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CN113728078A - 用于将c4转化为乙烷/丙烷原料的分配中心网络 - Google Patents

用于将c4转化为乙烷/丙烷原料的分配中心网络 Download PDF

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CN113728078A
CN113728078A CN202080031084.9A CN202080031084A CN113728078A CN 113728078 A CN113728078 A CN 113728078A CN 202080031084 A CN202080031084 A CN 202080031084A CN 113728078 A CN113728078 A CN 113728078A
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拉玛库马尔·阿拉达
考希克·甘地
乌韦德·阿尔哈雷蒂
罗伯特·布鲁克胡伊斯
达斯汀·菲克尔
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SABIC Innovative Plastics IP BV
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Abstract

公开了生产轻质烷烃和为这些烷烃创建灵活分配系统的方法及相关系统。该方法可以包括：将丁烷进料料流供应至丁烷转化单元以产生至少包括甲烷、乙烷、丙烷和氢气的轻质烷烃输出料流，将至少部分轻质烷烃输出料流分离成甲烷、乙烷和丙烷的分离料流，和根据需要分配分离料流。分离料流的分配可以包括将分离的乙烷和丙烷料流送至下游处理单元，该下游处理单元将它们用作原料。含有丁烷的进料和/或未反应的丁烷进料可以包括异丁烷，其可转化为正丁烷，然后进一步处理。

Description

用于将C4转化为乙烷/丙烷原料的分配中心网络
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年3月5日提交的美国临时专利申请No.62/814,093的优先权的权益，其通过整体引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及将丁烷转化为轻质烷烃如丙烷、乙烷和甲烷的方法。更具体地，本发明涉及含有丁烷转化单元的方法，该丁烷转化单元能够将丁烷转化为丙烷、乙烷和/或甲烷。产生的丙烷、乙烷和/或甲烷可以送到分配网络，该分配网络将丙烷、乙烷和/或甲烷分配至需要各化合物的下游装置(asset(s))。这种设置允许丁烷转化单元和分配网络独立于下游装置运行，并根据需要向下游装置供应所需的化合物。该方法还允许通过将异丁烷异构化为正丁烷来富集丁烷转化单元的进料中的正丁烷。
背景技术
丁烷、丙烷、乙烷和甲烷广泛用于石油精炼和化学工业，作为制造天然气、各种燃料、馏出物、石脑油、汽油、汽油添加剂和其它精炼产品(例如塑料和催化剂)的工艺的一部分。丁烷、丙烷、乙烷和甲烷料流也用作燃料。通常，乙烷和丙烷是特别有用的化学品，因为它们可以分别转化为价值更高的乙烯和丙烯产品。乙烷通常用于制造乙烯，因为它比使用重质烃作为原料时产生更高的乙烯产率。丙烷也是重要的化学品，用作生产丙烯的原料，丙烯也用于生产日用化学品和塑料。丁烷异构体也用于不同的工艺和作为不同的产品。可用作燃料、制冷剂、推进剂或用于生产异丁烯的异丁烷的价值高于正丁烷，正丁烷可用作燃料或用于生产丁烯、丙烷、乙烷或甲烷。
轻质烷烃可以由C4料流通过蒸汽裂化反应、加氢裂化反应和/或通过氢解反应获得。然而，丁烷原料的蒸汽裂化产生相对低的乙烯产率。基于加氢裂化反应和/或氢解反应的工艺可以产生更有利的产品组成。在一些情况下，氢解反应可以是有利的。然而，氢解反应的缺点在于它们通常不能有效转化异丁烷，而工业上通常可获得的丁烷料流通常包括正丁烷和异丁烷两者。
提高来自丁烷原料的C2和C3烃的产率的一些尝试包括使用加氢裂化系统和将未反应的进料再循环至加氢裂化单元。例如，Bakker等人的WO2012071137描述了将正丁烷或异丁烷提供至加氢裂化器以与氢气反应以主要产生乙烷，并将未裂化的材料再循环回反应器。在另一个实例中，Oprins的WO2017101985描述了使用加氢裂化工艺由中间馏分产生C2和C3烃，并再循环所得料流以富集C2和C3烃的产量。
蒸汽裂化器通常专用于单一的特定原料(例如乙烷、丙烷或丁烷)，并且不容易接受具有不同或波动组成的原料。市场情况波动，特定生产的原料在不同的下游单元中的需求可能在某一天比后一天更高。尽管如此，在许多上述方法中，加氢裂化工艺与专用于单一特定原料的特定的蒸汽裂化器、炉或下游部分相关。
尽管有由C4和更高的原料生产C2和C3烃的各种尝试，但是在利用由加氢裂化系统和/或氢解系统生产的不同原料或原料量方面很少或没有灵活性，这可造成系统的低效率和错过的经济机会。
发明内容
