Способы и системы для получения 1,3-бутадиена - RU2734254C2

Чертежи

Описание

Ссылка на родственные заявки

[001] Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет и преимущество в соответствии с предварительной заявкой на патент США № 62/269,873, поданной 18 декабря 2015 года. Содержание указанной заявки посредством ссылки включено в настоящий документ.

Область техники настоящего изобретения

[002] Настоящее изобретение относится к способам и системам для получения 1,3-бутадиена.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

[003] 1,3-Бутадиен представляет собой основной продукт нефтехимической промышленности. Простая химическая структура в сочетании с низкой молекулярной массой и высокой химической реакционной способностью делает его структурным элементом, весьма подходящим для использования в синтезе других материалов. 1,3-Бутадиен может быть использован в качестве мономерного исходного материала для получения разнообразных полимеров, включая синтетические каучуки. 1,3-Бутадиен может быть также использован в качестве исходного материала для получения адипонитрила или в качестве субстрата в определенных реакциях Дильса-Альдера.

[004] 1,3-Бутадиен может быть получен из различных источников, включая дегидрирование н-бутана и реакцию этанола. 1,3-Бутадиен может быть также выделен из потоков C₄-углеводородов, например, C₄-фракций, получаемых посредством парового крекинга лигроина, крекинга газа (например, этана, пропана, бутана и сжиженного нефтяного газа (СНГ), каталитического крекинга газойля и/или вакуумного газойля, каталитического дегидрирования бутана и бутена, а также окислительного дегидрирования бутена. Потоки C₄-углеводородов могут содержать C₄-алканы, например, бутан, изобутан; C₄-алкены, например, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен; C₄-алкадиены, например, 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, и/или C4-алкины, например, винилацетилен, этилацетилен, диметилацетилен. Согласно некоторым вариантам осуществления потоки C₄-углеводородов могут также содержать C₃-алкин, такой как метилацетилен. Вследствие незначительных различий относительной летучести таких соединений выделение неочищенного 1,3-бутадиена из C₄-фракции может оказаться затруднительным, и его обычно осуществляют посредством экстракционной дистилляции.

[005] Из техники известны определенные способы и системы для очистки 1,3-бутадиена. В патенте США U.S. 7,556,717 раскрыты способы экстракционной дистилляции, использующие дистилляционную колонну с разделительной стенкой, где поток, содержащий 1,3-бутадиен и растворитель, может быть получен из общей нижней области колонны. В японском патенте № JPH1057704 раскрыто использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для разделения многокомпонентного исходного потока. В патенте США № U.S. 7,462,277 раскрыты способы и системы для экстракционной дистилляции потока C₄-углеводородов, где предусмотрено использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для удаления бутанов из верхней секции первой области, причем бутены удаляют из верхней секции второй области, и 1,3-бутадиен удаляют из объединенной нижней области колонны. В патенте США № U.S. 7,528,290 раскрыто использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для отделения 1-бутена от смешанного потока C₄-углеводородов. В патенте США № U.S. 7,619,126 раскрыты способы и системы для дистилляции 1,3-бутадиена из потока C₄-углеводородов, где предусмотрено использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой, которая присоединена к экстракционно-скрубберной колонне. В патенте США № U.S. 7,692,053 раскрыты способы и системы для дистилляции 1,3-бутадиена из потока C₄-углеводородов, где предусмотрено использование колонны с разделительной стенкой, которая присоединена к экстракционно-промывной колонне и/или колонне для удаления газообразных ацетиленов.

[006] В технике остается потребность в способах и системах для получения 1,3-бутадиена.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[007] Настоящее изобретение предлагает способы и системы для экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена.

[008] Настоящее изобретение предлагает способы получения 1,3-бутадиена из потока C₄-углеводородов. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, и которая дополнительно содержит первый конденсатор, второй конденсатор и ребойлер. Способ может включать в себя введение потока C₄-углеводородов, содержащего одно или несколько соединений из C₄-алканов, C₄-алкенов, C₄-алкадиенов, C₄-алкинов и их сочетания, в первую область дистилляционной колонны. Поток C₄-углеводородов может быть разделен на два или более потоков, и два или более потоков могут быть введены в двух или более точках в первой области. Способы могут дополнительно включать в себя введение первого растворителя в первую область дистилляционной колонны, удаление первого потока из первой области дистилляционной колонны, введение второго растворителя во вторую область дистилляционной колонны, удаление второго потока из второй области дистилляционной колонны и удаление третьего потока из объединенной нижней области дистилляционной колонны.

[009] Согласно определенным вариантам осуществления способ экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, и дополнительно содержит первый и второй конденсатор и ребойлер. Способ может включать в себя введение потока C₄-углеводородов, который содержит одно или несколько соединений из 1,3-бутадиена, бутана, изобутана, 1-бутена, транс-2-бутена, цис-2-бутена, изобутена, 1,2-бутадиена, винилацетилена, этилацетилена и метилацетилена в первую область дистилляционной колонны и введение первого растворителя в первую область дистилляционной колонны. Способ может дополнительно включать в себя удаление первого потока, который содержит изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и цис-2-бутен, из верхней секции первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ включает в себя введение второго растворителя во вторую область дистилляционной колонны и удаление второго потока, который содержит 1,3-бутадиен и/или 1,2-бутадиен, из верхней секции второй области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя удаление третьего потока, содержащего винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, первый растворитель и/или второй растворитель, из объединенной нижней области дистилляционной колонны.

