从混合C₄进料中分离1-丁烯的装置和方法

专利名称：从混合C₄进料中分离1-丁烯的装置和方法
技术领域：
本发明公开了从混合C4进料流中回收1-丁烯的装置和方 法。更具体地讲，此公开涉及使用单一蒸馏塔从l-丁烯、2-丁烯、异 丁烷和正丁烷的混合C4进料中分离1-丁烯的方法和装置。
相关技术描述烯烃是用于各种工业上重要的获得燃料、聚合物、含氧化 学品(oxygenates)和其他化学品的反应的原料。在工业价值很高的OXO 方法中，烯烃与一氧化碳和氬进行催化反应得到醛。通过与催化剂加 热使烯烃聚合得到高辛烷的汽油、塑料和合成橡胶。烯烃的特定异构体、双键的位置和支化度均对化学反应效 率或对最终产物的特性是重要的。因此，通常希望异构化烯烃以提高 所需异构体的产量。此外，由于对于具体应用而言，烯烃混合物中异 构体的分布很少是最佳的，因此异构体的分离是重要的工业过程。—类烯烃，丁烯(C4Hs)，在制备各种有机化合物中用作中间 体。丁烯在石油催化裂解制备汽油的过程中形成。商业上也可通过丁 烷催化脱氢制备丁烯。丁烯包括四种属于烯烃系列的异构化合物1-丁烯；顺-2-丁烯；反-2-丁烯；和异丁烯。这四种丁烯异构体在常温和 常压下均为气体。丁烯是最有用的具有多于一种异构体的烯烃之一。丁烯用 于制备辛烷，辛烷是汽油的传统组分。通过与异丁烷反应或通过两个 丁烯二聚形成辛烯、辛烯氢化得到辛烷使丁烯转化为辛烷。在催化剂 存在下用水处理，丁烯转化为用作市售溶剂的仲丁醇和叔丁醇。
仲丁醇和甲乙酮以及丁二烯是2-丁烯的重要衍生物。对异 丁烯和2-丁烯异构体有要求的最重要的衍生物可能是汽油的重要组分 曱基叔丁基醚(MTBE)。还发现异丁烯在如曱基丙烯酸曱酯、聚异丁烯 和丁烯橡胶这类产物中的应用。基于1-丁烯作为线性低密度聚乙烯的共聚单体和作为聚丁 烯制备中单体的用途，对1-丁烯的需求不断增长。1-丁烯也用于其他 聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、环氧丁烷和C4溶剂仲丁醇(SBA)和甲乙酮 (MEK)的制备中。乙烯和1-丁烯的共聚合产生更柔软和更有弹性的聚 乙烯形式。1-丁烯也可帮助制备更多种类的聚丙烯树脂。1-丁烯从丁烷和其他丁烷异构体的混合进料中的分离目前 需要至少两个蒸馏过程，最好参见图l。在所迷方法中，在塔10中进 行第一蒸馏，混合Gt进料经管线11进入塔10中。混合C4进料的1-丁烯和异丁烷与丁烷和2-丁烯分离。具体地讲，1-丁烯和异丁烷自塔 顶馏出物管线12离开塔，经过冷凝器13/收集器13'并经管线15供应 至下一个塔14中。将一部分所述至少部分冷凝的异丁烷/l-丁烯流经 管线16和控制阀17再循环回塔10中。正丁烷和2-丁烯的混合物经 连接产物管线19和再循环管线21的塔底馏出物出口管线18离开塔 10。如图所示，在再次进入塔10前， 一部分丁烷/2-丁烯流经过再循 环管线21和换热器22,在换热器22中所述一部分丁烷/2-丁烯流再次 沸腾。在塔14中进行的第二蒸馏中，异丁烷和l-丁烯分离。具体 地讲，异丁烷/l-丁烯进料经管线15进入塔14中且异丁烷经塔顶馏出 物出口管线23离开塔14，在继续进入出口管线25前经过冷凝器24/ 收集器24'。将一部分异丁烷塔顶馏出物产物经管线26和控制阀27 再循环。1-丁烯经塔底馏出物出口 28和由控制阀31控制的产物出口 管线29离开塔14。将一部分塔底馏出物出口 28在再进入塔14前经 换热器或锅炉32再循环。由于对1-丁烯的需求不断增长，因此需要有从其他丁烯异构体、异丁烷和正丁烷中分离1-丁烯的更有效的方法。
发明概述为了满足之前提到的需要，本发明公开了 一种从包含正丁
烷、异丁烷和丁烯异构体的进料流中回收l-丁烯的方法。所述公开的
