бутадиена и/или в колонну 6 предварительного абсорбера.
В некоторых вариантах осуществления фракции рафината-1A и рафината-1B (бутан-бутеновая фракция 16 и головная фракция 10) могут быть объединены и рециркулированы в способ крекинга или способ дегидрирования для получения дополнительного бутадиена. Объединенные фракции рафината-1 могут представлять собой газообразный поток, включающий в себя повышенное количество н-бутана и 2-бутена по сравнению с C4-подачей. Например, объединенный поток рафината-1, включающий в себя бутан и бутен, может содержать от 50 до 100 объемных % н-бутана, от 0 до 50 объемных % 1-бутена и 2-бутена и от 0 до 3 мольных % других составляющих, таких как изобутан, изобутен, пропан, пропилен и C5+-углеводороды.
В некоторых вариантах осуществления фракция 20 сырого бутадиена, которая может содержать более 80%, более 90% или более 95% по массе бутадиена, причем остаток приходится на примеси, может быть подвергнута фракционированию, что дает в результате поток “чистого” бутадиена, который может содержать более 99%, более 99,5% или более 99,7% бутадиена, причем остаток приходится на примеси.
В способе, проиллюстрированном на Фиг. 1, абсорбированный 1,3-бутадиен является сконцентрированным относительно абсорбированных бутанов и бутенов в кубовой фракции 8. Затем абсорбированные C4-углеводороды подают в главную промывочную колонну, причем они подверглись предварительной абсорбции в селективном растворителе, что, таким образом, упрощает необходимое разделение в главной промывочной колонне и ректификаторе благодаря большей концентрации 1,3-бутадиена и делает его более эффективным, поскольку подаваемый материал уже насыщен. Тогда остаток бутанов и бутенов удаляют в главной промывочной колонне в виде дистиллятного продукта. Интегрирование предварительного абсорбера с главной промывочной колонной уменьшает затруднения при разделении, обеспечивая энергоэффективность, эффективность использования растворителя и улучшенную эффективность разделения, что позволяет достичь повышенной суммарной производительности для данной конструкции главной промывочной колонны (в сравнении с ситуацией без предварительного абсорбера).
C4-Фракция, подлежащая использованию в качестве исходной смеси в настоящих способах, представляет собой смесь углеводородов, имеющих главным образом четыре атома углерода в молекуле. C4-Фракции получают, например, при производстве этилена и/или пропилена термическим или каталитическим крекингом нефтяной фракции, такой как сжиженный нефтяной газ, легкий бензин или газойль. C4-Фракции могут быть также получены каталитическим дегидрированием (окислительным и/или неокислительным дегидрированием) н-бутана и/или н-бутена. Получаемые в результате C4-фракции обычно включают в себя бутаны, н-бутен, изобутен, 1,3-бутадиен и малые количества C3- и C5-углеводородов, а также бутины, в частности 1-бутин (этилацетилен) и бутенин (винилацетилен). Содержание 1,3-бутадиена составляет обычно от 5 до 80% по массе. Например, установка крекинга или установка CATADIENE может содержать от 15 до 17% бутадиена по массе. Другие потоки подаваемого сырья в форме C4-смеси могут содержать большие, либо меньшие количества бутадиена. В случае присутствия в потоке смешанного подаваемого сырья винилацетилен может быть селективно гидрирован в желаемый продукт 1,3-бутадиена перед подачей потока C4-смеси в предварительный абсорбер.
Селективные растворители могут включать в себя бутиролактон, нитрилы, такие как ацетонитрил, пропионитрил, метоксипропионитрил, кетоны, такие как ацетон, фурфураль, N-алкилзамещенные низшие алифатические амиды, такие как диметилформамид, диэтилформамид, диметилацетамид, диэтилацетамид, N-формилморфолин, N-алкилзамещенные циклические амиды (лактамы), такие как N-алкилпирролидоны, в особенности N-метилпирролидон (NMP). В некоторых вариантах осуществления используют алкилзамещенные низшие алифатические амиды или N-алкилзамещенные циклические амиды, диметилформамид, ацетонитрил, фурфураль или NMP.
В некоторых вариантах осуществления также возможно использование смесей данных экстрагентов друг с другом, например NMP и ацетонитрила, смесей данных экстрагентов с сорастворителями и/или трет-бутиловыми простыми эфирами, например метил-трет-бутиловым простым эфиром, этил-трет-бутиловым простым эфиром, пропил-трет-бутиловым простым эфиром, н- или изобутил-трет-бутиловым простым эфиром. В других вариантах осуществления NMP может находиться в водном растворе, содержащем от 0 до примерно 20 массовых % воды, или, в других вариантах осуществления, содержащем от 7 до 10 массовых % воды, или от 8 до 8,5 массовых % воды.
