发明内容

在这种背景下，本发明提出了根据各独立专利权利要求的前序部分的用于生产乙烯的方法和相应的设备。优选实施方案是从属权利要求以及以下描述的主题。

在解释本发明的优点之前，下面更详细地定义在本发明的描述中使用的一些术语。

在本文使用的语言中，组分混合物可以“富含(rich)”或“贫含(poor)”一种或多种组分，其中基于摩尔、重量或体积，术语“富含”可以代表含量为至少75％、80％、90％、95％或99％，并且术语“贫含”代表含量为至多25％、20％、10％、5％或1％。在本文使用的语言中，组分混合物也可以富集(enriched)或贫乏(depleted)一种或多种组分，其中这些术语参考形成所考虑的组分混合物的另一组分混合物中的相应含量。当所考虑的组分混合物具有至少1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1000倍于指定组分的含量时，其是“富集的”，并且当所考虑的组分混合物具有至多0.75倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍于指定组分的含量时，其是“贫乏的”。在刚刚解释的意义上，“主要”包含一种或多种组分的组分混合物尤其富含该组分或这些组分。

如果本文中说一种组分混合物是使用另一种组分混合物“形成”的，则这意味着所考虑的组分混合物包含至少一些在另一种组分混合物中包含或由另一种组分混合物形成的组分。由另一种组分混合物形成一种混合物可以包括，例如，分出组分混合物的一部分，混合一种或多种其他组分或组分混合物，至少一些组分的化学或物理转化，以及加热、冷却、蒸发、冷凝等。由另一种组分混合物“形成”一种组分混合物也可以仅包括以合适的形式，例如在容器或管道中提供另一种组分混合物。

本申请使用术语“压力水平”和“温度水平”来表征压力和温度，其旨在表示相应设备中的相应压力和温度不必以精确的压力或温度值的形式使用。然而，这样的压力和温度通常在一定范围内，例如在中值附近浮动±1％、5％、10％、20％或25％。相应的压力水平和温度水平可以在分隔范围内或在重叠范围内。例如，如果发生不可避免的压力损失，则可能仍然存在这样的压力水平。这种情况也适用于温度水平。本文以巴为单位给出的压力水平是绝对压力。

本发明的优点

本发明提出了一种用于生产乙烯的方法，其中将第一进料气体(新鲜的进料气体)和第二进料气体(再循环的进料气体)进料到反应器中，在其中通过蒸汽裂化对它们进行处理以获得产物混合物(裂化气体)。第一进料气体可以特别地由具有常规规格的所谓的粗乙烷组成，并且可以特别地由设备边界(plant boundary)供应。第一进料气体包含多于90重量％、特别是多于95重量％的饱和烃，和多于80重量％、特别是多于85重量％、90重量％或95重量％的乙烷。第一进料气体中的丙烷含量特别地为至多15重量百分比，例如至多10重量百分比或至多5重量百分比。

第一进料气体特别地贫含或(基本上)不含重级烃，其含量可以特别地为最多5重量百分比或1重量百分比。术语“重级烃”在本文特别是指具有四个或更多个碳原子的烃。

第一进料气体可以包含至多5重量百分比的甲烷。特别地，其不含或至少贫含二氧化碳和其他痕量组分。关于“进料气体”的所有说明均指直接在反应器处的新鲜进料，即，相应的进料气体可能已被预处理过，例如，贫乏CO₂。

在本发明的上下文中，特别地以中等或低乙烷转化率来进行蒸汽裂化，以避免过度形成副产物，例如乙烷转化率为65％或更低、60％或更低、55％或更低、50％或更低或45％或更低，且10％或更高、20％或更高或30％或更高。因此，相对大量的乙烷保留在产物混合物中。蒸汽裂化的其他参数设置可以根据需要由专业人员设定。特别地，以使得由转化的乙烷产生相对大量的乙烯并且产生相对较少的具有三个或更多个碳原子的烃的方式来选择适当的设置，例如蒸汽稀释和反应器压力。

如果说明书在不同情况下谈及“一个”反应器，那么毋庸置疑的是，除了仅一个反应器的情况，也可以串联或并联使用多个反应器，那么可以向其中进料一种或多种相应的进料气体。几个这样的反应器(“裂化炉”)可以以相同或不同的方式操作。

