Способ выделения пропилена из пропан-пропиленовой фракции Российский патент 2020 года по МПК C07C7/05 C07C9/08 

Способ выделения пропилена из пропан-пропиленовой фракции методом ректификации относится к нефтехимической промышленности, в частности, в разделению газов пиролиза углеводородного сырья.

В настоящее время ввод в производство пиролизных установок основывается на все более расширяющейся сырьевой базе. При этом огромное внимание уделяется более полному извлечению целевых продуктов пиролиза на стадии газоразделения. К таким продуктам относятся этилен, пропилен, бутилен и другие, которые характеризуются широким ассортиментом продуктов, получаемых из них.

Известен способ разделения пропилена и пропана ректификацией, где колонна для получения чистого пропилена, работающая при 1,8 МПа, имеет около 200 тарелок. (И.Р. Черный. «Производство сырья для нефтехимических синтезов», М., «Химия», 1983, с. 79-81). Недостатком данного способа является сложная и энергоемкая схема разделения продуктов пиролиза углеводородного сырья, а также недостаточная эффективность разделения пропилена и пропана.

Известны различные способы, направленные на повышение выхода олефиновой фракции при пиролизе углеводородного сырья.

Известна установка выделения пропилена из пропан-пропиленовой фракции (Патент РФ №69515, опубл. 27.12.2007 г.), включающая депропанизатор, узел гидрирования ацетиленистых в пропан-пропиленовую фракцию (ППФ) и колонну выделения пропилена из ППФ, при этом установка дополнительно перед депропанизатором содержит одну или две колонны для выделения из ППФ непиролизного происхождения углеводородов С₁-С₂, С₅₊ и других нежелательных примесей и подогреватель для очищенной ППФ непиролизного происхождения, выходная линия которого соединена с патрубками подачи данной фракции, расположенными выше 20 тарелки и ниже 27 тарелки депропанизатора. Недостатками данного способа является относительно низкая степень извлечения пропилена из исходного сырья, а также возможны потери пропилена с отводом пропана из куба колонны разделения ППФ.

Известен блок разделения и очистки ППФ пиролиза углеводородного сырья, который состоит из реактора гидрирования для очистки от метилацетилена и пропадиена и ректификационной колонны для разделения пропилена и пропана (Патент РФ №63799, опубл. 10.06.2007 г.). При этом блок дополнительно включает последовательно расположенные между реактором гидрирования и ректификационной колонной для разделения пропилена и пропана: насадочную абсорбционную колонну, снабженную в нижней части паровым подогревателем, с линией отвода «зеленого масла» с низа колонны, адсорбер влаги, водяной конденсатор, емкость для сбора ППФ, снабженную пропиленовым конденсатором для удаления несконденсированных легких углеводородов, насос ППФ и колонну вторичной деэтанизации причем от насоса ППФ идут две линии, первая в середину колонны вторичной деэтанизации, и вторая - для подачи части ППФ в качестве флегмы в верхнюю часть насадочной абсорбционной колонны.

Известен способ разделения пропена и пропана (Патент РФ №2296736, опубл. 10.04.2007 г.). При осуществлении способа пропен и пропан, содержащиеся в исходной углеводородной смеси, разделяют в вертикальной зоне противоточного парожидкостного контактирования с выводом из укрепляющей части потока, имеющего повышенную концентрацию пропена и выводом из исчерпывающей части, соединенной с кипятильником, потока, имеющего повышенную концентрацию пропана на сумму углеводородов С₃. Разделение проводят в присутствии углеводородного разбавителя, содержащего преимущественно один или несколько насыщенных углеводородов C₄-С₁₀ с температурой кипения как минимум на 30°С выше, чем температура кипения пропана. Предпочтительно содержание разбавителя в жидкой фазе 20-90% мас. Разделение ведут ректификацией и/или селективной абсорбцией с частичной отпаркой в кипятильнике потока, который возвращают в зону ректификации или абсорбции. Примеси углеводородов С₂ и разбавитель отделяют в дополнительных ректификационных зонах.

Недостатками этих способов является сложность технологической схемы и условий осуществления процесса разделения углеводородной смеси, обусловленные проведением большого количества дополнительных промежуточных стадии (адсорбция, ректификация углеводородов С₂), что приводит к дополнительным материальным и энергетическим затратам.