[0010] Согласно определенным вариантам осуществления поток C₄-углеводородов может быть введен в среднюю секцию первой области дистилляционной колонны. Поток C₄-углеводородов может быть разделен на два или более потоков перед его введением в первую область дистилляционной колонны. Два или более потоков могут быть введены в двух или более точках в первой области. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может быть введен в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления первый поток может быть удален из первой области дистилляционной колонны с использованием первого конденсатора. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может быть удален из второй области дистилляционной колонны с использованием второго конденсатора. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток содержит 1,2-бутадиен. Второй поток может содержать более чем около 93 мас.% 1,3-бутадиена. Согласно определенным вариантам осуществления первый и/или второй растворитель содержат ацетонитрил.

[0011] Согласно определенным вариантам осуществления способы могут дополнительно включать в себя перенос первой орошающей текучей среды из первого конденсатора в первую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способы могут дополнительно включать в себя перенос второй орошающей текучей среды из второго конденсатора во вторую область дистилляционной колонны.

[0012] Согласно определенным вариантам осуществления третий поток может дополнительно содержать 1,3-бутадиен. Способ может включать в себя отделение 1,3-бутадиена, первого растворителя и/или второго растворителя от третьего потока и возвращение 1,3-бутадиена, первого растворителя и/или второго растворителя в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления 1,3-бутадиен, первый растворитель и/или второй растворитель могут быть отделены от третьего потока посредством испарения.

[0013] Согласно определенным вариантам осуществления первая область дистилляционной колонны может иметь по меньшей мере около 75 ступеней равновесия. Согласно определенным вариантам осуществления вторая область дистилляционной колонны может иметь по меньшей мере около 70 ступеней равновесия. Согласно определенным вариантам осуществления верхняя секция первой области и/или второй области дистилляционной колонны имеет давление от около -1,0 до около 15,0 бар. Согласно определенным вариантам осуществления объединенная нижняя область дистилляционной колонны имеет давление от около -1,0 до около 15 бар. Перепад давления между объединенной нижней областью и верхней секцией первой области и/или второй области может составлять от около 0,01 до около 2,0 бар.

[0014] Согласно определенным вариантам осуществления способ экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена из потока C₄-углеводородов может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, первый и второй конденсатор и ребойлер. Способ может дополнительно включать в себя введение потока C₄-углеводородов, содержащего изобутен, 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, в первую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя введение ацетонитрила в первую область дистилляционной колонны и удаление первого потока, который содержит изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и цис-2-бутен, из верхней секции первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя введение ацетонитрила во вторую область дистилляционной колонны и удаление второго потока, содержащего по меньшей мере около 90 мас.% 1,3-бутадиена, из верхней секции второй области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ включает удаление третьего потока, содержащего винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен и ацетонитрил, из объединенной нижней области дистилляционной колонны.

[0015] Согласно определенным вариантам осуществления способ экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена из потока углеводородов может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, первый и второй конденсатор и ребойлер. Способ может включать в себя введение потока C₄-углеводородов, который содержит 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, изобутан, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, в среднюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя введение ацетонитрила в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны и удаление первого потока, содержащего бутан, изобутан, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и цис-2-бутен, из верхней секции первой области дистилляционной колонны через первый конденсатор. Способ может включать в себя перенос первой орошающей текучей среды из первого конденсатора в первую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя введение ацетонитрила в верхнюю секцию второй области дистилляционной колонны. Способ может дополнительно включать в себя удаление второго потока, который содержит по меньшей мере около 90 мас.% 1,3-бутадиена, из верхней секции второй области дистилляционной колонны через второй конденсатор и перенос второй орошающей текучей среды из второго конденсатора во вторую область дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя удаление третьего потока, содержащего винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, 1,3-бутадиен и ацетонитрил, из объединенной нижней области дистилляционной колонны и отделение винилацетилен от ацетонитрила, отделение 1,3-бутадиена и/или ацетонитрила от третьего потока и возвращение 1,3-бутадиена и/или ацетонитрила в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны.

Краткое описание фигур

[0016] На фиг. 1 представлена система для получения 1,3-бутадиена согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0017] На фиг. 2 представлен способ получения 1,3-бутадиена согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0018] На фиг. 3 представлена примерная система для получения 1,3-бутадиена согласно предшествующему уровню техники.

[0019] На фиг. 4 представлен способ получения 1,3-бутадиена согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

[0020] Настоящее изобретение предлагает способы и системы для получения 1,3-бутадиена.

[0021] Настоящее изобретение предлагает систему для получения 1,3-бутадиена из потоков исходных углеводородов, например, потоков C4-углеводородов. Для цели иллюстрации, а не ограничения, на фиг. 1 схематически представлена примерная система согласно неограничительному варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно определенным вариантам осуществления система 100 может содержать дистилляционную колонну 111 с разделительной стенкой.

[0022] Дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать продольную стенку 103, разделяющую колонну по меньшей мере на три области. Продольная стенка может быть, например, фиксированной или подвижной. Продольная стенка может быть приварена к внутренней поверхности дистилляционной колонны и/или прикреплена с помощью соединительных и/или крепежных элементов. Продольная стенка может включать прокладки и/или уплотнения для образования барьера, непроницаемого для газов и/или жидкостей.

