ПРОЦЕСС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОЧИСТОГО ИЗОБУТИЛЕНА Российский патент 2022 года по МПК C07C11/09 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Варианты осуществления в настоящем документе относятся к производству продукта высокочистого изобутилена из смешанных углеводородных потоков, содержащих изобутилен, изобутан и 1-бутен.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Изобутилен присутствует в смешанных углеводородных потоках, которые включают в себя потоки насыщенных и ненасыщенных углеводородов C4. К сожалению, разность температур кипения между изобутиленом и 1-бутеном является слишком малой для того, чтобы дистилляция была эффективным средством извлечения высокочистого изобутилена.

[0003] Одним из способов получения изобутилена высокой чистоты из смешанных фракций C4 является обратный крекинг метил-трет-бутилового эфира (MTBE), описанный в патентном документе US 7968758. Изобутилен в смешанном потоке бутенов может реагировать со спиртом, таким как метанол, образуя MTBE. После отделения от нормальных бутенов МТВЕ может быть разложен с образованием изобутилена и метанола, что позволяет выделить поток изобутилена высокой чистоты. Однако этот процесс включает в себя множество операций и частую замену катализатора.

[0004] Патентный документ US 6242661 описывает процесс выделения высокочистого изобутилена, который в противном случае не может быть отделен от бутена-1 фракционированием. В этом процессе изобутилен отделяется от бутенов, содержащихся в потоке смешанных углеводородов, содержащем бутен-1, бутен-2 и небольшие количества бутадиена. Поток смешанных углеводородов подается в реактор дистилляционной колонны, содержащий катализатор из оксида палладия на подложке из глинозема. Колонна работает так, чтобы исключить контакт бутена-2 с катализатором и поддерживать контакт бутена-1 с катализатором для изомеризации бутена-1 в бутен-2. По мере производства бутена-2 он отгоняется от катализатора, нарушая равновесие и позволяя получить количество бутена-2, превышающее равновесное. Изобутилен и изобутан одновременно отделяются от бутена-2. Кроме того, любой бутадиен в питании может быть гидрогенизирован до бутенов. Кубовый продукт богат бутеном-2, в то время как верхний погон, включающий изобутилен и изобутан, может подаваться в разделитель для отделения изобутилена от изобутана.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В настоящее время разработан более рентабельный и эффективный способ производства потока изобутилена высокой чистоты. Процессы в соответствии с вариантами осуществления в настоящем документе включают в себя стадию каталитической дистилляции и стадию фракционирования. На стадии каталитической дистилляции поток, содержащий смешанные C4, подается в колонну каталитической дистилляции, в которой объединенная дистилляция и линейная гидроизомеризация 1-бутена в 2-бутен позволяет полностью отделить все остальные компоненты C4, извлеченные в качестве потока кубового продукта вместе с 2-бутенами, от верхнего потока, включающего изобутан и изобутилен. Поток дистиллята может затем подаваться в ректификационную колонну для разделения и извлечения кубового потока изобутилена высокой чистоты и верхнего потока изобутана.

[0006] Колонна каталитической дистилляции может работать при повышенных давлении и температуре, когда температура верхнего погона колонны каталитической дистилляции выше, чем температура кубового продукта колонны фракционирования изобутилена и изобутана. Это позволяет использовать тепло конденсации верхнего погона для обеспечения теплом кипятильника ректификационной колонны, который может работать при более низких давлениях и температурах, позволяя дефлегматору колонны изобутан-изобутилен работать на охлаждающей воде.

[0007] В одном аспекте варианты осуществления в настоящем документе относятся к процессам для производства высокочистого изобутилена. Эти процессы могут включать в себя подачу смешанного потока питания C4, включающего изобутилен, изобутан и 1-бутен, и опционально один или более из бутадиена, 2-бутена или н-бутана, в колонну каталитической дистилляции. Колонна каталитической дистилляции может включать в себя одну или более зон каталитической дистилляции, содержащих катализатор изомеризации бутена. В колонне каталитической дистилляции одновременно происходят процессы изомеризации 1-бутена до 2-бутена и отделения 2-бутена от изобутана и изобутилена. 2-бутен извлекается из колонны каталитической дистилляции как поток кубового продукта, а верхний погон колонны каталитической дистилляции включает в себя изобутан и изобутилен. Фракция верхнего погона, включающая изобутан и изобутилен, затем конденсируется в дефлегматоре. По меньшей мере часть сконденсированной фракции верхнего погона подается в делитель. В делителе (колонне фракционирования) изобутан отделяется от изобутилена, в результате чего из делителя извлекается поток кубового продукта, включающий изобутилен, который может иметь высокую чистоту, и поток верхнего погона, включающий изобутан. Этот процесс дополнительно включает в себя работу колонны каталитической дистилляции при температуре верхнего погона выше, чем температура кубового продукта делителя, и нагревание части потока кубового продукта делителя посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью фракции верхнего погона колонны каталитической дистилляции, производя тем самым горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденную фракцию верхнего погона. Охлажденный поток верхнего погона может затем подаваться по меньшей мере через одну линию потока в систему верхнего погона колонны каталитической дистилляции.

