用于生产烯烃的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所公开的实施方式总体上涉及一种生产烯烃和二烯烃的改进方法，所述烯烃和二烯烃包括丙烯、异丁烯、正丁烯和丁二烯，以及在一些实施方式中的异戊烯和异戊二稀。
【背景技术】
[0002]烯烃和二烯烃的烃类化合物用来生产多种石油化工产品，比如聚合物、发动机燃料共混添加剂和其他产品。每个分子中具有2至5个碳原子的短链饱和烃类化合物，通常经历脱氢反应以形成相应的烯烃。所述烯烃反过来可被用于异链烷烃的烷基化、醇类化合物的醚化以制取发动机燃料共混添加剂，或作为单体用以生产各种聚合物材料。烯烃也可经历后续脱氢而成为二烯烃。
[0003]—种尤为有用的烯烃是丙烯，其可通过丙烷的脱氢来生产。丙烯是世界的第二大的石油化工商品，且用在聚丙烯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯醛、环氧丙烷和二醇类化合物、增塑剂羰基醇、异丙苯、异丙醇和丙酮的生产中。丙烯生产的增长主要受聚丙烯工业需求的驱使，聚丙烯用在如包装材料和户外服装的日常用品中。其他有用的烯烃包括正丁烯、异丁烯和异戊烯，其具有同等多样的终端用途。
[0004]—种尤为有用的二烯烃是丁二烯，其可通过正丁烯的脱氢来生产。丁二烯主要在聚合物的生产中用作化学中间体和单体，所述聚合物比如合成橡胶和弹性体，包括丁苯橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶(PBR)、聚氯丁烯(氯丁橡胶)和丁腈橡胶(NR)。另一种有用的二烯烃是异戊二烯。异戊二烯的主要应用包括用作生产聚异戊二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)和丁基橡胶的单体。
[0005]所需的烯烃和二烯烃的产品，如丙烯、异丁烯、正丁烯、丁二烯、异戊烯和异戊二烯通常在分离的、非一体化的多个系统中生产，一个系统用于从丙烷生产丙烯，一个系统用于从异丁烷生产异丁烯，第三系统用于从正丁烷生产正丁烯和/或丁二烯(或从正丁烯生产丁二烯)，以及第四系统用于从异戊烷生产异戊烯和/或异戊二烯。虽然有人提出在单一的反应器中同时对丙烷、异丁烷和正丁烷进料联合处理，但是当将所述进料合并并且一起处理时反应器的性能通常下降。这是由于反应条件(温度、压力、空间速度等)只能被选择以使对于所述产品之一的选择性、转化率和能耗之间的关系得到优化，并且因此，其他的产品是在非最优条件下进行生产。
【发明内容】
[0006]本文公开的实施方式提供用于C3、C4和C5烯烃和二烯烃的一体化联合生产。如将在以下进一步所描述的，本文所述的一体化方法和系统与那些非一体化系统相比，可以改善单独的处理系统的反应效率同时降低元件数(piece count)。
[0007]在一方面，本文所公开的实施方式涉及一种用于生产烯烃的方法。所述方法可以包括使第一正烷烃在第一脱氢反应区脱氢以产生包括第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种的第一流出物。所述方法也可以包括使第一异构烷烃和第二正烷烃中的至少一种在第二脱氢反应区脱氢以产生包括第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种的第二流出物。所述第一流出物和第二流出物可被压缩并供给至共用分离系统以将所述第一烯烃、所述第一异构烯烃或第一二烯烃、未反应的第一正烷烃、第一异构烷烃或第二正烷烃、以及轻质副产物或重质副产物分离为两种或更多种馏分。
[0008]在一些实施方式中，所述第一正烷烃是丙烷，所述第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种是丙烯，所述第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种是异丁烷，以及所述第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种是异丁烯。在其他实施方式中，所述第一正烷烃是丙烷，所述第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种是丙烯，所述第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种是正丁烷，以及所述第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种是正丁烯和丁二烯的至少一种。