本發(fā)明涉及碳四輕烴領(lǐng)域，更進一步說，涉及一種生產(chǎn)異丁烷的裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著石油化工加工深度的不斷深入，對液化氣、油田伴生氣、煉油裝置及乙烯裝置副產(chǎn)的c4餾分中各組分的合理利用日益受到重視。c4餾分中含有的1,3-丁二烯可用萃取精餾的方法分離出來用作生產(chǎn)合成橡膠，c4餾分中的異丁烯通過醚化裝置與甲醇反應(yīng)生成mtbe并可通過進一步的精密分餾獲得高純度的1-丁烯，其它碳四組分的利用還較少。異丁烷可以生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯、異丁烯、異丁醇、環(huán)氧丙烷等。近年來由于異丁烯、異丁醇和環(huán)氧丙烷等需求量逐年增加，使得異丁烷的利用越來越引起人們的重視，且因國內(nèi)油品升級帶動的烷基化裝置大規(guī)模擴張，煉廠碳四中的異丁烷將迅速由過剩轉(zhuǎn)為平衡，甚至(很可能)不足。同時，隨頁巖氣伴生的丁烷量持續(xù)增加，因其含大量正丁烷，將導(dǎo)致煉廠碳四中的正丁烷更加難尋出路，附加值將持續(xù)下降。

煉廠碳四來源廣泛，主要分為兩種類型，一種是含烯烴≤5wt％的飽和碳四，另一種是烯烴含量40～50wt％的不飽和碳四，乙烯裝置醚后碳四主要是烷烴和單烯烴，烯烴含量30～60wt％。當前，這些碳四混合物絕大部分作為液化氣燃料燒掉，化工利用率較低，由于對于異丁烷的需求旺盛，而正丁烷經(jīng)濟價值有限，由此如何提高異丁烷的產(chǎn)量就至關(guān)重要。

中國專利文獻cn102294203a公開了一種催化熱裂解制乙烯中的碳四二段加氫裝置及工藝，通過采用二段選擇性加氫，避免了1,3-丁二烯深度加 氫引起反應(yīng)器結(jié)焦、降低催化劑使用壽命和裝置運行周期的問題，可直接對混合碳四進行加氫，提高了原料的利用率。但是對于含少量或沒有二烯烴的碳四混合物沒有涉及具體的分離方法，也沒有涉及有機硫氮等雜質(zhì)的脫除方法，更沒有涉及異構(gòu)化反應(yīng)等。

中國專利文獻cn102188985a公開了一種碳四餾分選擇加氫催化劑及其制備方法，該催化劑可將碳四餾分中的炔烴選擇性加氫，丁二烯基本不損失，催化劑具有高活性、高選擇性并且制備方法簡單，應(yīng)用廣泛。但該發(fā)明主要是對碳四餾分中炔烴的選擇性加氫，沒有烷、烯混合物中單烯烴的加氫方法，且只是催化劑的制備，沒有涉及分離方法，也沒有涉及有機硫氮等雜質(zhì)的脫除方法，也沒有涉及異構(gòu)化反應(yīng)等。

中國專利文獻cn201410444683.x和cn1170632a公開了正丁烷異構(gòu)化制備異丁烷的催化劑和應(yīng)用，但主要是催化劑體系和工藝操作參數(shù)，不涉及流程開發(fā)。

中國專利文獻cn200680015930.8公開了正丁烷至異丁烷的異構(gòu)化方法，但正異丁烷混合物通過選擇性滲透膜進行分離，而非傳統(tǒng)成熟的精餾分離方法，工藝應(yīng)用較難實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中低價值的正丁烷大量富余，而高附加值的異丁烷不足等問題，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)異丁烷的組合工藝及方法。通過將加氫、異構(gòu)化工藝進行組合，本發(fā)明可以處理所有富含碳四輕烴，包括液化氣、油田伴生氣、煉廠碳四和乙烯裝置醚后碳四等，同時，通過采用換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)，將余熱回收，提高了裝置的經(jīng)濟效益。