已经发现了与生产C1至C3烃相关的至少一些上述问题的解决方案。一种解决方案在于将丁烷转化单元(例如加氢裂化单元和/或氢解单元)与分离单元和能够将由丁烷转化单元产生的烃分配至需要这样的烃的各种下游装置(例如丙烯生产单元、乙烯生产单元、甲烷重整单元等)的分配中心结合使用。另一种解决方案在于使用异构化单元，该单元可以由混合的异丁烷/正丁烷进料通过将所述异丁烷中的一些转化为正丁烷来生产富集的正丁烷进料。可以将富集的正丁烷进料料流提供至丁烷转化单元，用于进一步生产C2和C3烃。特别地，本发明可以包括：丁烷转化单元，其使用能够将含丁烷进料料流转化为包括甲烷、乙烷和丙烷的轻质烷烃输出料流的一个或多个加氢裂化单元和/或氢解单元，与能够将含异丁烷料流转化为包括正丁烷的丁烷输出料流的至少一个异构化单元任选地组合，和分配网络，其能够接收一个或多个分离的单独料流并能够将单独料流分配至下游装置，或其组合。在一些实施方案中，能够接收至少部分轻质烷烃输出料流并将各组分分离成单独料流的至少一个分离单元也与丁烷转化单元结合。在本发明中，下游装置可以是下游处理单元和/或下游生产单元。不希望受理论的束缚，据信本发明的系统允许更有效地使用含丁烷进料、更好的乙烷和丙烷产率以及更具成本效益的生产过程，因为丁烷转化单元独立于下游单元运行，并且异丁烷异构化成正丁烷允许使用低价值原料来生产更高价值的产品(例如，C2和C3烃)。此外，分配网络不专用于任何特定的下游处理单元。相反，丁烷转化单元生产的产品(例如甲烷、乙烷、丙烷、氢气)然后可以根据需要通过分配网络供应至多个下游处理单元。因此，本发明的系统可以向给定区域中的多个下游装置提供不同的进料料流。因此，可以基于市场条件调整系统以提供产品，这允许化学操作的更高生产率，因为没有单元由于一种或多种产品的低需求而闲置。
此外，虽然本发明的分配网络配置可以使用从分离单元进料的任一个或所有料流，但在一些方面，可以仅使用乙烷料流和/或丙烷料流，这可以通过集中于商业过程(例如石油化工综合体)中最需要的两种组分，从成本和/或复杂性的角度来提高过程的效率。类似地，虽然本发明的分配网络可以将甲烷料流送至下游过程，但在一些方面，甲烷可以用作加热用的燃料和/或甲烷可以被送至蒸汽甲烷重整器以生产氢气。本发明另外的非限制性优点可包括(1)完全集成的系统配置，(2)低操作成本，(3)使用低价值原料(例如含丁烷料流)来产生乙烷和丙烷，和/或(4)通过使用分配网络来增强设备性能，这导致高价值产品(例如乙烯和丙烯)的生产中的增加的灵活性和效率。
在本发明的一个方面，公开了生产用于分配和使用的轻质烷烃的系统。一种系统可以包括丁烷转化单元、异构化单元、流体连接至加氢裂化单元和/或氢解单元的分离单元、和/或流体连接至分离单元的分配网络。加氢裂化单元和/或氢解单元可以能够将含丁烷进料料流转化为含有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、未反应的丁烷(C4H10)的轻质烷烃输出料流。异构化单元能够接收至少一部分未反应的丁烷并将未反应的丁烷料流中的异丁烷转化为正丁烷，并将正丁烷和异丁烷再循环至送到丁烷转化单元的含丁烷进料料流。分离单元可以能够接收至少一部分轻质烷烃输出料流并将至少一部分轻质烷烃输出料流分离成包括CH4、C2H6或C3H8的料流。在一些实施方案中，料流可以包含CH4、C2H6或C3H8，基本上由其组成或由其组成。在一些实施方案中，料流可以包括至少50vol.％至100vol.％的CH4、C2H6或C3H8。在一些实施方案中，料流可包括其他轻质烷烃。例如，CH4料流可以包括高达50vol.％至90vol.％的C2H6和/或C3H8，这取决于分离单元。分离单元可以包括蒸馏单元、膜单元、脱丙烷器、脱乙烷器、脱甲烷器、变压吸附单元或其任意组合。异构化单元可以能够接收离开分离单元的至少一部分含丁烷料流，将至少一部分含丁烷料流中的异丁烷转化为正丁烷，并将离开异构化单元的料流再循环至丁烷转化单元。分配网络可以包括输入部分和输出部分并且不专用于任何特定下游处理单元，使得分配网络独立于下游处理单元运行，但是能够根据需要向下游处理单元提供CH4、C2H6和/或C3H8的料流。丁烷转化单元也可以输出作为未反应的反应物的C4H10和/或H2，但是这些不会以浓缩料流的形式被送至下游处理单元。未反应的反应物可以再循环回至原料。分配网络可以独立运行和/或在不知道下游处理单元运行条件的情况下运行。类似地，丁烷转化单元不专用于下游处理单元：丁烷转化单元的运行条件被设计成输出CH4、C2H6和/或C3H8，但不必被设计成生产用于特定下游处理单元的这样的产品。丁烷转化单元可以独立运行和/或在不知道下游处理单元运行条件的情况下运行。输入部分可以可操作以接收来自分离单元的(i)至少一部分C2H6料流和(ii)至少一部分C3H8料流中的一种或两种。输出部分可以可操作以分配(i)至少一部分C2H6料流和/(ii)至少一部分C3H8料流中的一种或两种。在一些情况下，含丁烷进料料流可以包括至少90vol.％的丁烷。在一些情况下，该系统还可以包括流体连接至丁烷转化单元的丁烷分离单元，和流体连接至丁烷分离单元的反向异构化单元。丁烷分离单元可以能够由粗含丁烷进料料流产生正丁烷进料料流和异丁烷进料料流，并将正丁烷进料料流提供至丁烷转化单元。反向异构化单元能够接收异丁烷进料料流并产生正丁烷/异丁烷进料料流，并将正丁烷/异丁烷进料料流提供至丁烷分离单元。在一些情况下，轻质烷烃输出料流还包括异丁烷。在这样的情况下，分离单元可以能够产生异丁烷料流，并且该系统可以包括流体连接至分离单元的反向异构化单元。可以将由反向异构化单元产生的正丁烷/异丁烷进料料流提供至丁烷转化单元。
在一些情况下，分配网络可以包括CH4存储单元、C2H6存储单元和/或C3H8存储单元，每个存储单元流体连接至分配网络的输入部分和输出部分。在一些方面，存储单元可以是便携式的。在一些情况下，CH4、C2H6和/或C3H8存储单元中的至少一个可以连接至地面运输船舶、远洋船舶、内河船舶、管道或其任意组合。分配网络输入部分、分配网络输出部分或两者可以包括CH4存储管道、C2H6存储管道和/或C3H8存储管道。输出部分可以被配置为将CH4、C2H6和C3H8料流中的至少两种分配至同一下游处理单元。
在本发明的另一方面，描述了使丁烷料流富集正丁烷的系统。一种系统可以包括流体连接至丁烷转化单元的丁烷分离单元，和流体连接至丁烷分离单元的反向异构化单元。丁烷分离单元可以能够由粗含丁烷进料料流产生正丁烷进料料流和异丁烷进料料流，并将正丁烷进料料流提供至丁烷转化单元。反向异构化单元可以能够接收异丁烷进料料流并产生正丁烷/异丁烷进料料流，并将正丁烷/异丁烷进料料流提供至丁烷分离单元。
