[发明专利]链烷烃脱氢方法和设备

说明书

本发明题为“链烷烃脱氢方法和设备”。本发明公开了一种用于从脱氢反应器流出物回收氢气的方法。将包含烃和氢气的进料料流传递到保持在脱氢条件下的脱氢反应器中以提供脱氢反应器流出物。将脱氢反应器流出物传递到冷箱分离单元以提供液态烃产物料流和再循环氢气料流。将再循环氢气料流的返回部分传递到反应器流出物压缩机。该主题公开了改善的方法和设备，其使得链烷烃脱氢反应器能够以减小的H₂/HC比率运行，而不需要对冷箱中重新设定尺寸的压缩机或重新设定尺寸的涡轮膨胀机或分离器进行投资。

优先权声明

本申请要求2020年12月22日提交的美国专利申请序列号17/131,453 的权益，该专利申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本领域涉及链烷烃脱氢。更具体地讲，本领域涉及在链烷烃脱氢中的氢气管理。

背景技术

由于对用于制造各种化学产品诸如洗涤剂、高辛烷值汽油、充氧汽油调和组分、药物产品、塑料、合成橡胶以及本领域的技术人员熟知的其他产品的脱氢烃的现有日益增长的需求，烃脱氢是一种重要的商业烃转化方法。具体地讲，石化工业中丙烯的需求由于其用作包装材料和其他商业产品的聚丙烯生产中的前体而显著增长。丙烯的其他下游用途包括制造丙烯腈、丙烯酸、丙烯醛、环氧丙烷和二醇、增塑剂氧代醇、异丙苯、异丙醇和丙酮。用于产生丙烯的一种途径是丙烷脱氢。

用于将链烷烃转化成烯烃的方法涉及使链烷烃进料料流经过高选择性催化剂，其中链烷烃脱氢成相应的烯烃并产生脱氢反应器流出物。在分离区中提供将脱氢反应器流出物冷却和分离成富烃级分和富氢蒸气级分，其中一部分是未再循环的净废气。分离区通常包括反应器流出物压缩机 (REC)和一系列涡轮膨胀机和分离容器，通常称为冷箱。

在链烷烃脱氢反应器中，通常将氢气共同进料以使沉积在催化剂上的含碳材料的量最小化并改善催化剂稳定性。实际上，氢气共进料的量表示为氢气比烃(H₂/HC)的比率，其通过将氢气摩尔流量除以烃摩尔流量来计算。虽然氢气降低催化剂上的结焦，但其也改变了链烷烃在给定的温度和压力下转化为期望烯烃的平衡转化率。因此，在使催化剂结焦最小化和使转化率最大化之间存在着折衷。

基于最近的发展，以减小的H2/HC比率运行使得反应器入口温度 (RIT)能够降低，这继而减少了结垢并增加反应器周转之间的时间。虽然减小脱氢反应器中的H₂/HC比率导致改善的产物烯烃收率，但其对现有 REC和冷箱设计产生挑战，所述现有REC和冷箱设计依赖于存在于脱氢反应器流出物料流内的氢气。因此，需要一种具有改善的氢气管理的改善的方法。

发明内容

已发现了一种用于管理链烷烃脱氢过程中的H₂/HC比率的改善的方法，所述方法使得反应器流出物压缩机和冷箱涡轮膨胀机能够以与原始设计相同的H₂/HC比率操作，并且同时使得链烷烃脱氢反应器能够以减小的H₂/HC比率运行。从反应器流出物中回收返回的氢气料流并返回到反应器流出物压缩机和冷箱涡轮膨胀机，以使得它们能够以相同的H₂/HC比率运行，尽管脱氢反应器以减小的比率运行。

该方法包括将包含烃和氢气的进料料流传递到在脱氢条件下的脱氢反应器以提供脱氢反应器流出物。氢气共进料的量表示为氢气比烃(H₂/HC) 比率，其通过将氢气摩尔流量除以烃摩尔流量来计算。将脱氢反应器流出物传递到反应器流出物压缩机以提供经压缩的烃料流。将经压缩的烃料流传递到冷箱分离单元以提供烯烃料流和再循环氢气料流。将再循环氢气料流的返回部分传递到反应器流出物压缩机。

冷箱分离单元由冷组合进料交换器、多个分离容器、膨胀机和冷却器组成。再循环氢气料流在冷组合进料交换器的上游分流成再循环氢气料流的返回部分和进料部分，其中返回部分为再循环氢气料流的30-50重量％，并且进料部分为再循环氢气料流的50-70重量％。