На Фиг. 2 проиллюстрирована упрощенная технологическая блок-схема предварительного абсорбера бутадиена согласно раскрытым здесь вариантам осуществления. Поток 32 C4-смеси может быть подан в испарительную систему 34, которая может включать в себя испарительный барабан 35 и один или более теплообменников (испарителей подаваемого сырья) 36, 38 для того, чтобы испарить подаваемое сырье, представляющее собой C4-смесь. Из испарительного барабана 35 может отводиться периодическая продувка, чтобы удалять тяжелые компоненты, которые в противном случае накапливались бы в барабане. Испаренные C4-компоненты извлекают по поточной линии 42 и подают в дно предварительного абсорбера 48 бутадиена, где они контактируют с частью холодного, тощего растворителя, подаваемого по поточной линии 46. Несколько промывочных тарелок 50 предусмотрено в верхней части предварительного абсорбера 48 бутадиена, чтобы гарантировать то, что растворитель не загрязнит рафинат 10, а также, чтобы минимизировать потери растворителя.
Головная фракция 47 предварительного абсорбера имеет повышенную концентрацию бутанов и бутенов наряду с некоторым количеством воды; также могут присутствовать следовые концентрации 1,3-бутадиена. Головная фракция 47 предварительного абсорбера конденсируется в конденсаторе 54, который может представлять собой полный или частичный конденсатор, и втекает в аккумулятор 56. Вода 28 отстаивается и удаляется в отстойнике аккумулятора 56.
Часть C4-смеси и растворитель удаляют из колонны посредством потока 22 и подают в ребойлер 52. Ребойлер 52 обеспечивает дополнительное движение пара в предварительном абсорбере 48 бутадиена, которое улучшает разделение углеводородов (то есть экстрактивную дистилляцию). В некоторых вариантах осуществления ребойлер 52 может быть использован для того, чтобы контролировать концентрацию 1,3-бутадиена относительно C4-компонентов при значении примерно 40 массовых % (например, в случае разбавленного подаваемого сырья) или выше (например, в случае устранения сужений/обеспечения расширений), где контроль может обеспечиваться, например, системой DCS-контроля. Ребойлер 52 может представлять собой, например, полный, прямоточный ребойлер, который имеет малый процент испарения и малый рост температуры в случае разбавленного подаваемого сырья. В случае устранения сужений/обеспечения расширений, когда достигаются высокие концентрации 1,3-бутадиена, доступен вариант конструкции ребойлера со сдерживаемым испарением, подобный конструкции ребойлера ректификатора.
Часть конденсированной головной фракции, углеводороды, извлеченные в барабане 56, подают в виде потока 30 для орошения промывочных тарелок предварительного абсорбера 48 бутадиена. Обратный поток углеводородов, обеспечиваемый потоком 30, промывает головную фракцию предварительного абсорбера 48 бутадиена, ограничивая поглощение растворителя, а также обеспечивает средство контроля профиля углеводородной композиции в предварительном абсорбере 48 бутадиена. Оставшуюся часть конденсированной головной фракции, главным образом бутаны и бутены, являющуюся менее растворимой в растворителе чем 1,3-бутадиен, удаляют из барабана 56 в виде рафината 10.
Абсорбированный 1,3-бутадиен является, таким образом, сконцентрированным в кубовой фракции 8 предварительного абсорбера относительно концентрации подаваемого сырья. Тогда C4-компоненты могут быть поданы в систему экстракции бутадиена (не проиллюстрирована), которая может включать в себя главную промывочную колонну, ректификатор и колонну последующей промывки, поскольку они являются уже оптимальным образом “предварительно абсорбированными” в жидком растворителе. Экстрактивная дистилляция, которая может происходить в главной промывочной колонне установки экстракции бутадиена, является теперь более эффективной и менее затратной благодаря большей концентрации 1,3-бутадиена и поскольку кубовая фракция 8 предварительного абсорбера уже насыщена. В промывочной колонне остаток бутанов и бутенов может быть удален в виде дистиллятного продукта.