而在其他实施方式中，所述第一正烷烃是正丁烷，所述第一烯烃和第一二烯烃的至少一种是正丁烯和丁二烯的至少一种，所述第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种是异丁烷，以及所述第一异构烯烃是异丁烯。而在其他实施方式中，所述第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种为正丁烷和异丁烷，所述第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种为异丁烯、正丁烯和丁二烯的至少一种，所述第一正烷烃为丙烷，以及所述第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种为丙烯。
[0009]所述方法还可以包括使第二异构烷烃和第三正烷烃的至少一种在第三脱氢反应区脱氢以产生包括第二异构烯烃、第三正烯烃和第三二烯烃的至少一种的第三流出物;所述第三流出物可被压缩并供给到所述共用分离系统。在一些实施方式中，所述第一正烷烃为丙烷，所述第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种为丙烯，所述第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种为正丁烷和异丁烷的至少一种，以及所述第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种为正丁烯、异丁烯和丁二烯的至少一种;所述第二异构烷烃和第三正烷烃的至少一种为异戊烷，以及所述第二异构烯烃、第三正烯烃和第三二烯烃的至少一种为异戊烯和异戊二烯的至少一种。在其他实施方式中，所述第一正烷烃为丙烷，所述第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种为丙烯，所述第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种为异丁烷，以及所述第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种为异丁烯;所述第二异构烷烃和第三正烷烃的至少一种为正丁烷，以及所述第二异构烯烃、第三正烯烃和第三二烯烃的至少一种为正丁烯和丁二烯的至少一种。
[0010]所述方法还可以包括:使第三异构烷烃在第四脱氢反应区脱氢以产生包括第三异构烯烃和第四二烯烃的至少一种的第四流出物;压缩所述第四流出物;并将所述第四流出物供给至所述共用分离系统。在一些实施方式中，所述第一正烷烃为丙烷，所述第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种为丙烯，所述第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种为正丁烷，以及所述第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种为正丁烯和丁二烯的至少一种;所述第二异构烷烃和第三正烷烃的至少一种为异丁烷，以及所述第二异构烯烃、第三正烯烃和第三二烯烃的至少一种为异丁烯；以及所述第三异构烷烃为异戊烷，以及所述第三异构烯烃和第四二烯烃的至少一种为异戊烯和异戊二烯的至少一种。
[0011]在一些实施方式中，比如其中所述第一脱氢反应区和所述第二脱氢反应区的每一个包括两个反应器，所述方法可以包括:在脱氢周期中，操作每一个反应区的一个反应器；在再生周期中，操作一个反应器；以及在吹扫或排空/还原周期中，操作一个反应器。在一些实施方式中，可以将来自所述吹扫周期中的反应器的包括蒸汽和烃的流出物与所述第二流出物合并。将所述吹扫流出物和所述第二流出物中的蒸汽与烃分离，如通过在压缩机级间冷却器中冷凝所述蒸汽。在一些实施方式中，所述方法还可包括:顺序操作两个或更多个以平行流排列的阀门以按要求将空气、蒸汽和不反应物(inerts)从共用再生系统提供至处于所述再热/再生周期中的反应器和所述吹扫/排空/还原周期中的反应器，以及按要求将丙烷、正丁烷、异丁烷或异戊烷提供至处于所述脱氢周期中的反应器。处于所述脱氢周期中的反应器可以是交错操作的，使得所述反应器的吹扫周期、再生周期或排空/还原周期不重置。
