專(zhuān)利名稱(chēng)：提供化學(xué)轉(zhuǎn)化用熱的方法和將該方法用于烯烴制備的工藝和系統(tǒng)的制作方法
提供化學(xué)轉(zhuǎn)化用熱的方法和將該方法用于烯烴制備的工藝
和系統(tǒng)背景 1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明在此涉及一種對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程提供顯熱的方法，并且尤其涉及用于制備烯烴的方法和系統(tǒng)，更詳細(xì)地涉及用于通過(guò)乙苯脫氫而制備苯乙烯的方法和系統(tǒng)。2.相關(guān)技術(shù)描述通過(guò)乙苯的催化脫氫制備苯乙烯在本領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。典型地，含有水蒸汽和乙苯的進(jìn)料在反應(yīng)器中在約600°C至約650°C的入口溫度下與催化劑接觸以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。 在水蒸汽過(guò)熱器中將水蒸汽加熱至預(yù)定的溫度。水蒸汽提供反應(yīng)所需的至少一些熱量并且作為稀釋劑，降低苯乙烯和氫氣的分壓，從而使反應(yīng)平衡向苯乙烯的產(chǎn)生移動(dòng)。Sardina的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，628，136公開(kāi)了用于在水蒸汽的存在下用乙苯制造苯乙烯的脫氫方法。乙苯和水形成共沸混合物，所述共沸混合物與乙苯或水相比在更低的溫度下沸騰。通過(guò)冷凝來(lái)自乙苯/苯乙烯分離塔系統(tǒng)的塔頂蒸氣而汽化大部分乙苯/水進(jìn)料。 該特征節(jié)約了能量，因?yàn)槠M(jìn)料流需要使用更少的水蒸汽并且冷凝乙苯/苯乙烯分離塔的塔頂蒸氣需要更少的冷卻水。水蒸汽與油的質(zhì)量比，S卩，水蒸汽與進(jìn)料流中含有的乙苯(“油”)基于重量的比例，是乙苯的脫氫中的一個(gè)重要因素。過(guò)去，在1. 3至1. 7的總水蒸汽/油重量比下操作苯乙烯生產(chǎn)設(shè)備。改進(jìn)的催化劑使得在可接受的產(chǎn)率或乙苯轉(zhuǎn)化率的減少的情況下能夠在約 1.0的水蒸汽/油重量比下操作該方法。為了在1. 0以下的總水蒸汽/油重量比下為系統(tǒng)提供合適量的熱，不得不將水蒸汽過(guò)熱器的出口溫度升高至950°C或甚至更高。然而，過(guò)熱器溫度高于927°C需要特殊且昂貴的冶金技術(shù)的使用。有能夠同時(shí)在低水蒸汽/油比和較低溫度下操作的系統(tǒng)將是有益的。概述在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在這里提供一種用于對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝流提供熱量的方法，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝流含有至少一種化學(xué)反應(yīng)物，所述方法包括以下步驟a)使傳熱流體過(guò)熱；b)將來(lái)自的傳熱流體的熱量傳遞至工藝流；C)將至少部分傳熱流體分流為第一部分和第二部分；d)對(duì)傳熱流體的第一部分加壓；e)將加壓的傳熱流體的第一部分再循環(huán)至過(guò)熱步驟(a)中；以及f)將所述傳熱流體的第二部分引入到所述工藝流中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在這里提供一種用于通過(guò)進(jìn)料流的催化脫氫制備烯烴的方法，所述進(jìn)料流含有烴，所述烴具有至少一部分能夠經(jīng)歷脫氫的分子，例如，烷基化合物 (例如，乙烷、丙烷、丁烷等)和烷基芳族化合物(例如，乙苯、正丙苯、枯烯等)。該方法包括將來(lái)自過(guò)熱水蒸汽的熱量傳遞至含有水蒸汽稀釋劑和能夠被脫氫的烴的工藝流，所述過(guò)熱水蒸汽可以已經(jīng)通過(guò)間接熱交換被加熱，來(lái)自所述過(guò)熱水蒸汽的額外熱量足以在反應(yīng)區(qū)中使能夠脫氫的烴的至少一部分實(shí)現(xiàn)催化脫氫，其中在交換熱之后，所述過(guò)熱水蒸汽變成廢水蒸汽。將廢水蒸汽分為兩個(gè)流再循環(huán)水蒸汽和工藝水蒸汽。通過(guò)使用熱壓縮機(jī)將再循環(huán)水蒸汽加壓。之后將其與移動(dòng)水蒸汽合并并且將其在水蒸汽過(guò)熱器中加熱至預(yù)定的溫度。將工藝水蒸汽再加熱以產(chǎn)生過(guò)熱水蒸汽，并將其與含有能夠被脫氫的烴的進(jìn)料流在進(jìn)入脫氫反應(yīng)器之前合并。凈結(jié)果是與滿(mǎn)足反應(yīng)器中水蒸汽/油比例所需要的水蒸汽比較， 可以得到更多的過(guò)熱水蒸汽用于傳熱。也提供了用于通過(guò)乙苯的催化脫氫制備苯乙烯的系統(tǒng)?？梢栽?. 0以下的水蒸汽/油比下操作這里有益地描述的方法和系統(tǒng)，同時(shí)需要過(guò)熱水蒸汽的溫度足夠低以避免對(duì)用于水蒸汽過(guò)熱器加熱爐和傳輸管線(xiàn)(即，用于將過(guò)熱水蒸汽從水蒸汽過(guò)熱器加熱爐傳遞至熱交換器和反應(yīng)器并返回水蒸汽過(guò)熱器的連接管道) 的專(zhuān)用冶金技術(shù)的需要。該方案也可以在更高水蒸汽/油質(zhì)量比使用。附圖簡(jiǎn)述下面參考附圖描述多個(gè)實(shí)施方案，其中