Главная промывочная колонна может иметь, например, от 5 до 15 или от 8 до 10 теоретических тарелок и зону обратной промывки, имеющую, например, 4 теоретические тарелки. Зона обратной промывки служит для того, чтобы извлекать бутадиен, присутствующий в газовой фазе, посредством жидкого углеводородного обратного потока, для чего предварительно конденсируют верхнюю фракцию. Предусмотренные внутренние элементы представляют собой структурированную насадку, тарелки или неупорядоченную насадку. Давление вверху колонны может составлять, например, от 1 до 2 бар абс. Температура на дне колонны может составлять, например, от 130 до 150°C.
Экстрактивный раствор (селективный растворитель + абсорбированный бутадиен и другие углеводороды) из главной промывочной колонны может быть перенесен в зону десорбции, где бутадиен может быть десорбирован из селективного растворителя. Зона десорбции может иметь пониженное давление и/или повышенную температуру в сравнении, например, с предварительным абсорбером и/или главной промывочной колонной. Обработка селективного растворителя, нагруженного бутадиеном (и дополнительными углеводородами, в отношении которых селективный растворитель имеет большее сродство чем к бутадиену), извлеченного из главной промывочной колонны, может быть проведена путем фракционированной десорбции, причем углеводороды, абсорбированные в селективном растворителе, десорбируются в обратном порядке своего сродства к селективному растворителю. В некоторых вариантах осуществления предварительный абсорбер может быть интегрирован с существующей установкой экстракции бутадиена, такой как описанная, например, в патенте США №7482500.
Как отмечено выше, существующие системы экстракции бутадиена могут быть переоборудованы с тем, чтобы включать в себя предварительный абсорбер, такой как проиллюстрированный на Фиг. 2. В некоторых вариантах осуществления предварительный абсорбер бутадиена, показанный на Фиг. 2, может быть интегрирован с уже существующей установкой экстракции бутадиена. В некоторых вариантах осуществления промывочная колонна, ректификатор и дегазатор в уже существующей установке экстракции бутадиена, получающей подаваемое сырье из предварительного абсорбера 48 бутадиена, могут требовать распределителя подаваемого сырья и регулировки местоположений их подпитки подаваемый сырьем из-за того, что C4-компоненты в кубовой фракции 20 предварительного абсорбера предварительно абсорбированы в жидком растворителе. Например, способ переоборудования системы экстракции бутадиена для извлечения бутадиена из потока C4-смеси может включать в себя монтаж колонны предварительного абсорбера бутадиена для приведения в контакт газового потока C4-смеси с растворителем или смесью растворителей для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутан и бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен, по меньшей мере часть бутена и растворитель или смесь растворителей; соединение текучими средами колонны предварительного абсорбера бутадиена с главной промывочной колонной для приведения в контакт кубовой фракции с дополнительным растворителем для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен, растворитель и дополнительный растворитель; и монтаж распределителя жидкости в главной промывочной колонне для того, чтобы распределять кубовую фракцию, подаваемую в главную промывочную колонну. В других вариантах осуществления переоборудование существующей установки может также включать в себя присоединение текучими средами предварительного абсорбера бутадиена к существующей системе головных фракций главной промывочной колонны существующей системы экстракции бутадиена.
Описанное выше переоборудование существующего способа путем включения в него предварительного абсорбера согласно раскрытым здесь вариантам осуществления может обеспечивать увеличение производительности более чем на 40%, как, например, увеличение производительности сверх существующей производительности установки на 50%, 60%, 75%, 90%, 100% или более чем на 100%. Без способа, применяющего предварительный абсорбер бутадиена, устранением сужений установки или ее расширениями (без дополнительных технологических линий) в уже существующих способах экстракции бутадиена, таких как способы, включающие в себя общепринятый предварительный фракционатор или систему скруббера/отпаривателя, обычно можно было бы достичь увеличения лишь не более 40%.
Более того, что касается модернизации существующего способа экстракции бутадиена, в некоторых вариантах осуществления существующая главная установка промывки может быть использована в качестве предварительного абсорбера вместе с новой большей главной установкой промывки для того, чтобы достичь еще большего увеличения производительности.