方法包括将进料流引入蒸馏塔的入口中，所述蒸馏塔包括顶部、底 部和中部垂直的自塔的底部向顶部延伸的分隔壁，该分隔壁将塔分为
第一侧和第二侧，入口置于第一侧上；从塔第二侧的顶部取走异丁烷 流；从塔第二侧取走作为塔底馏出物流的l-丁烯流；和从塔第一侧取 走作为塔底馏出物流的2-丁烯和正丁烷流的组合。在一个改进(refinement)中，所述进料流包含正丁烷、异丁 烷、l-丁烯和2-丁烯。在另一个改进中，所述进料流包含小于10%体积的异丁烯。 在一个相关的改进中，所述进料流取自除去异丁烯的反应过程。在另一个改进中，所述进料流包含小于10%体积的丁二烯。 在一个相关的改进中，所述进料流取自除去丁二烯的反应过程。在另一个改进中，塔第一侧连接第一侧塔顶馏出物流，并 且所述方法还包括将第 一侧塔顶馏出物流的至少 一部分作为第二进 料引入塔第二侧中。在一个相关的改进中，所述方法还包括冷凝第一侧塔顶馏 出物流的至少一部分并将所述至少部分冷凝的部分作为回流返回至 塔第一侧。在另一个改进中，将所有的第一侧塔顶馏出物流作为第二 进料引入塔第二侧中，并且所述方法还包括冷凝异丁烷流并将所述i-丁烯流的至少一部分和所述异丁烷流的至少一部分作为回流引入塔 第一侧中。在一个改进中，所述分隔壁包括向下延伸且在塔第一侧的 顶部区与置于塔的第二侧的中间部分的接收区间提供流体连通的内部通道，且所述方法还包括将来自塔笫 一侧的顶部区的塔顶馏出物蒸 气作为进料引入塔第二侧的接收区中。本发明公开了另一种从包含正丁烷、异丁烷、1-丁烯和2-丁烯的进料流中回收1-丁烯的方法，其中所述进料流不含大量异丁烯 或丁二烯。此公开的方法包括将进料流引入蒸馏塔第一侧中，所述 蒸馏塔还包括顶部、底部和中部自顶部向底部延伸并将塔分为第一侧 和第二侧的分隔壁，第一侧包括塔顶馏出物区和塔底馏出物区，第二 侧包括塔顶馏出物区和塔底馏出物区；从塔第二侧的塔顶馏出物区取 走异丁烷流；从塔第二側的塔底馏出物区取走l-丁烯流；从塔第一侧 的塔底馏出物区取走2-丁烯和正丁烷流的组合；和将来自塔第一侧的 至少部分冷凝的塔顶馏出物蒸气作为笫二进料流引入塔第二侧。在一个改进中，所述方法还包括冷凝来自塔第一侧的塔顶 馏出物蒸气的至少 一部分并将所述至少部分冷凝的部分作为回流返 回塔第一側。在一个改进中，所述方法还包括冷凝异丁烷流并将所述1-丁烯流的至少 一部分和所述至少部分冷凝的异丁烷流的至少 一部分 作为回流的引入塔第 一侧中。在一个改进中，所述分隔壁包括向下延伸且在^^第一侧的 顶部区与置于塔第二侧的中间部分的接收区间提供流体连通的内部 通道，且所述方法还包括冷凝内部通道中来自塔第 一侧的顶部区的塔 顶馏出物蒸气并连通作为第二进料的所述至少部分冷凝的塔顶馏出 物蒸气和塔第二侧的接收区。本发明公开了又一种从包含正丁烷、异丁烷、1-丁烯和2-丁烯的进料流中回收1-丁烯的方法，其中所述进料流不含大量异丁烯 或丁二烯。此方法包括将进料流引入蒸馏塔第一侧中，所述蒸馏塔 还包括顶部、底部和中部自顶部延伸至底部且将塔分为第一侧和第二 侧的分隔壁，塔第一侧与塔第二侧隔开，第一侧包括塔顶馏出物区和 塔底馏出物区，第二侧包括塔顶馏出物区和塔底馏出物区；从塔第二侧的塔顶馏出物区取走异丁烷流并冷凝异丁烷流；从塔第二侧的塔底 馏出物区取走l-丁烯流；从塔第一侧的塔底馏出物区取走2-丁烯和正 丁烷流的组合；将来自塔第一側的至少部分冷凝的塔顶馏出物蒸气作 为第二进料流引入塔第二侧中；并将所述至少部分冷凝的异丁烷流的 至少 一部分和所述1 - 丁烯流的至少 一部分作为回流？ 1入塔第 一侧的塔 顶馏出物区中。本发明公开了一种从包含正丁烷、异丁烷、1-丁烯和2-丁 烯的进料流中回收1-丁烯的分隔壁分馏塔，其中所述进料流不含大量 异丁烯或丁二烯。