圖1是用于對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的工藝流提供顯熱的方法的示意性流程圖；圖2是用于由乙苯制備苯乙烯的系統(tǒng)和方法的示意性流程圖；并且，圖2A是由乙苯制備苯乙烯的系統(tǒng)和方法的備選實(shí)施方案的示意性流程圖。圖3是示出了通過(guò)使用EB/SM分離塔的冷凝器系統(tǒng)汽化進(jìn)料的示意性流程圖。優(yōu)選實(shí)施方案詳述 參看圖1，示出了一種用于對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的工藝流提供顯熱的方法。該方法使用傳熱流體。用于這里描述的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的優(yōu)選傳熱流體是水蒸汽。傳熱流體流11在過(guò)熱步驟12中過(guò)熱以產(chǎn)生過(guò)熱的傳熱流體13。之后在傳熱步驟 14中將熱量從過(guò)熱的傳熱流體傳遞至化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的工藝流，所述工藝流含有一種或多種反應(yīng)物化學(xué)品。來(lái)自傳熱步驟14的流出物是廢傳熱流體流15。任選地，可以將廢傳熱流體流15的部分16取出并送至其它工藝。同樣任選地，可以將廢傳熱流體流15的部分17取出并通過(guò)傳統(tǒng)增壓步驟(未畫(huà)出)再循環(huán)至過(guò)熱步驟 12。如圖1中所示的方法10包括一個(gè)框出區(qū)N，所述框出區(qū)N包括過(guò)熱步驟12和傳熱步驟 14。然而，在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可以包括用本領(lǐng)域內(nèi)已知的任意方式結(jié)合的多個(gè)框出區(qū)N。簡(jiǎn)而言之，方法10可以包括可以包括多個(gè)過(guò)熱步驟12和傳熱步驟14?？梢栽谙嗤幕虿煌脑O(shè)備單元中重復(fù)步驟12和14。備選地，可以在沒(méi)有框出區(qū)N的情況下進(jìn)行方法10。在分流步驟18中將廢傳熱流體流15的至少一部分分流為第一部分19和第二部分22。將第一部分19送至步驟20，在步驟20中將傳熱流體流加壓?？梢酝ㄟ^(guò)機(jī)械壓縮器或本領(lǐng)域內(nèi)已知的任意其它裝置進(jìn)行加壓步驟。優(yōu)選的壓縮機(jī)是使用壓縮流體的熱壓縮機(jī)。例如，將高壓壓縮水蒸汽引入熱壓縮機(jī)以將在相對(duì)較低壓力下的廢傳熱水蒸汽15的第一部分19加壓。之后將壓縮水蒸汽21 (包括作為廢水蒸汽引入的水蒸汽和作為壓縮水蒸汽引入的水蒸汽)再循環(huán)至過(guò)熱步驟12中并再加熱。調(diào)節(jié)壓縮水蒸汽的量以補(bǔ)償從系統(tǒng)中取出的水蒸汽。將廢傳熱流體15的第二部分22引入化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的工藝流C。任選地，可以將傳熱流體的第二部分22在第二過(guò)熱步驟23中再加熱。在下面描述的脫氫過(guò)程中有益地使用這里描述的方法。本脫氫過(guò)程涉及通過(guò)相應(yīng)的烴脫氫的方式制備烯烴。使用水蒸汽作為稀釋劑并提供用于吸熱的脫氫反應(yīng)的熱量的部分來(lái)源。優(yōu)選地，使用兩個(gè)反應(yīng)器。備選地，反應(yīng)器可以是軸向流或徑向流或平行流反應(yīng)器。這種反應(yīng)器是本領(lǐng)域內(nèi)已知的。雖然這里的方法和系統(tǒng)可以用于使用水蒸汽作為稀釋劑和傳熱介質(zhì)的任意脫氫過(guò)程，但這里描述的技術(shù)對(duì)于由乙苯制備苯乙烯是尤其有益的，并且在這里描述了將其用于苯乙烯制備?？梢允褂帽景l(fā)明的其它過(guò)程包括由乙基甲苯制備乙烯基甲苯、丙烷脫氫為丙烯、以及丁烷脫氫為C4化合物如1- 丁烯、2- 丁烯或丁二烯。應(yīng)理解，為了易于對(duì)其說(shuō)明，在附圖中省略了一些裝置如閥、管道、指示器和控制器等，并且這些裝置的適當(dāng)安置被認(rèn)為在本領(lǐng)域技術(shù)人員能力所及范圍內(nèi)。現(xiàn)在參看圖2，用于脫氫系統(tǒng)100的進(jìn)料F包含乙苯和初始水蒸汽。對(duì)于共沸組成的進(jìn)料，進(jìn)料的水蒸汽與油(“S/0”)的比例不超過(guò)約1. 