Пример
В Таблице 1 сопоставлен способ, использующий общепринятую установку экстракции бутадиена, с такой же установкой экстракции бутадиена, имеющей предварительный абсорбер бутадиена, схожий с таковым, показанным на Фиг. 1. В данном примере система головных фракций предварительного абсорбера бутадиена интегрирована с системой головных фракций промывочной колонны.
| Таблица 1 | ||
| Переменный параметр/Случай | Общепринятая установка экстракции бутадиена | С использованием предварительного абсорбера |
| Растворитель в предварительный абсорбер | не применимо | 67835 кг/ч |
| Растворитель на главную промывку | 170150 кг/ч | 66700 кг/ч |
| Растворитель на последующую промывку | 43350 кг/ч | 43035 кг/ч |
| Суммарный поток растворителя | 213500 кг/ч | 177570 кг/ч |
| Нагрузка ребойлера предварительного абсорбера | не применимо | 0,53 миллион ккал/ч |
| Нагрузка ребойлера ректификатора | 6,4 миллион ккал/ч | 5,50 миллион ккал/ч |
| Нагрузка ребойлера дегазатора | 6,2 миллион ккал/ч | 5,25 миллион ккал/ч |
| Суммарная нагрузка на отпаривание | 12,7 миллион ккал/ч | 11,28 миллион ккал/ч |
Как показано в Таблице 1, можно ожидать, что энергоэффективность с предварительным абсорбером согласно раскрытым здесь вариантам осуществления может быть значительно больше, чем в любом предшествующем конструктивном решении, таком как общепринятый предварительный фракционатор или система скруббера/отпаривателя, отчасти благодаря испарителям и ребойлерам, введенным в способ, использующий предварительный абсорбер бутадиена. Использование растворителя также значительно снижено в расчете на эквивалентную производительность по 1,3-бутадиену.
Предварительные абсорберы согласно раскрытым здесь вариантам осуществления можно контролировать, используя лишь одну жесткую характеристику, содержание 1,3-бутадиена в дистилляте, без жесткой характеристики в отношении кубовой фракции предварительного абсорбера бутадиена. Это обеспечивает более легкую схему контроля разделения, чем в случае, когда жесткие характеристики используют в отношении как головной, так и кубовой фракции.
Предпочтительно применение предварительных абсорберов согласно раскрытым здесь вариантам осуществления может обеспечивать переработку разбавленных потоков C4-смесей с высокой эффективностью. Например, при эквивалентных расходах бутадиена применение предварительного абсорбера согласно раскрытым здесь вариантам осуществления может обеспечивать на 16,8% меньший суммарный расход растворителя и на 11% меньшие энергозатраты, как показано в приведенной выше Таблице 1, в сравнении с общепринятыми системами экстракции бутадиена. В зависимости от производительности и конструкции производственной установки также может быть реализована более высокая эффективность. Такие преимущества могут быть реализованы с использованием минимальной площади производственной установки.
Хотя изобретение описано в отношении ограниченного числа вариантов осуществления, специалистам в данной области, принимая во внимание преимущество данного раскрытия, будет ясно, что могут быть предусмотрены другие варианты осуществления, которые входят в объем раскрытого здесь изобретения. Соответственно объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
1. Способ извлечения бутадиена из C4-фракции, включающий в себя:
приведение в контакт потока C4-смеси, содержащего бутан, бутен и бутадиен, с растворителем, содержащим органический растворитель и воду, в колонне предварительного абсорбера бутадиена для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и первую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель, бутадиен и по меньшей мере часть бутена;
подачу первой кубовой фракции в установку экстракции бутадиена для того, чтобы извлечь бутеновую фракцию, фракцию сырого бутадиена и фракцию растворителя.
2. Способ по п. 1, в котором установка экстракции бутадиена содержит главную промывочную колонну и ректификатор/колонну последующей промывки, причем способ дополнительно включает в себя:
приведение в контакт кубовой фракции с дополнительным растворителем, содержащим органический растворитель и воду, в главной промывочной колонне для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутен и по меньшей мере часть воды, и вторую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель и бутадиен; и
отделение бутадиена от органического растворителя в ректификационной колонне/колонне последующей промывки для того, чтобы извлечь фракцию растворителя и фракцию сырого бутадиена.
3. Способ по п. 2, дополнительно включающий в себя рециркуляцию по меньшей мере части фракции растворителя в колонну предварительного абсорбера и главную промывочную колонну в качестве органического растворителя.
4. Способ по п. 2, дополнительно включающий в себя:
подачу головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды, в общую систему конденсации головных фракций для конденсации по меньшей мере части потока объединенных головных фракций.
5. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:
по меньшей мере одно из: крекинг, окислительное дегидрирование и неокислительное дегидрирование потока C4-углеводородов, содержащего бутан, в одном или более реакторах дегидрирования с получением потока продуктового газа, содержащего бутан, бутен и бутадиен;
подачу по меньшей мере части потока продуктового газа для приведения в контакт в колонне предварительного абсорбера бутадиена.