在本发明中，对从反应器去除的产物混合物或其一部分进行处理以获得后续混合物，该后续混合物包含氢气、甲烷、乙烷、乙烯和具有三个、四个和至少五个碳原子的烃，并且特别是(基本上)由这些组分组成。处理可以以通常的方式进行(见上文)。特别地，这样的处理可以包括乙炔的氢化和特别是含有三个碳原子的单不饱和烃和多不饱和烃的部分氢化，以避免在组分再循环期间发生相应的氢化。然后在本发明的范围内对相应形成的后续混合物或其一部分进行分离。

本发明的特征在于以下事实：所述分离包括乙烯分离步骤，将来自后续混合物或其一部分的至少乙烷、乙烯和具有三个碳原子的烃以公共分离进料的形式彼此未分离地进料至所述乙烯分离步骤。与现有技术中通常基本上由乙烷与乙烯的彼此分离(在所谓的C2分离器中)所组成的已知的乙烯分离步骤相比，本发明因此在相应的分离步骤中使乙烯与不仅包含乙烷还包含来自产物混合物的大部分重级烃的其余馏分分离。在本发明的上下文中，由于因第一进料气体的组成而整体形成了相对较少量的具有三个碳原子的烃并且因此产物混合物中存在相对较少量的具有三个碳原子的烃，所以其余馏分仍然包含特别地多于50重量百分比、特别地多于60重量百分比、多于70重量百分比、多于80重量百分比或多于85重量百分比、特别地至多95重量百分比或至多90重量百分比的乙烷和其他重级烃，至少具有三个碳原子的那些烃。然而，重级烃不像常规方法那样在乙烯分离步骤的上游进行分离。如下所述，这至少适用于具有三个碳原子的烃。

取决于根据本发明的方法的设计，也可以向乙烯分离步骤进料具有四个和可能五个碳原子的烃，如下面详细解释的。此处分离的乙烯或来自乙烯分离步骤的轻馏分可以作为该方法的乙烯产物输出。本发明的一个基本方面是将上述组分不可分离地进料至乙烯分离步骤。这有利于上游分离并有助于减少分离工作。

如果本文描述道将来自后续混合物或其一部分的至少乙烷、乙烯和具有三个碳原子的烃“不分离地”进料至乙烯分离步骤，则应理解，这些组分至少部分地以连续物料流(然而，可以从其分离一部分或某些组分，包括具有三个碳原子的烃)的形式从反应器向前运送至乙烯分离步骤。取决于方法的具体设计，用于乙烯分离步骤的分离进料还可以特别地包含具有四个碳原子的烃或具有四个和至少五个碳原子的烃，其因此也不分离地进料至乙烯分离步骤。

在乙烯分离步骤中，形成了包含多于95摩尔百分比、特别是多于99摩尔百分比的乙烯并且特别是(基本上)由乙烯组成的前述轻馏分，以及包含至少一部分来自分离进料(S、V、X)的乙烯和至少15重量百分比的含有三个和四个碳原子的烃(任选地还有更重的烃)的重馏分。特别地，重馏分可包含多于20重量百分比、多于30重量百分比、多于40重量百分比、多于50重量百分比、多于60重量百分比、多于70重量百分比、多于80重量百分比或多于90重量百分比的包含三个和四个碳原子的烃(或更重的烃，视情况而定)，后面的值也可用于指定相应范围的上限。这些值是用乙烷对这些组分进行相对高的稀释后得出的。重馏分可以(基本上)不含乙烯。来自乙烯分离步骤的重馏分或其一部分(直接地或与包含的任何较重组分的分离)用于形成第二进料气体。

为了减少分离工作，本发明可以特别用于“软(soft)”或“模糊(fuzzy)”脱乙烷，其中如现有技术已知的，不形成包含乙烷和乙烯的馏分，该馏分(基本上)不含其它组分，特别是较重组分。这与脱甲烷组合。然而，也可以仅进行脱甲烷。

