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CN116801972A - 从来自精炼和石油化学生产过程的干燥烃气中回收轻烯烃用于生产烷基化物 - Google Patents

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B·汉斯莱
J·L·韦勃
R·R·皮拉伊
V·K·维尔马
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Abstract

公开了用于处理含烯烃的物流的方法和系统。所公开的方法和系统特别适合处理精炼或石油化学过程中的废气物流，诸如来自流化催化裂化器(FCC)、焦化器、蒸汽裂化器等的废气物流。在吸收塔中处理该物流以除去较轻的物流组分并将乙烯和/或丙烯吸收到溶剂中。溶剂一般为异丁烷。将来自吸收塔的富集的溶剂物流进料至烷基化反应器，所述烷基化反应器使溶解的烯烃与异丁烷溶剂反应以产生烷基化物产物。

Description

从来自精炼和石油化学生产过程的干燥烃气中回收轻烯烃用 于生产烷基化物
发明领域
本申请涉及用于从精炼和石油化学生产过程回收轻烯烃的方法和系统，更具体地，涉及将轻烯烃吸收到烷基化反应的进料物流中的方法和系统。
引言
石油化学和精炼操作经常涉及将高沸点、高分子量烃转化(即“裂化”)成一系列较轻、较低沸点和更有价值的产品的过程。例如，流化催化裂化(FCC)广泛用于精炼以将重石油组分转化成高价值燃料。FCC和其它裂化过程制备从轻气体到重燃料油的一系列产品。精炼内的步骤和过程用于基于各种FCC产品的沸程分离它们，产生诸如石脑油、汽油、柴油、加热油、喷气燃料和燃料油的产品。
来自FCC单元的包含最轻组分的物流被称为废气。废气物流一般包含乙烷、乙烯、甲烷和氢气，以及杂质，诸如一氧化碳、二氧化碳和硫化氢。废气物流被认为具有低价值，因为唯一有价值的组分是乙烯，并且从废气物流中提取乙烯通常是昂贵的。因此，精炼机一般将废气物流送至燃料气体系统，使得其可以燃烧以产生用于精炼内的过程的热量，从而从该物流中回收一些价值。然而，如果包含在废气物流中的乙烯可以用于比作为燃料气体燃烧更高的目的，这将是有益的。
概述
本文公开了处理含烯烃的物流的方法，其中所述含烯烃的物流包含：一种或多种选自乙烯和丙烯的烯烃，以及一种或多种选自氢气(H2)、一氧化碳(CO)和甲烷的轻组分，所述方法包括：将所述含烯烃的物流提供至吸收塔，通过使所述含烯烃的物流与溶剂在吸收塔中接触以将一种或多种烯烃的至少一部分吸收在溶剂中而使所述一种或多种烯烃与一种或多种轻组分分离，以提供烯烃富集的溶剂物流，其中所述溶剂是烷基化前体，将所述烯烃富集的溶剂物流提供至烷基化反应器，以及使所述一种或多种烯烃与所述溶剂在烷基化反应器中反应以产生烷基化物。根据一些实施方案，所述溶剂是异丁烷。根据一些实施方案，所述含烯烃的物流是来自流化催化裂化(FCC)过程的废气。根据一些实施方案，所述含烯烃的物流还包含一种或多种选自二氧化碳、水和硫化氢的污染物，并且其中所述方法还包括预处理所述含烯烃的物流以除去一种或多种污染物。根据一些实施方案，预处理包括用胺洗涤含烯烃的物流。根据一些实施方案，预处理包括使所述含烯烃的物流与苛性碱材料接触。根据一些实施方案，使一种或多种烯烃与溶剂在烷基化反应器中反应以产生烷基化物包括使一种或多种烯烃二聚以产生二聚物，并使二聚物与溶剂反应以产生烷基化物。根据一些实施方案，烷基化反应器包括包含固体酸烷基化催化剂的固定催化剂床。根据一些实施方案，使一种或多种烯烃与溶剂在烷基化反应器中反应以产生烷基化物包括产生包含烷基化物的烷基化反应器流出物物流。根据一些实施方案，所述方法还包括：将烷基化反应器流出物物流提供至一个或多个分馏塔，从一个或多个分馏塔回收贫溶剂，以及从一个或多个分馏塔回收富集的烷基化物产物。根据一些实施方案，所述方法还包括将至少一部分贫溶剂再循环至吸收塔。根据一些实施方案，所述方法还包括将至少一部分贫溶剂再循环至烷基化反应器。
