[发明专利]一种乙烯和丙烯的联产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙烯和丙烯的联产方法。

背景技术

乙烯是石油化学工业的基础原料。乙烯的产量、生产规模和技术标志着一个国家石油化工的发展水平。目前生产乙烯的方法以管式炉石油烃蒸汽裂解技术为主，据统计，世界上大约99％的乙烯和50％以上的丙烯通过该方法生产。

工业上，蒸汽裂解的原料多为轻烃、石脑油、加氢尾油和轻柴油等，其中轻烃包括蒸汽裂解装置中的循环乙烷和丙烷物流。在现代石油化工企业中，乙烯的蒸汽裂解生产工艺通常由若干台石脑油乙烷裂解炉、若干台重油乙烷裂解炉和一台乙烷裂解炉组成，乙烷裂解炉产生的裂解气汇总到裂解气总管中，然后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产品。然后进行下一步的分离和回收。

乙烷和丙烷通过脱氢反应过程生成乙烯和丙烯是众多研究者研究的热门课题之一，从目前来看，乙烷催化脱氢制乙烯的工艺反应温度较高(750℃左右)，相比蒸汽热裂解工艺而言经济性较差，因此多年来一直无法工业化。而丙烷催化脱氢制丙烯的工艺反应温度相对要低一些(500～600℃)，通过多年的研究，其催化剂性能得到改善，其经济性也逐渐与蒸汽裂解工艺不相上下。从原理上讲，丙烷催化脱氢反应在热力学上是吸热、分子数增加的可逆反应，其热力学反应方程式为：C₃H₈(g)＝C₃H₆(g)+H₂(g)-124kJ/mol。丙烷转化率取决于热力学平衡，为使反应向脱氢方向进行，需要提高反应温度和降低压力。实验表明，在一个大气压下，当丙烷转化率为50％时，反应温度至少要达600℃。在这种条件下，丙烷易裂解成小分子使丙烯选择性下降，同时焦炭沉积使催化剂极易失活。500℃时，当压力为0.1MPa，丙烯的摩尔分数仅为14％；当压力为0.01MPa，丙烯的摩尔分数上升到33％。降低反应总压，可以增加丙烷的转化率和丙烯的平衡物质的量分数。

虽然蒸汽裂解过程是现有的最有效的乙烯生产工艺，但是这个过程也是整个化学工业耗能最大的工艺过程，大约占整个化学工业总一次能耗的8％。在蒸汽裂解过程中，就单个工序而言，高温裂解工序是整个蒸汽裂解过程中单个工序耗能最高的工序。所以，高温乙烷裂解炉的技术改进成了当今蒸汽裂解的工程设计人员面对的最大挑战。管式炉蒸汽乙烷裂解炉主要分为辐射段、对流段和急冷部分，其中裂解反应主要发生在辐射段，对流段和急冷部分的主要功能是回收热量。管式炉蒸汽乙烷裂解炉经过几十年的发展，已日臻完善，其改进的空间已经十分有限。

CN1405272A公开了一种乙烷裂解炉，该发明改造了乙烷裂解炉的辐射段燃烧系统，采用炉底和炉顶同时加热的方式为辐射段进行加热，辐射段产生的高温烟气经过横跨段进入对流段，对流段是多组对流盘管。该乙烷裂解炉仍然是传统的石油烃原料乙烷裂解炉，仅仅在辐射段燃烧系统做了改变，高温裂解所产生的能耗仍比较高。

CN1659257A发明了一种具有至少一个对流段的乙烷裂解炉，通过乙烷裂解炉的两个对流段使得乙烷裂解炉辐射段的烟气分布更加均匀，该乙烷裂解炉仅仅通过两个对流段使得辐射段烟气分布更加均匀，对流段依然是排布若干传统的回收热量的换热管，因此，尽管该乙烷裂解炉可以使辐射段的烟气分布更加均匀，但本发明的乙烷裂解炉对于高温裂解需要高能耗的问题仍需进一步改善。

在裂解装置中，为了处理循环的乙烷和丙烷物流，总是要设置一台气体乙烷裂解炉或液体裂解炉中若干组炉管来裂解循环的乙烷和丙烷物流，以提高低碳烯烃的收率。随着新技术的不断发展，乙烷和丙烷生产低碳烯烃的方法已经不仅仅限于蒸汽热裂解，催化脱氢是一种有着广阔前景的方法。但前述可知，乙烷催化脱氢方法在经济性上与蒸汽热裂解工艺仍有较大差距，而丙烷催化脱氢方法在显示出其强大的生命力。虽然关于丙烷催化脱氢的研究很多，但目前这些研究都停留在制备得到含丙烯的混合气体的阶段，没有技术将催化脱氢后产生含丙烷的混合气分离提纯制备纯丙烯产品，并且这些实验均停留在小试阶段，没有人将低碳烷烃催化脱氢制备低碳烯烃应用到工业化生产中，更没有技术将低碳烷烃催化脱氢制备低碳烯烃的技术应用到蒸汽裂解生产乙烯的系统中，结合蒸汽裂解的分离回收方法来制备纯丙烯产品的报道。也没有出现利用乙烷蒸汽热裂解工艺乙烷裂解炉产生的高温为丙烷的催化脱氢提供热源，将乙烯的蒸汽裂解工艺和丙烷的催化脱氢的工艺相结合进行乙烯和丙烯联产的报导。

发明内容