[0023] Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать первую область 101. Согласно определенным вариантам осуществления первая область может иметь постоянную ширину по всей высоте дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно другим определенным вариантам осуществления ширина первой области может быть переменной, т. е. продольная стенка 103 может быть наклонной. Первая область 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой может содержать от около 50 до около 100 ступеней равновесия, например, около 75 ступеней. Согласно определенным вариантам осуществления первая область может быть ступенчатой и содержать, например, колпачок колонны, клапан, вытяжную трубу и/или ситчатые тарелки. Первая область может быть статистическим образом заполнена насадочным материалом, представляющим собой, например, кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и/или седлообразные насадки INTALOX®. В качестве альтернативы, может присутствовать структурированный насадочный материал, представляющий собой, например, металлические листы или сетку. Согласно определенным вариантам осуществления верхняя секция первой области 101 дистилляционной колонны с разделительной стенкой может быть присоединена к первому конденсатору 106. В качестве примера, первый конденсатор может представлять собой теплообменник, например, кожухотрубчатый теплообменник, двухтрубный теплообменник, спиральный теплообменник или пластинчатый теплообменник. В качестве примера, но не в ограничения, первая область может быть присоединена к первому конденсатору через одну или несколько транспортных линий, например, для возврата орошающей текучей среды из конденсатора в первую область 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.

[0024] Термины “примерно” или “около” при использовании в настоящем документе означают нахождение конкретной величины в пределах приемлемого диапазона ошибок, что определяет обычный специалист в данной области техники, и что будет зависеть от способа измерения или определения данной величины, т. е. от ограничений измерительной системы. Например, термин “около” может означать интервал, составляющий вплоть до 20%, вплоть до 10%, вплоть до 5% и/или вплоть до 1% от данной величины.

[0025] Термин “присоединенный” при использовании в настоящем документе означает соединение компонента системы к другому компоненту системы любыми средствами, известными в технике. Тип соединения, который используют, чтобы соединять два или более компонентов системы, может зависеть от масштаба и работоспособности система. В качестве примера, но не ограничения, соединение двух или более компонентов системы может предусматривать один или несколько фитингов, клапанов, транспортных линий или герметизирующих элементов. Неограничительные примеры соединений представляют собой резьбовые соединения, паяные соединения, сварные соединения, компрессионные соединения и механические соединения. Неограничительные примеры фитингов представляют собой муфтовые фитинги, редукционные муфтовые фитинги, накидные фитинги, тройниковые фитинги, крестообразные фитинги и фланцевые фитинги. Неограничительные примеры клапанов представляют собой запорные клапаны, грибковые клапаны, шаровые клапаны, дроссельные клапаны и обратные клапаны.

[0026] Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать вторую область 102. Вторая область может иметь постоянную или переменную ширину по высоте дистилляционной колонны с разделительной стенкой, в зависимости от ориентации продольной стенки 103. Вторая область 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой может содержать от около 50 до около 100 ступеней равновесия, например, около 70 ступеней. Вторая область может быть ступенчатой и содержать, например, колпачок колонны, клапан, вытяжную трубу и/или ситчатые тарелки, и/или насадочной и содержать насадочный материал, например, металлические листы или сетку. Согласно определенным вариантам осуществления вторая область 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой может быть присоединена ко второму конденсатору 105, например, для удаления второго потока из дистилляционной колонны 111. В качестве примера, второй конденсатор может представлять собой теплообменник. В качестве примера, но не ограничения, верхняя секция второй области 102 может быть присоединена ко второму конденсатору 105 через одну или несколько транспортных линий, например, для возврата орошающей текучей среды из конденсатора во вторую область 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.

[0027] Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна 111 с разделительной стенкой может содержать объединенную нижнюю область 110, например, для отделения винилацетилена, этилацетилена, метилацетилена и/или растворителей от потоков углеводородов. Объединенная нижняя область 110 может находиться в сообщении с возможностью переноса текучей среды с первой областью 101 и/или второй областью 102 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления объединенная нижняя область 110 может быть присоединена к ребойлеру 104, например, для нагревания потоков углеводородов в течение дистилляции. В качестве примера, ребойлер может представлять собой термосифон, котел или огневой нагреватель. Согласно определенным вариантам осуществления объединенная нижняя область 110 может быть присоединена к ребойлеру 104 через одну или несколько транспортных линий, например, для возврата растворителя или других компонентов, присутствующих в потоке углеводородов (таких как 1,3-бутадиен), из ребойлера в объединенную нижнюю область 110 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.

[0028] Система 100 может дополнительно содержать одну или несколько питающих линий 208, например, присоединенных к первой области 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Одна или несколько питающих линий 208 могут быть использованы для введения потока углеводородов, например, потока C₄-углеводородов, в дистилляционную колонну. Согласно определенным вариантам осуществления питающая линия 208 может быть присоединена к средней секции первой области 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой.

