发明内容

在此背景下，本发明提出了一种具有权利要求的相应特征的用于生产丙烯的方法和设备。优选实施方案是从属权利要求以及以下描述的主题。

如果一种或多种组分的基于摩尔、重量或体积的含量至少为50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.5％，则任何种类的流体在这里通常被称为“富含(rich)”一种或多种所含有的组分。在一种或多种组分的基于摩尔、重量或体积的含量最多为30％、20％、10％、5％、1％或0.5％时，它们被称为“贫乏(poor)”一种或多种组分。在这里使用的语言中，它们可以“富集(enriched)”或“贫化(depleted)”一种或多种组分，据此，这些术语指的是相应流体由其形成的源流体中的对应含量。如果流体中一种或多种组分的含量相对于起始流体而言至少是2、5、10、100或1,000倍，则它被称为富集。但是，如果流体中一种或多种组分的含量相对于起始流体而言最多是0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍，则它被视为贫化。“主要”含有一种或多种组分的流体富含上文定义的这种或这些组分。

如果一种流体(术语流体也用于指对应的流、部分等)至少具有包含在另一种流体(这里也称为初始流体)中或从初始流体中获得的一些组分，则这种流体从初始流体得到或形成。可以通过将一部分或一种或多种组分分离或分支，相对于一种或多种组分富集或贫化，使一种或多种组分发生化学或物理反应，加热、冷却、加压等方式从初始流体获得或形成在此意义上得到或形成的流体。例如，也可以简单地通过将其从储罐中取出或将其与另一材料流分离来形成材料流。

在下文中，术语“压力水平”和“温度水平”被用来表征压力和温度，据此要表达的是，压力和温度不一定要以精确的压力或温度值的形式提供。例如，压力水平或温度水平可以是平均值附近的±1％、5％、10％、20％或50％。多个压力和温度水平可以代表分隔的或重叠的区域。相同的压力或温度水平可能仍然存在，例如，如果压力和温度由于管道损失或冷却而降低。这里用巴表示的压力水平是绝对压力。

本发明特别基于已知的膜分离工艺(实际上)没有规模经济的认识，这就是为什么它们通常不是高生产率设备的经济解决方案，但往往是小型设备的成本效益好的解决方案。膜分离工艺与低温蒸馏工艺的根本区别在于，典型地它们只适合于粗(毛)分离，但不能提供高纯度产品。

在此背景下，本发明提出了一种简单且成本效益好的方法，用于从使用丙烷脱氢形成的组分混合物中分离出含丙烷的部分或丙烯产品，其中组分混合物特别地以比较小的生产量形成，或丙烷脱氢的生产能力比较低。这里，“小生产量”或“小生产能力”被理解为是指20至120kta(千吨/年)，特别是35至80kta，例如约50kta的生产量。

在本发明的背景下提出的分离被证明比传统的低温分离序列更有优势得多，特别是在对应的低生产能力的投资成本方面，因为可以省去复杂的仪器和机器。同时，如下文详细解释的，在本发明的框架内，可以在分离工艺中提供含有适合于丙烷脱氢的量的丙烷和氢气的反应进料。因此可以省去外部加料。

本发明特别适合用于小型丙烷脱氢设备，这些设备可进行改造以增加现有设备(例如蒸汽裂化设备)的产量。由于根据本发明提出的氢气分离，剩余的气体混合物可以在这种现有设备或在那里提供的分离设施中进行处理，并且不会使它们过载。因此，不需要进一步的改造措施。

本发明总体上提出了一种生产丙烯产品的方法，使用包含丙烷和氢气的丙烷脱氢反应进料，以提供包含丙烷、丙烯和氢气的组分混合物。如上所述，本发明的工艺可以集成到整体工艺或进行进一步的材料转换工艺步骤和分离步骤(例如一个或多个蒸汽裂化步骤和分配给它们的分离步骤)的设备中。特别是通过使用对应的进一步分离步骤，还可以获得根据本发明制造的丙烯产品。

