尾气流直接接触冷凝器的制作方法

专利名称：尾气流直接接触冷凝器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及对来自脱氢反应器系统的尾气的加工。
背景技术：
苯乙烯单体是可以用来制备聚合物聚苯乙烯以及聚苯乙烯的共聚物，例如高抗冲聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的单体。苯乙烯的聚合物是常用并且有价值的塑料， 可以用来生产各种产品，从电子器件外壳到玩具，再到一次性碟子和杯子。苯乙烯单体的化学式为C6H5C2H3，其结构由苯环和连接的乙烯基组成。苯乙烯通常通过乙苯的脱氢制备。乙苯的化学式为C6H5C2H5，其结构由苯环和相连的乙基组成。乙苯脱氢在脱氢反应器系统中进行，该系统包括一系列脱氢反应室和下游加工设备。过热的水蒸气和乙苯进入所述反应室，例如其中水蒸气与烃的摩尔比至少为4 1， 脱氢催化剂催化乙苯转化为苯乙烯的反应。该反应的反应条件通常为温度约为300°C至 650°C，压力为大气压至低于大气压，例如约为5-20磅/平方英寸(绝对值)(psia)。用于脱氢反应的机理包括乙基失去两个氢原子，形成碳-碳双键。因此，从一系列反应室中排出的化学物质通常包含苯乙烯、氢气和水蒸气，以及未反应的乙苯和其它的化合物，可将其称为苯乙烯尾气。将来自反应室的产物冷却并分离成尾气(也称作排出气体)，冷凝物和有机化合物，例如芳族化合物。通常将所述苯乙烯尾气通入压缩器，然后冷却并冷凝得到富含氢气的气体，该富含氢气的气体可以用于多种用途，例如为用于反应器系统的水蒸气的过热提供燃料源。所述尾气压缩器提供了真空，使得脱氢反应可以在低于大气压或者低大气压压力条件下发生。采用较低的压力增加了排气压缩器的负担，这是因为将更多的水和有机/芳族蒸气与氢气一起抽入，增加了抽吸体积。苯乙烯尾气可以包含氢气、水蒸气、甲烷、乙烯、 一氧化碳和二氧化碳，以及芳族化合物，例如乙苯蒸气和甲苯、苯、苯乙烯蒸气。特别的问题在于存在的苯乙烯在高温或者长停留时间条件下容易发生聚合，而尾气加工流中容易遇到此种情况。因此，人们需要用来从脱氢尾气流，例如苯乙烯尾气流中除去有机化合物、水蒸气和其他有害化合物的廉价的方法。

发明内容
本发明，在其许多实施方式中，涉及在尾气压缩器上游之尾气流中使用直接接触压缩器，用来移除会对压缩器的负荷造成不利的提高的化合物。所述直接接触冷凝器可以用于许多反应系统的尾气流的加工，特别是用于脱氢反应系统的尾气流。一种本发明适用的反应系统是制备苯乙烯的乙苯反应系统。所述脱氢反应系统的尾气可以包含有机化合物和水蒸气，其会增加尾气压缩器的负荷，降低其真空吸力。直接接触冷凝器可以在水蒸气和有机化合物进入尾气压缩器之前很大程度上从尾气流中除去水蒸气和有机化合物。本发明所列的各个实施方式可以单独使用，或者与其它的实施方式结合使用，没有限制性。在一个实施方式中，所述直接接触冷凝器安装在苯乙烯工艺尾气流的分离罐内。 在一个实施方式中，用于所述直接接触冷凝器的冷却介质包含冷却水。在另一个实施方式中，所述冷却介质包含冷却水以及乙苯。在一个实施方式中，所述直接接触冷凝器具有分离理论级数为1。在另一个实施方式中，所述直接接触冷凝器之分离理论级数大于一。在一个实施方式中，本发明涉及一种用来从脱氢反应器尾气中除去有机化合物和水蒸气的方法，该方法包括将尾气馈入直接接触冷凝器中；使得尾气与冷却介质接触；在冷凝器的底部收集冷凝的有机化合物和水蒸气；在冷凝器的顶部收集不可冷凝的蒸气。该方法还可以包括以下步骤将冷凝的有机化合物和水蒸气输送到脱氢反应系统的主要工艺分离器，将不可冷凝的蒸气输送到尾气压缩器。在一个实施方式中，所述脱氢反应系统是用于乙苯脱氢制备苯乙烯，以及包括苯乙烯和乙苯的有机化合物的冷凝。