В патенте РФ №2445301, опубл. 20.03.2012 г. описаны варианты способов отделения олефинов от парафинового сырья. Данный способ предусматривает использование двух параллельных разделителей продуктов, первый разделитель, работающий при более высоком давлении, и второй разделитель, работающий при более низком давлении. Разделитель продуктов низкого давления имеет ребойлер, который снабжается теплом от теплового насоса, как обычно реализуется в традиционных способах очистки пропилена. Разделитель продуктов высокого давления работает при более высоком давлении и имеет ребойлер, который снабжается теплом от использования отработанного пара от паровых турбин компрессора продуктов и теплового насоса

В одном варианте осуществления изобретения поток сырья, содержащий смесь пропилена и пропана, разделяется на два отдельных потока. Первый поток направляют в разделительную колонну высокого давления, и второй поток направляют в разделительную колонну низкого давления. По меньшей мере часть потока верхнего погона из разделительной колонны низкого давления поступает в тепловой насос. Отработанный пар от паровой турбины, который приводят в действие тепловой насос, направляется в ребойлер для разделителя продуктов высокого давления. Тепловой насос может быть использован для сжатия потока верхнего погона из разделительной колонны низкого давления. В некоторых вариантах осуществления изобретения сжатый поток верхнего погона из разделителя продуктов низкого давления подается через ребойлер для разделительной колонны низкого давления. Используют один или несколько компрессоров продуктов для сжатия продуктов, выходящих из реакторов дегидрирования, в которых парафиновое сырье превращается в олефиновый продукт.

В другом варианте осуществления изобретения потоки верхнего погона от разделительных колонн разделяют на потоки флегмы и потоки продуктов. Потоки флегмы подаются обратно в соответствующие разделительные колонны для продуктов, и потоки продуктов поступают в другие устройства для дальнейшей переработки.

Еще в одном варианте осуществления изобретения предусмотрен сепаратор. Сжатый поток верхнего погона от разделительной колонны низкого давления поступает в сепаратор после обеспечения теплом ребойлера для разделителя продуктов низкого давления. Поток верхнего погона от сепаратора объединяют с потоком верхнего погона разделительной колонны низкого давления, и кубовый поток из сепаратора, содержащий пропиленовый продукт, направляют в другие устройства.

Недостатками данного способа являются одновременное использование разделительных колонн с применением высокого и низкого давления, что приводит к использованию большого количества дополнительного оборудования и к сложности подбора оптимального режима в процессе отделения олефинов от парафинового сырья.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ выделения олефиновой фракции из углеводородного сырья, используемый на ПАО «Казаньоргсинтез» в настоящее время. В качестве углеводородного сырья используется, в частности, ППФ.

ППФ после компрессии поступает на узел разделения ППФ с получением конечных продуктов: пропиленовой фракции и пропановой фракции с примесью пропилена. Узел разделения ППФ состоит из отпарной и укрепляющей секций ректификационной колонны. Кубовый продукт отпарной секции ректификационной колонны, представляющий собой пропановую фракцию с содержанием пропилена до 30% мас., направляется в качестве сырья на печи пиролиза. Верхний продукт отпарной секции ректификационной колонны, представляющий собой пропиленовую фракцию, поступает в куб утепляющей секции ректификационной колонны (под первую тарелку), где происходит окончательное отделение пропиленовой фракции от пропановой фракции. Пропиленовая фракция, отводимая с верха укрепляющей секции ректификационной колонны с чистотой 98,4% мас., конденсируется в конденсаторе и стекает в емкость, откуда часть пропиленовой фракции возвращается на орошение укрепляющей секции ректификационной колонны, а другая часть в качестве готового продукта поступает на склад для дальнейшей переработки. Кубовый продукт укрепляющей секции ректификационной колонны, представляющий собой пропановую фракцию с небольшим содержанием пропилена, возвращается на орошение в верхнюю часть отпарной секции ректификационной колонны.