本文还公开了用于处理含烯烃的物流的系统，其中所述含烯烃的物流包含：一种或多种选自乙烯和丙烯的烯烃，以及一种或多种选自氢气(H2)、一氧化碳(CO)和甲烷的轻组分，所述系统包括：吸收塔和烷基化反应器，其中所述吸收塔被配置成通过使所述含烯烃的物流与溶剂接触以将一种或多种烯烃的至少一部分吸收在所述溶剂中而使一种或多种烯烃与一种或多种轻组分分离，以提供烯烃富集的溶剂物流，其中所述溶剂是烷基化前体，并且其中所述烷基化反应器被配置成接收所述烯烃富集的溶剂物流并使所述一种或多种烯烃与溶剂反应以产生烷基化物。根据一些实施方案，所述溶剂是异丁烷。根据一些实施方案，所述含烯烃的物流是来自流化催化裂化(FCC)过程的废气。根据一些实施方案，所述系统还包括在吸收塔上游的胺洗涤器，其中所述胺洗涤器被配置成从所述含烯烃的物流中除去一种或多种选自二氧化碳和硫化氢的污染物。根据一些实施方案，所述系统还包括在吸收塔上游的苛性碱接触容器，其中所述苛性碱接触容器被配置成使所述含烯烃的物流与苛性碱材料接触以从所述含烯烃的物流中除去一种或多种选自二氧化碳和硫化氢的污染物。根据一些实施方案，所述烷基化反应器包括包含固体酸烷基化催化剂的固定催化剂床。根据一些实施方案，所述烷基化反应器被配置成将包含烷基化物的烷基化反应器流出物物流提供至一个或多个分馏塔，其中一个或多个分馏塔被配置成将烷基化反应器流出物物流分离成贫溶剂物流和富集的烷基化物产物物流。根据一些实施方案，所述系统被配置成将贫溶剂物流再循环至吸收塔和烷基化反应器中的一个或多个。
附图简述
图1示出用于处理含烯烃的物流的系统。
详述
本公开内容提供用于从精炼/石油化学过程的废气物流中吸收C2和/或C3烯烃(即乙烯和/或丙烯)的方法和系统。通常，C2+烃(包括少量C4/C5)被吸收，而C1和氢气被舍弃。所公开的方法和系统主要在处理FCC废气的背景下讨论。但是应当理解，所述方法和系统可以用于处理由其它过程，诸如炼焦器、乙烯和丙烯回收单元、蒸汽裂化器等产生的废气(和其它含C2/C3烯烃的物流)。通常，所述方法和系统可以用于任何含乙烯和/或丙烯的物流。
所公开的方法和系统包括将C2和/或C3烯烃吸收至进料物流中，然后将所述进料物流提供到烷基化反应器以产生烷基化物产物。烷基化物是精炼中产生的最清洁的汽油共混物流，并且是理想的清洁燃料组分，因为它具有高辛烷值、低蒸汽压和低毒性。几十年来，烷基化物已经被共混入汽油中以提高辛烷值，从而提高汽油的抗爆性质。此外，对汽油的配方和物理性质的严格的州和联邦限制使得烷基化物成为汽油池中最重要和有价值的共混原料之一。与将烯烃送至精炼的燃料气体系统相比，所公开的方法和系统通过将废气物流中的C2和/或C3烯烃转化为有价值的烷基化物产物而提供处理废气物流的价值的显著增加。
图1图示说明用于从物流中吸收C2/C3烯烃并将它们作为用于烷基化反应的进料物流的一部分提供的系统100。在图示说明的系统100中，含烯烃的物流经由管线102提供至系统。在图示说明的系统中，含烯烃的物流是例如来自FCC单元的废气物流。如上所述，这种废气物流可以包含乙烯和/或丙烯、乙烷、甲烷和氢气，以及杂质，诸如一氧化碳、二氧化碳和硫化氢。一般的废气物流可以具有例如约120psig的压力。
在图示说明的系统100中，废气物流在压缩机104中被加压以液化该物流的一些组分。例如，废气物流可以被加压至约180至约250psig的压力。可以设定压缩机104的排放压力，使得该物流可以通过预处理部分106并进入吸收塔/脱甲烷塔(A/D塔)108，如下所述，其在约135psig的压力下操作。根据一个实施方案，压缩机104的排出压力可被设定为大约230psig。