本发明提供了组分混合物或其一部分作为第一分离进料经历第一膜分离，通过第一膜分离形成与第一分离进料相比富集氢气的第一渗透物和与第一分离进料相比贫化了氢气并含有氢气、丙烷和丙烯的第一渗余物。有利的是，第一渗透物不含或仅含少量的丙烷和丙烯，它们是进给到第一膜分离的第一分离进料中所含有的。如上文所述，膜分离工艺典型地不是为实现组分的完全分离而设计的，从而第一渗余物还含有第一分离进料中含有的大量氢气。为了它的进一步分离，使用了下文描述的第二膜分离。

第一(和随后解释的第二)膜分离可以在本发明的范围内使用现有技术已知的膜分离设备进行。对于进一步细节，请参考技术文献。

“渗透物”在这里被理解为一种气体或气体混合物，它主要或仅含有不被用于膜分离阶段的膜保留或主要不被该膜保留的组分，即不受阻碍地穿过该膜(基本上或至少优选)的组分。因此，“渗余物”是一种气体或气体混合物，它主要或仅含有在膜分离阶段完全或至少主要被膜保留的组分。

在本发明中，第一渗余物或其一部分作为第二分离进料经历第二膜分离，其中形成了至少含有第二分离进料中的大部分氢气的第二渗透物和至少含有第二分离进料中的大部分丙烷和丙烯的第二渗余物。在第二膜分离中，换句话说，第二分离进料中的氢气被主要或完全去除，从而形成了基本上含有较重组分，特别是丙烷和丙烯的渗余物。然后，这种第二渗余物可以进一步处理，以获得丙烯产品。

在本发明的背景下，可以使用两种不同的替代方法，根据具体情况，这些替代方法是有利的。因此，第一膜分离可以使用含有丙烷的吹扫气体进行，且第一渗透物可以作为充有吹扫气体中的丙烷的渗透物获得。对应的吹扫气体在渗透物一侧沿着用于膜分离的膜被引导，并能在膜上获得更大的量或更大的比例，因为穿过膜的较轻组分可以被连续排出，因此可以保持膜上的浓度或分压梯度。所用的含丙烷的吹扫气体特别是丙烷或富含丙烷的气体或气体混合物，但在任何情况下都有利地氢气含量低或不含氢气，以便在膜分离中实现上述有利效果。在任何情况下，充有吹扫气体中的丙烷的渗透物中的丙烷来自吹扫气体，而不是或仅有小比例来自于第一分离进料。

替代地或另外地，在本发明的范围内也可以使用含有丙烷的吹扫气体进行第二膜分离，从而使第二渗透物作为充有吹扫气体中的丙烷的渗透物获得。在这方面，上文关于在第一膜分离中使用含丙烷的吹扫气体所说明的内容基本上也适用。

最后，本发明提供了在反应进料的形成过程中使用充有吹扫气体中的丙烷的第一渗透物和/或充有吹扫气体中的丙烷的第二渗透物或其一个或多个部分。然而，如果其中一种渗透物，即第一或第二渗透物，不是作为充有吹扫气体中的丙烷的渗透物获得的，即如果在对应的第一或第二膜分离中没有使用对应的吹扫气体，这通常不用于反应进料的形成，但如下文所述，特别用于在一个或多个反应器中燃烧或进给到对应设备的燃料气体网络。

在形成反应进料的过程中使用充有含有丙烷的吹扫气体中的丙烷的渗透物的特殊优点是，对应的充有丙烷的渗透物已经含有对应的反应进料中所需要的组分(丙烷和氢气)，因此无需进行单独添加。在本发明的背景下，使用吹扫气体的双重优点是，可以有利地影响对应的膜分离，同时可以提供可直接用于分离应用的气体混合物。特别是，由于在对应的反应应用中提供的氢气不是来自外部来源，而是来自膜分离，因此以其他方式可能需要的额外清洁步骤可以被省去。

在本发明的背景下，经历丙烷脱氢的反应进料特别含有45至95体积百分比的丙烷和1至50体积百分比，特别是5至40体积百分比，例如9至30体积百分比的氢气。根据本发明，适当比例的氢气可有利地被进入膜分离步骤中使用的渗透物的氢气部分或完全覆盖。