Недостатками данного способа является недостаточная степень разделения ППФ. В описанном способе чистота товарной пропиленовой фракции составляет 98,4% мас., что не обеспечивает необходимое качество выпускаемой продукции. Кроме того, использование кубового продукта отпарной секции ректификационной колонны, представляющего собой пропановую фракцию с высоким содержанием пропиленовой фракции, является нежелательным, так как в процессе пиролиза пропилен приводит к образованию кокса и, как следствие, забивке оборудования.

Целью и техническим результатом заявленного технического решения является улучшение показателей процесса выделения пропилена из пропан-пропиленовой фракции за счет увеличения степени извлечения пропилена из исходного сырья.

Указанный технический результат достигается способом выделения пропилена из пропан-пропиленовой фракции методом ректификации, включающим подачу пропан-пропиленовой фракции в ректификационную колонну, состоящую из отпарной и укрепляющей секций, вывод товарного пропилена с верха укрепляющей секции ректификационной колонны, при этом кубовый продукт отпарной секции ректификационной колонны с содержанием (% мас.) пропановой фракции - 70, пропиленовой фракции - 30 направляется в верхнюю часть дополнительной колонны разделения, где после ректификации в дополнительной колонне разделения верхний поток с содержанием (% мас.) пропиленовой фракции - 90, пропановой фракции - 10 направляется на конденсацию и далее отводится в поток пропан-пропиленовой фракции.

Дополнительное разделение кубового продукта отпарной секции ректификационной колонны позволяет улучшить разделение углеводородов, повысить чистоту выделяемых продуктов и увеличить производительность установок газоразделения.

Заявленное техническое решение поясняется следующими графическими материалами, где в качестве углеводородного сырья используют, например, ППФ.

На Фиг. 1 представлена схема выделения пропиленовой фракции из ППФ по прототипу (Пример 1).

На Фиг. 2 представлена схема выделения пропиленовой фракции из ППФ по заявленному способу (Пример 2).

Позиции на Фиг. 1, Фиг. 2 обозначают:

1 - поток ППФ;

2 - отпарная секция ректификационной колонны;

3 - поток ППФ с куба отпарной секции ректификационной колонны;

4 - поток ППФ с верха отпарной секции ректификационной колонны;

5 - укрепляющая секция ректификационной колонны;

6 - товарная пропиленовая фракция;

7, 12 - конденсатор;

8, 13 - емкость;

9 - поток ППФ с куба укрепляющей секции ректификационной колонны;

10 - дополнительная колонна разделения;

11 - поток ППФ с верха дополнительной колонны разделения.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Способ выделения пропиленовой фракции из ППФ по прототипу (Фиг. 1).

ППФ (поток 1) из отделения компрессии с расходом 5,0 т/ч поступает в отпарную секцию ректификационной колонны 2 узла разделения ППФ, в которой уже присутствует постоянное количество ППФ, участвующее в орошении секций ректификационной колонны. На узле разделения ППФ происходит разделение сырья на ППФ, где основным веществом является пропан, и на ППФ, где основным веществом является пропилен. Кубовый продукт (поток 3) отпарной секции ректификационной колонны 2 в количестве 1,5 т/ч, с содержанием (% мас.) пропановой фракции - 70, пропиленовой фракции - 30, направляется в качестве сырья на печи пиролиза. Верхний продукт (поток 4) отпарной секции ректификационной колонны 2 в количестве 3,5 т/ч, с содержанием (% мас.) пропиленовой фракции - 90, пропановой фракции - 10, поступает в куб укрепляющей секции ректификационной колонны 5, где происходит окончательное отделение пропиленовой фракции от пропановой фракции.

Верхний продукт (поток 6) укрепляющей секции ректификационной колонны 5, представляющий собой товарную пропиленовую фракцию с чистотой 98,4% мас., направляется в конденсатор 7 и далее в емкость 8, откуда в количестве 3,5 т/ч поступает на склад в качестве готового продукта для дальнейшей переработки. Кубовый продукт (поток 9) укрепляющей секции ректификационной колонны 5 возвращается на орошение в верхнюю часть отпарной секции ректификационной колонны 2.

Пример 2. Способ выделения пропиленовой фракции из ППФ по заявленному способу (Фиг. 2).