因此，在本发明中，可以使用第一预分离步骤和第二预分离步骤来形成待进料至乙烯分离步骤的分离进料，将进行分离的后续混合物或其一部分以组成未改变的形式进料至第一预分离步骤，在第一预分离步骤中形成轻馏分和重馏分，其中将来自第一预分离步骤的轻馏分或其一部分进料至第二预分离步骤，其中在第二预分离步骤中形成轻馏分和重馏分，并且其中将来自第二预分离步骤的重馏分或其一部分用作进料至乙烯分离步骤的分离进料或其一部分。第一预分离步骤对应于已经提到的软脱乙烷，第二预分离步骤对应于脱甲烷(对应于通常的脱甲烷)。

可以不同地设置根据本发明使用的软脱乙烷的分离极限。在第一可选方案中，来自第一预分离步骤的轻馏分可以包含少于1摩尔百分比的具有四个和至少五个碳原子的烃并且其余是甲烷、乙烷、乙烯和具有三个碳原子的烃。在这种情况下，来自第一预分离步骤的重馏分可以包含少于1摩尔百分比的氢气、甲烷和乙烯并且其余是乙烷、具有三个、四个和至少五个碳原子的烃。第一可选方案中的该分离步骤的任务特别是分离乙烯和具有四个和至少五个碳原子的烃，而具有三个碳原子的烃包含在两种馏分中。在该第一可选方案中，来自第二预分离步骤(即脱甲烷)的轻馏分也包含总共多于99摩尔百分比的甲烷和氢气，并且来自第二预分离步骤的重馏分包含总共少于1摩尔百分比的甲烷和氢气并且其余是乙烷、乙烯和具有三个碳原子的烃。

在第二可选方案中，可以设置软脱乙烷的分离极限，以使得来自第一预分离步骤的轻馏分包含总共少于1摩尔百分比的具有至少五个碳原子的烃并且其余是甲烷、乙烷、乙烯和具有三个和四个碳原子的烃，并且来自第一预分离步骤的重馏分包含总共少于1摩尔百分比的氢气、甲烷和乙烯并且其余是乙烷和具有三个、四个和至少五个碳原子的烃。第二可选方案中的该分离步骤的任务特别是分离乙烯和具有至少五个碳原子的烃。在该第二可选方案中，来自第二预分离步骤(即脱甲烷)的轻馏分基本上如上所述包含多于99摩尔百分比的甲烷和氢气。来自第二预分离步骤的重馏分也包含总共少于1摩尔百分比的甲烷和氢气，但是其余是乙烷、乙烯和具有三个和四个碳原子的烃。

在上述两种可选方案中，可以对来自第一预分离步骤的重馏分或其一部分进行进一步分离步骤，在该进一步分离步骤中形成轻馏分和重馏分。轻馏分包含少于1摩尔百分比的含有至少六个碳原子的烃并且其余是含有三个、四个和五个碳原子的烃，或包含少于1摩尔百分比的含有至少五个碳原子的烃并且其余是含有三个和四个碳原子的烃。在这种情况下，根据刚才指出的轻馏分的组成的第一可选方案，重馏分可以主要包含或仅包含含有至少六个碳原子的烃，或者根据刚才指出的轻馏分的组成的第二可选方案，重馏分可以主要包含或仅包含含有至少五个碳原子的烃。

最后解释的分离步骤的任务是产生合适的再循环。至少应除去具有六个碳原子的烃，也可能除去具有五个碳原子的烃。因此，在后一种情况下，如从现有技术中通常已知的，该进一步分离步骤是典型的脱丁烷步骤。

然而，根据第三可选方案，也可以仅使用单个预分离步骤来形成进料至乙烯分离步骤的分离进料，向该单个预分离步骤中进料组成未改变的后续混合物。这也涉及脱甲烷。在该单个预分离步骤中，形成了包含多于99摩尔百分比的甲烷和氢气的轻馏分。由于烃的添加，在单个预分离步骤中形成的重馏分包含少于1摩尔百分比的甲烷和氢气，但是其余为乙烷、乙烯和包含三个、四个和至少五个碳原子的烃。来自单个预分离步骤的该重馏分或其一部分应用作进料至乙烯分离步骤的分离进料或分离添加物(insert)的一部分。