[0029] Согласно определенным вариантам осуществления система 100 может дополнительно содержать одну или несколько питающих линий 207 и/или 209 растворителей, например, для введения растворителей в дистилляционную колонну. В качестве примера, но не ограничения, система 100 может содержать питающую линию 207 первого растворителя, присоединенную к первой области 101, например, к верхней секции первой области, дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления питающая линия 207 первого растворителя может быть использована для введения первого растворителя в первую область 101 дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления система 100 может содержать питающую линию 209 второго растворителя, присоединенную ко второй области 102, например, к верхней секции второй области, дистилляционной колонны 111 с разделительной стенкой для введения второго растворителя в дистилляционную колонну 111 с разделительной стенкой.

[0030] Система согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать дополнительные компоненты и приспособления, включая, но не ограничиваясь ими, одну или несколько газоотводящих линий, циклонов, линий выпуска продуктов, реакционных зон, нагревательных элементов, регулирующих клапанов, систем управления, декантаторов, насосов для орошения, разделителей, предохранительных клапанов, вакуумных насосов, вакуумных эжекторов, теплообменников, устройств включения/выключения, люков, точек отбора образцов, циркуляционных насосов, а также одно или несколько измерительных и/или регулировочных приспособлений. Одно или несколько измерительных приспособлений могут представлять собой любое подходящее измерительное приспособление, известное обычному специалисту в данной области техники, включая, но не ограничиваясь ими, измерители pH, расходомеры, датчики давления, преобразователи давления, преобразователи перепада давления, термокарманы, регуляторы-датчики температуры, детекторы газов, анализаторы, вискозиметры, датчики уровня, реле уровня, измерители уровня, анализаторы компонентов, смотровое стекло, светотехническое стекло и измерители плотности. Компоненты и приспособления могут занимать различные положения в пределах системы.

[0031] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, система и разнообразные компоненты и приспособления, которые могут содержаться в системе, например, дистилляционная колонна с разделительной стенкой, могут быть изготовлены из множества подходящих материалов. Подходящие материалы включают в себя, но не ограничиваются ими, алюминий, нержавеющую сталь, углеродистую сталь, покрытые стеклом материалы, керамические материалы, материалы на основе полимеров, в том числе покрытые фторированными полимерами материалы, металлические сплавы на основе никеля, металлические сплавы на основе кобальта, Hastelloy™ или их сочетания.

[0032] Кроме того, настоящее изобретение предлагает способы получения 1,3-бутадиена. В качестве примера, но не ограничения, настоящее изобретение предлагает способы дистилляции 1,3-бутадиена из потока углеводородов, например, посредством дистилляции с применением растворителя. Для цели иллюстрации, а не ограничения, на фиг. 2 схематически представлен примерный способ согласно настоящему изобретению. Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны с разделительной стенкой, которая включает продольную стенку, разделяющую колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область 201. Согласно определенным вариантам осуществления дистилляционная колонна присоединена к одному или нескольким ребойлерам и/или к двум или более конденсаторам, как описано выше (см., например, фиг. 1).

[0033] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может включать в себя введение потока углеводородов 202, например, в одну или несколько областей дистилляционной колонны. В качестве примера, но не ограничения, поток углеводородов может быть введен в среднюю секцию первой области дистилляционной колонны. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, поток углеводородов может быть введен в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов может быть разделен, и различные части могут быть введены в одну или несколько секций первой области дистилляционной колонны.

[0034] Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов представляет собой поток C₄-углеводородов. В качестве примера, но не ограничения, поток C₄-углеводородов может быть получен посредством парового крекинга лигроина, крекинга газа (например, этана, пропана, бутана и сжиженного нефтяного газа (СНГ), крекинга с псевдоожиженным катализатором (КПК) газойля и/или вакуумного газойля, каталитического дегидрирования бутана и бутена и окислительного дегидрирования бутена. Поток углеводородов может содержать олефины, парафины и/или 1,3-бутадиен. В качестве примера, но не ограничения, поток углеводородов может содержать 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, изобутен, нормальный бутан (н-бутан), изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен или их сочетания. Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов может дополнительно содержать пропилен и/или пропан.

[0035] Согласно определенным вариантам осуществления поток углеводородов может содержать от около 5% до около 60 мас.% 1,3-бутадиена, от около 0,001% до около 1,0 мас.% 1,2-бутадиена, от около 2% до около 10 мас.% н-бутана, от около 0,001% до около 10 мас.% изобутана, от около 20% до около 40 мас.% 1-бутена, от около 2% до около 15 мас.% 2-бутена (например, транс-2-бутена и/или цис-2-бутена), от около 0,1% до около 10 мас.% изобутена, от около 0,01% до около 1 мас.% винилацетилена, от около 0,01% до около 1 мас.% этилацетилена и/или от около 0,01% до около 1 мас.% метилацетилена. Неограничительный пример потока углеводородов для использования согласно настоящему изобретению представлен в таблице 2.