[0012]在一些实施方式中，如其中所述第一脱氢反应区和所述第二脱氢反应区的每一个包括四个反应器，所述方法可包括:在脱氢周期中，操作每一个反应区中的两个反应器;在再生周期中，操作每一个反应区中的一个反应器；以及，在吹扫或排空/还原周期中操作每一个反应区中的一个反应器。在一些实施方式中，在所述脱氢周期中的反应器是交错操作的，以使得每一个所述反应区中的反应器的吹扫周期、再生周期或排空/还原周期不重叠。
[0013]在一些实施方式中，如其中所述第一脱氢反应区和所述第二脱氢反应区的每一个包括五个反应器，所述方法可包括在脱氢周期中操作每一个反应区中的两个反应器;在再生周期中操作每一个反应区中的两个反应器；以及在吹扫或排空/还原周期中操作每一个反应区中的一个反应器。在一些实施方式中，所述脱氢和再生周期中的反应器是交错操作的，以使每一个所述反应区中的反应器的吹扫周期或排空/还原周期不重叠。
[0014]在另一方面，本文公开的实施方式涉及一种用于生产烯烃的系统，所述系统可以包括第一脱氢反应区，用来使第一正烷烃脱氢以产生包含第一正烯烃和第一二烯烃的至少一种的第一流出物，以及第二脱氢反应区，用来使第一异构烷烃和第二正烷烃的至少一种脱氢以产生包含第一异构烯烃、第二正烯烃和第二二烯烃的至少一种的第二流出物;所述系统还可包括一个或多个压缩机，用来压缩所述第一流出物和所述第二流出物；以及共用分离系统，用来将所述第一流出物和所述第二流出物分离为两种或更多种馏分。
[0015]在一些实施方式中，所述系统还可包括:第三脱氢反应区，用来使第二异构烷烃和第三正烷烃的至少一种脱氢以产生包含第二异构烯烃、第三正烯烃和第三二烯烃的至少一种的第三流出物。可以提供流体管道，用来将所述第三流出物供给至所述共用分离系统。
[0016]在一些实施方式中，所述系统，还可包括:第四脱氢反应区，用来使第三异构烷烃脱氢以产生包含第三异构烯烃和第四二烯烃的至少一种的第四流出物。可提供流体管道，用来将所述第四流出物供给至所述共用分离系统。
[0017]在一些实施方式中，如其中所述第一脱氢反应区和所述第二脱氢反应区的每一个包括两个反应器，所述系统还包括控制系统，其被配置用来:在脱氢周期中操作每一个反应区中的一个反应器;在再生周期中操作一个反应器；以及在吹扫或排空/还原周期中操作一个反应器。
[0018]在一些实施方式中，所述系统还可包括混合装置，用来将来自所述吹扫周期中的反应器的包含蒸汽和烃的流出物与所述第二流出物合并；以及分离系统，用来将吹扫流出物和所述第二流出物中的蒸汽与烃分离。所述分离系统可包括，例如压缩机级间冷却器。
[0019]在一些实施方式中，所述控制系统可进一步被配置用来顺序操作两个或更多个以平行流排列的阀门，以按要求将空气、蒸汽和不反应物从共用再生系统提供至处于所述再热/再生周期中的反应器或所述吹扫/排空/还原周期中的反应器中，以及按要求将丙烷、正丁烷和异丁烷提供至处于所述脱氢周期中的反应器中。所述控制系统可进一步被配置为以交错周期操作处于所述脱氢周期中的反应器，以使所述反应器的吹扫周期、再生周期或排空/还原周期不重叠。
[0020]在一些实施方式中，如其中所述第一脱氢反应区和所述第二脱氢反应区的每一个包括四个反应器，所述系统还包括控制系统，其被配置用来:在脱氢周期中操作每一个反应区中的两个反应器;在再生周期中操作每一个反应区中的一个反应器；以及在吹扫或排空/还原周期中操作每一个反应区中的一个反应器。所述控制系统进一步被配置为以交错周期操作处于所述脱氢周期中的反应器，以使每一个反应区中的所述反应器的吹扫周期、再生周期或排空/还原周期不重叠。
[0021]在又一方面，本文公开的实施方式涉及一种用于生产烯烃的方法。所述方法可包括:使丙烷在第一脱氢反应区脱氢以产生包含丙烯的第一流出物;使异丁烷在第二脱氢反应区脱氢以产生包含异丁烯的第二流出物。可在间接热交换器中冷却所述第一流出物以产生蒸汽和冷却的第一流出物；以及可在间接热交换器中冷却所述第二流出物以产生蒸汽和冷却的第二流出物。通过与所述冷却的第一流出物间接热交换可加热供给至所述第一脱氢反应区中的丙烷；以及通过与所述冷却的第二流出物间接热交换可加热供给至所述第二脱氢反应区中的异丁烷。将所述第一流出物和所述第二流出物压缩、混合并供给至共用分离系统中以回收乙烯馏分、丙烯馏分、丙烷馏分、至