所述方法可以包括以至少4 1的水蒸气烃摩尔比将水蒸气输送到反应，在至少300°C的温度条件下运行所述脱氢反应。本发明的一个实施方式为一种脱氢反应系统，该系统包括能够进行烃的脱氢的脱氢反应器。能够从脱氢反应器系统除去蒸气的尾气压缩器对尾气流进行压缩，并保持脱氢反应器系统内的压力。直接接触冷凝器设置在反应器和尾气压缩器之间，能够在尾气流离开冷凝器进入尾气压缩器之前，使得尾气流与骤冷流接触。所述骤冷流对尾气流进行冷却， 能够使得尾气流中包含的有机化合物和水蒸气冷凝。所述冷凝器可以安装在尾气压缩器抽气分离罐内。所述系统可以用于乙苯的脱氢，用来制备苯乙烯，或者任选地用于异戊烯(isoamiline)脱氢制备异戊二烯。所述尾气可以包含水蒸气、苯乙烯和不可聚合的有机化合物，例如芳族化合物，所有这些物质都大部分被冷凝器除去。所述骤冷流可以是冷却水，可以包括乙苯。所述冷凝器的分离理论级数可以为一或更高。另一个实施方式涉及一种用于烃的脱氢的方法，该方法包括在足以使得烃类原料的至少一部分有效脱氢的反应条件下，在反应器内使得所述烃类原料与脱氢催化剂接触。 从反应器排出包含产生的氢气的尾气流。能够循环冷却介质并且使得尾气流与冷却介质接触的直接接触冷凝器用来对尾气流进行冷却，并能够将有机化合物和水蒸气从尾气流冷凝出来。然后将有机化合物和水蒸气含量减少的冷却的尾气流从直接接触冷凝器排出。所述脱氢反应器可以在减压条件下操作，在此条件下，基本上全部的烃处于蒸气相中，蒸气产物可以从脱氢反应器排出，其中包含脱氢产物。所述冷却流可以是冷却水，可以包括乙苯。所述冷凝化合物可以包括苯乙烯、乙苯、甲苯和苯。所述冷凝的化合物可以混入烃原料中。所述冷却的尾气流可以在尾气压缩器中压缩，所述尾气压缩器能够保持反应器之内的压力。附图简述

图1显示苯乙烯工艺尾气流中安装的直接接触冷凝器的一个实施方式。
具体实施例方式本发明的许多实施方式包括将直接接触冷凝器安装在尾气流中、尾气压缩器的上游。所述直接接触冷凝器可以从尾气流除去有机化合物和水性冷凝物，以降低压缩器的负荷，同时保持经济上的可行性。直接接触冷凝器是本领域已知的。直接接触冷凝器可以实现冷却介质和蒸气之间较大程度的传热，这是因为冷却介质和蒸气互相直接接触，在其间不存在会吸收一部分传热的中间表面。在常规的热交换器中，在管壁表面以及冷却介质和蒸气之间发生传热，另外在冷却水循环中，温度会升高。因此，常规的热交换器对制冷单元的功率要求更高，由此来看，直接接触冷凝器在用于某些应用，例如尾气加工，例如用于苯乙烯尾气加工的时候更节约成本。用于本发明的这类直接接触冷凝器包括喷射冷凝器、喷淋式冷凝器和气压冷凝器。在一个实施方式中，所述直接接触冷凝器是图1所述的类型。所述用于直接接触冷凝器的设备可以安装在尾气压缩器抽气分离罐内，即KO罐1中，另外添加常规的制冷单元2。位于KO罐1内的设备包括骤冷填充3，收集器挡板4和溢流管5。离开主苯乙烯工艺分离器的苯乙烯尾气通过管路10进入直接接触冷凝器中的入口，在此实施方式中，直接接触冷凝器包括在KO罐1之内。在制冷单元2中冷却之后的冷却水通过管路11进入KO罐 1，与尾气接触。可以任选地使得乙苯通过管路15进入制冷单元2之内，从而将乙苯加入冷却水中。在接触区域内，冷却水升温，同时对尾气进行冷却。在与冷却水接触的时候，尾气中的芳族物质的蒸气和水蒸气(蒸汽)可以发生冷凝，流向KO罐1的底部。包括氢气的不可冷凝物质上升并在顶部离开KO罐1，然后通过管路12输送到真空压缩器(图中未显示)， 在此真空压缩器中，这些不可冷凝物质以常规方式进行加工。包括循环水、从水蒸气冷凝的水以及芳族液体的可冷凝物质在重力作用下下降，收集在收集器挡板4上。合并的液体首先从挡板4上的开口向下流动，然后在KO罐1底部之上横向流动，从而完成较轻的芳族液体与较重的水的重力分离。芳族液体和水通过溢流管5导出，倾滗出的芳族液体和水的流量基本上与冷凝的尾气流的量相等。他们通过管路14离开冷凝器，返回主苯乙烯工艺分离器(图中未显示)。所述循环冷凝水可以通过管路13从KO罐1排出，送回制冷单元2。图1显示了本发明的一个具体实施方式