В некоторых вариантах осуществления процесс для производства высокочистого изобутилена дополнительно может включать нагревание второй части потока кубового продукта делителя посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью фракции кубового продукта колонны каталитической дистилляции, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденная фракция 2-бутена.

[0008] В некоторых вариантах осуществления охлажденный верхний погон может частично конденсироваться во время теплообмена в кипятильнике делителя. Для приема охлажденного потока верхнего погона из кипятильника делителя может быть предусмотрен аккумулятор. Для подачи частично сконденсированного потока в систему верхнего погона могут быть предусмотрены первая линия потока и вторая линия потока, включающие в себя: подачу паровой части охлажденного потока верхнего погона через первую линию потока из аккумулятора в систему верхнего погона; и подачу жидкой части охлажденного верхнего потока через вторую линию потока из аккумулятора в систему верхнего погона.

[0009] В одном аспекте варианты осуществления в настоящем документе относятся к процессам для производства высокочистого изобутилена. Эти процессы могут включать в себя подачу смешанного потока питания C4, включающего изобутилен, изобутан и 1-бутен, и опционально один или более из бутадиена, 2-бутена или н-бутана, в колонну каталитической дистилляции. Колонна каталитической дистилляции может включать в себя одну или более зон каталитической дистилляции, содержащих катализатор изомеризации бутена. В колонне каталитической дистилляции одновременно происходят процессы изомеризации 1-бутена до 2-бутена и отделения 2-бутена от изобутана и изобутилена. 2-бутен извлекается из колонны каталитической дистилляции как поток кубового продукта, а верхний погон колонны каталитической дистилляции включает в себя изобутан и изобутилен. Фракция верхнего погона, включающая изобутан и изобутилен, затем конденсируется в дефлегматоре. По меньшей мере часть сконденсированной фракции верхнего погона подается в делитель. В делителе (колонне фракционирования) изобутан отделяется от изобутилена, в результате чего из делителя извлекается поток кубового продукта, включающий изобутилен, который может иметь высокую чистоту, и поток верхнего погона, включающий изобутан. Этот процесс дополнительно включает в себя работу колонны каталитической дистилляции при температуре верхнего погона выше 60°C, и работу делителя при температуре кубового продукта ниже 55°C. Часть потока кубового продукта делителя может быть нагрета посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью фракции верхнего погона колонны каталитической дистилляции, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденную фракцию верхнего погона, которая может подаваться в систему верхнего погона. В некоторых вариантах осуществления колонна каталитической дистилляции может работать при температуре верхнего погона выше 85°C.

[0010] В другом аспекте варианты осуществления в настоящем документе относятся к системе для производства высокочистого изобутилена. Эта система может включать в себя поток питания для подачи смешанного потока C4, содержащего изобутилен, изобутан и 1-бутен, и опционально содержащего один или более из бутадиена, 2-бутена или н-бутана. Этот поток питания может подавать углеводороды в колонну каталитической дистилляции, содержащую катализатор изомеризации бутена, которая может быть выполнена с возможностью работать при температуре выше 85°C, например, и одновременно изомеризовать 1-бутен в 2-бутен и отделять 2-бутен от изобутана и изобутилена. Поток кубового продукта может быть предусмотрен для извлечения 2-бутена из колонны каталитической дистилляции, и поток верхнего погона может быть предусмотрен для извлечения из колонны каталитической дистилляции фракции верхнего погона, включающей изобутан и изобутилен. Система верхнего погона может обеспечивать конденсацию фракции верхнего погона, включающей изобутан и изобутилен, по меньшей мере часть которой может подаваться в делитель для отделения изобутана от изобутилена. В некоторых вариантах осуществления система выполнена с возможностью работы с температурой верхнего погона колонны каталитической дистилляции выше, чем температура кубового продукта делителя. Кипятильник делителя может быть выполнен с возможностью нагрева части кубового продукта изобутилена посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью потока верхнего погона, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и поток частично сконденсированного верхнего погона, который может подаваться в систему верхнего погона колонны каталитической дистилляции. В некоторых вариантах осуществления система дополнительно может содержать кипятильник, выполненный с возможностью нагрева части кубового продукта изобутилена посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью потока кубового продукта, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденный поток 2-бутена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 представляет собой упрощенную схему системы для производства высокочистого изобутилена в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.

