Способ и установка для выделения диолефинов с5 из пиролизного бензина

Способ и установка для выделения диолефинов с5 из пиролизного бензина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка претендует на приоритет по 35 U.S.C. § 119(e) по предварительной патентной заявке США №61/831447 от 5 июня 2013, которая включена здесь посредством отсылки во всей полноте, как подробно здесь показано.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пиролизный бензин, получаемый в промышленных установках получения этилена методом жидкостного крекинга, содержит ценные диолефины С5+, такие как цис- и транс-1,3-пентадиен (называемые также как пиперилены или «Pips»), изопрен и циклопентадиен (ЦПД). Современные способы ориентированы на выделение изопрена из получаемой смеси с целью получения полиизопрена. Тяжелые фракции, такие как цис- и транс-1,3-пентадиены и димер циклопентадиена (известного как дициклопентадиен или ДЦПД) обычно убирают путем гидрирования для смешения с бензином либо для рецикла для подачи в качестве сырья в установку крекинга. Способы разделения для получения максимального количества изопрена, пригодного для полимеризации, известные много десятилетий, используют оборудование типа реакторов димеризации, ректификационные колонны и экстрактивную дистилляцию.

ДЦПД и 1,3-пентадиены применяют в качестве сырья в промышленности, производящей углеводородные смолы. Состав этих двух сырьевых источников варьируют в зависимости от технологических деталей в каждой установке жидкостного крекинга. Получаемые углеводородные смолы хорошо известны специалистам в данной области. Поток пиперилена, традиционно получаемого из фракции С5, не содержит других ключевых реакционноспособных мономеров, необходимых для каталитического синтеза углеводородных смол С5. Кроме того, поток ДЦПД традиционно обрабатывают таким образом, чтобы минимизировать образование содимеров ЦПД. Фактически схема выделения фракции С5 в димерной системе ориентирована на то, чтобы минимизировать образование содимеров и, следовательно, потерю изопрена. Конструкция установок выделения С5 направлена на максимальное выделение изопрена и тяжелых молекул типа ДЦПД и обычно удаление/потерю пиперилена в способе очистки изопрена.

Системы очистки изопрена традиционно включают двухстадийную экстрактивную дистилляцию и последовательность из по меньшей мере трех колонн очистки и башен промывки водой. Другие продукты, отличные от изопрена, обычно необходимо пропускать через стадию гидрогенизации для гидрирования нежелательных алкинов. Для повышения качества потока способы предшествующего уровня техники либо концентрируют внимание на очистке изопрена, либо на удалении алкинов путем гидрогенизации. Способы предшествующего уровня техники рассматривают выделение изопрена и выделение ДЦПД и 1,3-пентадиена в едином скоординированном способе.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявленные в данном изобретении установка и способы относятся к получению потоков ДЦПД и пиперилена, содержащих другие ценные ключевые реакционно-способные моно- и диолефины, которые являются необходимыми компонентами для получения углеводородных смол и уже присутствуют во фракции С5, но их теряют или их игнорируют; данное изобретение предлагает гибкий и простой способ выделения ДЦПД и 1,3-пентадиенов, обеспечивая заметную емкость и удобство в работе установок гидрогенизации с нисходящим потоком и одновременно увеличивая ценность побочных продуктов без необходимости проведения гидрогенизации. Такая установка и способы могли бы обеспечить более эффективную работу, устройство системы и рабочие условия для получения минимум четырех потоков из фракции С5 пиролизного бензина.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В различных вариантах данного изобретения раскрыты система установок и рабочие условия для получения потока ДЦПД, пригодного для получения углеводородной смолы, потока пиперилена, пригодного для получения углеводородной смолы, и потока сырого изопрена. Установка включает ректификационную колонну, последовательность минимум двух систем реакторов димеризации, причем каждая система содержит более одного параллельного реактора димеризации, теплообменники перед димеризационными системами, ректификационные колонны перед димеризационной системой и минимум одну ректификационную колонну.