所述蒸馏塔包括围成内圆柱容积且包括顶部和底 部的外容器；垂直延伸贯穿容器且将容器分为相邻的第一侧和第二侧 的分隔壁，第一侧包括塔顶馏出物区和塔底馏出物区，第二侧包括塔 顶馏出物区和塔底馏出物区；包括用于将进料流S1入容器第一侧的第 一进料入口 、用于自容器第一侧的塔底馏出物区除去2-丁烯/丁烷流的 第一塔底馏出物出口的第一侧，且容器第一侧的塔顶馏出物区与置于 容器第二侧的第二进料入口连通；包括用于自容器第一侧引入塔顶馏 出物蒸气至容器第二侧的第二进料入口 、用于自容器第二侧的塔底馏 出物区除去1 -丁烯的第二塔底馏出物出口和用于自容器第二侧的塔顶 馏出物区除去异丁烷流的第二侧塔顶馏出物出口的第二侧。在一个改进中，所述分隔壁包括在容器第一侧的塔顶馏出 物区和容器第二侧的第二进料入口间提供连通的内部通道。因此，可使用包含在单一蒸馏塔内的单一方法从包含正丁
烷、异丁烷和2-丁烯的进料流中分离l-丁烯。公开的方法有利地利用
了蓄意置于塔内的分隔壁。因此，通过使用单塔而非双塔降低基建和 操作两者的成本。根据以下详细说明并在阅读时结合附图，其他优势和特征 显而易见。
附图简述
为了更完全地理解所公开的方法和装置，应参考在附图中 更详细说明的实施方案，其中

图1是先有技术的需要两个蒸馏塔或两个蒸馏过程从混合 Ct进料中分离1-丁烯的方法的示意图。图2是公开的一种使用配备有分隔壁的单一蒸馏塔从混合 C4进料中分离l-丁烯的方法的示意图，其中将来自塔笫一半的回流用 作塔第二半的进料。图3是公开的另一种同样使用配备有分隔壁的单一蒸馏塔 从混合C4进料中分离1-丁烯的方法的示意图，其中也将来自塔第一 半的回流用作塔第二半的进料，而且其中所述回流还包括异丁烯和1-丁烷产物流的部分，从而消除了塔第一半的塔顶馏出物对冷凝器和接 收器的需要。图4是公开的又一种使用配备有分隔壁的单一蒸馏塔从混 合C4进料中分离l-丁烯的方法的示意图，其中也将来自塔第一半的 回流用作塔笫二半的进料，但将回流经双分隔壁进料至塔第二半中， 其具有至塔笫二半的蒸气进料入口 ；应理解的是，没有必要按比例制图且公开的实施方案以示 例性方式说明并且在局部视图中。在某些情况下，忽略了理解公开的 方法和装置所不必要的或使其他细节难以理解的细节。当然，应理解 此公开内容不限于本文所述的特定的实施方案，对本领域技术人员来 说，许多变体显而易见。
目前优选的实施方案的详述
分馏塔(也称为蒸馏塔)在各种工业过程中有许多应用。通常 采用常规的分馏塔将进入的进料流分离为两种馏分。分别称为塔顶馏 出物和塔底馏出物馏分，塔顶馏出物馏分为进料流的较轻或较易挥发组分。进料流可仅包括两种组分，这两种组分在分馏塔内分离为高纯 度流。在此情况下，塔顶馏出物流和塔底馏出物流各自会富含进料流 的两种组分中的一种。然而在许多情况下，进料流包含三种或更多种 化合物。这些混合物通常通过沸点范围分为各自可包含许多不同挥发 性化合物的馏分。为了使用常规塔将包含四种化合物的进料流分离为各自富 含化合物中的一种的单一产物流，有必要采用两个这种分馏塔。如图 1所示，第一分馏塔10会形成具有高含量较轻组分的塔顶馏出物产物 流12(在此情况下为l-丁烯和异丁烷)和包含较重组分的第二塔底馏出 物流18(在此情况下为正丁烷和2-丁烯)。如图1所见，随后使塔顶馏 出物产物流12进入第二分馏塔14中以将塔顶馏出物产物分为两个其 他产物流，异丁烷流25和1-丁烯流28。本文公开的是一种从包含异丁烷、正丁烷、2-丁烯和-丁 烯的混合C4进料中分离1-丁烯的新方法。本文公开的新方法采用了 "分隔壁"分馏塔，与如图1所示的两个单独的分馏塔相比，"分隔 壁"分馏塔降低了资金和操作成本。