另一种正丁烷富集系统可以包括流体连接至烷烃分离单元和反向异构化单元两者的丁烷转化单元。丁烷转化单元可以能够将含丁烷进料料流转化为含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、未反应的丁烷(C4H10)的轻质烷烃输出料流。在一些实施方案中，反向异构化单元流体连接至丁烷转化单元。烷烃分离单元可以能够由未反应的C4H10产生混合的异丁烷/正丁烷料流，并将混合的异丁烷/正丁烷料流提供至反向异构化单元。异构化单元可以能够增加混合的异丁烷/正丁烷料流中正丁烷的量，并将富集的正丁烷料流提供至丁烷转化单元。在一些实施方案中，提供至异构化单元的料流从另一个丁烷生产单元获得。
在本发明的上下文中还公开了由含丁烷进料料流产生和分配乙烷料流和丙烷料流的方法。一种方法可以包括(a)使含丁烷进料料流加氢裂化或氢解以产生包括CH4、C2H6和C3H8的轻质烷烃输出料流，(b)将至少一部分轻质烷烃输出料流分离成包括CH4、C2H6和C3H8的料流，和(c)将至少一部分分离的C2H6料流、至少一部分分离的C3H8料流或两者分配至一个或多个下游处理单元。在一些情况下，下游处理单元不是专用的C2H6处理单元和/或专用的C3H8处理单元。该方法还可以包括将至少一部分分离的CH4料流分配至蒸汽甲烷重整单元并重整分离的CH4料流以产生蒸汽甲烷重整含H2输出料流。在一些方面，该方法还可以包括将至少一部分蒸汽甲烷重整H2输出料流分配至加氢裂化或氢解反应。可以将分离的C2H6料流和/或分离的C3H8料流分配至同一下游处理单元。可以在分配之前收集CH4、C2H6和/或C3H8料流中的至少一部分。在一些情况下，分离的CH4、C2H6和C3H8料流中的每一个的至少一部分可以被分配至与在分配步骤(c)中已经描述的下游处理单元不同的位置处的一个或多个不同的下游处理单元。该方法可以进一步包括：(i)将包括异丁烷和正丁烷的粗含丁烷进料料流分离成异丁烷进料料流和正丁烷进料料流，并且任选地，步骤(i)的正丁烷进料料流是步骤(a)的含丁烷料流；(ii)将异丁烷进料料流中的至少一部分异丁烷转化为正丁烷/异丁烷料流；(iii)将步骤(i)的正丁烷进料料流提供至步骤(a)的含丁烷进料料流；和(iv)将正丁烷/异丁烷料流提供至步骤(i)。在一些实施方案中，轻质烷烃输出料流还可以包括异丁烷，并且分离步骤(b)可以产生含异丁烷料流。在这样的实施方案中，该方法可以进一步包括将含异丁烷料流中的至少一部分异丁烷转化为正丁烷并产生另外的正丁烷进料料流，和将另外的正丁烷进料料流提供至步骤(a)的含丁烷进料料流。
在本发明的另一个方面，由含丁烷生产轻质烷烃的方法可以包括(a)将包括异丁烷和正丁烷的粗含丁烷进料料流分离成含异丁烷进料料流和含正丁烷进料料流，(b)转化含异丁烷的进料料流中的至少一部分异丁烷以产生正丁烷/异丁烷料流和(c)将来自步骤(a)、步骤(b)或两者的正丁烷进料料流转化为包括CH4、C2H6和C3H8的轻质烷烃料流。在一个优选的实例中，来自步骤(a)和步骤(b)的正丁烷进料料流都被转化为轻质烷烃料流。轻质烷烃料流可以分离成包括CH4、C2H6和C3H8的料流并提供至分配单元，在分配单元中，这些料流可以被分配至独立于丁烷转化单元的下游单元。
在本发明的另一方面，描述了另一种由含丁烷进料料流生产轻质烷烃的方法。一种方法可以包括(a)将含丁烷进料料流转化为包括CH4、C2H6和C3H8和未反应的C4H10的轻质烷烃料流，(b)将至少一部分轻质烷烃料流分离成包括CH4、C2H6和C3H8的料流和包括异丁烷的未反应的丁烷(C4H10)，和(c)将未反应的C4H10中的至少一部分异丁烷转化为正丁烷，以产生混合的异丁烷/正丁烷料流。轻质烷烃料流可以分离成包括CH4、C2H6和C3H8的料流并提供至分配单元，分配单元中，这些料流可以分配至独立于丁烷转化单元的下游单元。
以下包括贯穿本说明书使用的各种术语和短语的定义。
术语“约(about)”或“大约(approximately)”被定义为接近，如本领域普通技术人员所理解的。在一个非限制性实施方案中，该术语被定义为在10％内，优选在5％内，更优选在1％内，最优选在0.5％内。
术语“wt.％”、“vol.％”或“mol.％”分别指组分的重量百分比、体积百分比或摩尔百分比，基于包括该组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数。在非限制性实例中，在100摩尔材料中的10摩尔组分为10mol.％的组分。
术语“基本上”及其变型被定义为包括在10％内，在5％内，在1％内，或在0.5％内的范围。
术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”或这些术语的任何变型，当用在权利要求和/或说明书中时，包括任何可测量的减少量或完全抑制以实现期望的结果。
如在说明书和/或权利要求书中使用的术语，术语“有效”是指足以实现期望的、预期的或意图的结果。
当在权利要求或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”一起使用时，词语“一(a)”或“一(an)”的使用可表示“一个(one)”，但其也具有“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。
术语“包含(comprising)”(和任何形式的包含，如“包含(comprise)”和“包含(comprises)”)、“具有(having)”(和任何形式的具有，如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)”(和任何形式的包括，如“包括(includes)”和“包括(include)”)或“含有(containing)”(和任何形式的含有，例如“含有(contains)”和“含有(contain)”)是包括性的或开放式的，且不排除另外的、未列举的元素或方法步骤。