В других вариантах раскрыты способы получения изопрена полимеризационной чистоты из сырого изопрена и получения ценного потока, не содержащего серы, высококачественного бензина. Установка включает: первую экстракционную дистилляционную систему, состоящую из колонны экстракционной дистилляции и выделения растворителя, систему удаления примесей, включающую систему удаления серы, систему обесцвечивания, систему гидрогенизации ацетилена, ректификационную колонну, вторую систему экстракционной дистилляции и минимум одну ректификационную колонну и систему регенерации растворителя, состоящую из сосудов и ректификационной колонны.

В других вариантах раскрыты способы концентрирования ЦПД в потоках рецикла, выделения высококачественных реакционноспособных мономеров и диолефинов в поток пиперилена и способы гибкого увеличения либо качества потока ДЦПД либо выделения изопрена.

Вышесказанное довольно широко описывает особенности данного изобретения для лучшего понимания последующего подробного описания. Далее описаны дополнительные особенности и преимущества изобретения, которые составляют предмет прилагаемой формулы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ, приводится описание вместе с сопровождающими рисунками, касающимися конкретных вариантов изобретения, где:

ФИГ. 1 показывает систему получения ДЦПД и пипериленов, пригодных в качестве сырья для изготовления углеводородной смолы; и

ФИГ. 2 приводит систему выделения изопрена вместе с системой разделения пригодных для получения углеводородной смолы пипериленов и ДЦПД.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ

В последующем описании содержатся некоторые детали, касающиеся конкретных количеств, размеров и т.п., с тем, чтобы можно было подробно понять раскрытые здесь варианты. Однако специалистам в данной области будет очевидно, что настоящее изобретение можно реализовать на практике и без таких конкретных деталей. Во многих случаях такие детали были исключены, поскольку они не являются необходимыми для полного понимания настоящего изобретения, которое соответствует возможностям обычных специалистов в смежных областях.

В целом рисунки позволяют описать конфетный вариант и не ставят своей целью ограничить его. Нет необходимости масштабировать рисунки.

Хотя большая часть использованных здесь терминов будут понятны специалистам, следует принять во внимание, однако, что в отсутствие четкого определения термины следует интерпретировать в том смысле, который принят современными специалистами в данной области.

Например, использованный здесь термин «рафинат» относится к легким углеводородам; термин «димеры» относится к ДЦПД - димеру ЦПД, «содимеры» относится к ЦПД-изопрену, ЦПД-пиперилену и ЦПД-метилциклопентадиену и к соответствующим тримерам и тетрамерам, содержащим различные комбинации из трех или четырех молекул ЦПД, изопрена, пиперилена и/или метилциклопентадиена.

При производстве этилена или пропилена термическим крекингом с водяным паром жидких нефтяных фракций, таких как сжиженный нефтяной газ, нафта, дизельное топливо и тяжелые нефтепродукты, получают жидкую фракцию углеводородов, называемую пиролизным бензином. Пиролизный бензин состоит из углеводородных компонентов с числом атомов углерода в молекуле от 4 до более 10. Среди них главными с точки зрения инноваций являются моноолефины и диолефины, такие как циклопентадиен (ЦПД), метил цикл опентад иен, цис- и/или транс-1,3-пентадиены (Pips), изопрены, 2-метилбутен-1, 2-метилбутен-2, циклопентен и аналогичные углеводороды с 5 атомами углерода. Эти соединения используют для получения углеводородных смол, широко применяемых в промышленности. Преимущественно используют изопрен для получения резины и некоторых блок-сополимеров.

В различных вариантах данного изобретения раскрыта установка для получения потоков, состоящих из одного компонента или компонентов, необходимых для получения углеводородных смол каталитическим или термическим способом. Эта установка включает: ректификационные колонны, последовательность по меньшей мере из двух димерных реакторных систем, причем каждая система включает по меньшей мере два параллельных димерных резервуара, теплообменники перед димеризационными системами, ректификационные колонны с последующей димеризационной системой и минимум одной ректификационной колонной. Установка работает в непрерывном режиме.