压缩物流110可被提供至预处理部分106。预处理部分106的目的是从物流中除去各种污染物并调节用于下游A/D塔108的物流。根据一些实施方案，预处理部分106可以包括用于大量二氧化碳(CO2)和/或H2S去除的胺系统、用于最终CO2/H2S去除的苛性碱洗涤和/或用于去除水分的干燥器。这些设备和过程是本领域普通技术人员公知的。例如，胺洗涤系统可包括使压缩的含烯烃的物流与胺诸如单乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺或二甘醇胺接触以从含烯烃的物流中吸收CO2和/或H2S。一般的胺气处理过程包括吸收塔单元和再生器单元以及附属设备。在吸收塔中，向下流动的胺溶液从向上流动的含烯烃的物流中吸收H2S和CO2，以产生作为产物的脱硫的含烯烃的物流(即，不含H2S和CO2的含烯烃的物流)和富含吸收的酸性气体(H2S和CO2)的胺溶液。然后将所得“富”胺送入再生器(具有再沸器的汽提塔)以产生再生的或“贫”胺，其被再循环以在吸收塔中再利用。来自再生器的汽提过的塔顶气体物流是浓缩的H2S和CO2，其可被输送用于酸性气体处理。在胺洗涤器之后，含烯烃的物流可以在容器中与苛性碱接触以进一步脱硫。可以通过使该物流与包含分子筛材料的吸收床接触来干燥该物流。在图示说明的实施方案中，苛性碱材料，诸如氢氧化钠或本领域已知的其它苛性碱材料经由管线112提供至预处理部分106。酸性气体、废苛性碱和水分别经由管线114、116和118离开预处理部分106。应当理解，可以进行各种不同的预处理过程以纯化废气物流，这取决于废气物流的具体实施方式和组分。根据一些实施方案，预处理的废气物流可以在将其提供至A/D塔108之前被冷却。例如，压缩的废气物流可以被冷却至约35°F的温度。
在图示说明的实施方案中，将预处理的废气物流经由管线120提供至A/D塔108。管线120中的预处理的废气物流可以包含乙烯和/或丙烯和其它组分，诸如氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷和/或异丁烷、丁烯、戊烯、戊烷等。管线120中的预处理的废气物流的具体组成将取决于原始物流(即物流102)的组成和上游设备诸如压缩机104和预处理部分106的操作参数。理想地，期望管线120中的预处理的废气物流富含烯烃(即乙烯和/或丙烯)。
A/D塔108是吸收塔，其用于双重目的：1)将来自废气物流的烯烃(即乙烯和/或丙烯)吸收到溶剂中，同时舍弃较轻的组分，诸如H2、CO和甲烷，和2)将烯烃作为特别适合烷基化反应的进料物流提供至烷基化反应器。如上所述，较重组分(诸如C2+链烷烃)也将被吸收。在A/D塔中，预处理的废气物流与溶剂接触，该溶剂也是下游烷基化反应器中的反应物。换言之，溶剂本身是烷基化前体。根据一些实施方案，溶剂是异丁烷，但它也可以是其它化合物，诸如异戊烷。在系统100中，贫异丁烷经由管线122被提供至A/D塔108。异丁烷在A/D塔中接触预处理的废气，产生富含来自废气的烯烃和较重组分的富集的溶剂物流124，如下所述，其被提供到烷基化反应器128。未被吸收的较轻组分，诸如H2、CO等经由管线126离开A/D塔，并可经受进一步处理，诸如变压吸附(PSA)。
根据一些实施方案，A/D塔108可包括在压力下操作的单个塔，以使烯烃(多种烯烃)与异丁烷溶剂接触。可以被改变以提高烯烃吸收的参数包括塔板的内含物(inclusion)、塔板的数量、操作温度和压力的范围以及溶剂与烯烃的比率。根据一些实施方案，A/D塔具有约20个理论级(其可以是常规塔板或等量的填料)，其中溶剂与进料的比率为2.45重量/重量。根据一些实施方案，可以使用塔顶冷凝器冷却溶剂并作为回流进料至塔顶。根据一些实施方案，温度分布可以是例如在顶部阶段约-30°F和在底部阶段约0°F。根据一些实施方案，预处理的废气进料可以以约0.80的蒸汽分数进入塔的底部。A/D塔可以包括或可以不包括再沸器。根据一些实施方案，净液体塔底物流124可以被送至进料/流出物交换器和/或溶剂/流出物交换器(未示出)，以在将该物流送至烷基化反应器之前加热该物流(例如，加热至约60℃的温度)。根据一些实施方案，塔顶物流可以部分冷凝并送至回流鼓(未示出)。不可冷凝物可以作为净塔顶蒸汽物流126从鼓中被排出，并且可以被送到PSA单元用于进一步纯化。该物流主要是比乙烯轻的分子。根据一些实施方案，目标是从A/D塔108回收约90％的乙烯。