本发明的方法和系统可以“包含”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等，“基本上由其组成”或“由其组成”。关于短语“基本上由……组成”，本发明的基本且新颖的特征是通过使用分配中心来生产乙烷和丙烷，所述分配中心能够接收多个产物料流(例如乙烷、丙烷、氢气料流)并将这些料流提供至需要的区域。分配网络可以独立于下游处理单元运行，但是能够根据需要向下游处理单元提供产物料流。丁烷转化单元可以独立于下游处理单元运行。分配网络和/或丁烷转化单元可以独立运行和/或在不知道下游处理单元运行条件的情况下运行。
本发明的其它目的、特征和优点将从以下附图、详细描述和实施例中变得显而易见。然而，应当理解，在指示本发明的具体实施方案的同时，附图、详细描述和实施例仅以说明的方式给出，而不意味着限制。另外，预期从本详细描述中，在本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。在进一步的实施方案中，来自具体实施方案的特征可以与来自其他实施方案的特征结合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其他实施方案的特征结合。在另外的实施方案中，可以向本文所述的具体实施方案增加附加特征。
附图说明
为了更完整的理解，现在结合附图参考以下描述。
图1示出了根据本发明的一个实施方案的用于生产用于分配和使用的轻质烷烃的本发明系统的示意图，其中加氢裂化单元将甲烷、乙烷、丙烷和氢气供应到分离单元，该分离单元将乙烷和丙烷分离成分离料流以送到分配单元。
图2示出了本发明的另一个系统的示意图，该系统包括连接至丁烷转化单元的丁烷分离单元和流体连接至丁烷分离单元的反向异构化单元。
图3示出了本发明的另一个系统的示意图，该系统包括流体连接至分离单元的反向异构化单元。
图4示出了本发明的另一个系统的示意图，该系统包括连接至丁烷转化单元的丁烷分离单元、流体连接至丁烷分离单元的反向异构化单元、丁烷转化单元和流体连接至丁烷转化单元的分离单元。
图5示出了本发明的另一个系统的示意图，该系统包括流体连接至分离单元的反向异构化单元，该分离单元分离由丁烷转化单元供应的甲烷、乙烷、丙烷和氢气。
具体实施方式
描述了通过使用链烷烃的生产和将所述链烷烃料流分配至烯烃生产单元和链烷烃料流在其中有用的其他下游单元，来解决与由含丁烷料流生产乙烯和丙烯相关的至少一些问题的方案。与使用专用裂化单元的当前商业实践相比，本发明的系统和方法提供链烷烃料流的灵活分配，所述专用裂化单元具有专用于生产用于专用下游处理单元的进料料流的运行条件(例如，专用于为乙烷脱氢单元生产乙烷的丁烷加氢裂化器，其中C3是副产物，或专用于为丙烷脱氢单元生产丙烷的丁烷加氢裂化器，其中C2是副产物，等等)。因此，本发明的系统和方法可以最大化丁烷加氢裂化，然后根据需要或期望将裂化产物(乙烷、丁烷、甲烷等)分配至下游处理单元。以此方式，本发明的丁烷加氢裂化单元和/或氢解单元以及分配网络独立地运行/不专用于给定的下游处理单元。据信，这种设置可以使效率最大化，并产生有价值的进料料流。
在本发明的上下文中还发现，具有使用丁烷进料料流的能力的加氢裂化器或氢解单元可改善所产生的轻质烷烃产物的效率、分配和使用，因为待分离的产物较少，加氢裂化丁烷所需的温度和压力条件不如加氢裂化重质烃那样极端，并且精炼厂通常有可用的丁烷原料。
参考图1-5，在以下部分中进一步详细讨论本发明的这些和其他非限制性方面。在图1-5中，单元可以包括可用于控制过程的温度和压力的一个或多个加热和/或冷却装置(例如，绝热体、电加热器、壁中的夹套式热交换器)或控制器(例如计算机、流量阀、自动阀等)。虽然通常只示出一个单元，但应理解多个单元可以容纳在一个单元中。
用于生产用于分配和使用的轻质烷烃的系统和方法包括丁烷转化单元，所述丁烷转化单元可包括至少一个加氢裂化单元和/或氢解单元；分离单元和包括输入部分和输出部分的分配网络。参考图1，示出了系统100的示意图，系统100与常规方法相比能够产生用于分配和使用的轻质烷烃，具有更灵活的系统、更低的操作成本、丁烷的有效使用和/或资源的更有效使用。系统100可以包括丁烷转化单元104、分离单元110和分配单元118。在一个实例中，单元104是加氢裂化单元。在另一个实例中，单元104是氢解单元。在一些实施方案中，可以有多个单元104，并且至少一个可以是加氢裂化单元，至少一个可以是氢解单元。加氢裂化单元和/或氢解单元在整个说明书中可以互换使用，除非另有说明。在系统100中，包括丁烷的C4烃料流102可以进入丁烷转化单元104。含丁烷料流102可以包括90vol.％的丁烷或至少90vol.％、91vol.％、92vol.％、93vol.％、94vol.％、95vol.％、96vol.％、97vol.％、98vol.％或至少99vol.％，或其间的任何范围或值。在加氢裂化单元104中，丁烷可以通过加氢裂化反应和/或氢解反应转化为轻质烷烃输出料流106。轻质烷烃输出料流106可以包括甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8)。在一些实例中，输出料流106还可以含有未反应的丁烷(C4H10)和未反应的氢气(H2)、苯、甲苯、二甲苯、BTX副产物和/或其他重质烃(C5+)。如所示，氢气料流108可以进入加氢裂化单元104以确保存在足够的氢气以进行加氢裂化或氢解。在一些实施方案中，补充氢气料流包含至少2vol.％的氢气。在一些实施方案中，本发明的系统或方法使用的H2料流可以包括至少90vol.％的H2。在一些实施方案中，氢气料流108不是必需的。在本发明的实施方案中，C4烃进料料流102可通过使进料料流流经过滤器或保护床以减少其中的杂质来纯化(未示出)。料流中杂质的过滤可以通过减少丁烷转化单元中的结垢或催化剂中毒来提高工艺生产率。