В одном варианте данное изобретение относится к способу получения ДЦПД и пипериленов и изопрена в системе со специфическим расположением реакторов димеризации и в рабочих условиях, позволяющих повысить выход ДЦПД и в то же время выделить некоторые прекурсоры для получения углеводородной смолы. Как показано на ФИГ. 1, в данном способе используют установку удаления изопентана (колонна удаления легких фракций) из сырья С5. Выделенный изопентан разделяют на легкую фракцию и остаток. Оставшееся сырье С5 пропускают через димеризационную систему в условиях, оптимизированных для повышенного выхода ДЦПД. Смесь димеров пропускают через колонну отгона С5, где из головного погона выделяют сырой изопрен. Кубовый остаток из колонны отгона С5 пропускают через вторую димеризационную систему и затем через колонну Pips, где выделяют Pips. Кубовые остатки из колонны Pips пропускают через колонну ДЦПД, где экстрагируют ДЦПД. Кроме того, условия в колонне отона С5 оптимизируют для выделения повышенных количеств 2-метилбутена-2 (2МВ2) в колонне выделения Pips, который является ценным мономером для производства углеводородных смол.

Фракцию сырого изопрена затем фракционируют в двухстадийной системе экстракционной дистилляционной колонны/колонны выделения (EDC/SRC), снабженной системой удаления примесей и системой фракционирования сырого изопрена, которая находится между первой и второй системами EDC/SRC.

В различных вариантах установка димеризационной системы состоит либо из сосуда с регулирующим клапаном верхнего погона с теплообменником для регулирования температуры или без него, либо с изотермическим теплообменником с испаряющейся средой со стороне оболочки, либо из резервуара с циркуляционными насосами для регулирования температуры и перемешивания, либо из сфер с мешалками, либо из комбинации любых двух описанных выше систем. В отличие от настоящего изобретения, которое направлено на обеспечение максимального выхода ДЦПД и минимизацию потерь изопрена на димеризацию, здесь находятся два или три параллельных димерных резервуара последовательно с адекватным регулированием и перепускными механизмами для модифицирования и регулирования количества содимеров ЦПД-изопрен ЦПД-Pips и содимеров изопрена наряду с выходом ДЦПД.

В различных вариантах димерные сосуды работают при температуре от 60°С до 130°С при таком давлении, при котором система остается жидкофазной. В отличие от обычных димерных сосудов, здесь конверсию изопрена в димеры и содимеры регулируют таким образом, чтобы получить необходимое количество предшественников термической полимеризации в углеводородные смолы, одновременно достигая максимально кинетически возможной конверсии ЦПД и минимизируя потери изопрена на образование тяжелых фракций.

В различных вариантах установка также включает ректификационную колонну «отгона С5» в нисходящем потоке димерных сосудов для выделения из потока изопрена цас/транс-пентадиенов и димеров С10 и С11 и содимеров. Предметом настоящего изобретения является разработка такой колонны, чтобы изопрен не содержал всех высококипящих компонентов, начиная с ЦПД, при минимальных капитальных и энергетических затратах. Недостатком предшествующих конструкций является то, что поток пипериленов не содержал некоторых ключевых мономеров и диолефинов (таких как циклопентен, 2-метилбутен-1,2-метилбутен-2) и аналогичных реакционноспособных соединений или прекурсоров, которые представляют большую ценность для получения углеводородных смол. Кроме того, некоторые эти компоненты уходят в потоке сырого изопрена из головной части колонны отгона С5, что наряду с основными требованиями к системе выделения изопрена увеличивает энергетические и капитальные затраты. Кроме того, эти компоненты могут вызвать эксплуатационные проблемы в секции выделения изопрена из-за взаимодействия с металлом в связи с их довольно высокой реакционной способностью. В данном изобретении колонна отгона С5 обычно содержит тарелки или насадки, соответствующие не менее 75-85 теоретическим тарелкам. Рабочее давление в системе устанавливают таким, чтобы температура верхнего погона поддерживалась в интервале 55-70°С и требовалось только воздушное охлаждение. Место подачи и работу системы организуют таким образом, чтобы выделять ключевые моноолефины и диолефины, кипящие выше изопрена, за исключением изопрена в кубовом остатке ректификационной колонны, а изопрен и более легкие или близко кипящие компоненты выделять в головном погоне. Попадание изопрена в куб регулируют таким образом, чтобы поток пипериленов содержал изопрен в количестве, необходимом для изготовления смолы, обычно в интервале 0.0-2 масс, процента в зависимости от типа производимой углеводородной смолы С5.