现在参考图2，本发明公开了分隔壁塔40，该分隔壁塔40 将包含l-丁烯、2-丁烯、异丁烷和正丁烷的C4混合进料41分离为主 要由异丁烷组成的塔顶馏出物流42、 一个主要由1-丁烯组成的塔底馏 出物出口流43和另一个基本由正丁烷和2-丁烯组成的塔底馏出物出 口流44。将异丁烷的塔顶馏出物流42和1-丁烯的塔底馏出物流43两 者与进料流41和正丁烷和2-丁烯的塔底馏出物流44相对分隔壁45 放置。分隔壁45自容器48的顶部46延伸至底端47。在第一半即 左半或进料半49中，进料41在进料入口 51处进入。较高沸点物质 2-丁烯和正丁烷向下移动朝向与塔底馏出物出口管线44连通的塔底 馏出物出口 52。塔底馏出物流44的部分经管线53和再沸器54再循 环。蒸气经塔40的左侧49向上延伸并朝向塔顶馏出物出口 55和塔顶馏出物管线56。来自塔顶馏出物管线56的流的部分在作为回流再 进入塔40前经管线59经过冷凝器57和接收器58。将塔顶馏出物流 56的另一部分经返回管线61运送至塔40的右侧62中，塔顶馏出物 流56的另一部分经第二进料入口 63再进入塔40中。返回流61主要 包括异丁烷和l-丁烯，因为正丁烷和2-丁烯经塔底馏出物管线44离 开塔40的左侧49。在塔40的右侧62中，较高沸点的1-丁烯向下移动朝向与 1-丁烯出口流43连通的塔底馏出物出口 64。流经换热器66的一部分 塔底馏出物流经管线65再循环，然后再进入塔40。在塔40的顶部 46处，塔顶馏出物管线42连接塔顶馏出物出口 67 。网状(net)塔顶馏 出物管线42是异丁烷出口流并经过冷凝器68和接收器69。异丁烷塔 顶馏出物的部分作为回流经管线70返回至塔40中。因此，在图2(且同样在图3-4中)中，第一分离发生在塔40 的左侧49中，在此，正丁烷和2-丁烯与异丁烷和l-丁烯分离。在塔 40的右侧62，异丁烷与l-丁烯分离。读者将注意图2的塔40使用两 个冷凝器，各用于置于分隔壁45各侧的各塔顶馏出物流中，而以下 所述的与图3-4相关的实施方案将冷凝器减少至少一个。具体地讲，来看图3,除了后缀"a"，对相同的部件使用 与图2中相同的附图标记，塔40a的回流管线59a不需要冷凝器，因 为回流管线59a取自分别经管线72、 73的异丁烷出口管线42a和1-丁烯管线43a,从而利用管线42a中异丁烷已通过冷凝器68a和接收 器69a和管线43a中的1-丁烯已是冷凝的液体的事实。因此，回流管 线59a包含至少部分冷凝的异丁烷和1-丁烯且因此该回流管线59a不 需要单独的冷凝器。在回流管线70a中，提供了至少部分冷凝的回流 流向》荅40a的右侧62a中。来看图4，除了后缀"b'，，对相同的部件使用与图2-3中 相同的附图标记，本发明公开了一个类似于图3的塔40a的实施方案， 但图4的塔40b包括具有置于两个相对的壁81、 82间的中心通道80的分隔壁45b。中心通道80能使来自塔40b的左侧49b的回流和塔顶 馏出物蒸气经通道80向下移动且进入塔40b的右侧62b中的接收.区 83中。因此，塔40b不包括外部管线，例如图2-3中61、 61a处所示， 目的是将塔左侧49、 49a的塔顶馏出物转移至塔右侧62、 62a中。相 反，内部分隔壁45b提供了在左侧49b塔顶馏出物和右侧62b接收区 83间以通道80的形式的连通。如图所示，通道80向下延伸至接收塔 板83处。为了将来修正塔并以最小工作量移动进料塔板83,分隔壁 82延伸至底部47b处。在图5中，采用了替代设计，其中分隔壁82不沿着整个分 隔壁81延伸，而是在置于接收塔板83c以下的端壁84处终止。