在本发明的一些实施方案中，丁烷转化单元104是单级加氢裂化单元。在一些实施方案中，加氢裂化单元104是多级加氢裂化单元。在本发明的一些实施方案中，加氢裂化单元可以具有至少一个固定床反应器，其中含丁烷进料料流和氢气流过催化床。在本发明的一些实施方案中，加氢裂化单元在50psi至250psi(3巴至18巴)的压力范围下运行。在本发明的一些实施方案中，加氢裂化单元在350℃至600℃范围内的温度下运行。可用于加氢裂化单元104中的加氢裂化催化剂的非限制性实例包括铂族金属(例如铱(Ir)、铂(Pt)、锇(Os)等)催化剂、无定形二氧化硅-氧化铝(ASA)和/或沸石裂化催化剂。丁烷转化单元104中的条件和催化剂可以由加氢裂化技术人员(例如化学工程师)确定。在该设置中，丁烷转化单元104可独立于处理产生的轻质烷烃的下游处理单元(例如丙烯生产单元、乙烯生产单元、甲烷重整单元等)运行。通过独立运行，单元104不必专用于使得其运行条件被设计成产生特定的轻质烷烃；相反，单元104可以被设计成产生轻质烷烃料流106，然后可以根据需要或期望将其分离和分配至各种下游处理单元(未示出)。
在本发明的一些实施方案中，丁烷转化单元104是氢解单元。在本发明的一些实施方案中，氢解单元104包括氢化单元。在本发明的一些实施方案中，氢解单元可以具有至少一个固定床反应器，其中含丁烷进料料流和氢气流过催化床。在本发明的一些实施方案中，氢解单元可以具有至少一个间歇反应器，其中将含丁烷进料置于反应器中，将催化剂悬浮在进料中，并在压力下引入氢气。在本发明的一些实施方案中，氢解单元在50psi至250psi(3巴至18巴)的压力范围下运行。在本发明的一些实施方案中，氢解单元在200℃至400℃范围内的温度下运行。可用于氢解单元104中的氢解催化剂的非限制性实例包括镍、铂、铱、铑、钨、钌、钯、钌、亚铬酸铜、硅藻土、镍、铂、钯和钌的氧化物及其组合。上述金属可以负载在氧化铝、二氧化硅、二氧化硅氧化铝、二氧化钛、沸石、SAPO、A1PO等上。氢解单元104中的条件和催化剂可以由氢解技术人员(例如化学工程师)确定。
轻质烷烃输出料流106可以离开丁烷转化单元104并进入分离单元110。轻质烷烃输出料流106可包括甲烷、乙烷、丙烷、任选的未反应的丁烷和任选的未反应的氢气。分离单元110可以接收至少一部分轻质烷烃输出料流并将至少一部分轻质烷烃输出料流分离成主要包括或至少10vol.％至100vol.％的甲烷、乙烷和丙烷的料流。分离单元的非限制性实例可以包括蒸馏单元、膜单元、脱丙烷器、脱乙烷器、脱甲烷器、变压吸附单元或其组合。在分离单元110中，轻质烷烃输出料流106被分离成再循环料流112、含乙烷料流114和含丙烷料流116。再循环料流112可以任选地包括氢气，并且可以再循环回至含丁烷进料料流102和/或直接送至加氢裂化单元/氢解单元104(未示出)。在本发明的实施方案中，再循环料流112可包括至少90vol.％的氢气或90至100vol.％的氢气。在丁烷转化104启动时，再循环料流112不与含丁烷进料料流102组合，因为没有产生产物。在达到运行条件之前，含丁烷进料料流102在其进入丁烷转化单元104时的组成可以随着更多再循环料流112的加入而改变，并实现稳态运行。在本发明的一些实施方案中，再循环料流112可以再循环至另一个需要甲烷和氢气的单元(未示出)。在本发明的一些实施方案中，料流112没有一部分被再循环(未示出)。在本发明的一些实施方案中，分离单元110可将料流106分离成至少四个料流，包括含氢气料流、含甲烷料流、含乙烷料流和含丙烷料流(未示出)。在一些实施方案中，离开分离单元110的每个料流进入分配单元118以根据需要被输送或储存(未示出)。在本发明的一些实施方案中，料流116还含有丁烷和/或重质烃(C5+)。在一些实施方案中，分离单元110包括至少两个蒸馏塔、冷凝器和/或工业上已知的其他分离方法，以分离甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、重质烃和/或氢气(未示出)。
含乙烷料流114和含丙烷料流116都可以离开分离单元110并进入分配单元118。在本发明的实施方案中，料流114可包括90至100vol.％的乙烷。在本发明的实施方案中，料流116可包括90至100vol.％的丙烷。在一些实施方案中，分离单元110可以产生含乙烷和丙烷的组合料流，其可以被送至分配单元118，用于分配至可以使用组合料流的下游单元。在一些实施方案中，分离单元110可以将产物料流106分离成至少四个单独的料流：含甲烷料流、含氢气料流、含乙烷料流和含丙烷料流(未示出)。在本发明的一些实施方案中，分离的含氢气料流含有至少90vol.％的氢气或90至100vol.％的氢气或其间的任何范围或值。分离的含甲烷料流含有至少90vol.％的甲烷或90至100vol.％的甲烷或其间的任何值或范围。分离的含乙烷料流含有至少90vol.％的乙烷或90至100vol.％的乙烷或其间的任何值或范围。含丙烷料流含有至少90vol.％的丙烷或90至100vol.％的丙烷或其间的任何值或范围。