В различных вариантах после колонны отгона С5 находится димерный сосуд, который обычно работает при температуре в интервале 80-130°С для димеризации всех ЦПД, еще не превращенных в ДЦПД и содимеры с изопреном. Димерный сосуд работает таким образом, чтобы поток Pips соответствовал требованиям на ЦПД и изопрен и одновременно поставлял в поток ДЦПД компоненты для получения ценной содимерной углеводородной смолы.

В различных вариантах после указанного димерного сосуда находятся одна или максимум две вакуумные ректификационные колонны, работающие при температуре не выше 130°С в верхней точке ректификационной колонны, для получения потоков Pips и ДЦПД, удовлетворяющих требованиями к качеству сырья для получения углеводородной смолы С5 и термической углеводородной смолы соответственно. Поток Pips отбирают в виде головного погона первой ректификационной колонны, а поток ДЦПД отбирают как средний погон или кубовый остаток из второй ректификационной колонны.

В различных вариантах поток Pips из колонны отгона Pips/ДЦПД очищают от серы и промывают водой для удаления бисульфидов и оксигенатов, которые являются ядами при получении углеводородной смолы. Кроме того, поток Pips можно осушить для удаления влаги (или не делать этого) в системе удаления оксигенатов либо в отдельном варианте.

На ФИГ. 2 показано объединение установки выделения изопрена с описанной выше и показанной на ФИГ. 1 установкой разделения С5 для получения пригодного для полимеризации изопрена и одновременного получения пригодного для получения углеводородной смолы ДЦПД и сырья для углеводородной смолы С5, что повышает общую ценность олефинов С5 и диолефинов, присутствующих во фракции С5 пиролизного бензина.

В различных вариантах расположение потоков димеров и потоков рецикла из установки выделения изопрена предоставляет уникальную возможность и свободу действий для концентрирования потока ЦПД и конверсии ЦПД в ДЦПД при минимальном количестве линий рецикла и также дает необходимую гибкость в получении максимального количества изопрена либо в виде сырья для получения углеводородной смолы, либо в виде изопрена, пригодного для полимеризации. Современный уровень техники включает ряд рециклов вплоть до пяти потоков рецикла легких и тяжелых компонентов, содержащих концентрированный изопрен, и, следовательно, увеличивает суммарные капитальные и энергетические затраты.

В различных вариантах система выделения изопрена состоит из двух экстракционных дистилляционных колонн, двух колонн для выделения растворителя, одной установки фракционирования сырого изопрена и одной установки очистки изопрена и установки удаления серы, установки удаления оксигенатов и установки удаления ацетилена.

В различных вариантах расположение системы выделения изопрена (двухстадийная экстрактивная дистилляция с системой удаления примесей, помещенная между двумя экстракционными системами) дает возможность гибкого концентрирования ЦПД, потерянного в секции изопрена из колонны отгона С5, так что ЦПД возвращают обратно в димеризационную систему, чтобы обеспечить максимальный выход ДЦПД и его количество. Эти особенности позволяют минимизировать число петель рецикла по сравнению с традиционными системами. Кроме того, конверсия ЦПД, которую можно достигнуть в димерной системе, также увеличивается благодаря повышенной концентрации ЦПД по сравнению с традиционными системами. Система удаления примесей невелика из-за ее расположения и обеспечивает удаление серы, алкинов и оксигенатов, что является уникальным случаем.

В различных вариантах благодаря указанным особенностям также уменьшен размер установки второй стадии экстрактивной дистилляции по сравнению с традиционными системами и уменьшено число дистилляционных колонн для очистки до одной или вообще без нее, а пригодный для полимеризации изопрен получают с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.

В различных вариантах куб колонны для удаления легких компонентов конструируют таким образом, что здесь появляется возможность регулировать димеризацию ЦПД до ДЦПД, что, в свою очередь, позволяет уменьшить число димерных сосудов и количество нежелательных тримеров и тяжелых компонентов, которые образуются при современном производстве.