在一个实施方案中，分馏塔40的特征可在于分隔壁分馏塔， 所述分隔壁分馏塔包含包含包围内圆柱容积的外容器48，在使用中 外容器48以垂直方向对齐，贯穿内圆柱容积垂直延伸并将圆柱容积 分为第一侧49和相邻的第二侧62的分隔壁45,用于将工艺流41进 料至塔40的第一侧49中的入口 51，来自塔40的第一侧49的用作塔 40的第二侧62的进料的回流流，具有用于除去重物的底部产物流44 的第一侧49，具有用于除去轻产物的出口塔顶馏出物流42和用于除 去重产物的底部产物流43的第二侧62。虽然仅提出了某些实施方案，但根据以上描述，对本领域 技术人员来说，各种替代和改进显而易见。认为这些和其他替代是等 价的且在本公开和随附的权利要求的精神和范围内。
权利要求
1.一种从包含正丁烷、异丁烷和丁烯异构体的进料流(41)中回收1-丁烯的方法，所述方法包括将进料流(41)引入蒸馏塔(48)的入口(51)中，所述蒸馏塔(48)包括顶部(46)、底部(47)和中部垂直的自塔(48)的底部(47)向顶部(46)延伸的分隔壁(45)，所述分隔壁(45)将塔(48)分为第一侧(49)和第二侧(62)，入口(51)置于第一侧(49)上；从塔第二侧的顶部(46)取走异丁烷流(70)；从塔(48)的第二侧(62)取走作为塔底馏出物流的1-丁烯流(43)；和从塔(48)的第一侧(49)取走作为塔底馏出物流的2-丁烯和正丁烷流的组合(44)。
2. 权利要求l的方法，其中所述进料流(41)包含正丁烷、异丁烷、 1_丁烯和2-丁烯。
3. 权利要求1的方法，其中所述进料流(41)包含小于10%体积的 异丁烯。
4. 权利要求l的方法，其中所述进料流(41)取自除去异丁烯的反 应过程。
5. 权利要求l的方法，其中所述进料流(41)包含小于10%体积的 丁二烯。
6. 权利要求l的方法，其中所述进料流(41)取自除去丁二烯的反 应过程。
7. 权利要求1的方法，其中所述塔(48)的第一侧(49)连接第一侧 塔顶馏出物流(56)，并且所述方法还包括将第 一侧塔顶馏出物流(56)的至少一部分(61)作 为第二进料(61)引入塔第二侧(62)中。
8. 权利要求7的方法，其中所述方法还包括冷凝第一侧塔顶馏出 物流(56)的至少一部分(59)并将所述至少部分冷凝的部分(59)作为回流返回塔(48)的第 一侧(49)。
9. 权利要求7的方法，其中将所有的第 一侧塔顶馏出物流(56)作 为第二进料引入塔(48)的第二側(62)中，并且所述方法还包括冷凝异丁烷流(70)并将l-丁烯流(43)的至少一部 分(73)和异丁烷流(70)的至少一部分作为回流引入塔(48)的笫 一侧(49) 中。
10. 权利要求l的方法，其中所述分隔壁(45)包括向下延伸且在塔 第 一侧(49)的顶部区与置于塔(48)的第二侧(62)的中间部分的接收区 (83)间提供流体连通的内部通道(80),并且所述方法还包括将来自塔第 一侧的顶部区的塔顶馏出物蒸气作 为进料《j入塔(48)的第二侧(62)的接收区(83)中。
全文摘要
本发明公开了一种使用具有分隔壁的单一蒸馏塔从包含正丁烷、异丁烷和丁烯异构体的进料流中回收1-丁烯的方法。所述公开的方法包括将进料流引入蒸馏塔第一侧的入口，其中所述蒸馏塔包括顶部、底部和中部在所述塔的底部和顶部间延伸并将所述塔分为第一侧和第二侧的分隔壁。所述方法包括从塔第二侧的顶部取走异丁烷流、从塔第二侧取走作为塔底馏出物流的1-丁烯流和从塔第一侧取走作为塔底馏出物流的2-丁烯和正丁烷流的组合。
文档编号C10G9/04GK101605873SQ200780048111
公开日2009年12月16日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月28日
发明者D·E·奥布赖恩, J·E·齐默曼 申请人:环球油品有限责任公司