[0012] Фиг. 2 представляет собой упрощенную схему системы для производства высокочистого изобутилена в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0013] Варианты осуществления, описываемые в настоящем документе, относятся к процессу для производства высокочистого изобутилена (HPIB) посредством процесса каталитической дистилляции с интегрированным нагревом.

[0014] Первая стадия в этом процессе включает в себя процесс каталитической дистилляции для отделения потока, содержащий изобутилен и изобутан, от потока, содержащего смешанные C4, который может включать в себя 1-бутен, 2-бутен, изобутан, изобутилен, бутадиены и н-бутан. Каталитическая дистилляция объединяет дистилляцию и линейную гидроизомеризацию 1-бутена в 2-бутен, и обеспечивает полное отделение всех более тяжелых (высококипящих) компонентов C4 от верхнего потока изобутана и изобутилена. Этот поток затем подается на вторую стадию процесса, которая включает в себя колонну фракционирования для отделения высокочистого (98,0-99,99 мас. %) изобутилена от изобутана.

[0015] Процесс каталитической дистилляции протекает при повышенном давлении, намного выше нормального давления, как раскрыто, например, в патентном документе US 6242661, где «нормальное» давление является достаточно высоким для охлаждающей воды или для конденсации верхних погонов с помощью воздушного охлаждения. В отличие от этого, процесс каталитической дистилляции в вариантах осуществления, описанных в настоящем документе, работает при повышенном давлении, чтобы вызвать более высокую температуру конденсации и позволить использовать тепло конденсации верхнего погона для подачи тепла в кипятильник колонны фракционирования изобутилена и изобутана, которая может работать при более низком давлении. Пар, выходящий сверху ректификационной колонны разделения изобутилена и изобутана, может конденсироваться охлаждающей водой.

[0016] Неожиданным оказалось то, что колонна каталитической дистилляции может работать при более высоком рабочем давлении достаточно хорошо для того, чтобы производить потоки изобутилена и изобутана высокой чистоты.

[0017] Варианты осуществления, описываемые в настоящем документе, могут предусматривать более дешевый процесс HPIB и могут использоваться для модернизации существующих установок каталитической дистилляции для производства изобутилена, например таких как установки CDDeIB (Lummus Technology LLC, Хьюстон, Техас). HPIB, реализуемый посредством процесса вариантов осуществления, описываемых в настоящем документе, включает в себя только два главных блока фракционирования, что приводит к низким капитальным затратам (CAPEX), а интеграция по теплу приводит также к низким эксплуатационным расходам (OPEX). Кроме того, варианты осуществления, описываемые в настоящем документе, могут потребовать менее частой замены катализатора по сравнению с работой при более низкой температуре и более низком давлении. Эти преимущества могут быть приписаны гораздо более высокому рабочему давлению в реакторе каталитической дистилляции, что делает возможной интеграцию по теплу. Специалист в данной области техники обычно не будет эксплуатировать дистилляционную колонну при более высоком давлении, чем это необходимо для конденсации легкодоступным дешевым охлаждающим агентом, таким как воздух или вода. Однако преимущества реакции и экономическая выгода, проявляющиеся при более высоких рабочих температурах в соответствии с описываемыми в настоящем документе вариантами осуществления, явно перевешивают типичную склонность к работе при более низких давлениях.

[0018] Типичный смешанный поток C₄, подлежащий разделению в соответствии с описываемыми в настоящем документе вариантами осуществления, может содержать следующие компоненты со следующими температурами кипения.

Компонент Нормальная температура кипения (°C) Изобутан -11,7 Изобутилен -6,9 Бутен-1 -6,3 1,3-бутадиен -4,4 н-бутан -0,5 транс-бутен-2 1,0 цис-бутен-2 3,7

[0019] Близость температур кипения бутена-1 и изобутилена затрудняет отделение бутена-1 от изобутилена дистилляцией. Однако температура кипения бутена-2 примерно на 8 градусов выше для транс-изомера и более чем на 10 градусов для цис-изомера. Следовательно, когда бутен-1 изомеризуется в бутен-2, нормальные бутены (как бутен-2) могут быть более легко отделены от изобутилена и изобутана.