本發(fā)明的目的之一是提供一種生產(chǎn)異丁烷的裝置，該裝置包括：加氫反應(yīng)器、加氫進出料換熱器、加氫進料加熱器、加氫分離裝置、脫輕塔、穩(wěn)定塔、異丁烷成品塔、異構(gòu)化進出料換熱器、異構(gòu)化進料加熱器和異構(gòu) 化反應(yīng)器；其中，

碳四進料管線連接加氫進出料換熱器、加氫進料加熱器后連接加氫反應(yīng)器上部；

加氫反應(yīng)器底部連接加氫進出料換熱器后連接加氫分離裝置，加氫分離裝置依次連接壓縮機吸入罐、壓縮機后與碳四進料管線合并，然后連接加氫進出料換熱器；

加氫分離裝置底部連接脫輕塔；

脫輕塔底部連接穩(wěn)定塔進出料換熱器后與異構(gòu)化反應(yīng)后碳四出料管線合并連接穩(wěn)定塔；

穩(wěn)定塔底部連接穩(wěn)定塔進出料換熱器后連接異丁烷成品塔，異丁烷成品塔側(cè)線依次連接異構(gòu)化進出料換熱器、異構(gòu)化加熱器后連接異構(gòu)化反應(yīng)器入口；

異構(gòu)化反應(yīng)器出口連接異構(gòu)化進出料換熱器后連接穩(wěn)定塔。

所述加氫進出料換熱器可通過管線直接連接到二段加氫反應(yīng)器頂部。

所述加氫分離裝置是為了分離氫氣和輕烴，加氫分離裝置可采用以下兩種組成之一：

a)所述加氫分離裝置包括加氫熱分離罐、加氫后冷器和加氫冷分離罐；

加氫反應(yīng)器底部連接加氫進出料換熱器后連接加氫熱分離罐，加氫熱分離罐頂部依次連接加氫后冷器和加氫冷分離罐，加氫冷分離罐頂部連接壓縮機吸入罐；加氫冷分離罐底部連接加氫熱分離罐；加氫熱分離罐底部連接脫輕塔。

b)所述加氫分離裝置也可包括加氫后冷器和加氫分離罐；

加氫反應(yīng)器底部連接加氫進出料換熱器后依次連接加氫后冷器和加氫分離罐，加氫分離罐頂部連接壓縮機吸入罐，加氫分離罐底部連接脫輕塔。

根據(jù)兩種加氫分離裝置，反應(yīng)出料經(jīng)加氫進出料換熱器換熱后可以有兩種方式，一種為先進入加氫熱分離罐進行氣液分離，頂部氣相經(jīng)過加氫 后冷器冷卻后進入加氫冷分離罐，加氫冷分離罐頂部連接壓縮機吸入罐，底部連接加氫熱分離罐，加氫熱分離罐底部液相連接脫輕塔(如圖1所示)；另一種方式為先經(jīng)加氫后冷器冷卻后進入加氫分離罐經(jīng)過氣液分離，頂部氣相連接壓縮機吸入罐，底部液相連接脫輕塔(如圖2所示)。

優(yōu)選采用第一種方式。

以上所述加氫進料加熱器可采用現(xiàn)有技術(shù)中通常的加熱設(shè)備，如：電加熱器、蒸汽加熱器或加熱爐。

具體可采用以下技術(shù)方案：

所述生產(chǎn)異丁烷的裝置包括：加氫反應(yīng)器、加氫進出料換熱器、加氫進料加熱器、加氫分離裝置、脫輕塔、穩(wěn)定塔、異丁烷成品塔、異構(gòu)化進出料換熱器、異構(gòu)化進料加熱器和異構(gòu)化反應(yīng)器；其中，

碳四進料管線連接加氫進出料換熱器、加氫進料加熱器后連接加氫反應(yīng)器上部；

加氫反應(yīng)器底部連接加氫進出料換熱器后連接加氫熱分離罐；加氫熱分離罐頂部依次連接加氫后冷器和加氫冷分離罐，加氫冷分離罐頂部依次連接壓縮機吸入罐、壓縮機后與碳四進料管線合并，然后連接加氫進出料換熱器；加氫冷分離罐底部連接加氫熱分離罐；