，可以在不背离本发明范围的情况下进行很多的改变。例如，所述直接接触冷凝器的操作参数，包括温度、压力和流速可以进行改变。 根据工艺需要和经济方面的考量，所述直接接触冷凝区除去的有机化合物的百分数也可以变化。另外，所述直接接触冷凝器可以设计成在骤冷接触区域具有超过一的分离理论级数， 以实现更大程度的有机化合物从尾气的分离。例如，通过增加冷却水入口的数量，可以实现更大数量的分离级数。本发明还可以用于包括不同于乙苯的反应物的脱氢反应系统。可以通过相应的C2 或C3烷基芳族化合物的催化脱氢制备各种乙烯基芳族化合物。这些反应包括二乙苯之类的单烷基或多烷基芳族化合物的催化脱氢，或者烷基取代的多环芳族化合物(例如乙基萘) 的脱氢。例如，可以对正丙基苯进行脱氢，以制备β -甲基苯乙烯，可以对枯烯进行脱氢，以制备α-甲基苯乙烯。其它的反应包括但不限于乙基甲苯脱氢制备乙烯基甲苯和二乙基苯的脱氢，制备二乙烯基苯。在另一个实施方式中，可以通过异戊烯脱氢反应制备异戊二烯， 或者通过正戊烯脱氢制备戊间二烯。所有这些反应产生的氢气尾气都可以输送到真空压缩器。与乙苯的脱氢相同，所述尾气可能包含一些不利于真空压缩器的有机蒸气。因此，通过根据本发明在工艺尾气流中使用直接接触冷凝器，可以使得这些反应获益。在一个实施方式中，本发明涉及一种用来从脱氢反应系统的尾气除去有机化合物和水蒸气的方法。所述方法包括将尾气通入位于尾气压缩器上游的直接接触冷凝器。所述方法还包括将冷却介质，例如水或者水与乙苯的混合物，加入所述直接接触冷凝器，在其中，所述冷却介质和尾气形成接触区，用于进行传热。所述方法还包括在直接接触冷凝器的底部收集冷凝的水蒸气和有机化合物，将其送回脱氢反应系统的主工艺分离器。所述方法还包括在直接接触冷凝器顶部收集无法冷凝的蒸气，该无法冷凝的蒸气中包含氢气和其它的气体，并将所述蒸气输送到尾气压缩器。在一些实施方式中，所述方法包括将大多数有机化合物和水蒸气从尾气流冷凝。 在其它的实施方式中，所述方法使得至少60 %，至少70 %，至少80 %，至少90 %，至少95 % 的有机化合物和水蒸气从尾气流冷凝。所述方法可以包括以水蒸气烃的摩尔比至少为4 1，任选至少为5 1，任选至少为8 1，任选至少为10 1的比例，将水蒸气输送到反应中。所述脱氢反应可以在以下的温度进行操作至少300°C，任选至少350°C，任选至少40(TC，任选至少450°C，任选至少500°C。所述脱氢反应可以在任何合适的压力下进行操作，例如从高于大气压至低于大气压。在一些实施方式中，所述反应可以在2-30磅/平方英寸(绝对值)(psia)，任选5-20 磅/平方英寸(绝对值)(psia)的条件下操作。在一个实施方式中，所述脱氢反应系统是用于乙苯脱氢制备苯乙烯，以及冷凝的有机化合物包括苯乙烯和乙苯。在本发明的许多实施方式中，可以为脱氢反应系统带来一些潜在的优点。一个优点是减少进入氢气尾气压缩器的有机化合物，例如芳族化合物，由此降低压缩器的负荷，使得脱氢反应系统可以在更低，更节约成本的压力下操作。本发明的直接接触冷凝器的另一个优点在于，相对于氢气尾气中包含的其他不可聚合的有机化合物(例如芳族化合物，包括乙苯、甲苯和苯)，本发明可以使得苯乙烯单体芳族化合物更优先冷凝。液体形式的苯乙烯单体容易发生聚合，在真空压缩器中弄脏和淤塞设备。较高温度并且被不可聚合的有机化合物稀释程度较低的情况是苯乙烯聚合所优选的。该直接接触冷凝器通过在较冷的骤冷温度下操作、通过在冷却水中包括加入的乙苯、通过在骤冷接触区域中有多个分离理论级数，可以促进优选从尾气中冷凝苯乙烯单体。本发明的直接接触冷凝器的另一个优点在于，与常规热交换器相比，氢气尾气可以具有较低的压降。较低的压降造成压缩器抽气压力较低，由此降低压缩负荷。本发明的直接接触冷凝器的另一个优点在于，较低的投资成本。由于上文已经描述的原因，所述制冷系统的成本可以较低。在直接接触或者热交换器尾气冷却系统中，制冷系统都是主要的投资项目。所述直接接触冷凝器的其他投资成本也低于常规热交换器冷凝