[0020] Реакция изомеризации является обратимой, как можно заметить по ссылкам на «равновесную» концентрацию в реакторах с неподвижным слоем для данного времени пребывания. При каталитической дистилляции катализатор служит компонентом дистилляции, равновесие постоянно нарушается, и таким образом удаление бутена-2 как кубового продукта постоянно стимулирует реакцию, увеличивая производство бутена-2. Каталитический материал представляет собой компонент системы дистилляции, функционирующий и как катализатор, и как насадка для дистилляционной колонны, имеющий как функцию дистилляции, так и каталитическую функцию. Реакционная система может быть описана как гетерогенная, поскольку катализатор остается отдельным объектом.

[0021] Каталитический материал, используемый для реакции изомеризации, предпочтительно имеет форму насадки для дистилляции, такую как обычные кольца Рашига, кольца Палля, седла и т.п., а также другие структуры, такие как, например, шарики, нерегулярные элементы, листы, трубки, спирали, упакованные в мешках или других структурах (такие как описанные в патентных документах US 4242530, US 4443559, US 5189001, US 5348710 и US 5431890), наносится на решетку или сетку, или на сетчатую полимерную пену (ячеистая структура пены должна быть достаточно большой для того, чтобы не вызывать сильных перепадов давления в колонне, или организуется иным образом, например, в виде кусков или концентрационных трубок, чтобы пропускать поток пара). Аналогичным образом катализатор может использоваться в виде оксида палладия, нанесенного на экструдаты из глинозема толщиной 1/8 дюйма, либо в мешках, либо с неплотной упаковкой в колонне. В некоторых вариантах осуществления катализатор может содержаться в структуре, как это раскрыто в патентных документах US 5730843, US 5266546, US 4731229 и US 5073236.

[0022] Варианты осуществления, описываемые в настоящем документе, могут выполнять стадию каталитической дистилляции в насадочной колонне с катализатором, которая может содержать паровую фазу и некоторое количество жидкой фазы, как при любой дистилляции. Поскольку реакция протекает одновременно с дистилляцией, исходные продукты реакции удаляются из зоны реакции как можно быстрее. Кроме того, поскольку все компоненты кипят, температура реакции регулируется температурой кипения смеси при давлении в системе, которое может изменяться от тарелки к тарелке. Теплота реакции просто вызывает усиление кипения, но не повышает температуру. Дополнительно к этому реакция имеет повышенную движущую силу, потому что продукты реакции удаляются и не могут способствовать обратной реакции. В результате можно в значительной степени контролировать скорость реакции и распределение продуктов, регулируя давление в системе. Кроме того, регулировка пропускной способности (время пребывания=1/часовая объемная скорость жидкости) обеспечивает дополнительный контроль распределения продукта и степени превращения бутена-1 в бутен-2.

[0023] Температура в реакторе дистилляционной колонны определяется температурой кипения жидкой смеси, присутствующей при любом заданном давлении. Температура в нижних частях колонны будет отражать состав материала в этой части колонны и будет выше, чем температура верхнего погона; то есть при постоянном давлении изменение температуры системы указывает на изменение состава в колонне. Для того, чтобы изменить температуру, нужно изменить давление. Таким образом, регулирование температуры в реакционной зоне осуществляется за счет изменения давления; при увеличении давления температура в системе повышается, и наоборот.

[0024] Колонна каталитической дистилляции в соответствии с описываемыми в настоящем документе вариантами осуществления может работать при температуре верхнего погона в диапазоне от 42°C до 138°C и при давлениях в диапазоне от 5 бар абс. до 20 бар абс., принимая во внимание влияние давления на температуру, обсужденное выше. В других вариантах осуществления колонна каталитической дистилляции в соответствии с описываемыми в настоящем документе вариантами осуществления может работать при температуре верхнего погона в диапазоне от 85°C или 90°C до 130°C или 135°C и при давлениях в диапазоне от 9 бар абс., 10 бар абс. или 11 бар абс. до 16 бар абс., 18 бар абс. или 20 бар абс., где любой нижний предел может быть объединен с любым верхним пределом. В других вариантах осуществления температура верхнего погона колонны каталитической дистилляции может находиться в диапазоне от 42°C до приблизительно 80°C, например от приблизительно 47°C до приблизительно 68°C, или от приблизительно 60°C до приблизительно 65°C. В еще других вариантах осуществления температура верхнего погона может находиться в диапазоне от нижнего предела 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 85 или 90°C до верхнего предела 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 85, 90, 100, 110, 120, 130 или 138°C, где любой нижний предел может быть объединен с любым верхним пределом. В некоторых вариантах осуществления верхнее давление колонны каталитической дистилляции может находиться в диапазоне от приблизительно 5 бар абс. до приблизительно 12 бар абс., например в диапазоне от приблизительно 7 бар абс. до приблизительно 10 бар абс. В других вариантах осуществления верхнее давление колонны каталитической дистилляции может находиться в диапазоне от нижнего предела приблизительно 9, 10, 11, 12, 13, 14 или 15 бар абс. до верхнего предела приблизительно 14, 15, 16, 17, 18, 19 или 20 бар абс. Температуры кубового продукта колонны каталитической дистилляции будут соответствовать температуре кипения высококипящих компонентов в рабочих условиях, и в различных вариантах осуществления могут находиться в диапазоне от приблизительно 60°C до приблизительно 180°C, например от приблизительно 60°C до приблизительно 100°C, или от приблизительно 65°C до приблизительно 88°C, но могут также быть выше в зависимости от желаемой верхней температуры и давления. Рабочая температура может также учитывать активность катализатора для ускорения желаемой реакции преобразования 1-бутена в 2-бутен.