在本发明的实施方案中，分配网络118可以包括至少一个输入部分和至少一个输出部分并且不专用于任何特定的下游处理单元。输入部分可以接收来自分离单元的至少一部分乙烷料流和/或至少一部分丙烷料流，并且输出部分可以分配至少一部分乙烷料流和/或至少一部分丙烷料流。输入部分和/或输出部分可以包括阀、储罐、运输船舶、远洋船舶、内河船舶或其任意组合等。如所示，分配单元118包括乙烷输入部分120、丙烷输入部分120’、乙烷输出部分122和丙烷输出部分122’。输入部分120、120’和/或输出部分122、122’的非限制性实例可以分别包括乙烷存储单元和丙烷存储单元。尽管未示出，但当产生和分离这样的料流时，可以使用甲烷和氢气储存单元。在本发明的一些实施方案中，分配单元118的输入部分120和120’是阀或存储单元，并分别连接至输出部分122或122’。例如，输出部分122、122’可以是甲烷管道、乙烷管道和/或丙烷管道。在一些实施方案中，分配单元118可以将进入分配单元的至少两个料流分配到能够接收多于一个料流的同一下游处理单元或存储仓。在这些情况下，分配单元118可以根据在工厂的不同部分运行的操作的需要将料流送到下游单元和/或分配到场外设施。通过分配网络118，可以根据需要将来自分离单元110的产物提供至一个或多个场所。举例来说，乙烷料流114可进入分配单元118的输入部分120，并离开分配单元经由输出导管124到达需要乙烷的下游处理单元125，经由输出导管126到达乙烷炉127，和经由输出导管128到达存储单元129。丙烷原料116可进入分配单元118的输入部分120’并经由输出导管130离开分配单元(例如储存容器)到达丙烷脱氢(PDH)单元131，和/或经由输出导管132到达储存单元133。在该设置中，分配118可独立于处理产生的轻质烷烃的下游处理单元(例如丙烯生产单元、乙烯生产单元、甲烷重整单元等)运行。通过独立运行，分配单元118不必专用于使得其运行条件被设计成分配特定的轻质烷烃；相反，分配单元118可以设计成根据需要或期望将甲烷、乙烷、丙烷和/或氢气分配至各种下游处理单元。
在一些情况下，含甲烷料流(未示出)离开分配系统118并进入甲烷蒸汽重整单元。在甲烷蒸汽重整单元中，甲烷可以被重整(例如干重整、蒸汽重整或两者)以产生含氢气(H2)料流。可以将含H2料流提供至丁烷转化单元104。在优选的实施方案中，将含H2料流提供至氢解单元。
在本发明的一些实施方案中，分配单元118还可接收每个分离的甲烷料流的至少一部分、来自本发明中的丁烷转化单元104或本发明中未提及的另一单元中的另一单元(未示出)的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和/或氢气或其组合的一个或多个混合料流。在本发明的一些实施方案中，分配单元118可以包括一个或多个净化单元或系统。
在本发明的一些实施方案中，粗丁烷进料料流可以包括异丁烷和丁烷。异丁烷与丁烷的分离可以是理想的，因为在丁烷转化单元中异丁烷向轻质烷烃的转化率可能很小或很低。例如，氢解催化剂可以对正丁烷转化具有选择性，而对异丁烷转化不具有选择性。参考图2，丁烷分离单元可以流体连接至丁烷转化单元104，且反向异构化单元流体连接至丁烷分离单元。丁烷分离单元可以由粗含丁烷进料料流产生正丁烷进料料流和异丁烷进料料流。分离异丁烷然后转化为正丁烷提供了更有效的方法，因为全部或基本上全部的粗丁烷进料转化为轻质烷烃。参考图2，粗含丁烷进料料流202进入丁烷分离单元204，并且含异丁烷料流206和含正丁烷料流208离开丁烷分离单元204。在一些实施方案中，丁烷分离单元204可含有至少一个蒸馏塔(未示出)。丁烷分离单元204可含有本领域已知的任何分离单元。在一些实施方案中，可以将含异丁烷料流206送至反向异构化单元210。在本发明的一些实施方案中，含异丁烷料流206可以包括70至100vol.％的异丁烷和0至30vol.％的正丁烷，或至少70vol.％、75vol.％、80vol.％、85vol.％、90vol.％、95vol.％或100vol.％的异丁烷和0vol.％、5vol.％、10vol.％、15vol.％、20vol.％、25vol.％或30vol.％的正丁烷，或其间的任何范围或值。
在一些实施方案中，含正丁烷料流208与丁烷进料料流102组合。在本发明的一些实施方案中，含正丁烷料流208包括70至100vol.％的正丁烷和0至30vol.％的异丁烷，或至少70vol.％、75vol.％、80vol.％、85vol.％、90vol.％、95vol.％或100vol.％的正丁烷和0vol.％、5vol.％、10vol.％、15vol.％、20vol.％、25vol.％或30vol.％的异丁烷，或其间的任何范围或值。在本发明的一些实施方案中，含正丁烷料流208进入丁烷转化单元104，而不接触进料料流102(未示出)。在本发明的一些实施方案中，含正丁烷料流208是进料料流102，并且不添加其他组分。
在本发明的一些实施方案中，含异丁烷料流206进入反向异构化单元210。反向异构化单元可以转化异丁烷进料料流以产生正丁烷/异丁烷料流212。正丁烷/异丁烷料流212可以再循环至丁烷分离单元404。在一些实施方案中，反向异构化单元含有反应器，该反应器通过在催化剂存在下重排碳-碳键将进入该单元的至少一些异丁烷转化为正丁烷。在本发明的一些实施方案中，混合物料流212可以包括40至60vol.％的异丁烷和40至60vol.％的正丁烷，或至少40vol.％、45vol.％、50vol.％、55vol.％、60vol.％的异丁烷和至少40vol.％、45vol.％、50vol.％、55vol.％、60vol.％的正丁烷，或其间的任何范围或值。在一些实施方案中，反向异构化单元的温度在150℃至600℃的范围内，或至少150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃，或其间的任何范围或值。在本发明的一些实施方案中，料流212的至少一部分被再循环以与含正丁烷进料料流202组合。
在一些情况下，离开丁烷转化单元的轻质烷烃输出料流也包括异丁烷。在这样的情况下，分离单元能够产生异丁烷料流，并且该系统可以包括流体连接至分离单元的反向异构化单元。参考图3，反向异构化单元304可以将离开分离单元110的含异丁烷料流302转化为异丁烷与正丁烷的混合物，该混合物作为料流306离开反向异构化单元。在一些实施方案中，正丁烷/异丁烷料流306可以再循环至粗丁烷进料102和/或丁烷转化单元104。