加氫熱分離罐底部連接脫輕塔；

脫輕塔底部連接穩(wěn)定塔進出料換熱器后與異構(gòu)化反應(yīng)后碳四出料管線合并連接穩(wěn)定塔；

穩(wěn)定塔底部連接穩(wěn)定塔進出料換熱器后連接異丁烷成品塔，異丁烷成品塔側(cè)線依次連接異構(gòu)化進出料換熱器、異構(gòu)化加熱器后連接異構(gòu)化反應(yīng)器入口；

異構(gòu)化反應(yīng)器出口連接異構(gòu)化進出料換熱器后連接穩(wěn)定塔。

本發(fā)明的目的之二是提供一種采用上述裝置生產(chǎn)異丁烷的方法，所述方法包括：

碳四原料經(jīng)由碳四進料管線進入所述裝置，經(jīng)加氫、分離后制得異丁烷和正丁烷，其中正丁烷經(jīng)異構(gòu)化反應(yīng)、分離后制得異丁烷。

具體可包括以下步驟：

(a)由界外來的碳四原料經(jīng)加氫進出料換熱器換熱后進入加氫反應(yīng)器將烯烴加氫飽和并脫除雜質(zhì)；所述雜質(zhì)包括微量有機硫氮，可將其轉(zhuǎn)換為h2s和nh3；

(b)加氫反應(yīng)器底部出料經(jīng)加氫進出料換熱器后進入加氫分離裝置，分離出的氫氣返回加氫反應(yīng)器，加氫分離裝置底部物料進入脫輕塔，通過精餾分離，塔頂?shù)玫教级?、碳三副產(chǎn)品；

(c)脫輕塔底部物料經(jīng)穩(wěn)定塔進出料換熱器換熱后與異構(gòu)化反應(yīng)后碳四合并進入穩(wěn)定塔；

(d)穩(wěn)定塔底部物料經(jīng)穩(wěn)定塔進出料換熱器換熱后進入異丁烷成品塔；通過精餾分離由塔頂部得到異丁烷產(chǎn)品，塔釜得到碳五重組分，塔側(cè)線采出包含正丁烷和異丁烷的混合物；

(e)所述包含正丁烷和異丁烷的混合物經(jīng)異構(gòu)化進出料換熱器、異構(gòu)化加熱器換熱后進入異構(gòu)化反應(yīng)器，進行異構(gòu)化反應(yīng)，將正丁烷轉(zhuǎn)化為異丁烷；

(f)異構(gòu)化反應(yīng)器底部出料經(jīng)異構(gòu)化進出料換熱器換熱后與脫輕塔底部物料合并進穩(wěn)定塔。

步驟(a)中，碳四原料經(jīng)加熱至160～300℃后進入加氫反應(yīng)器。當加氫反應(yīng)溫升很高，則正常生產(chǎn)時不需要加氫進料加熱器升溫，通過進出料換熱即可達到反應(yīng)溫度，僅開車時需要加氫進料加熱器，此時，經(jīng)加氫進出料換熱器換熱的物料可通過管線直接進入二段加氫反應(yīng)器。當加氫反應(yīng)溫升不高，則正常生產(chǎn)時除通過進出料換熱外，還需要加氫進料加熱器進行加熱。

步驟(b)中，當加氫分離裝置包括加氫熱分離罐、加氫后冷器和加氫 冷分離罐時，加氫反應(yīng)器底部出料經(jīng)加氫進出料換熱器降溫至50～100℃后進入加氫熱分離罐，加氫熱分離罐頂部氣相經(jīng)過加氫后冷器冷卻至20～50℃后進入加氫冷分離罐。

步驟(b)中，當加氫分離裝置包括加氫后冷器和加氫分離罐時，加氫反應(yīng)器底部物料經(jīng)加氫進出料換熱器換熱后，再經(jīng)加氫后冷器冷卻至20～50℃后進入加氫分離罐。

具體地，可采用以下技術(shù)方案：

(a)由界外來的碳四與壓縮機返回的循環(huán)氫氣混合進入加氫進出料換熱器，再經(jīng)加氫進料加熱器升溫至160～300℃，最后進入加氫反應(yīng)器將烯烴加氫飽和并把微量有機硫氮轉(zhuǎn)化為h2s和nh3；