6. Способ по п. 5, дополнительно включающий в себя рециркуляцию по меньшей мере части одной или обеих из головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды, в один или более реакторов дегидрирования.
7. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:
эксплуатацию колонны предварительного абсорбера бутадиена таким образом, что концентрация бутадиена относительно всех C4-углеводородов в первой кубовой фракции составляет по меньшей мере 40 процентов по массе.
8. Способ по п. 2, дополнительно включающий в себя отделение воды от по меньшей мере одной из: головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды.
9. Способ по п. 4, дополнительно включающий в себя отделение воды от потока объединенных головных фракций.
10. Способ по п. 2, в котором органический растворитель содержит N-метилпирролидон.
11. Способ переоборудования системы экстракции бутадиена для извлечения бутадиена из потока C4-смеси, содержащего бутан, бутен и бутадиен, причем система содержит главную промывочную колонну для приведения в контакт газового потока C4-смеси с растворителем или смесью растворителей для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутан и бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен и растворитель или смесь растворителей, причем способ переоборудования включает в себя:
монтаж колонны предварительного абсорбера бутадиена для приведения в контакт газового потока C4-смеси с растворителем или смесью растворителей для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутан и бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен, по меньшей мере часть бутена и растворитель или смесь растворителей;
соединение текучими средами колонны предварительного абсорбера бутадиена с главной промывочной колонной для приведения в контакт кубовой фракции с дополнительным растворителем для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутен, и кубовую фракцию, содержащую бутадиен, растворитель и дополнительный растворитель;
и
монтаж распределителя жидкости в главной промывочной колонне для того, чтобы распределять кубовую фракцию, подаваемую в главную промывочную колонну.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя соединение по текучей среде предварительного абсорбера бутадиена к существующей системе головных фракций главной промывочной колонны.
13. Система извлечения бутадиена из фракции смеси C4-углеводородов, включающая в себя:
колонну предварительного абсорбера бутадиена для приведения в контакт потока C4-смеси, содержащего бутан, бутен и бутадиен, с растворителем, содержащим органический растворитель и воду, для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и первую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель, бутадиен и по меньшей мере часть бутена;
установку экстракции бутадиена для отделения первой кубовой фракции для того, чтобы извлечь бутеновую фракцию, фракцию сырого бутадиена и фракцию растворителя.
14. Система по п. 13, дополнительно включающая в себя:
главную промывочную колонну для приведения в контакт кубовой фракции с дополнительным растворителем, содержащим органический растворитель и воду, для того, чтобы извлечь головную фракцию, содержащую бутен и по меньшей мере часть воды, и вторую кубовую фракцию, содержащую органический растворитель и бутадиен; и
ректификационную колонну/колонну последующей промывки для отделения бутадиена от органического растворителя для того, чтобы извлечь фракцию растворителя и фракцию сырого бутадиена.
15. Система по п. 14, дополнительно включающая в себя один или более трубопроводов текучей среды для рециркуляции по меньшей мере части фракции растворителя в колонну предварительного абсорбера и главную промывочную колонну в качестве органического растворителя.
16. Система по п. 14, дополнительно включающая в себя:
одну или более систем конденсации головных фракций для конденсации по меньшей мере части i) головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, ii) головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды, или iii) потока объединенных головных фракций, содержащего смесь i) и ii).
17. Система по п. 13, дополнительно включающая в себя:
один или более реакторов для осуществления по меньшей мере одного из: крекинга, окислительного дегидрирования и неокислительного дегидрирования потока C4-углеводородов, содержащего бутан, чтобы получить поток продуктового газа, содержащий бутан, бутен и бутадиен;
и трубопровод текучей среды для подачи по меньшей мере части потока продуктового газа в колонну предварительного абсорбера бутадиена.
18. Система по п. 17, дополнительно включающая в себя один или более трубопроводов текучей среды для рециркуляции по меньшей мере части одной или обеих из: головной фракции, содержащей по меньшей мере часть бутана, бутена и воды, и головной фракции, содержащей бутен и по меньшей мере часть воды, в один или более реакторов.
19. Система по п. 13, дополнительно включающая в себя:
управляющую систему для эксплуатации колонны предварительного абсорбера бутадиена таким образом, что концентрация бутадиена относительно всех C4-углеводородов в первой кубовой фракции составляет по меньшей мере 40 процентов по массе.