0，優(yōu)選地約0. 45至0. 55，更優(yōu)選約0. 49至約0. 51。具有共沸組成的進(jìn)料的益處是乙苯-水非均相共沸物在693毫米汞柱絕對(duì)壓力的典型操作壓力下在約92°C下沸騰，它低于水或乙苯在那個(gè)壓力下的沸點(diǎn)。因此，進(jìn)料的汽化變得更為方便?？梢酝ㄟ^(guò)來(lái)自乙苯/苯乙烯單體分離塔(“EB/SM分離塔”)的冷凝系統(tǒng)的傳熱獲得進(jìn)料的汽化?，F(xiàn)在參看圖3，EB/SM分離塔D-I是傳統(tǒng)的蒸餾塔，在其中將來(lái)自脫氫系統(tǒng)100的粗苯乙烯產(chǎn)物P分離為富含苯乙烯單體的流SM和乙苯EB、較輕組分、以及低濃度的SM的塔頂餾分。通過(guò)使用乙苯/水進(jìn)料混合物作為冷卻劑將塔頂餾分在冷凝器C-I中部分冷凝， 從而傳熱至進(jìn)料F并且汽化進(jìn)料F。進(jìn)料的水組分可以來(lái)自任意合適來(lái)源，如工藝水。將塔底流分為通過(guò)再沸器H-5的再循環(huán)流，以及富含苯乙烯單體的產(chǎn)物流SM?？梢杂懈郊拥睦淠饕猿ヒ恍崃?。例如，可以將熱量除去到冷卻水中。再次參看圖2，在大約92°C下從冷凝器C-I排出的進(jìn)料F，通過(guò)管線(xiàn)101流至進(jìn)料流出物換熱器E-1，在這里進(jìn)料被加熱至約500°C至約560°C，并通過(guò)管線(xiàn)103流動(dòng)，由此將其與過(guò)熱水蒸汽的流130合并。流130處于約800°C至約860°C的溫度下并且按該比例與進(jìn)料F混合以便在催化劑開(kāi)始發(fā)揮作用時(shí)將具有約600°C至約620°C的溫度的反應(yīng)物工藝流 102提供至反應(yīng)器R-I。反應(yīng)器R-I包括與其相關(guān)的熱交換器H-3，其中將熱量從在約800°C 至約920°C的溫度下的過(guò)熱水蒸汽的流1 傳遞至反應(yīng)物流102。熱交換器H-3優(yōu)選地是逆流熱交換器，并且可以在反應(yīng)容器R-I內(nèi)部或在反應(yīng)容器R-I (沒(méi)有顯示)外部。對(duì)工藝流102提供足夠的熱量以實(shí)現(xiàn)乙苯組分脫氫。典型地，乙苯的脫氫在約610°C至約650°C的入口溫度下進(jìn)行，雖然在這個(gè)范圍之外的溫度也可能是合適的。因?yàn)閷⑺羝尤脒M(jìn)料，可以在約0. 8至約1. 7，優(yōu)選地不超過(guò)1. 15，更優(yōu)選在0. 90以下的S/0比的范圍內(nèi)進(jìn)行脫氫反應(yīng)。反應(yīng)器R-I可以是單床或多床反應(yīng)器。優(yōu)選地反應(yīng)器R-I是傳統(tǒng)的徑向流反應(yīng)器， 雖然備選地可以使用平行流反應(yīng)器或軸向流反應(yīng)器。在反應(yīng)器R-I中可以使用催化有效量的傳統(tǒng)催化劑如基于氧化鐵的催化劑。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員合適的催化劑是已知的。從熱交換器H-3排出的熱工藝流104優(yōu)選地在約610°C至約650°C的溫度下。進(jìn)料的至少一些乙苯組分在反應(yīng)器R-I中經(jīng)歷脫氫產(chǎn)生苯乙烯和氫氣。反應(yīng)器R-I中含有一些苯乙烯的流出物106，在約550°C至約580°C的溫度下排出并被引入與反應(yīng)器R-I相同型號(hào)的第二反應(yīng)器R-2。工藝流106穿過(guò)熱交換器H-4，在這里它被過(guò)熱水蒸汽流118加熱至約610°C至約650°C的反應(yīng)溫度。熱工藝流108經(jīng)歷進(jìn)一步的反應(yīng)。使用第二反應(yīng)器R-2 流出物流109預(yù)熱進(jìn)料流出物換熱器E-I中的進(jìn)料F。來(lái)自進(jìn)料流出物換熱器E-I的產(chǎn)物 P含有粗苯乙烯和一些未反應(yīng)的乙苯，以及一些較輕組分(例如，氫氣)并且將其冷卻并部分冷凝，并且接下來(lái)將液體送至EB/SM分離塔D-I (圖3)用于進(jìn)一步提純。通過(guò)管線(xiàn)110將主水蒸汽S引入系統(tǒng)中以補(bǔ)償滿(mǎn)足總S/0比所需的水蒸汽量與 EB/SM分離塔D-I的冷凝器C-I中汽化的水蒸汽量之間的差別。主水蒸汽S最初在約170°C 至約190°C的溫度下并且在約150至約160psia的壓力下。閥50控制水蒸汽的加入。水蒸汽穿過(guò)加熱區(qū)，如位于水蒸汽過(guò)熱器H-I的對(duì)流段H-2中的對(duì)流盤(pán)管112，并且從對(duì)流盤(pán)管112排出進(jìn)入管線(xiàn)114的主水蒸汽在約540°C至560°C的溫度下并且在約130psia至約140psia的壓力下。接下來(lái)將主水蒸汽送至熱壓縮機(jī)T-I并且將其作為壓縮水蒸汽使用。