(b)加氫反應(yīng)器底部出料經(jīng)與加氫進料換熱后降溫至50～100℃后可有兩種方式，一種先經(jīng)加氫后冷器冷卻至20～50℃后進入加氫分離罐進行氣液分離，頂部氣相連接壓縮機吸入罐，底部液相連接脫輕塔；另一種方式為先進入加氫熱分離罐進行氣液分離，頂部氣相經(jīng)過加氫后冷器冷卻至20～50℃后進入加氫冷分離罐，加氫冷分離罐頂部連接壓縮機吸入罐，底部連接加氫熱分離罐，加氫熱分離罐底部液相連接脫輕塔。

加氫分離罐或加氫冷分離罐頂部氣相大部分作為循環(huán)氫氣返回加氫反應(yīng)進料，并通過泄放管線維持循環(huán)氫系統(tǒng)內(nèi)非氫氣體含量穩(wěn)定。

(c)新鮮氫氣自界外與壓縮機吸入罐頂氣體合并進入壓縮機，經(jīng)壓縮機增壓后與碳四進料一起進入加氫進出料換熱器；

(d)加氫熱分離罐底部物料首先進入脫輕塔；通過精餾分離，塔頂?shù)玫教级?、碳三副產(chǎn)品；

(e)脫輕塔底部物料經(jīng)穩(wěn)定塔進出料換熱器換熱后與異構(gòu)化反應(yīng)后碳四混合進入穩(wěn)定塔，通過精餾分離，塔頂氣相脫除氫氣、硫化氫、氯化氫等不凝氣，底部物料進入異丁烷成品塔，通過精餾分離由異丁烷成品塔頂部得到異丁烷產(chǎn)品，塔釜得到碳五重組分；

(f)由異丁烷成品塔側(cè)線采出包含正丁烷和異丁烷的混合物與界外新鮮氫氣混合，經(jīng)過異構(gòu)化進出料換熱器、異構(gòu)化進料加熱器加熱至100～250℃后進入異構(gòu)化反應(yīng)器，在此將正丁烷轉(zhuǎn)化為異丁烷；

(g)異構(gòu)化反應(yīng)后物料經(jīng)異構(gòu)化進出料換熱器換熱后循環(huán)進入穩(wěn)定塔，通過精餾分離，塔頂脫除輕組分，塔釜得到正異丁烷混合物。

本發(fā)明所采用加氫催化劑為鎳系或鈀系加氫催化劑；異構(gòu)化催化劑為pt、pd、ir中的一種或兩種構(gòu)成的催化劑。

本發(fā)明的各設(shè)備的工藝條件可采用現(xiàn)有技術(shù)中通常采用的工藝條件，本發(fā)明中，可優(yōu)選采用以下工藝條件：

所述加氫反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器入口溫度為160～300℃，壓力為1.5～4.5mpag(表壓，以下同)，反應(yīng)溫升為5～100℃，氫油摩爾比為0.2～5，液體體積空速為0.5～6h^-1；

脫輕塔的操作條件包括：壓力為1～3mpag，塔頂操作溫度為30～90℃，塔板數(shù)為30～120，回流比為1～15；

穩(wěn)定塔的操作條件包括：壓力為1～3mpag，塔頂操作溫度為20～100℃，塔板數(shù)為30～100，回流比為1～100；

異丁烷成品塔的操作條件包括：壓力為0.1～1mpag，塔頂操作溫度為20～70℃，塔板數(shù)為80～150，回流比為1～20；

異構(gòu)化反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器入口溫度為100～250℃，壓力為1.0～4.0mpag，反應(yīng)溫升為5～50℃，液體體積空速為1～20h^-1。

本發(fā)明的特點是：

1)通過加氫將不飽和烯烴全部轉(zhuǎn)化為飽和烴，將原料中有機硫氮等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為h2s和nh3進行脫除，避免了對產(chǎn)品的影響；

2)通過合理設(shè)置換熱順序，最大程度上回收能量，降低系統(tǒng)能耗，提高了裝置的經(jīng)濟效益，通過一系列換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，節(jié)省能耗15％以上；