[0036] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может дополнительно включать в себя введение первого растворителя в дистилляционную колонну 203. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может быть введен в первую область дистилляционной колонны. Первый растворитель может быть введен в верхнюю секцию первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может быть введен в дистилляционную колонну при скорости потока, которая пропорциональна скорости движения потока углеводородов. Например, соотношение массовой скорости потока первого растворителя и массовой скорости движения потока углеводородов может составлять от около 1 до около 15, от около 3 до около 12 или около 8. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель может представлять собой растворитель, в котором бутаны и бутены, например, в составе потока C₄-углеводородов, являются менее растворимыми по сравнению с 1,3-бутадиеном и/или растворителем, причем C₄-алкины, такие как винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, являются более растворимыми по сравнению с 1,3-бутадиеном. Неограничительные примеры первого растворителя включают в себя ацетонитрил, диметилформамид, фурфураль, N-метил-2-пирролидон, ацетон, диметилацетамид, диэтилформамид, бутиролактон или их сочетания. См., например, Wagner и Weitz, Ind. Eng. Chem., 62(4):43-48 (1970), патенты США №№ 2,993,841, 4,134,795, 4,277,313, 7,417,173 и 8,222,474.

[0037] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может включать в себя удаление первого потока из первой области дистилляционной колонны 204. Первый поток может быть удален посредством использования первого конденсатора в верхней секции первой области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления первый поток содержит соединения, имеющие меньшую молекулярную массу, и/или углеводороды, присутствующие в исходных углеводородах, которые являются менее растворимыми в первом растворителе. В качестве примера, но не ограничения, первый поток может содержать бутан, изобутан, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен. Согласно определенным вариантам осуществления первый поток может содержать от около 5% до около 15 мас.% н-бутана, от около 0,1% до около 15 мас.% изобутана, от около 0,1% до около 5 мас.% изобутена, от около 20% до около 80 мас.% 1-бутена и/или от около 10% до около 25 мас.% 2-бутена (например, цис-2-бутена и/или транс-2-бутена). Согласно определенным вариантам осуществления первый поток может дополнительно содержать от около 1% до около 5 мас.% 1,3-бутадиена.

[0038] Согласно определенным вариантам осуществления экстракция первого потока из потока углеводородов в присутствии первого растворителя может быть осуществлена при температурах в диапазоне от около 20°C до около 200°C. Например, температура в верхней секции первой области может составлять от около 20°C до около 80°C, от около 40°C до около 60°C или около 54°C. Температура в нижней секции первой области может составлять от около 50°C до около 200°C, от около 75°C до около 125°C или около 109°C. Согласно определенным вариантам осуществления экстракция может быть осуществлена при давлениях от около -1 бар (т. е. в вакууме) до около 15 бар. Согласно конкретным вариантам осуществления давление может составлять от около 6 бар до около 8 бар.

[0039] Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя перенос первой орошающей текучей среды из первого конденсатора в первую область дистилляционной колонны. Скорость потока первой орошающей текучей среды может зависеть, например, от состава потока углеводородов, желательной чистоты 1,3-бутадиена и технологических условий. Согласно определенным вариантам осуществления первый орошающая текучая среда может содержать 1,3-бутадиен, который может быть возвращен в первую область дистилляционной колонны из первого конденсатора. Первая орошающая текучая среда может дополнительно содержать бутан, изобутан, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен. Согласно определенным вариантам осуществления нисходящий поток первого растворителя может содержать дополнительные компоненты потока углеводородов, например, 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, винилацетилен, этилацетилен, и/или метилацетилен, которые являются более растворимыми в растворителе, чем компоненты в составе первого потока.

[0040] Этот нисходящий поток первого растворителя может быть перемещен в ребойлер через объединенную нижнюю область дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления поток, который поступает в ребойлер, может испаряться внутри ребойлера, и паровая фракция, которая содержит 1,3-бутадиен и/или 1,2-бутадиен, может быть возвращена в объединенную нижнюю область для дистилляции внутри второй области дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен и/или первый растворитель могут быть удалены из дистилляционной колонны с разделительной стенкой в форме третьего потока, как описано ниже. Объединенная нижняя область может иметь давление от около -1 бар (т. е. вакуум) до около 15 бар. Согласно определенным вариантам осуществления перепад давления между объединенной нижней областью верхней секцией первой области может составлять от около 0,01 бар до около 2 бар.

[0041] Способ 200 может дополнительно включать в себя удаление второго потока из второй области дистилляционной колонны в присутствии второго растворителя 105. Неограничительные примеры второго растворителя представляют собой ацетонитрил, диметилформамид, фурфураль, N-метил-2-пирролидон, ацетон, диметилацетамид, диэтилформамид, бутиролактон или их сочетания. Согласно определенным вариантам осуществления второй растворитель может быть смешан со вспомогательным растворителем. Вспомогательный растворитель может представлять собой, например, воду. См., например, патент США № 7,556,717. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель и второй растворитель могут представлять собой один и тот же растворитель. В качестве примера, но не ограничения, первый растворитель и второй растворитель могут представлять собой ацетонитрил. В качестве альтернативы, первый и второй растворитель могут быть различными. Согласно определенным вариантам осуществления второй растворитель может быть введен во вторую область дистилляционной колонны, например, в верхнюю секцию и/или среднюю секцию второй области колонны. Согласно определенным вариантам осуществления второй растворитель может быть введен в дистилляционную колонну при скорости потока, которая пропорциональна скорости движения потока углеводородов. Например, соотношение массовой скорости потока второго растворителя и массовой скорости движения потока углеводородов может составлять от около 1 до около 15, от около 3 до около 12 или около 9.