ППФ (поток 1) из отделения компрессии с расходом 5,0 т/ч поступает в отпарную секцию ректификационной колонны 2 узла разделения ППФ, в которой уже присутствует постоянное количество ППФ, участвующее в орошении секций ректификационной колонны и дополнительной колонны разделения. На узле разделения ППФ происходит разделение сырья на ППФ, где основным веществом является пропан, и на ППФ, где основным веществом является пропилен.

Кубовый продукт (поток 3) отпарной секции ректификационной колонны 2 в количестве 1,5 т/ч, с содержанием (% мас.) пропановой фракции - 70, пропиленовой фракции - 30, направляется в верхнюю часть дополнительной колоны разделения 10. После ректификации в дополнительной колонне разделения 10 верхний продукт (поток 11) в количестве 0,5 т/ч с содержанием (% мас.) пропиленовой фракции - 90, пропановой фракции - 10, направляется в конденсатор 12 и далее в емкость 13, откуда отводится в поток углеводородного сырья (поток 1).

Кубовый продукт (поток 3) дополнительной колонны разделения 10 в количестве 1,0 т/ч, с содержанием (% мас.) пропановой фракции - 97, пропиленовой фракции - 3, направляется в качестве сырья на печи пиролиза.

Верхний продукт (поток 6) укрепляющей секции ректификационной колонны 5, представляющий собой товарную пропиленовую фракцию с чистотой 99,9% мас., направляется в конденсатор 7 и далее в емкость 8, откуда в количестве 4,0 т/ч поступает на склад в качестве готового продукта для дальнейшей переработки. Кубовый продукт (поток 9) укрепляющей свежим ректификационной колонны 5 возвращается на орошение в верхнюю часть отпарной секции ректификационной колонны 2.

Заявленный способ прошел промышленные испытания в ПАО «Казаньоргсинтез».

Показатели процесса выделения пропиленовой фракции из ППФ в соответствии с примерами приведены в таблице.

Сравнительный анализ показателей процесса выделения олефиновой фракции из углеводородного сырья показывает, что дополнительное разделение кубового продукта отпарной секции ректификационной колонны позволяет улучшить разделение углеводородов, повысить чистоту олефиновой фракции до 99,9% мас. и увеличить выработку товарного пропилена при неизменяющейся нагрузке до сырью за счет снижения потерь пропилена с пропаном-рециклом, а также снизить образование кокса в процессе пиролиза за счет уменьшения количества пропиленовой фракции в ППФ, возвращаемой на печи пиролиза.

Предложен способ выделения пропилена из пропан-пропиленовой фракции методом ректификации, включающий подачу пропан-пропиленовой фракции в ректификационную колонну, состоящую из отпорной и укрепляющей секций, вывод товарного пропилена с верха укрепляющей секции ректификационной колонны, отличающийся тем, что кубовый продукт отпарной секции ректификационной колонны с содержанием (% мас.) пропановой фракции – 70, пропиленовой фракции – 30 направляют в верхнюю часть дополнительной колонны разделения, где после ректификации в дополнительной колонне разделения верхний поток с содержанием (% мас.) пропиленовой фракции – 90, пропановой фракции – 10 направляют на конденсацию и далее отводят в поток пропан-пропиленовой фракции. Технический результат – улучшение показателей процесса выделения олефиновой фракции с повышенным содержанием основного вещества из углеводородного сырья за счет увеличения степени извлечения олефиновой фракции из исходного сырья. 2 ил., 1 табл., 2 пр.

Способ выделения пропилена из пропан-пропиленовой фракции методом ректификации, включающий подачу пропан-пропиленовой фракции в ректификационную колонну, состоящую из отпорной и укрепляющей секций, вывод товарного пропилена с верха укрепляющей секции ректификационной колонны, отличающийся тем, что кубовый продукт отпарной секции ректификационной колонны с содержанием (% мас.) пропановой фракции – 70, пропиленовой фракции – 30 направляют в верхнюю часть дополнительной колонны разделения, где после ректификации в дополнительной колонне разделения верхний поток с содержанием (% мас.) пропиленовой фракции – 90, пропановой фракции – 10 направляют на конденсацию и далее отводят в поток пропан-пропиленовой фракции.