ο术语"烷基"表示仅由单键结合的碳原子和氢原子组成的官能团或侧链，例如甲
基或乙基。术语“芳族化合物”表示主要由一个或多个苯环组成的化学物质，所述苯环可以任选取代。对于乙苯的脱氢反应，苯乙烯尾气中的芳族化合物可以包含苯乙烯、乙苯、苯、甲苯，还可能包含其它的组分。术语“可冷凝物质”表示在通过热交换器加工的时候能够冷凝并变为液态的化学物质。术语“冷凝物”更具体表示以液态形式从热交换器排出的水。对于直接接触冷凝器， 根据本发明，冷凝物可以包含原本作为冷凝水的循环水以及原本为尾气中的水蒸气的水。术语“直接接触冷凝器”表示一类热交换器，其中冷却介质和蒸气直接接触。术语“不可冷凝物质”表示在通过热交换器加工的时候无法冷凝，因此保持蒸气态的化学物质。在本文中，术语“尾气”表示从主要工艺分离器排出的蒸气态的脱氢反应产物。根据上下文，本文所有提到的发明，在一些情况下都可以仅指某些具体的实施方式。在其它情况下，它可能指在一个或多个但不必是所有权利要求中列出的主题。虽然前面的内容是就本发明的实施方式、形式和实例而言的，但列举它们的目的是使本领域的普通技术人员在将本专利的信息与可获得的其他信息和技术结合时能够实现和利用本发明， 本发明不限于这些特定的实施方式、形式和实例。只要不偏离本发明的基本范围，可以设计本发明的其它和进一步的实施方式、形式和实例，本发明的范围由权利要求书确定。
权利要求
1.一种脱氢反应系统，其包括 能够进行烃类脱氢的脱氢反应器；能够以尾气流形式从脱氢反应器移出蒸气的尾气压缩器，该压缩器保持脱氢反应器内的压力；直接接触冷凝器，其设置在所述脱氢反应器和尾气压缩器之间，能够在尾气流离开直接接触冷凝器并进入尾气压缩器之前，使得尾气流与骤冷流接触；所述骤冷流对尾气流进行冷却，能够使得尾气流中包含的化合物冷凝。
2.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述冷凝器安装在尾气压缩器抽气分离罐中。
3.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述脱氢反应系统用于乙苯脱氢制备苯乙炼。
4.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述脱氢反应系统用于异戊烯脱氢制备异戊二烯。
5.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述脱氢反应系统用于正戊烯脱氢制备戊间二烯。
6.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述尾气流包含水蒸气、苯乙烯和不可聚合的有机化合物，这些物质中的大部分通过所述之直接接触冷凝器除去。
7.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述骤冷流包含冷却水。
8.如权利要求7所述的反应系统，其特征在于，所述骤冷流还包含乙苯。
9.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述冷凝器的分离理论级数为一。
10.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述冷凝器的理论分离级数大于一。