[0042] Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может быть удален посредством использования второго конденсатора в верхней секции второй области дистилляционной колонны. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток содержит 1,3-бутадиен. В качестве примера, но не ограничения, второй поток может содержать более чем около 90 мас.% 1,3-бутадиена. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может содержать более чем около 91 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 92 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 93 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 94 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 95 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 96 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 97 мас.% 1,3-бутадиена, более чем около 98 мас.% 1,3-бутадиена или более чем около 99 мас.% 1,3-бутадиена. Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя добавление ингибитора полимеризации 1,3-бутадиен в одну или несколько областей из первой, второй и объединенной нижней областей для повышения чистоты 1,3-бутадиена. Например, подходящий ингибитор полимеризации 1,3-бутадиена может содержать п-третбутилкатехин (TBC). См., например, Yang et al., Chinese J. Chem. Eng., 17(1) 27-35 (2009). Очищенный 1,3-бутадиен, получаемый посредством способов и систем согласно настоящему изобретению, может быть использован для приложений, где требуется 1,3-бутадиен высокой чистоты. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может дополнительно содержать 1,2-бутадиен, составляющий, например, от около 0,1% до около 10%. Согласно определенным вариантам осуществления второй поток может дополнительно содержать изобутен, составляющий, например, от около 0,1 части на миллиард (мг/т) до около 20 мг/т; 1-бутен, составляющий, например, от около 1 мг/т до около 50 мг/т; 2-бутен, составляющий, например, от около 5 мг/т до около 5000 мг/т; винилацетилен, составляющий, например, менее чем около 0,1 мг/т; этилацетилен, составляющий, например, менее чем около 0,1 мг/т; и/или метилацетилен, составляющий, например, менее чем около 0,1 мг/т.

[0043] Согласно определенным вариантам осуществления экстракция второго потока в присутствии второго растворителя может быть осуществлена при температурах в диапазоне от около 20°C до около 200°C. Например, температура в верхней секции второй области может составлять от около 20°C до около 80°C, от около 40°C до около 60°C или около 54°C. Температура в нижней секции второй области может составлять от около 50°C до около 200°C, от около 125°C до около 175°C или около 152°C. Согласно определенным вариантам осуществления экстракция может быть осуществлена при давлении от около -1 бар (т. е. в вакууме) до около 15 бар. Согласно конкретным вариантам осуществления давление может составлять от около 6 бар до около 8 бар. Согласно определенным вариантам осуществления нисходящий поток второго растворителя может содержать дополнительные компоненты потока углеводородов, например, винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, которые являются более растворимыми в растворителе, чем компоненты в составе второго потока, например, 1,3-бутадиен. Нисходящий поток второго растворителя может быть перемещен в ребойлер через объединенную нижнюю область дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Перепад давления между объединенной нижней областью и верхней секцией второй области может составлять от около 0,01 бар до около 2 бар. Как описано выше, поток, который поступает в ребойлер, может испаряться, и паровая фракция, содержащая 1,3-бутадиен и/или 1,2-бутадиен, может быть возвращена в объединенную нижнюю область. Винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен и/или второй растворитель могут быть удалены из дистилляционной колонны с разделительной стенкой в форме третьего потока, как описано ниже.

[0044] Согласно определенным вариантам осуществления способ может включать в себя перенос второй орошающей текучей среды из второго конденсатора во вторую область дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Согласно определенным вариантам осуществления вторая орошающая текучая среда может содержать винилацетилен, этилацетилен и метилацетилен, которые могут быть перемещены обратно во вторую область дистилляционной колонны с разделительной стенкой через второй конденсатор. Согласно определенным вариантам осуществления вторая орошающая текучая среда может дополнительно содержать другие компоненты, такие как 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен, изобутен, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен.

[0045] Согласно определенным вариантам осуществления способ 200 может дополнительно включать в себя удаление третьего потока из дистилляционной колонны 206. Третий поток может быть удален из объединенной нижней области дистилляционной колонны, как описано выше. Согласно определенным вариантам осуществления третий поток может содержать винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, первый растворитель и/или второй растворитель, например, ацетонитрил, или их сочетание. В качестве примера, но не ограничения, третий поток может содержать от около 1 части на миллион (г/т) до около 5000 г/т винилацетилена, от около 1 г/т до около 5000 г/т этилацетилена и/или от около 1 г/т до около 5000 г/т метилацетилена. Согласно определенным вариантам осуществления способ может дополнительно включать в себя отделение винилацетилена от первого растворителя и/или второго растворителя и перенос отделенного первого растворителя и/или второго растворителя в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны.

[0046] Для целей иллюстрации, а не ограничения, на фиг. 4 схематически представлен примерный способ получения 1,3-бутадиена согласно настоящему изобретению. Способ 400 может включать в себя обеспечение дистилляционной колонны с разделительной стенкой, которая содержит продольную стенку, разделяющую колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область 401. Дистилляционная колонна может дополнительно содержать первый конденсатор, присоединенный к первой области, второй конденсатор, присоединенный ко второй области, и ребойлер, присоединенный к объединенной нижней области. Способ может дополнительно включать в себя введение потока углеводородов в первую область дистилляционной колонны 402 и введение первого растворителя в первую область дистилляционной колонны 403. Например, поток углеводородов может содержать изобутен, 1,2-бутадиен, 1,3-бутадиен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен, цис-2-бутен, винилацетилен, этилацетилен и/или метилацетилен. Первый растворитель может содержать ацетонитрил.