熱壓縮機(jī)T-I是水蒸汽噴射式壓縮機(jī)，它在約1. 0至約2. 5，優(yōu)選地約1. 6至約1. 8的壓縮比下運(yùn)行，并且它將低壓水蒸汽升壓至更高壓力。熱壓縮機(jī)是已知的，并且適合用于本發(fā)明的系統(tǒng)中的熱壓縮機(jī)可以商購(gòu)自多個(gè)供應(yīng)商，例如，新澤西州(New Jersey)多佛 (Dover)的 FoxValve Development Corp.禾口馬薩諸塞州(Massachusetts)沃爾瑟姆福雷斯特(Waltham)的 Artisan Industries Inc.。通過(guò)管線(xiàn)122引入在約20至25psia并且在約570°C至約590°C的溫度下的低壓水蒸汽。來(lái)自熱壓縮機(jī)T-I的流出物116在約550°C至約570°C的溫度下并且在約40psia 至約50psia的壓力下。之后將水蒸汽穿過(guò)輻射段爐管117引入水蒸汽過(guò)熱器H-I的三個(gè)區(qū)中的一個(gè)。水蒸汽過(guò)熱器H-I可以是用于將高壓水蒸汽加熱至足以為脫氫反應(yīng)提供足夠熱量的過(guò)熱溫度的電加熱爐或燃燒氣體和/或液體燃料的加熱爐。這里描述的系統(tǒng)100的益處是可以操作水蒸汽過(guò)熱器H-I以便提供溫度不超過(guò)約927°C，并且優(yōu)選地低于900°C，更優(yōu)選低于890°C的流出物。在這種溫度下操作水蒸汽過(guò)熱器避免了對(duì)于使用高于927°C的溫度所需的用于過(guò)熱器H-I構(gòu)造的昂貴特殊合金的需要。優(yōu)選地將過(guò)熱器H-I分為三部分，以便在過(guò)熱器的輻射區(qū)容納三個(gè)管式爐管。來(lái)自過(guò)熱器的流出物流118將在約850°C至約900°C的溫度下并且在約25psia 至約35psia的壓力下的水蒸汽運(yùn)送至反應(yīng)器R-2中的熱交換器H-4，從而傳熱至反應(yīng)物流 106，所述反應(yīng)物流106是來(lái)自反應(yīng)器R-I的流出物。作為來(lái)自熱交換器H-4的水蒸汽流出物流120在約570°C至約600°C的溫度下并且在約Mpsia至^psia的壓力下。將流120的第一部分，即，流122，再循環(huán)返回至熱壓縮機(jī)T-1，并且使流120的第二部分，即，流124，回流至水蒸汽過(guò)熱器H-I輻射段爐管125。將流過(guò)管線(xiàn)124的部分水蒸汽在輻射段爐管125 中加熱并且通過(guò)管線(xiàn)126在約840°C至約860°C的溫度下排出。之后將水蒸汽運(yùn)送至與反應(yīng)器R-I相關(guān)的熱交換器H-3，在這里水蒸汽轉(zhuǎn)移熱量至反應(yīng)物流102。在約620°C至約640°C的溫度下將水蒸汽從熱交換器H_3排出，并且將其通過(guò)管線(xiàn)1 運(yùn)送返回至水蒸汽過(guò)熱器H-1，這里它流過(guò)輻射段爐管129并且通過(guò)管線(xiàn)130在約 840°C至約860°C的溫度下并且在約12psia至約15psia的壓力下作為過(guò)熱水蒸汽排出。流過(guò)管線(xiàn)130的水蒸汽隨后與來(lái)自管線(xiàn)103的汽化進(jìn)料F混合，并且合并流102流過(guò)熱交換器H-3并被引入反應(yīng)器R-I中。
參見(jiàn)圖2A，示出了類(lèi)似于工藝100的備選工藝100A，區(qū)別在于以下將流124、126 和1 去除；沒(méi)有與反應(yīng)器R-I相關(guān)的加熱器H-3 ；直接將流130引入R-I ；將流1 從流 120分出。更具體地，將含有乙苯和水的汽化共沸混合物的進(jìn)料流F在EB/SM分離塔D_1中以前面描述的方式汽化。將汽化并且加熱了的進(jìn)料流通過(guò)管線(xiàn)103輸送并與過(guò)熱水蒸汽流合并以提供流體流102。該流進(jìn)入反應(yīng)器R-I中的第一反應(yīng)區(qū)，在這里它與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷轉(zhuǎn)化的第一階段以產(chǎn)生至少一些苯乙烯。將流出物106從反應(yīng)器R-I排出并將其在逆流熱交換器H-4中加熱并使其進(jìn)入反應(yīng)器R-2中的第二反應(yīng)區(qū)。流體流與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷第二階段轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生含有苯乙烯的流108，所述流108通過(guò)出口 109離開(kāi)反應(yīng)器。 在進(jìn)料流出物換熱器E-I中用排出物流109預(yù)熱進(jìn)料流F。在進(jìn)料流出物換熱器E-I中使用第二反應(yīng)器R-2流出物流109預(yù)熱進(jìn)料F。