[0025] В вариантах осуществления, описываемых в настоящем документе, колонна каталитической дистилляции работает при таких условиях, в частности при температуре и давлении, которые стремятся исключить контакт бутена-2 с катализатором, в то время как бутен-1 находится в контакте с катализатором. Таким образом, когда бутен-1 изомеризуется в бутен-2, он опускается в колонне прочь от катализатора и удаляется с кубовым продуктом. Колонна может включить в себя флегму, где коэффициент дефлегмации может находиться, например, в диапазоне от 0,5:1 до 33:1.

[0026] Катализатор, содержащийся в реакционной зоне колонны каталитической дистилляции, может быть любым катализатором, подходящим для изомеризации или гидроизомеризации 1-бутена в 2-бутен. В некоторых вариантах осуществления катализатор может содержать палладий, и может иметь, например, форму экструдата. Для гидроизомеризации скорость подачи водорода в реактор дистилляционной колонны должна быть достаточной для поддержания катализатора в активной (гидридной) форме, поскольку водород теряется из катализатора при гидрогенизации, когда бутадиен содержится в сырье. Скорость водорода может быть отрегулирована так, чтобы водорода было достаточно для поддержки реакции гидрирования бутадиена и замещения водорода, теряемого катализатором, но при этом меньше, чем требуется для гидрирования бутенов или для того, чтобы вызвать захлебывание колонны. Обычно молярное отношение водорода к углеводороду С₄, подаваемому в слой колонны каталитической дистилляции, будет находиться в диапазоне от приблизительно 0,01:1 до 0,60:1, и предпочтительно от 0,01:1 до 0,10:1.

[0027] Поток углеводородов, подаваемый в систему, может быть выбран как поток с высоким содержанием C₄, особенно нормального бутена и изобутилена. Насыщенные C₄ только вносят вклад в паровую нагрузку в колонне. Высокие концентрации бутадиена не обязательно являются желательными, поскольку было обнаружено, что реакция изомеризации не протекает до тех пор, пока почти не завершится реакция гидрирования бутадиена. Таким образом, практический предел бутадиена определяется размером слоя реактора дистилляционной колонны и временем реакции, доступным для реакций гидрирования и изомеризации. Кроме того, бутадиен может быть извлечен до практических пределов перед подачей в колонну каталитической дистилляции благодаря его экономической ценности. Типичным потенциальным потоком является смешанный поток C₄ из установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем (FCCU) или смешанный поток C₄ рафината из установки экстракции бутадиена, подаваемый, например, в установку парового крекинга C⁴.

[0028] На Фиг. 1 показана упрощенная схема процессов производства HPIB в соответствии с вариантами осуществления, описанными в настоящем документе. Начальной стадией является подача смешанного потока 8 C₄, например из установки экстракции бутадиена или FCCU, в колонну 10 каталитической дистилляции. В колонне 10 каталитической дистилляции смешанный поток C₄, содержащий среди других компонентов C₄ бутен-1, изобутилен и изобутан, подается в колонну 10 каталитической дистилляции рядом с нижней частью секции 12 каталитической дистилляции (зоны 12 катализатора), которая содержит катализатор гидроизомеризации на подложке в форме структуры каталитической дистилляции. Водород может подаваться по линии 13 и также вводиться ниже зоны 12 катализатора.

[0029] Когда питание контактирует с катализатором, бутадиен в питании гидрогенизируется до бутенов, и на катализаторе образуются равновесные количества бутена-1 и бутена-2. Бутен-2 немедленно отгоняется и отбирается в качестве кубового продукта, что смещает реакцию на катализаторе в сторону производства бутена-2.