[0047] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя удаление первого потока из первой области дистилляционной колонны 404. Первый поток может быть удален через первый конденсатор. Первый поток может содержать изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен. Способ может дополнительно включать в себя перенос первой орошающей текучей среды в первую область дистилляционной колонны 405, например, из первого конденсатора. Первая орошающая текучая среда может содержать изобутен, бутан, изобутан, 1-бутен, транс-2-бутен и/или цис-2-бутен.

[0048] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя введение второго растворителя во вторую область дистилляционной колонны 406. Например, второй растворитель может представлять собой ацетонитрил. Способ может дополнительно включать в себя удаление второго потока из второй области дистилляционной колонны 407. Второй поток может быть удален посредством второго конденсатора. Второй поток может содержать более чем около 90% 1,3-бутадиена. Способ может дополнительно включать в себя перенос второй орошающей текучей среды во вторую область дистилляционной колонны 408, например, из второго конденсатора.

[0049] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя удаление третьего потока из объединенной нижней области дистилляционной колонны 409. Например, третий поток может содержать винилацетилен, этилацетилен, метилацетилен, 1-3 бутадиен, первый растворитель и/или второй растворитель. Способ может дополнительно включать в себя отделение 1,3-бутадиена от третьего потока и возвращение 1,3-бутадиена в объединенную нижнюю область дистилляционной колонны 410. Отделение 1,3-бутадиен от третьего потока может включать в себя испарение части третьего потока. Согласно определенным вариантам осуществления первый растворитель и/или второй растворитель могут быть также отделены от третьего потока и возвращены с 1,3-бутадиеном.

[0050] Согласно определенным вариантам осуществления способ 400 может дополнительно включать в себя добавление ингибитора полимеризации в одну или несколько областей из первой области, второй области и объединенной нижней области дистилляционной колонны 411.

[0051] По сравнению с определенными существующими технологиями, способы и системы согласно настоящему изобретению могут иметь многочисленные преимущества, включая повышение надежности, снижение капитальных затрат и постоянство очищенного 1,3-бутадиена в качестве продукта. Способы и системы согласно настоящему изобретению могут также расходовать меньше энергии, что может повышать эффективность и снижать затраты.

[0052] Следующие примеры представляют собой просто иллюстрации настоящего изобретения, и их не следует рассматривать в качестве ограничительных каким-либо образом.

Пример 1. Использование дистилляционной колонны с разделительной стенкой для получения 1,3-бутадиена

[0053] В настоящем примере описано получение 1,3-бутадиена из потока C₄-углеводородов посредством использования дистилляционной колонны с разделительной стенкой. На фиг. 1 представлена дистилляционная колонна с разделительной стенкой, которая была использована в настоящем примере, и в которой присутствуют первая область (упоминаемая в настоящем документе как секция предварительного фракционирования), вторая область (упоминаемая в настоящем документе как основная дистилляционная секция) и объединенная нижняя область. Колонна дополнительно содержит два конденсатора и один ребойлер. Подробная информация в отношении модели дистилляционной колонны с разделительной стенкой представлена в таблице 1.

[0054] Поток C₄-углеводородов вводили в секцию предварительного фракционирования дистилляционной колонны с разделительной стенкой как ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ, а поток ацетонитрила вводили в секция предварительного фракционирования как РАСТВОРИТЕЛЬ 1. Состав потока C4-углеводородов представлен в таблице 2. Поток, содержащий преимущественно бутан, бутен-1, транс-2-бутен и цис-2-бутен, удаляли из верхней секции первой области колонны как ДИСТИЛЛЯТ 1 (таблица 2). Поток ацетонитрила затем вводили в основную дистилляционную секцию как РАСТВОРИТЕЛЬ 2. Поток, содержащий преимущественно ацетонитрил и винилацетилен, удаляли из нижней части объединенной нижней области колонны как ОСТАТОК (таблица 2). Поток углеводородов, содержащий 1,3-бутадиен, удаляли из верхней части основной дистилляционной секции как ДИСТИЛЛЯТ 2 (таблица 2). Материальный баланс и профили дистилляционной колонны для описанного способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой, представлены в таблице 2, а профили колонны для описанного способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой, представлены в таблице 6. Для оценки всех свойств использовали термодинамическую модель Вильсона-Редлиха-Квонга. Как представлено в таблице 2, описанным способом был получен поток продукта (ДИСТИЛЛЯТ 2), который содержал 93% 1,3-бутадиена.

Таблица 1. Описание модели способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой

Таблица 2. Материальный баланс способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой

Пример 2. Сравнительный пример

[0055] В данном примере сопоставлены описанный в настоящем документе способ получения 1,3-бутадиена из потока C4-углеводородов посредством дистилляционной колонны с разделительной стенкой и способ получения 1,3-бутадиена с использованием двух отдельных дистилляционных колонн, установленных последовательно. Подробное описание моделей в отношении системы с двумя дистилляционными колоннами представлено в таблице 3.