來(lái)自進(jìn)料流出物換熱器E-I的產(chǎn)物P含有粗苯乙烯和一些未反應(yīng)的乙苯，以及一些較輕組分(例如，氫氣)并將其冷卻并部分冷凝，并且之后將液體送至EB/SM分離塔D-I (圖3)用于進(jìn)一步提純。將過(guò)熱水蒸汽的流通過(guò)管線(xiàn)118循環(huán)至逆流熱交換器H-4以提供向流出物流106 傳遞的熱量。將通過(guò)管線(xiàn)120從熱交換器H-4排出的廢水蒸汽分為第一部分122和第二部分128。將廢水蒸汽的第一部分122送至熱壓縮機(jī)T-I。通過(guò)過(guò)熱器H-1，經(jīng)由對(duì)流盤(pán)管 112，將主水蒸汽S的流體114送去通過(guò)熱壓縮機(jī)以將第一部分122加壓。之后在水蒸汽過(guò)熱器H-I中將來(lái)自熱壓縮機(jī)T-I的流出物116加熱以提供流118，將所述流118循環(huán)返回至熱交換器H-4。將第二部分1 廢水蒸汽送至水蒸汽過(guò)熱器H-I，在這里將其通過(guò)盤(pán)管1 再加熱。之后將從水蒸汽過(guò)熱器排出的過(guò)熱水蒸汽130與進(jìn)料流合并，并將其送至反應(yīng)器R-I。實(shí)施例1下面在以下預(yù)示實(shí)施例中舉例說(shuō)明本發(fā)明的特征，其中參考圖2中所示的系統(tǒng)中的數(shù)字標(biāo)記。提供162，648千克/小時(shí)的進(jìn)料流F。進(jìn)料流含有具有0. 493的S/0比的乙苯和水的汽化共沸混合物。被汽化并且被加熱的進(jìn)料流103在549°C的溫度下并且在11. Ipsia 的壓力下。將進(jìn)料流與849°C和13psia下的44，343千克/小時(shí)的過(guò)熱水蒸汽(130)合并， 以提供206，991千克/小時(shí)的S/0比為0. 9的流體流102。將該流在逆流熱交換器H-3中加熱并使其在650°C和7. 77psia下進(jìn)入反應(yīng)器R-I中的第一反應(yīng)區(qū)，在這里它與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷轉(zhuǎn)化的第一階段以產(chǎn)生至少一些苯乙烯。在560°C和6. 95psia下將流出物 106從反應(yīng)器R-I排出，并將其在逆流熱交換器H-4中加熱并使其在650°C下進(jìn)入反應(yīng)器 R-2中的第二反應(yīng)區(qū)。流體流與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷第二階段轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生含有苯乙烯的產(chǎn)物流。將管線(xiàn)118中889°C和31psia下的66，511千克/小時(shí)過(guò)熱水蒸汽流循環(huán)至逆流熱交換器H-4以提供向流出物流106傳遞的熱量。將從熱交換器H-4排出的廢水蒸汽分為22，168千克/小時(shí)的第一部分122和44，343千克/小時(shí)的第二部分124。將583°C和 M.5psia下的廢水蒸汽的第一部分122送至熱壓縮機(jī)(T-I)。將管線(xiàn)114中的549°C和 131psia下的44，343千克/小時(shí)主水蒸汽流送去通過(guò)熱壓縮機(jī)以將第一部分122加壓。來(lái)自熱壓縮機(jī)的66，511千克/小時(shí)水蒸汽流出物的管線(xiàn)116在559°C和40. 75psia下，相當(dāng)于1. 66的壓縮比。之后將流出物116在水蒸汽過(guò)熱器H-I中加熱以提供循環(huán)返回至熱交換器H-4的流118。將44，343千克/小時(shí)廢水蒸汽的第二部分IM在水蒸汽過(guò)熱器H-I中加熱。將來(lái)自過(guò)熱器的流出物126送至850°C和22. 25psia的熱交換器H_3以提供向流體流102傳遞的熱量。在631°C和18. 74psia下將廢水蒸汽1 從熱交換器H-3排出并將其送至水蒸汽過(guò)熱器H-I，在這里將其再加熱至850°C的溫度。接下來(lái)將從水蒸汽過(guò)熱器排出的過(guò)熱水蒸汽130與進(jìn)料流合并，并將其送至反應(yīng)器R-I。穿過(guò)兩個(gè)反應(yīng)器的乙苯的總轉(zhuǎn)化率是約62.5%，而苯乙烯的摩爾選擇性為約 94. 1%。實(shí)施例2下面在以下預(yù)示實(shí)施例中舉例說(shuō)明本發(fā)明的特征，其中參考圖2A中所示的系統(tǒng)中的數(shù)字標(biāo)記。提供193，775千克/小時(shí)的進(jìn)料流F。進(jìn)料流含有具有0. 493的S/0比的乙苯和水的汽化共沸混合物。被汽化并且被加熱的進(jìn)料流103在537°C的溫度下并且在10. Spsia 的壓力下。將進(jìn)料流與890°C和IOpsia下的65，803千克/小時(shí)的過(guò)熱水蒸汽130合并以提供259，576千克/小時(shí)的S/0比為1. 0的流體流102。該流在620°C和8. 