[0030] Отпарная секция колонны может содержать обычную структуру дистилляции, такую как колпачковые или ситчатые тарелки или инертная насадка, чтобы обеспечить полное отделение продукта бутена-2 от низкокипящих изобутилена и изобутана. Любой нормальный бутан также будет удален как кубовый продукт. Бутен-2 и нормальный бутан затем могут быть извлечены из колонны 10 каталитической дистилляции через линию 14.

[0031] Верхний поток 16, содержащий изобутилен и изобутан, конденсируется в конденсаторе 18. Сконденсированный верхний погон собирается в приемном сепараторе 20, в котором жидкий изобутилен и изобутан отделяются от водорода и легких материалов, которые отводятся через линию 22. При желании водород может быть возвращен в реактор дистилляционной колонны (не показано). Часть сконденсированного верхнего погона возвращается по линии 24 в реактор 10 дистилляционной колонны в виде флегмы. Изобутилен и изобутан удаляются как продукт верхнего погона через линию 26 в делитель 30 для отделения изобутилена от изобутана.

[0032] В делителе 30 изобутан и изобутилен разделяются посредством обычной дистилляции. Типичные рабочие условия делителя 30 могут включать в себя верхнюю температуру в диапазоне от 22°C до 55°C, такую как от приблизительно 37°C до приблизительно 45°C, и верхнее давление в диапазоне от приблизительно 3 бар абс. до приблизительно 7 бар абс., такое как от приблизительно 5 бар абс. до приблизительно 6 бар абс. Температура куба в делителе может составлять от приблизительно 35°C до приблизительно 65°C, например от приблизительно 50°C до приблизительно 60°C. Делитель 30 может содержать достаточное количество тарелок для осуществления желаемого разделения, позволяя извлекать верхнюю фракцию 32, содержащую изобутан, и нижнюю фракцию 34, содержащую изобутилен.

[0033] Верхний погон 32 может конденсироваться в конденсаторе 36 и собираться в приемном сепараторе 38. Верхний погон 32 может содержать главным образом изобутан, но может содержать некоторое количество изобутилена и других легких компонентов. Компоненты легче изобутана, если они присутствуют, могут быть удалены через линию 40. Часть сконденсированного верхнего погона, собранного в приемном сепараторе 38, может возвращаться по линии 42 в делитель 30 в виде флегмы. Изобутан может быть извлечен как верхний погон через линию 44.

[0034] В вариантах осуществления, описываемых в настоящем документе, температура верха колонны 10 каталитической дистилляции поддерживается на более высоком уровне, чем температура куба дистилляционной колонны 30. Таким образом, тепло может подаваться в кипятильник 50 делителя 30 посредством теплообмена через стенку с потоком 16 верхнего погона. Линия 52 может использоваться для направления всего или части верхнего погона 16 в кипятильник 50, охлаждения и в некоторых вариантах осуществления частичной конденсации компонентов верхнего погона в потоке 52 посредством теплообмена через стенку с частью 60 потока 34 кубового продукта. Получаемый охлажденный верхний поток (потоки) 62 может быть затем возвращен в конденсатор 36 и/или приемник 38 для дальнейшей конденсации, охлаждения и извлечения, как было описано выше.

[0035] При необходимости в нижнюю часть делителя 30 может подаваться дополнительное тепло с помощью дополнительного кипятильника 70. Кипятильник 70 может использоваться для нагрева второй части кубового потока 34, например, посредством теплообмена через стенку со всем или частью кубового потока 14 дистилляционной колонны, охлажденной теплообменной средой 80, получаемой из кипятильника 82 колонны каталитической дистилляции, или другими доступными источниками тепла. Кубовый продукт, содержащий высокочистый изобутилен, может быть извлечен через линию 72.

[0036] Фиг. 2 иллюстрирует схему потоков другой системы в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе. Фиг. 2 иллюстрирует дополнительные теплообменники, коллекторы и потоки, которые могут использоваться для облегчения производства потока изобутилена высокой чистоты в соответствии с вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.

[0037] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, система может дополнительно включать в себя аккумулятор 75 для приема охлажденного потока 62 верхнего погона, который может частично конденсироваться посредством теплообмена с кубовым продуктом 60 колонны делителя в кипятильнике 50. Система может также включать в себя первую линию и вторую линию для подачи охлажденного верхнего погона из аккумулятора 75 в систему верхнего погона. Первая линия 84 может быть предусмотрена для подачи паровой части охлажденного верхнего потока из аккумулятора в систему верхнего погона. Вторая линия 86 может быть предусмотрена для подачи жидкой части охлажденного верхнего потока из аккумулятора 75 в систему верхнего погона.

