[发明专利]以裂解碳四为原料增产丙烯和乙烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增产丙烯和乙烯的方法。特别的，本发明涉及一种利用蒸汽裂解制乙烯工艺产生的碳四烷烃和烯烃混合物为原料，提高蒸汽裂解工艺制乙烯装置的乙烯和丙烯产量的方法。

背景技术

乙烯和丙烯是重要的基本化工原料。在工业生产过程中，乙烯和丙烯主要通过蒸汽裂解(即热裂解)工艺生产。在蒸汽裂解生产装置中，轻烃、石脑油、加氢尾油、轻柴油等裂解原料与水蒸气混合后，在裂解炉中发生热裂解反应，生成氢气、甲烷、碳二、碳三、碳四、碳五、裂解汽油、裂解燃料油以及焦炭等裂解产物。裂解产物在后续的分离(回收)系统中分馏提纯，得到不同碳原子数的馏分，再从碳二、碳三馏分中分离出乙烯和丙烯产品。

随着我国经济的快速增长，下游行业对乙烯和丙烯的需求量快速增长。按照乙烯表观消费量加下游产品净进口量折合算出的当量消费量估计，我国2008年的乙烯自给率仅有54％。为了满足下游行业不断增长的需求，缓解供需矛盾，我国的乙烯产能也迅速扩大。近年来，一些新建或扩建的乙烯项目陆续投产，另有一批乙烯项目在建设过程中。新增的乙烯产能需要大幅度增加裂解原料的供应量，然而国内炼油能力难以快速增长，造成裂解原料供应紧张、品质下降，而使蒸汽裂解工艺中的分离(回收)系统的实际负荷低于其设计生产能力。所以，提高裂解原料利用效率、充分发挥裂解装置的生产能力将成为影响企业经济效益的重要因素。

蒸汽裂解装置中生成的裂解产物经分离后得到不同碳原子数的馏分，其中裂解碳四馏分的主要成分是丁二烯、丁烯、丁烷和少量丁炔。经过丁二烯抽提分离出丁二烯产品后，剩余的裂解碳四是碳四烯烃和烷烃的混合物，其中丁烯的含量为70wt％以上。这部分碳四烯烃和烷烃混合物占蒸汽裂解产物总量的4～10wt％，但普遍用于民用液化石油气，产品附加值较低。随着民用液化石油气逐渐被更廉价的天然气所取代，人们希望为裂解碳四烯烃和烷烃寻求附加值更高的利用途径，而将其裂解为乙烯和丙烯正是一种潜在的处理方案。目前，世界上已有多家公司开展了将碳四烯烃和烷烃裂解为乙烯、丙烯等低碳烯烃的研究，并取得了较大进展，催化裂解、氧化裂解以及催化脱氢等工艺和相关催化剂均有报道。这些方案有望提高裂解原料的利用效率，得到更多的高附加值的低碳烯烃产品。同时，碳四烯烃和烷烃的裂解产物还可以利用蒸汽裂解装置的分离(回收)系统分离提纯得到乙烯和丙烯产品，挖掘现有分离(回收)系统的生产潜力。

催化裂解过程可以有效地将碳四烯烃转化为丙烯和乙烯，反应温度可以远低于现有的蒸汽裂解过程，并且催化裂解产物组成与蒸汽裂解产物相似。烷烃在催化裂解反应中的反应速率远低于烯烃，尤其是在较低温度下，碳四烷烃反应较慢。而在氧化裂解过程中，由于引入了氧气，打破了烃类裂解的热力学平衡限制，并且能够加快烷烃的脱氢反应，促进碳键断裂，降低反应的表观活化能。因此，氧化裂解过程不仅可以使原料接近完全转化，还能使烷烃也充分裂解。此外，氧化裂解过程是放热反应，不需要额外提供燃料以维持反应温度。

发明内容

本发明为了提高蒸汽裂解工艺中裂解原料的利用效率，充分利用裂解碳四烷烃和烯烃，提出了在现有蒸汽裂解工艺中增加裂解碳四处理系统，利用蒸汽裂解工艺产生的碳四烷烃和烯烃混合物为原料多产丙烯和乙烯的方法。

本发明提供的方法以蒸汽裂解工艺产生的碳四烷烃和烯烃混合物为原料，结合了催化裂解过程和氧化裂解过程，利用催化裂解反应使碳四烷烃和烯烃混合物中大部分碳四烯烃在催化裂解系统中裂解为丙烯、乙烯及其他副产品，再利用氧化裂解过程使催化裂解过程中未能充分转化的碳四烷烃等物料进一步反应生成乙烯、丙烯和其他氧化裂解产物，使所述催化裂解气中的烯烃和烷烃都能够充分转化，有效提高了丙烯和乙烯的产量。本发明将催化裂解系统和氧化裂解系统产生并简单分离后的物流重新送入蒸汽裂解装置的分离(回收)系统，可以充分挖掘现有分离(回收)系统的生产潜力。这样就可以通过增加以蒸汽裂解工艺中产生的碳四烷烃和烯烃混合物为原料的裂解碳四处理系统，提高蒸汽裂解装置的丙烯和乙烯产量。

具体技术方案如下：

本发明的增产丙烯和乙烯的方法，在蒸汽裂解及分离装置中增设包括催化裂解单元和氧化裂解单元在内的裂解碳四馏分处理系统，所述方法以蒸汽裂解工艺产生的碳四烷烃和烯烃混合物为原料，包括以下步骤：

(1)碳四催化裂解：将碳四烷烃和烯烃混合物从蒸汽裂解及分离装置引出，送入催化裂解单元，将所述碳四烷烃和烯烃混合物至少部分地转化为富含丙烯和乙烯的催化裂解气；