将富集的溶剂物流124提供至一个或多个烷基化反应器128。如上所述，富集的溶剂物流富含乙烯和/或丙烯和较重组分。溶剂一般是异丁烷，其在烷基化反应中既用作溶剂又用作反应物。烷基化反应器将吸收的烯烃和异丁烷转化为烷基化物。第9,079,815号美国专利描述了将乙烯和异丁烷转化为烷基化物的实例。根据一些实施方案，烷基化反应器使用固体酸烷基化技术将烯烃和异丁烷转化为烷基化物。特别合适的烷基化反应器技术是KBR的K-SAATTM烷基化技术(KBR，Houston，TX)。该烷基化过程使用固定床催化剂，其一般为负载非贵金属的沸石材料。合适的催化剂的实例是KBR的ExSactTM催化剂(KBR，Houston，TX)。在将乙烯转化为烷基化物的情况下，首先，两个乙烯分子二聚，即彼此反应以形成丁烯。然后丁烯与异丁烷反应以形成烷基化物异辛烷。如下所解释的，可控制系统中异丁烷的量，以将反应平衡推向产物。
对提供至烷基化反应器(多个烷基化反应器)128的反应物(即烯烃和异丁烷)的化学计量的控制是基于对物流124的组分的分析。例如，根据一些实施方案，期望异丁烷与丙烯的摩尔比为约10:1，异丁烷与乙烯的摩尔比为约5:1。因此，可以确定进料物流组成，并且可以调节系统中异丁烷的量(如以下更详细描述的)以维持烷基化反应器128中正确的化学计量。
来自烷基化反应器(多个烷基化反应器)128的流出物物流130可以包含例如约10-12％的烷基化物产物，余量主要是异丁烷。反应器流出物物流130可以被提供至进一步的纯化过程，在图1中共同示出为气体装置132。气体装置132可以包括例如一个或多个分馏塔。根据一些实施方案，气体装置包括分馏塔，其被配置成回收贫异丁烷并将其(或其一部分)经由管线122再循环到A/D塔。根据一些实施方案，一部分回收的贫异丁烷可以经由管线134再循环到烷基化反应器(多个烷基化反应器)。根据一些实施方案，正丁烷可以作为分馏塔的侧物流。气体装置可以包括例如用于分离其它组分，诸如乙烷、丙烷和其它废气产物的其它分馏塔。
如上所述，一部分回收的贫溶剂(异丁烷)可以经由管线134再循环到烷基化反应器128中。这可能由于几个原因而有帮助。首先，根据一些实施方案，期望将尽可能少的异丁烷再循环到A/D塔108，因为使用高体积的异丁烷需要更大的塔并使用更多的能量。此外，如上所述，烷基化反应的平衡可通过控制提供至烷基化反应器的异丁烷的量来控制。因此，异丁烷再循环物流134提供用于控制烷基化反应的杠杆。
如图1所示，补充异丁烷可在不同的点被提供至系统100。例如，补充异丁烷可经由管线136被提供至A/D塔108。根据一些实施方案，在预处理的废气进入A/D塔108之前，补充异丁烷可以与管线120中的预处理的废气(经由管线138)混合。例如，在将混合物提供至A/D塔之前，静态混合器、鼓泡器等可用于使预处理的废气与补充异丁烷预接触。补充异丁烷可经由管线140直接添加到烷基化反应器128中和/或经由管线142添加到气体装置132的组件中。
尽管已经示出和描述了本发明的具体实施方案，但是应当理解，上述讨论不是旨在将本发明限制于这些实施方案。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。因此，本发明旨在覆盖落入由权利要求书限定的本发明的精神和范围内的替换、修改和等同物。

Claims (20)