[0038] Как было описано выше, описанные в настоящем документе варианты осуществления обеспечивают производство высокочистого изобутилена. Описанные в настоящем документе варианты осуществления предпочтительно используют более высокое, чем необходимо, давление в колонне каталитической дистилляции, что обеспечивает интеграцию по теплу и улучшенное разделение, в результате чего процесс может характеризоваться низкими капитальными и эксплуатационными затратами. Хотя высокое рабочее давление в колонне каталитической дистилляции делает возможной интеграцию по теплу, также было обнаружено, что колонна каталитической дистилляции может эффективно работать при более высоких температурах, обеспечивая менее частую замену катализатора, особенно по сравнению с обратным крекингом MTBE. Это может обеспечить более низкие капитальные и эксплуатационные затраты на производство высокочистого изобутилена.

[0039] В то время как настоящее раскрытие включает в себя ограниченное количество вариантов осуществления, специалисту в данной области техники, обладающему преимуществом этого раскрытия, будет понятно, что могут быть разработаны и другие варианты осуществления, которые не выходят за пределы области охвата настоящего раскрытия. Соответственно, область охвата должна быть ограничена только прилагаемой формулой изобретения.

Изобретения относятся к способам получения изобутилена. Описаны способ производства высокочистого изобутилена, содержащий подачу смешанного потока питания C4, содержащего изобутилен, изобутан и 1-бутен, и опционально содержащего один или более из бутадиена, 2-бутена или н-бутана, в колонну каталитической дистилляции, содержащую катализатор изомеризации бутена; одновременно изомеризацию 1-бутена в 2-бутен и отделение 2-бутена от изобутана и изобутилена в колонне каталитической дистилляции; извлечение и конденсацию потоков продуктов и их разделение. Описана система для производства изобутилена. Технический результат - получение высокочистого изобутилена. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ производства высокочистого изобутилена, содержащий:

подачу смешанного потока питания C4, содержащего изобутилен, изобутан и 1-бутен, и опционально содержащего один или более из бутадиена, 2-бутена или н-бутана, в колонну каталитической дистилляции, содержащую катализатор изомеризации бутена;

одновременно изомеризацию 1-бутена в 2-бутен и отделение 2-бутена от изобутана и изобутилена в колонне каталитической дистилляции;

извлечение 2-бутена из колонны каталитической дистилляции в виде потока кубового продукта;

извлечение фракции верхнего погона, содержащей изобутан и изобутилен, из колонны каталитической дистилляции;

конденсацию фракции верхнего погона, содержащей изобутан и изобутилен, в системе верхнего погона, содержащей по меньшей мере конденсатор;

подачу по меньшей мере части сконденсированной фракции верхнего погона в делитель и отделение изобутана от изобутилена в делителе;

извлечение из делителя потока кубового продукта, содержащего изобутилен; и

извлечение из делителя потока верхнего погона, содержащего изобутан;

причем этот способ дополнительно содержит:

работу колонны каталитической дистилляции при температуре верхнего погона выше, чем температура куба делителя; и

нагревание части потока кубового продукта делителя посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью фракции верхнего погона колонны каталитической дистилляции, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденная фракция верхнего погона; и

подачу охлажденного потока верхнего погона по меньшей мере через одну линию в систему верхнего погона.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий аккумулятор для приема охлажденного потока верхнего погона, в котором по меньшей мере одна линия для питания охлажденным потоком верхнего погона системы верхнего погона содержит первую линию и вторую линию, а сам процесс дополнительно содержит:

подачу паровой части охлажденного верхнего потока через первую линию из аккумулятора в систему верхнего погона; и

подачу жидкой части охлажденного верхнего потока через вторую линию из аккумулятора в систему верхнего погона.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:

нагревание второй части потока кубового продукта делителя посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью фракции кубового продукта колонны каталитической дистилляции, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденная фракция 2-бутена.

4. Способ по п. 1, в котором колонна каталитической дистилляции эксплуатируется при температуре верхнего погона в диапазоне от 42°C до 138°C.

5. Способ по п. 1, в котором колонна каталитической дистилляции эксплуатируется при температуре верхнего погона в диапазоне от 85°C до 138°C.

6. Способ по п. 1, в котором колонна каталитической дистилляции эксплуатируется при температуре верхнего погона в диапазоне от 60°C до 65°C.