Таблица 1 иллюстрирует различные фракции компонентов, которые можно получить способами данного изобретения. Например, поток М12 содержит в основном только изопрен, а фракция М6 содержит преимущественно ДЦПД. Способы по заявленному изобретению имеют те преимущества, что они (далее текст обрывается !).

По приведенному выше описанию специалист в данной области может легко представить себе основные характеристики данного изобретения и, не отклоняясь от идеи и объема изобретения, может внести различные изменения и модификации, с тем чтобы адаптировать изобретение к различным способам применениям и условиям. Описанные выше варианты являются только иллюстративными, и их не следует считать ограничивающими объем данного изобретения, который определен в последующей формуле.

1. Способ выделения дициклопентадиена (ДЦПД), пипериленов и изопрена из сырья С5, включающий следующие стадии:

подача сырья С5, содержащего изопентан, изопрен, циклопентадиен и пиперилены в колонну удаления легких компонентов;

выделение изопентана из сырья С5 в первую легкую фракцию;

удаление оставшегося сырья С5 в первую тяжелую кубовую фракцию из колонны удаления легких компонентов;

подача первой тяжелой кубовой фракции в теплообменник;

подача первой тяжелой кубовой фракции из теплообменника в первую димеризационную систему с образованием смеси димеров, содержащей ДЦПД, изопрен, пиперилены и циклопентадиен;

пропускание смеси димеров через колонну отгона С5;

выделение изопрена из колонны отгона С5 во вторую легкую фракцию;

пропускание второй легкой фракции через двухстадийную систему экстракционной дистилляционной колонны/колонны выделения, снабженную системой удаления примесей и системой фракционирования сырого изопрена, которая находится между первой и второй системами экстракционной дистилляционной колонны/колонны выделения двухстадийной системы экстракционной дистилляционной колонны/колонны выделения;

рецикл циклопентадиена (ЦПД) из системы фракционирования сырого изопрена в первую димеризационную систему;

отбор второй тяжелой кубовой фракции из колонны отгона С5, содержащей ДЦПД и пиперилены;

пропускание второй тяжелой кубовой фракции из колонны отгона С5 во вторую димеризационную систему;

пропускание фракции, содержащей ДЦПД и пиперилены, из второй димеризационной системы в колонну отделения пипериленов для выделения пипериленов;

пропускание третьей тяжелой кубовой фракции, содержащей ДЦПД, из колонны отделения пипериленов в колонну выделения ДЦПД для получения ДЦПД; и

при этом система удаления примесей содержит установку удаления серы, установку удаления оксигенатов и установку удаления ацетилена, каждая из которых находится между первой экстракционной дистилляционной колонной и второй экстракционной дистилляционной колонной двухстадийной системы экстракционной дистилляционной колонны/колонны выделения.

2. Способ по п. 1, в котором колонна отгона С5 содержит минимум 75-85 теоретических тарелок.

3. Способ по п. 1, в котором способ в колонне отгона С5 осуществляется при температуре верхнего погона 55°С-70°С.

4. Способ по п. 1, в котором вторая димеризационная система работает при температуре 80°С-130°С.

5. Способ по п. 1, включающий также стадию пропускания выделенного изопрена через установку выделения изопрена для получения пригодного для полимеризации изопрена.

6. Способ по п. 1, включающий также стадию удаления бисульфидов и оксигенатов из пипериленов из колонны отделения пипериленов.

7. Способ по п. 1, в котором первая димеризационная система содержит по меньшей мере два параллельных реактора димеризации.

8. Способ по п. 1, в котором вторая димеризационная система содержит по меньшей мере два параллельных реактора димеризации.

9. Способ по п. 1, в котором первая система димеризации содержит сосуд с регулирующим клапаном верхнего погона и теплообменник для регулирования температуры.

10. Способ по п. 1, в котором первая система димеризации содержит изотермический теплообменник с испаряющейся средой со стороны оболочки изотермического теплообменника.

11. Способ по п. 1, в котором первая система димеризации содержит резервуар с циркуляционными насосами для регулирования температуры и перемешивания.