2psia下進(jìn)入反應(yīng)器R-I中的第一反應(yīng)區(qū)，在這里它與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷轉(zhuǎn)化的第一階段以產(chǎn)生至少一些苯乙烯。在534°C和7. 3psia下將流出物106從反應(yīng)器R-I排出，并將其在逆流熱交換器H-4中加熱并使其在625°C下進(jìn)入反應(yīng)器R-2中的第二反應(yīng)區(qū)。流體流與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷第二階段轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生含有苯乙烯的產(chǎn)物流。將887°C和23psia下的84，438千克/小時(shí)的過(guò)熱水蒸汽流118循環(huán)至逆流熱交換器H-4以提供向流出物流106傳遞的熱量。將從熱交換器H-4排出的廢水蒸汽分為18， 636千克/小時(shí)的第一部分122和65，802千克/小時(shí)的第二部分128。將581°C禾口 17. 6psia 下的廢水蒸汽的第一部分122送至熱壓縮機(jī)T-I。將700°C和133psia下的65，802千克/ 小時(shí)主水蒸汽的流體114送去通過(guò)熱壓縮機(jī)以將第一部分122加壓。來(lái)自熱壓縮機(jī)的84， 438千克/小時(shí)水蒸汽的流出物116在673°C和30. 7psia下，相當(dāng)于1.7的壓縮比。之后將流出物116在水蒸汽過(guò)熱器H-I中加熱以提供循環(huán)返回至熱交換器H-4的流118。將65，802千克/小時(shí)廢水蒸汽的第二部分1 送至水蒸汽過(guò)熱器H_l，在這里它達(dá)到890°C的溫度。接下來(lái)將從水蒸汽過(guò)熱器排出的過(guò)熱水蒸汽130與進(jìn)料流合并，并將其送至反應(yīng)器R-I。穿過(guò)兩個(gè)反應(yīng)器的乙苯的總轉(zhuǎn)化率是約62.5%，而苯乙烯的摩爾選擇性為約 94. 3%。實(shí)施例3下面在以下預(yù)示實(shí)施例中舉例說(shuō)明本發(fā)明的特征，其中參考圖2中所示的系統(tǒng)中的數(shù)字標(biāo)記。提供159，226千克/小時(shí)的進(jìn)料流F。進(jìn)料流含有具有0. 493的S/0比的乙苯和水的汽化共沸混合物。汽化并且被加熱的進(jìn)料流103在531°C的溫度下并且在10. 6psia的壓力下。將進(jìn)料流與852°C和10. 2psia的70，087千克/小時(shí)的過(guò)熱水蒸汽130合并以提供229，312千克/小時(shí)的S/0比為1. 15的流體流104。該流在621 °C和8. Opsia下進(jìn)入反應(yīng)器R-I中的第一反應(yīng)區(qū)，在這里它與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷轉(zhuǎn)化的第一階段以產(chǎn)生至少一些苯乙烯。在540°C和7. Ipsia下將流出物106從反應(yīng)器R-I排出，并將其在逆流熱交換器H-4中加熱并使其在626°C下進(jìn)入反應(yīng)器R-2中的第二反應(yīng)區(qū)。流體流與脫氫催化劑接觸并經(jīng)歷第二階段轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生含有苯乙烯的產(chǎn)物流。將794°C和21psia的106，646千克/小時(shí)的過(guò)熱水蒸汽流118循環(huán)至逆流熱交換器H-4以提供向流出物流106傳遞的熱量。將從熱交換器H-4排出的廢水蒸汽分為36，560 千克/小時(shí)的第一部分122和70，087千克/小時(shí)的第二部分128。將587°C和17. 8psia 的廢水蒸汽的第一部分122送至熱壓縮機(jī)T-I。將700°C和133psia的70，086千克/小時(shí)主水蒸汽流114送去通過(guò)熱壓縮機(jī)以將第一部分122加壓。來(lái)自熱壓縮機(jī)的106，646千克 /小時(shí)水蒸汽的流出物116在661°C和30.7psia下，相當(dāng)于1. 7的壓縮比。之后將流出物 116在水蒸汽過(guò)熱器H-I中加熱以提供循環(huán)返回至熱交換器H-4的流118。將70，087千克/小時(shí)廢水蒸汽的第二部分1 送至水蒸汽過(guò)熱器H_l，在這里將其再加熱至852°C的溫度。接下來(lái)將從水蒸汽過(guò)熱器排出的過(guò)熱水蒸汽130與進(jìn)料流F合并，并將其送至反應(yīng)器R-I。穿過(guò)兩個(gè)反應(yīng)器的乙苯的總轉(zhuǎn)化率是約62.6%，而苯乙烯的摩爾選擇性為約 94. 9%。實(shí)施例3具有比實(shí)施例2高的水蒸汽消耗量。