1.一种处理含烯烃的物流的方法，其中所述含烯烃的物流包含：
一种或多种选自乙烯和丙烯的烯烃，以及
一种或多种选自氢气(H2)、一氧化碳(CO)和甲烷的轻组分，所述方法包括：
将所述含烯烃的物流提供至吸收塔，
通过使所述含烯烃的物流与溶剂在吸收塔中接触以将一种或多种烯烃的至少一部分吸收在溶剂中而使所述一种或多种烯烃与一种或多种轻组分分离，以提供烯烃富集的溶剂物流，其中所述溶剂是烷基化前体，
将所述烯烃富集的溶剂物流提供至烷基化反应器，以及
使所述一种或多种烯烃与所述溶剂在烷基化反应器中反应以产生烷基化物。
2.权利要求1所述的方法，其中所述溶剂是异丁烷。
3.权利要求1所述的方法，其中所述含烯烃的物流是来自流化催化裂化(FCC)过程的废气。
4.权利要求1所述的方法，其中所述含烯烃的物流还包含一种或多种选自二氧化碳、水和硫化氢的污染物，并且其中所述方法还包括预处理所述含烯烃的物流以除去一种或多种污染物。
5.权利要求4所述的方法，其中所述预处理包括用胺洗涤含烯烃的物流。
6.权利要求4所述的方法，其中所述预处理包括使所述含烯烃的物流与苛性碱材料接触。
7.权利要求1所述的方法，其中使一种或多种烯烃与溶剂在烷基化反应器中反应以产生烷基化物包括使一种或多种烯烃二聚以产生二聚物，并使二聚物与溶剂反应以产生烷基化物。
8.权利要求1所述的方法，其中所述烷基化反应器包括包含固体酸烷基化催化剂的固定催化剂床。
9.权利要求1所述的方法，其中使一种或多种烯烃与溶剂在烷基化反应器中反应以产生烷基化物包括产生包含烷基化物的烷基化反应器流出物物流。
10.权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
将烷基化反应器流出物物流提供至一个或多个分馏塔，
从一个或多个分馏塔回收贫溶剂，以及
从一个或多个分馏塔回收富集的烷基化物产物。
11.权利要求10所述的方法，所述方法还包括将至少一部分贫溶剂再循环至吸收塔。
12.权利要求10所述的方法，所述方法还包括将至少一部分贫溶剂再循环至烷基化反应器。
13.一种用于处理含烯烃的物流的系统，其中所述含烯烃的物流包含：
一种或多种选自乙烯和丙烯的烯烃，以及
一种或多种选自氢气(H2)、一氧化碳(CO)和甲烷的轻组分，所述系统包括：
吸收塔和烷基化反应器，其中
所述吸收塔被配置成通过使所述含烯烃的物流与溶剂接触以将一种或多种烯烃的至少一部分吸收在所述溶剂中而使一种或多种烯烃与一种或多种轻组分分离，以提供烯烃富集的溶剂物流，其中所述溶剂是烷基化前体，并且其中
所述烷基化反应器被配置成接收所述烯烃富集的溶剂物流并使所述一种或多种烯烃与溶剂反应以产生烷基化物。
14.权利要求13所述的系统，其中所述溶剂是异丁烷。
15.权利要求13所述的系统，其中所述含烯烃的物流是来自流化催化裂化(FCC)过程的废气。
16.权利要求13所述的系统，所述系统还包括在吸收塔上游的胺洗涤器，其中所述胺洗涤器被配置成从所述含烯烃的物流中除去一种或多种选自二氧化碳和硫化氢的污染物。
17.权利要求13所述的系统，所述系统还包括在吸收塔上游的苛性碱接触容器，其中所述苛性碱接触容器被配置成使所述含烯烃的物流与苛性碱材料接触以从所述含烯烃的物流中除去一种或多种选自二氧化碳和硫化氢的污染物。
18.权利要求13所述的系统，其中所述烷基化反应器包括包含固体酸烷基化催化剂的固定催化剂床。
19.权利要求13所述的系统，其中所述烷基化反应器被配置成将包含烷基化物的烷基化反应器流出物物流提供至一个或多个分馏塔，其中一个或多个分馏塔被配置成将烷基化反应器流出物物流分离成贫溶剂物流和富集的烷基化物产物物流。
20.权利要求19所述的系统，其中所述系统被配置成将贫溶剂物流再循环至吸收塔和烷基化反应器中的一个或多个。
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