在一些实施方案中，在一个或多个冷凝器(未示出)中进行从料流106中分离甲烷、乙烷、丙烷、未反应的丁烷和/或未反应的氢气。在本发明的一些实施方案中，丁烷分离单元204是至少一个冷凝器(未示出)。在本发明的一些实施方案中，分离单元110包括至少两个串联的蒸馏塔(未示出)。
在本发明的一些实施方案中，丁烷分离单元可以流体连接至丁烷转化单元104，并且反向异构化单元流体连接至丁烷分离单元，在系统中没有分配网络。丁烷分离单元可以由粗含丁烷进料料流产生正丁烷进料料流和异丁烷进料料流。参考图4，粗含丁烷进料料流402进入丁烷分离单元404。丁烷分离单元404可含有本领域已知的任何分离单元。在一些实施方案中，丁烷分离单元404可含有至少一个蒸馏塔(未示出)。在一些实施方案中，大部分异丁烷和一些正丁烷作为含异丁烷料流406离开丁烷分离单元404，并且大部分正丁烷和一些异丁烷作为含正丁烷料流408离开丁烷分离单元404。
在一些实施方案中，可以将含异丁烷料流406送至反向异构化单元410。在本发明的一些实施方案中，含异丁烷料流406可以包括70至100vol.％的异丁烷和0至30vol.％的正丁烷，或至少70vol.％、75vol.％、80vol.％、85vol.％、90vol.％、95vol.％或100vol.％的异丁烷和0vol.％、5vol.％、10vol.％、15vol.％、20vol.％、25vol.％或30vol.％的正丁烷，或其间的任何范围或值。
在一些实施方案中，含正丁烷料流408被送至与丁烷进料料流102混合。在本发明的一些实施方案中，含正丁烷料流408包括70至100vol.％的正丁烷和0至30vol.％的异丁烷，或至少70vol.％、75vol.％、80vol.％、85vol.％、90vol.％、95vol.％或100vol.％的正丁烷和0vol.％、5vol.％、10vol.％、15vol.％、20vol.％、25vol.％或30vol.％的异丁烷，或其间的任何范围或值。在本发明的一些实施方案中，含正丁烷料流408进入丁烷转化单元104，而不接触进料料流102(未示出)。在本发明的一些实施方案中，含正丁烷料流408是进料料流102，并且不添加其他组分。
在本发明的一些实施方案中，含异丁烷料流406进入反向异构化单元410。反向异构化单元可以转化异丁烷进料料流以产生正丁烷/异丁烷料流412。正丁烷/异丁烷料流412可以再循环至丁烷分离单元404。在一些实施方案中，反向异构化单元含有反应器，该反应器通过在催化剂存在下重排碳-碳键将进入该单元的至少一些异丁烷转化为正丁烷。在本发明的一些实施方案中，混合物料流412可以包括40至60vol.％的异丁烷和40至60vol.％的正丁烷，或至少40vol.％、45vol.％、50vol.％、55vol.％、60vol.％的异丁烷和至少40vol.％、45vol.％、50vol.％、55vol.％、60vol.％的正丁烷，或其间的任何范围或值。在一些实施方案中，反向异构化单元的温度在150℃至600℃的范围内，或至少150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃，或其间的任何范围或值。在本发明的一些实施方案中，至少一部分料流412被再循环以与含正丁烷进料料流402组合。
在一些实施方案中，富乙烷料流114离开分离单元110，被送至下游处理单元以产生乙烯，被送至储存单元或作为产品出售。在一些实施方案中，富丙烷料流116离开分离单元110，被送至下游处理单元以产生丙烯，被送至储存单元或作为产品发送。
在一些情况下，离开丁烷转化单元的轻质烷烃输出料流106还包括异丁烷。在这样的情况下，分离单元110能够产生异丁烷料流，并且该系统可以包括流体连接至分离单元而不流体连接至分配网络的反向异构化单元。参考图5，反向异构化单元504可以将离开分离单元110的含异丁烷料流502转化为异丁烷和正丁烷的混合物，该混合物作为料流506离开反向异构化单元。在一些实施方案中，正丁烷/异丁烷料流506可以再循环至粗丁烷进料102和/或丁烷转化单元104。在一些实施方案中，富乙烷料流114离开分离单元110，被送至下游处理单元以产生乙烯，被送至储存单元或作为产品出售。在一些实施方案中，富丙烷料流116离开分离单元110，被送至下游处理单元以产生丙烯，被送至储存单元或作为产品发送。
尽管已经参考图1-5的系统描述了本发明的实施方案，但应理解，本发明的操作不限于特定的系统和/或方法，和/或附图中所示的系统的特定顺序。因此，本发明的实施方案可以以不同于附图的顺序使用各种步骤来提供本文所述的功能。
*＊＊＊*
尽管已经详细描述了本申请的实施方案及其优点，但应理解，在不脱离由所附权利要求限定的实施方案的精神和范围的情况下，可以在此进行各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施方案。如本领域普通技术人员将从上述公开内容中容易理解的，可以利用目前存在的或以后将要开发的与执行本文所述的相应实施方案基本相同的功能或实现基本相同的结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (20)

1.一种用于产生用于一般分配和使用的轻质烷烃的系统，所述系统包括：
丁烷转化单元，所述丁烷转化单元能够将含丁烷进料料流转化为包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8)的轻质烷烃输出料流；
分离单元，其流体连接至所述丁烷转化单元，所述分离单元能够接收至少一部分轻质烷烃输出料流并将至少一部分轻质烷烃输出料流分离成包含CH4、C2H6或C3H8的料流；和
分配网络，其流体连接至所述分离单元，所述分配网络能够接收来自分离单元的(i)至少一部分C2H6料流和(ii)至少一部分C3H8料流中的一个或两个，并且分配(i)至少一部分C2H6料流和/或(ii)至少一部分C3H8料流中的一个或两个，其中所述分配网络不专用于任何特定的下游处理单元。