7. Способ производства высокочистого изобутилена, содержащий:

подачу смешанного потока питания C4, содержащего изобутилен, изобутан и 1-бутен, и опционально содержащего один или более из бутадиена, 2-бутена или н-бутана, в колонну каталитической дистилляции, содержащую катализатор изомеризации бутена;

одновременно изомеризацию 1-бутена в 2-бутен и отделение 2-бутена от изобутана и изобутилена в колонне каталитической дистилляции;

извлечение 2-бутена из колонны каталитической дистилляции в виде потока кубового продукта;

извлечение фракции верхнего погона, содержащей изобутан и изобутилен, из колонны каталитической дистилляции;

конденсацию фракции верхнего погона, содержащей изобутан и изобутилен, в системе верхнего погона, содержащей по меньшей мере конденсатор;

подачу по меньшей мере части сконденсированной фракции верхнего погона в делитель и отделение изобутана от изобутилена в делителе;

извлечение из делителя потока кубового продукта, содержащего изобутилен; и

извлечение из делителя потока верхнего погона, содержащего изобутан;

причем этот процесс дополнительно содержит:

работу колонны каталитической дистилляции при температуре верхнего погона выше 60°C;

работу делителя при температуре кубового продукта ниже 55°C; и

нагревание части потока кубового продукта делителя посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью фракции верхнего погона колонны каталитической дистилляции, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденная фракция верхнего погона; и

подачу охлажденного потока верхнего погона по меньшей мере через одну линию в систему верхнего погона.

8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий аккумулятор для приема охлажденного потока верхнего погона, в котором по меньшей мере одна линия для питания охлажденным потоком верхнего погона системы верхнего погона содержит первую линию и вторую линию, а сам процесс дополнительно содержит:

подачу паровой части охлажденного верхнего потока через первую линию из аккумулятора в систему верхнего погона; и

подачу жидкой части охлажденного верхнего потока через вторую линию из аккумулятора в систему верхнего погона.

9. Способ по п. 7, дополнительно содержащий:

нагревание второй части потока кубового продукта делителя посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью фракции кубового продукта колонны каталитической дистилляции, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденная фракция 2-бутена.

10. Способ по п. 7, в котором колонна каталитической дистилляции работает при температуре верхнего погона выше 85°C.

11. Система для производства высокочистого изобутилена в соответствие со способом по п. 1, содержащая:

поток питания для подачи смешанного потока C4, содержащего изобутилен, изобутан и 1-бутен, и опционально содержащего один или более из бутадиена, 2-бутена или н-бутана;

колонну каталитической дистилляции, содержащую катализатор изомеризации бутена, выполненную с возможностью работать при температуре выше 85°C и одновременно изомеризовать 1-бутен в 2-бутен и отделять 2-бутен от изобутана и изобутилена;

поток кубового продукта для извлечения 2-бутена из колонны каталитической дистилляции;

поток верхнего погона для извлечения фракции верхнего погона, содержащей изобутан и изобутилен, из колонны каталитической дистилляции;

систему верхнего погона для конденсации фракции верхнего погона, содержащей изобутан и изобутилен;

делитель для приема по меньшей мере части сконденсированной фракции верхнего погона и отделения изобутана от изобутилена;

поток для извлечения изобутилена в качестве кубового продукта из делителя; и

поток для извлечения изобутана в качестве верхнего погона из делителя.

12. Система по п. 11, выполненная с возможностью работы при температуре верхнего погона колонны каталитической дистилляции выше, чем температура кубового продукта делителя.

13. Система по п. 12, дополнительно содержащая:

кипятильник, выполненный с возможностью нагрева части кубового продукта изобутилена посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью потока верхнего погона, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и поток частично сконденсированного верхнего погона; и

по меньшей мере одну линию для подачи потока частично сконденсированного верхнего погона в систему верхнего погона.

14. Система по п. 13, дополнительно содержащая аккумулятор для приема потока частично сконденсированного верхнего погона, в которой по меньшей мере одна линия для питания системы верхнего погона потоком частично сконденсированного верхнего погона содержит:

первую линию для подачи паровой части потока частично сконденсированного верхнего погона из аккумулятора в систему верхнего погона; и

вторую линию для подачи жидкой части потока частично сконденсированного верхнего погона из аккумулятора в систему верхнего погона.

15. Система по п. 13, дополнительно содержащая кипятильник, выполненный с возможностью нагрева части кубового продукта изобутилена посредством теплообмена через стенку по меньшей мере частью потока кубового продукта, в результате чего получается горячий поток кубового продукта, подаваемый в нижнюю часть делителя, и охлажденный поток 2-бутена.