[發(fā)明專利]一種乙烯和丙烯的聯(lián)產(chǎn)方法

有效

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• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN103086826A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 王國清;張利軍;石瑩;張永剛;楊沙沙;周先鋒;杜志國;張兆斌;周叢
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: C07C11/04
• 分類號: C07C11/04;C07C11/06;C07C5/333;C07C5/42
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王浩然;王鳳桐

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種乙烯和丙烯的聯(lián)產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

乙烯是石油化學工業(yè)的基礎原料。乙烯的產(chǎn)量、生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)標志著一個國家石油化工的發(fā)展水平。目前生產(chǎn)乙烯的方法以管式爐石油烴蒸汽裂解技術(shù)為主，據(jù)統(tǒng)計，世界上大約99％的乙烯和50％以上的丙烯通過該方法生產(chǎn)。

工業(yè)上，蒸汽裂解的原料多為輕烴、石腦油、加氫尾油和輕柴油等，其中輕烴包括蒸汽裂解裝置中的循環(huán)乙烷和丙烷物流。在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中，乙烯的蒸汽裂解生產(chǎn)工藝通常由若干臺石腦油乙烷裂解爐、若干臺重油乙烷裂解爐和一臺乙烷裂解爐組成，乙烷裂解爐產(chǎn)生的裂解氣匯總到裂解氣總管中，然后裂解產(chǎn)物在后續(xù)的分離(回收)系統(tǒng)中分餾提純，得到不同碳原子數(shù)的餾分，再從碳二、碳三餾分中分離出乙烯產(chǎn)品。然后進行下一步的分離和回收。

乙烷和丙烷通過脫氫反應過程生成乙烯和丙烯是眾多研究者研究的熱門課題之一，從目前來看，乙烷催化脫氫制乙烯的工藝反應溫度較高(750℃左右)，相比蒸汽熱裂解工藝而言經(jīng)濟性較差，因此多年來一直無法工業(yè)化。而丙烷催化脫氫制丙烯的工藝反應溫度相對要低一些(500～600℃)，通過多年的研究，其催化劑性能得到改善，其經(jīng)濟性也逐漸與蒸汽裂解工藝不相上下。從原理上講，丙烷催化脫氫反應在熱力學上是吸熱、分子數(shù)增加的可逆反應，其熱力學反應方程式為：C₃H₈(g)＝C₃H₆(g)+H₂(g)-124kJ/mol。丙烷轉(zhuǎn)化率取決于熱力學平衡，為使反應向脫氫方向進行，需要提高反應溫度和降低壓力。實驗表明，在一個大氣壓下，當丙烷轉(zhuǎn)化率為50％時，反應溫度至少要達600℃。在這種條件下，丙烷易裂解成小分子使丙烯選擇性下降，同時焦炭沉積使催化劑極易失活。500℃時，當壓力為0.1MPa，丙烯的摩爾分數(shù)僅為14％；當壓力為0.01MPa，丙烯的摩爾分數(shù)上升到33％。降低反應總壓，可以增加丙烷的轉(zhuǎn)化率和丙烯的平衡物質(zhì)的量分數(shù)。

雖然蒸汽裂解過程是現(xiàn)有的最有效的乙烯生產(chǎn)工藝，但是這個過程也是整個化學工業(yè)耗能最大的工藝過程，大約占整個化學工業(yè)總一次能耗的8％。在蒸汽裂解過程中，就單個工序而言，高溫裂解工序是整個蒸汽裂解過程中單個工序耗能最高的工序。所以，高溫乙烷裂解爐的技術(shù)改進成了當今蒸汽裂解的工程設計人員面對的最大挑戰(zhàn)。管式爐蒸汽乙烷裂解爐主要分為輻射段、對流段和急冷部分，其中裂解反應主要發(fā)生在輻射段，對流段和急冷部分的主要功能是回收熱量。管式爐蒸汽乙烷裂解爐經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已日臻完善，其改進的空間已經(jīng)十分有限。

CN1405272A公開了一種乙烷裂解爐，該發(fā)明改造了乙烷裂解爐的輻射段燃燒系統(tǒng)，采用爐底和爐頂同時加熱的方式為輻射段進行加熱，輻射段產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)過橫跨段進入對流段，對流段是多組對流盤管。該乙烷裂解爐仍然是傳統(tǒng)的石油烴原料乙烷裂解爐，僅僅在輻射段燃燒系統(tǒng)做了改變，高溫裂解所產(chǎn)生的能耗仍比較高。

CN1659257A發(fā)明了一種具有至少一個對流段的乙烷裂解爐，通過乙烷裂解爐的兩個對流段使得乙烷裂解爐輻射段的煙氣分布更加均勻，該乙烷裂解爐僅僅通過兩個對流段使得輻射段煙氣分布更加均勻，對流段依然是排布若干傳統(tǒng)的回收熱量的換熱管，因此，盡管該乙烷裂解爐可以使輻射段的煙氣分布更加均勻，但本發(fā)明的乙烷裂解爐對于高溫裂解需要高能耗的問題仍需進一步改善。

在裂解裝置中，為了處理循環(huán)的乙烷和丙烷物流，總是要設置一臺氣體乙烷裂解爐或液體裂解爐中若干組爐管來裂解循環(huán)的乙烷和丙烷物流，以提高低碳烯烴的收率。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，乙烷和丙烷生產(chǎn)低碳烯烴的方法已經(jīng)不僅僅限于蒸汽熱裂解，催化脫氫是一種有著廣闊前景的方法。但前述可知，乙烷催化脫氫方法在經(jīng)濟性上與蒸汽熱裂解工藝仍有較大差距，而丙烷催化脫氫方法在顯示出其強大的生命力。雖然關(guān)于丙烷催化脫氫的研究很多，但目前這些研究都停留在制備得到含丙烯的混合氣體的階段，沒有技術(shù)將催化脫氫后產(chǎn)生含丙烷的混合氣分離提純制備純丙烯產(chǎn)品，并且這些實驗均停留在小試階段，沒有人將低碳烷烴催化脫氫制備低碳烯烴應用到工業(yè)化生產(chǎn)中，更沒有技術(shù)將低碳烷烴催化脫氫制備低碳烯烴的技術(shù)應用到蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯的系統(tǒng)中，結(jié)合蒸汽裂解的分離回收方法來制備純丙烯產(chǎn)品的報道。也沒有出現(xiàn)利用乙烷蒸汽熱裂解工藝乙烷裂解爐產(chǎn)生的高溫為丙烷的催化脫氫提供熱源，將乙烯的蒸汽裂解工藝和丙烷的催化脫氫的工藝相結(jié)合進行乙烯和丙烯聯(lián)產(chǎn)的報導。

發(fā)明內(nèi)容