如果使用单个预分离步骤而不是第一和第二预分离步骤，如在刚才解释的第三可选方案中，则将乙烯分离步骤之后剩余的重馏分的至少一部分有利地进料至进一步分离步骤，在该进一步分离步骤中形成轻馏分和重馏分。所述轻馏分包含少于1摩尔百分比的含有至少六个碳原子的烃并且其余是含有三个、四个和五个碳原子的烃，或者包含少于1摩尔百分比的含有至少五个碳原子的烃并且其余是含有三个和四个碳原子的烃。在这种情况下，根据刚才指出的轻馏分的组成的第一可选方案，重馏分可以主要包含或仅包含含有至少六个碳原子的烃，或者根据刚才指出的轻馏分的组成的第二可选方案，重馏分可以主要包含或仅包含含有至少五个碳原子的烃。

在此，最后解释的分离步骤的任务也是产生合适的再循环方法，其中至少除去具有六个碳原子的烃，并且可能还除去具有五个碳原子的烃。在后一种情况下，如从现有技术中通常已知的，该进一步分离步骤是典型的脱丁烷步骤。

应理解，在其中将具有至少六个碳原子的烃转移至馏分的每一种情况下，如上文和下文所述，这些烃包含在产物混合物中。

在使用前面称为“进一步分离步骤”的分离步骤的所有情况下，轻馏分或其一部分用于形成第二进料气体，因为其贫含或不含具有六个和可能更多个碳原子以及还可能具有五个碳原子的烃，并且包含适合于在蒸汽裂化中再循环的烃。，如果已经多次解释的裂化气体的处理涉及氢化，则情况尤其如此。可以将来自进一步分离步骤的轻馏分与来自第一和第二可选方案的乙烯分离步骤的重馏分合并。

另一方面，通常将来自进一步分离步骤的重馏分与来自处理的包含具有至少五个或至少六个碳原子的烃的馏分一起从所述方法中排出。这就是所谓的热解汽油，其可以以本身已知的方式使用，例如用作燃料或生产芳烃。

本发明的上述三种可选方案(具有第一和第二预分离步骤，其中第一预分离步骤具有不同的分离极限，以及不具有第一预分离步骤的可选方案)在生产和操作成本方面各自具有不同的优点，其在下面进行了概述。因此，专家根据需要选择上述可选方案。

在第一可选方案下，可以实现所需轴功率降低3.6MW，在第二可选方案下，可以实现所需轴功率降低6.3MW，并且在第三可选方案下，可以实现所需轴功率降低6.9MW(在这里和下文中，“降低”参考如图1中所示的非发明方法)。这是由于脱乙烷塔中的软分离或省略了分离。所需的低压蒸汽量(以提供其所需的能量的量来表示)也分别降低了10.8MW(第一可选方案)、13MW(第二可选方案)和16MW(第三可选方案3)。这可以归因于脱乙烷中加热功率的降低或消除。

在第二可选方案中，可以在比第一可选方案和非发明设计中的压力显著更低的压力下进行脱乙烷，这不仅导致较低的压缩机容量，而且节省了材料。这也适用于脱乙烷的塔板数，其在第二可选方案中也降低。在第三可选方案中，可以有利地向脱丁烷配备额外的低压吸收器。

在第三可选方案中，可以将板翅式换热器的面积减少约600kW/K，特别是由于消除了脱乙烷。在第一可选方案中，块壳式换热器(block-in-shell heat exchanger)的面积减少约750kW/K，在第二可选方案中，块壳式换热器的面积减少约1450kW/K，并且在第三可选方案中，块壳式换热器的面积减少约1800kW/K。在第一可选方案中，壳管式换热器的面积可以减少约2600kW/K，在第二可选方案中，壳管式换热器的面积可以减少约4300kW/K，并且在第三可选方案中，壳管式换热器的面积可以减少约5700kW/K。

本发明还涉及一种用于生产乙烯的设备，对于该设备，可以参考相应的独立权利要求。参考关于这种设备的特征和优点的以上说明，其可以特别地被设计为执行如先前以各种形式详细解释的方法。

下面参考附图更详细地解释本发明，这些附图相比于不符合本发明的实施方案来说明了本发明的实施方案。