2.如权利要求1所述的系统，其进一步包括蒸汽甲烷重整单元，所述蒸汽甲烷重整单元可操作以：
接收来自所述分离单元的至少一部分CH4料流并产生包含H2的蒸汽甲烷重整输出料流；和
将至少一部分蒸汽甲烷重整H2输出料流提供至丁烷转化单元。
3.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述分离单元进一步可操作以将至少一部分分离的H2料流提供至丁烷转化单元。
4.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述分离单元包括蒸馏单元、膜单元、丙烷分离单元、乙烷分离单元、甲烷分离单元、变压吸附单元或其任意组合。
5.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述分配网络包括CH4存储单元、C2H6存储单元和C3H8存储单元中的至少一个，其中存储单元中的至少一个流体连接至所述分配网络的输入部分和输出部分。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述CH4存储单元、C2H6存储单元、C3H8存储单元或其任意组合中的至少一个连接至地面运输船舶、远洋船舶、内河船舶或其任意组合，或所述分配网络的至少一部分是CH4管道、C2H6管道和C3H8管道或其任意组合。
7.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述分配网络能够将CH4、C2H6、C3H8和H2料流中的至少两个和/或富C4H10料流分配至同一下游处理单元。
8.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其进一步包括：
丁烷分离单元，其流体连接至所述丁烷转化单元，所述丁烷分离单元能够由粗含丁烷进料料流产生正丁烷进料料流和异丁烷进料料流，并将正丁烷进料料流提供至所述丁烷转化单元；和
反向异构化单元，其流体连接至所述丁烷分离单元，所述反向异构化单元能够接收异丁烷进料料流并产生正丁烷/异丁烷进料料流，并将所述正丁烷/异丁烷进料料流提供至所述丁烷分离单元。
9.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述轻质烷烃输出料流进一步包含异丁烷，其中所述分离单元进一步能够产生包含异丁烷的料流，所述系统进一步包括：
反向异构化单元，其流体连接至所述分离单元，所述反向异构化单元能够接收异丁烷料流并产生包含正丁烷和异丁烷的异构化料流，并将异构化进料料流提供至所述丁烷转化单元。
10.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述丁烷转化单元包括加氢裂化单元。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述加氢裂化单元包括加氢裂化催化剂。
12.如权利要求1至2中任一项所述的系统，其中所述丁烷转化单元包括氢解单元。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述氢解单元包括氢解催化剂。
14.一种用于产生轻质烷烃的系统，所述系统包括：
丁烷转化单元，所述丁烷转化单元能够将含丁烷进料料流转化为包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8)和未反应的丁烷(C4H10)的轻质烷烃料流；
丁烷分离单元，其流体连接至所述丁烷转化单元，所述丁烷分离单元能够由包含异丁烷和正丁烷的粗含丁烷料流产生正丁烷进料料流和异丁烷进料料流，并将正丁烷进料料流提供至所述丁烷转化单元；和
反向异构化单元，其流体连接至所述丁烷分离单元，所述反向异构化单元能够接收异丁烷料流并产生包含正丁烷和异丁烷的异构化料流，并将异构化料流提供至所述丁烷分离单元。
15.如权利要求14所述的系统，其进一步包括流体连接至丁烷转化单元的分离单元，所述分离单元能够接收至少一部分轻质烷烃输出料流并将至少一部分轻质烷烃输出料流分离成包含CH4、C2H6或C3H8的料流。
16.一种用于产生轻质烷烃的系统，所述系统包括：
(a)丁烷转化单元，所述丁烷转化单元能够将含丁烷进料料流转化为包含甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8)和未反应的丁烷(C4H10)的轻质烷烃输出料流；
(b)分离单元，其流体连接至所述丁烷转化单元，所述分离单元能够接收至少一部分轻质烷烃输出料流并将至少一部分轻质烷烃输出料流分离成包含CH4、C2H6、C3H8的料流；和
(c)反向异构化单元，所述反向异构化单元能够接收包含异丁烷的料流并产生正丁烷/异丁烷进料料流，并将所述正丁烷/异丁烷进料料流提供至所述丁烷转化单元。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述反向异构化单元连接至所述分离单元，并且所述分离单元进一步能够将未反应的C4H10提供至反向异构化单元，其中所述未反应的C4H10包含异丁烷。
18.如权利要求14至17中任一项所述的系统，其中所述丁烷转化单元包括氢解单元。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述氢解单元包括氢解催化剂。
20.如权利要求15至17中任一项所述的系统，其进一步包括流体连接至所述分离单元的分配网络，所述分配网络能够接收来自分离单元的(i)至少一部分C2H6料流和(ii)至少一部分C3H8料流中的一个或两个，并且将(i)至少一部分C2H6料流和/或(ii)至少一部分C3H8料流中的一个或两个分配至独立于丁烷转化单元的下游单元。
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