11.一种烃类脱氢的方法，该方法包括在能够有效地使得烃类原料中的至少一部分在脱氢反应中发生脱氢的条件下，使得所述烃类原料与脱氢催化剂在反应器内接触； 将包含氢气的尾气流从所述反应器排出；提供直接接触冷凝器，所述直接接触冷凝器能够使得冷却介质循环，使得尾气流与冷却介质相接触；在直接接触冷凝器中对尾气流进行冷却，以使得化合物从尾气流冷凝； 使得与同冷却介质接触之前的尾气流相比、其中可冷凝化合物含量减少的冷却过的尾气流从所述直接接触冷凝器排出。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 以至少41的蒸汽与烃的摩尔比将蒸汽供给脱氢反应；和所述反应器在至少300°C的温度下进行操作。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在真空条件下操作所述反应器，此时基本上所有的烃类都处于蒸气相；以及从包含脱氢产物的反应器回收蒸气产物。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述尾气流包含乙苯反应系统产生的苯乙烯尾气。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却介质包含冷却水。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述冷却介质还包含乙苯。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述化合物从尾气流的冷凝形成冷凝的化合物，该冷凝的化合物包含苯、乙苯、甲苯和苯乙烯中的一种或多种。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法还包括将所述冷凝的化合物混入烃类原料中。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在能够保持反应器内的压力的尾气压缩器中对冷却过的尾气流进行压缩。
20.一种用来从脱氢反应器尾气除去芳族化合物和水蒸气的方法，该方法包括 将尾气流馈入直接接触冷凝器中；使得尾气流与冷却介质相接触； 使得有机化合物和水蒸气从尾气流冷凝； 将冷凝的有机化合物和水蒸气从直接接触冷凝器除去； 将不可冷凝的蒸气从直接接触冷凝器排出。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述尾气流包含乙苯反应系统产生的苯乙烯尾气。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述冷却介质包含冷却水。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述冷却介质还包含乙苯。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述冷凝的有机化合物包括苯乙烯、乙苯、甲苯和苯中的一种或多种。
25.如权利要求20所述的方法，该方法还包括将冷凝的有机化合物输送到主工艺分离ο
26.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将无法冷凝的蒸气输送到尾气压缩器。
全文摘要
用于烃类脱氢的方法和系统，包括直接接触冷凝器来从工艺尾气流中除去化合物。通过从尾气中除去水蒸气和芳族化合物，可以减少所述化学物，从而降低尾气压缩器的负荷。所述脱氢反应系统可以用于以下的反应，例如乙苯脱氢制备苯乙烯，异戊烯脱氢制备异戊二烯，或者正戊烯脱氢制备戊间二烯。
文档编号C07C7/10GK102548938SQ201080042901
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月20日 优先权日2009年9月22日
发明者J·R·巴特勒, V·A·韦尔奇 申请人:弗纳技术股份有限公司