然而，對(duì)于實(shí)施例3，即使當(dāng)催化劑結(jié)束工作時(shí)，流118也低于815°。因此，建造該管線(xiàn)的材料可以用304H不銹鋼代替一些更昂貴的材料如合金800H。在實(shí)施例3中，使用合金800H管道的當(dāng)前總成本是大約$900，000。 相比之下，使用304H不銹鋼的當(dāng)前總成本是$230，000。通過(guò)在實(shí)施例3中使用新的流程， 單管道材料凈節(jié)約$670，000。雖然上面的描述含有很多細(xì)節(jié)，但不應(yīng)將這些細(xì)節(jié)理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制， 而是僅作為其優(yōu)選實(shí)施方案的例證。本領(lǐng)域技術(shù)人員將預(yù)見(jiàn)如通過(guò)所附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)的很多其它可能方案。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝流提供熱量的方法，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝流含有至少一種化學(xué)反應(yīng)物，所述方法包括以下步驟a)使傳熱流體過(guò)熱；b)將來(lái)自過(guò)熱的傳熱流體的熱量傳遞至工藝流；c)將至少部分所述傳熱流體分流為第一部分和第二部分；d)將傳熱流體的第一部分加壓；e)將加壓的傳熱流體的第一部分再循環(huán)至過(guò)熱步驟(a)中；以及f)將所述傳熱流體的第二部分引入到所述工藝流中。
2.權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟在所述傳熱步驟(b)之后并且在所述分流步驟(c)之前，至少取出所述傳熱流體的第三部分。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述再循環(huán)步驟進(jìn)行多次。
4.權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟在步驟(f)之前，使傳熱流體的第二部分過(guò)熱。
5.權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟在步驟(f)之前，使傳熱流體的第二部分過(guò)熱。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將傳熱流體的第一部分加壓的步驟(d)包括將傳熱流體的第一部分引入到熱壓縮機(jī)中，并將壓縮流體引入到所述熱壓縮機(jī)中，所述壓縮流體的壓力高于傳熱流體的第一部分的壓力。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述傳熱流體和壓縮流體是水蒸汽。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳熱流體是水蒸汽。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝包括脫氫，并且所述化學(xué)反應(yīng)物是選自乙苯、乙基甲苯、丙烷和丁烷中的化合物。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝包括通過(guò)使乙苯脫氫而制備苯乙火布。
11.一種通過(guò)烴的催化脫氫而制備烯烴的方法，所述方法包括a)在加熱器中使水蒸汽進(jìn)料流過(guò)熱，所述加熱器包括多個(gè)加熱區(qū)；b)將來(lái)自過(guò)熱水蒸汽的熱量傳遞至工藝流，所述工藝流包含水蒸汽稀釋劑和所述烴， 所述熱量足以在反應(yīng)區(qū)中實(shí)現(xiàn)所述烴的至少一部分的催化脫氫，其中在傳遞所述熱量之后，所述過(guò)熱水蒸汽變成廢水蒸汽；c)將所述廢流分流為第一部分和第二部分；d)將所述廢水蒸汽的第一部分加壓；e)將加壓的所述廢水蒸汽的第一部分再循環(huán)至所述加熱器中的第一加熱區(qū)；f)將第二部分再循環(huán)到所述加熱器的不同區(qū)域至該加熱器內(nèi)的第二加熱區(qū)；g)加熱所述廢水蒸汽的第二部分，以在第二加熱區(qū)中再生過(guò)熱水蒸汽；以及h)將所述過(guò)熱水蒸汽的至少一部分與所述工藝流合并。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中在與所述反應(yīng)區(qū)相關(guān)的至少一個(gè)熱交換器中進(jìn)行所述傳熱步驟。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其中所述將廢水蒸汽的一部分加壓的步驟包括 將廢水蒸汽的所述一部分引入到熱壓縮機(jī)中，并且縮水蒸汽引入到所述熱壓縮機(jī)中，所述壓縮水蒸汽的壓力高于所述廢水蒸汽的壓力。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中所制備的烯烴是苯乙烯，并且所述烴是乙苯。