Таблица 3. Описание модели системы с двумя дистилляционными колоннами

[0056] Как представлено на фиг. 3, способ с использованием двух дистилляционных колонн для получения 1,3-бутадиена включает в себя введение потока ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ 1 в первую дистилляционную колонну B1. Поток растворителя, представляющего собой ацетонитрил, вводили в первую дистилляционную колонну B1 как РАСТВОРИТЕЛЬ. Поток, содержащий преимущественно бутан, бутен-1, транс-2-бутен и цис-2-бутен, удаляли из верхней части колонны B1 как ДИСТИЛЛЯТ (таблица 4). Остаток из B1 вводили во вторую дистилляционную колонну B2. Поток ацетонитрила вводили как РАСТВОРИТЕЛЬ 1. Во второй дистилляционной колонне B2 поток, содержащий преимущественно 1,2-бутадиен и винилацетилен, отделяли как нижний продукт, получая поток ОСТАТОК 1 (таблица 4). Поток, содержащий 1,3-бутадиен, удаляли из верхней части второй дистилляционной колонны B2 как ДИСТИЛЛЯТ 1 (таблица 4). Материальный баланс и профили дистилляционных колонн для способа с использованием двух дистилляционных колонн представлены в таблице 4, и профиль колонн для способа с использованием двух дистилляционных колонн представлен в таблице 7.

[0057] Как представлено в таблице 4, способом с использованием двух отдельных дистилляционных колонн для получения 1,3-бутадиена был получен поток продукта, который содержал 85,2% 1,3-бутадиена; в то время как способом согласно настоящему изобретению был получен поток продукта, который содержал 93,4% 1,3-бутадиена (таблица 2).

Таблица 4. Материальный баланс способа с использованием двух дистилляционных колонн

[0058] Расходы энергии для способа, использующего две отдельные дистилляционные колонны, и способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой, представлены в таблице 5. В способе, использующем дистилляционную колонну с разделительной стенкой, требуется на 20% меньше энергии для нагревания и на 40% меньше энергии для охлаждения по сравнению со способом, использующим две дистилляционные колонны. Кроме того, как представлено в таблице 5, капитальные затраты дистилляционной колонны с разделительной стенкой снижаются на 30%, а занимаемая площадь уменьшается на 40% по сравнению со способом, использующим две дистилляционные колонны. Указанные данные позволяют сделать вывод, что использование способа согласно настоящему изобретению приводит к уменьшению капитальных затрат и расхода энергии и позволяет получать продукт (1,3-бутадиен) более высокой чистоты.

Таблица 5

[0059] Помимо разнообразных представленных и заявленных вариантов осуществления, настоящее изобретение также относится к другим вариантам осуществления, имеющим другие сочетания отличительных признаков, описанных и заявленных в настоящем документе. По существу, конкретные отличительные признаки, представленные в настоящем документе, могут быть объединены друг с другом иным образом в пределах настоящего изобретения таким образом, что настоящее изобретение включает в себя любое подходящее сочетание отличительных признаков, описанных в настоящем документе. Предшествующее описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения представлено для целей иллюстрации и описания. Оно не предназначено как исчерпывающее или ограничивающее настоящее изобретение представленными вариантами осуществления.

[0060] Для специалистов в данной области техники является очевидным, что могут быть произведены разнообразные модификации и вариации систем и способов согласно настоящему изобретению без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения. Таким образом, предусмотрено, что настоящее изобретение включает в себя модификации и вариации, которые находятся в пределах пунктов прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентов. В настоящем документе процитированы различные патенты и патентные заявки, содержание которых во всей своей полноте включено посредством ссылки в настоящий документ.

Таблица 6. Профиль колонн для способа, использующего дистилляционную колонну с разделительной стенкой

Таблица 7. Профиль колонн для способа, использующего две дистилляционные колонны

Реферат

Изобретение относится к двум вариантам способа экстракционной дистилляции 1,3-бутадиена. При этом один из вариантов способа предусматривает: (a) обеспечение дистилляционной колонны, которая содержит продольную стенку, разделяющую дистилляционную колонну на первую область, вторую область и объединенную нижнюю область, первый конденсатор, присоединенный к первой области, второй конденсатор, присоединенный ко второй области, и ребойлер, присоединенный к объединенной нижней области; (b) введение потока C4-углеводородов, содержащего одно или несколько соединений, выбранных из группы, состоящей из C4-алканов, C4-алкенов, C4-алкадиенов, C4-алкинов и их сочетаний, в первую область дистилляционной колонны, причем (i) поток C4-углеводородов разделяют на два или более потоков, и два или более потоков вводят в первую область во множестве точек; или (ii) поток C4-углеводородов содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из 1,3-бутадиена, бутана, изобутана, 1-бутена, транс-2-бутена, цис-2-бутена, изобутена, 1,2-бутадиена, винилацетилена, этилацетилена и их сочетаний; (c) введение первого растворителя в первую область дистилляционной колонны; (d) удаление первого потока из первой области дистилляционной колонны; (e) введение второго растворителя во вторую область дистилляционной колонны; (f) удаление второго потока из второй области дистилляционной колонны, причем второй поток содержит 1,3-бутадиен, и где второй поток удаляют из верхней части второй области; и (g) удаление третьего потока из объединенной нижней области дистилляционной колонны; и (h) добавление ингибитора полимеризации в по меньшей мере одну из первой области, второй области и объединенной нижней области дистилляционной колонны. Предложенные способы являются альтернативными способами получения 1,3-бутадиена. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 табл., 2 пр., 4 ил.

Формула