在丙烷脱氢中形成的组分混合物和第一分离进料有利地含有40至60体积百分比的丙烷、20至30体积百分比的丙烯和25至35体积百分比的氢气。因此，在丙烷脱氢过程中，会形成额外的(过量的)氢气，其可有利地以未返回丙烷脱氢的比例用于其他目的。

如前所述，在第一膜分离中，发生了第一分离进料中氢气的部分贫化，从而在本发明的背景下，第一渗余物和第二分离进料特别含有10至20体积百分比的氢气。

使用第二膜分离会导致进一步的氢气贫化，从而第二渗余物仅具有5至15体积百分比的小比例的氢气。

有利的是，在根据本发明的工艺中，经历第一膜分离的组分混合物或其一部分在经历膜分离之前经历冷却和压缩。在经历丙烷脱氢之前，特别是通过与反应进料或其一部分进行热交换来进行冷却。在这种配置中，根据本发明提出的方法允许特别有利的热回收。

在本发明的范围内，在2至38巴、6至20巴、8至18巴、10至14巴、10至16巴或12至14巴的压力水平下，有利地对经历第一膜分离的组分混合物或其一部分进行压缩。这一压力水平特别取决于第二渗余物所需的输送压力，或取决于第二渗余物将经历的工艺的所需进口压力。压力水平还取决于来自丙烷脱氢的组分混合物中氢气的体积分数，因为第一和第二膜分离中有利的分离压力又取决于对应的体积分数。此外，如果氢气或富含氢气的部分作为第一和第二膜分离中的渗透物获得，其将被燃烧以产生热量，那么压力水平将与所需的压力相对应，尤其是如果将发生向加热气体网络的进料。另一个影响因素是外部温度，因为具有三个或可能更多个碳原子的烃不应该在第一和第二膜分离中冷凝。根据第一和第二膜分离步骤中使用的膜的设计，伴随的加热也可能是有利的，这取决于对应组分的分压。最后，另一个影响压力的因素是使用的压缩机。有利的是，它不应该具有多于两个的中间冷却阶段。

由电动机驱动的压缩机，特别是三级涡轮压缩机，有利地作为压缩机使用，因为电力驱动可以节省复杂的涡轮机和同样复杂的蒸汽系统连接。

在进一步的工艺步骤中，特别是在蒸汽裂化或一个或多个这些下游分离步骤中，第二渗余物的进给有利地在1至38巴的压力水平下进行，从而如果来自丙烷脱氢的原料气体的压缩被合适地选择，则不需要进一步的压缩步骤。

特别地，在本发明的范围内可以使用含丙烷的吹扫气体仅进行第一膜分离，因此仅第一渗透物可以作为充有来自吹扫气体的丙烷的渗透物获得。替代地，可以使用含丙烷的吹扫气体仅进行第二膜分离，并且仅第二渗透物可以作为充有来自吹扫气体的丙烷的渗透物获得。在这两种情况下，未充入来自吹扫气体的丙烷的渗透物或其一部分可以燃烧以在用于丙烷脱氢的一个或多个反应器中进行加热。为此，例如，如前所述，可以发生向加热气体网络中的进料。替代地，也可以将对应的渗透物(特别是主要或仅含有氢气)用于不同的目的。在任何情况下，在丙烷脱氢期间形成的氢气都可以通过这种方式有利地使用。

未充入吹扫气体中的丙烷的渗透物有利地在3至7巴的压力水平下提供以便在相应的第一或第二膜分离中适当使用，并且因此可以特别地进给到在适当压力下操作的加热气体网络中。

本发明还提供了一种设备，其特点在对应的独立专利权利要求中详细说明。关于本发明提出的设备的特征和优点，明确参考已经关于上述方法描述的特征和优点，以及已解释的其有利的实施方案的特征和优点。这一点特别适用于根据本发明特别优选的实施方案的设备，该设备具有为执行对应方法而设置的装置。

下文参考附图对本发明进行更详细的解释，

附图说明