15.權(quán)利要求11所述的方法，其中所制備的烯烴是苯乙烯，并且所述烴是乙苯。
16.一種用于制備苯乙烯的方法，所述方法在反應(yīng)區(qū)中通過(guò)使水蒸汽和乙苯的混合物與脫氫催化劑在脫氫反應(yīng)溫度下接觸而進(jìn)行，所述混合物具有一定的水蒸汽/油質(zhì)量比， 其中改進(jìn)包括將足夠的水蒸汽稀釋劑與乙苯合并，以使所述水蒸汽/油質(zhì)量比降低至不超過(guò)1.0 ； 其中使用溫度低于815°c的過(guò)熱水蒸汽傳遞足以使所述乙苯和水蒸汽稀釋劑上升至所述反應(yīng)溫度的熱量，并且其中將所述過(guò)熱水蒸汽的至少一部分與所述乙苯合并，以提供所述水蒸汽稀釋劑的至少一部分。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中將廢水蒸汽輸送至加熱器中以再生過(guò)熱水蒸汽，所述廢水蒸汽是由于對(duì)所述乙苯和水蒸汽稀釋劑的傳熱而產(chǎn)生的。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其中將所述廢水蒸汽分流為兩部分，至少一部分在熱壓縮機(jī)中被加壓。
19.一種通過(guò)乙苯的催化脫氫而制備苯乙烯的方法，所述方法包括a)至少提供第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)，每個(gè)反應(yīng)區(qū)具有與其相關(guān)的催化有效量的脫氫催化劑；b)提供具有多個(gè)加熱區(qū)的加熱爐；c)提供進(jìn)料流，所述進(jìn)料流含有水和乙苯的汽化混合物，所述汽化混合物具有不超過(guò)約0.5的水蒸汽/油重量比；d)將所述進(jìn)料流與過(guò)熱水蒸汽的第一流合并，以提供水蒸汽/油重量比不超過(guò)約1.0 的流體流；e)在第一反應(yīng)區(qū)中，使所述流體流與所述脫氫催化劑在脫氫反應(yīng)條件下接觸，以提供第一流出物；f)在與第二反應(yīng)區(qū)相關(guān)的傳熱區(qū)中，將來(lái)自過(guò)熱水蒸汽的第二流的熱量傳遞至第一流出物，在將過(guò)熱水蒸汽的第二流的熱量傳遞至第一流出物之后，過(guò)熱水蒸汽的第二流變成廢水蒸汽流；g)在第二反應(yīng)區(qū)中，使被加熱的第一流出物與脫氫催化劑在脫氫反應(yīng)條件下接觸，以提供含有苯乙烯的產(chǎn)物流；h)將所述廢水蒸汽流分流為第一部分和第二部分；i)將廢水蒸汽的第一部分加壓；j)在所述加熱爐內(nèi)的第一加熱區(qū)中將加壓的廢水蒸汽的第一部分加熱，以提供過(guò)熱水蒸汽的第二流，所述過(guò)熱水蒸汽的第二流向上游再循環(huán)至與第二反應(yīng)區(qū)相關(guān)的傳熱區(qū)； k)在所述加熱爐內(nèi)的第二加熱區(qū)中加熱所述廢水蒸汽的第二部分，以提供過(guò)熱水蒸汽的第一流。
20.權(quán)利要求19所述的方法，所述方法還包括在所述加熱爐內(nèi)的第二加熱區(qū)中加熱廢水蒸汽的第二部分，以提供過(guò)熱水蒸汽的第三流；在與第一反應(yīng)區(qū)相關(guān)的加熱區(qū)中，將來(lái)自過(guò)熱水蒸汽的第三流的熱量傳遞至所述流體流，在將過(guò)熱水蒸汽的第三流的熱量傳遞至所述流體流之后，過(guò)熱水蒸汽的第三流變成廢水蒸汽的第二流；在所述加熱爐內(nèi)的第三加熱區(qū)中，將廢水蒸汽的第二流加熱以提供過(guò)熱水蒸汽的第一流，所述過(guò)熱水蒸汽的第一流與所述進(jìn)料合并。
21.權(quán)利要求19所述的方法，其中所述將廢水蒸汽的第一部分加壓的步驟包括將廢水蒸汽的該部分引入到熱壓縮機(jī)中，并將壓縮水蒸汽引入到所述熱壓縮機(jī)中，所述壓縮水蒸汽的壓力高于所述廢水蒸汽的壓力。
22.權(quán)利要求19所述的方法，其中將所述含有苯乙烯的產(chǎn)物流分離成含有提純的苯乙烯的第一組分和含有乙苯的第二組分。
23.權(quán)利要求19所述的方法，其中所述水蒸汽/油比不高于約1.15，并且所述過(guò)熱水蒸汽的溫度不超過(guò)約815°C。
全文摘要
在通過(guò)相應(yīng)烴的催化脫氫制備烯烴中有益地使用了一種用于對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝提供熱量的方法和系統(tǒng)。催化脫氫過(guò)程使用水蒸汽稀釋劑，在可以為1.0以下的水蒸汽與油的比例以及相對(duì)低的水蒸汽過(guò)熱器加熱爐溫度下運(yùn)行。該方法和系統(tǒng)有益地用于通過(guò)乙苯的催化脫氫制備苯乙烯。
文檔編號(hào)B01J8/02GK102333746SQ201080009317
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者桑吉·拉莫, 理查德·J·威爾科克斯, 約瑟夫·羅默奧, 羅伯特·布魯默, 阿賈伊·加米 申請(qǐng)人:魯姆斯科技公司