3)通過適宜的操作參數(shù)使塔釜溫度均低于150℃，塔頂溫度45℃左右， 采用較廉價的低壓蒸汽和循環(huán)冷卻水即可換熱，無需外部介入高等級的蒸汽和高品質(zhì)的冷凍水；

4)本發(fā)明通過將加氫和異構(gòu)化工藝進行組合，可以處理所有富含碳四輕烴用于生產(chǎn)異丁烷。

5)本發(fā)明除得到異丁烷外，還可副產(chǎn)碳二、碳三產(chǎn)品。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

通過結(jié)合附圖對本發(fā)明示例性實施方式進行更詳細的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，在本發(fā)明示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)異丁烷的裝置示意圖，其中加氫分離裝置包括加氫熱分離罐、加氫后冷器和加氫冷分離罐。

圖2為本發(fā)明的生產(chǎn)異丁烷的裝置示意圖，其中加氫分離裝置包括加氫后冷器和加氫分離罐。

附圖標記說明：

加氫反應(yīng)器1、加氫進出料換熱器2、加氫進料加熱器3、加氫后冷器4、加氫分離罐5、加氫熱分離罐6、加氫冷分離罐7、壓縮機吸入罐8、壓縮機9、脫輕塔10；脫輕塔冷凝器11、脫輕塔再沸器12、穩(wěn)定塔進出料換熱器13、穩(wěn)定塔14、穩(wěn)定塔冷凝器15、穩(wěn)定塔再沸器16、異丁烷成品塔17、異丁烷成品塔冷凝器18、異丁烷成品塔再沸器19、異構(gòu)化進出料換熱器20、異構(gòu)化進料加熱器21、異構(gòu)化反應(yīng)器22、碳四原料23、馳放氣24、加氫補充氫氣25、脫輕塔頂不凝氣26、c2/c3液相27、穩(wěn)定塔頂不凝氣28、異丁烷產(chǎn)品29、碳五重組分30、異構(gòu)化補充氫氣31。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

采用如圖1所示的組合裝置生產(chǎn)異丁烷。

該裝置包括：加氫反應(yīng)器1、加氫進出料換熱器2、加氫進料加熱器3、加氫分離裝置、脫輕塔10、穩(wěn)定塔14、異丁烷成品塔17、異構(gòu)化進出料換熱器20、異構(gòu)化進料加熱器21和異構(gòu)化反應(yīng)器22；其中，

碳四進料管線連接加氫進出料換熱器2、加氫進料加熱器3后連接加氫反應(yīng)器1上部；

加氫反應(yīng)器1底部連接加氫進出料換熱器2后連接加氫熱分離罐6，加氫熱分離罐6頂部依次連接加氫后冷器4和加氫冷分離罐7，加氫冷分離罐7頂部連接壓縮機吸入罐8；加氫冷分離罐7底部連接加氫熱分離罐6；加氫熱分離罐6底部連接脫輕塔10。

脫輕塔10底部連接穩(wěn)定塔進出料換熱器13后與異構(gòu)化反應(yīng)后碳四出料管線合并連接穩(wěn)定塔14；

穩(wěn)定塔14底部連接穩(wěn)定塔進出料換熱器13后連接異丁烷成品塔17，異丁烷成品塔17側(cè)線依次連接異構(gòu)化進出料換熱器20、異構(gòu)化加熱器21后連接異構(gòu)化反應(yīng)器22入口；

異構(gòu)化反應(yīng)器22出口連接異構(gòu)化進出料換熱器20后連接穩(wěn)定塔14。

生產(chǎn)異丁烷的方法包括：

(a)由界外來的碳四原料23進入加氫進出料換熱器2，再經(jīng)加氫進料加熱器3升溫至240℃，最后進入加氫反應(yīng)器1將烯烴加氫飽和并把微量有機硫氮轉(zhuǎn)化為h2s和nh3；

(b)加氫反應(yīng)器1底部出料經(jīng)與加氫進料換熱后降溫至80℃后先進入加氫熱分離罐6進行氣液分離，頂部氣相經(jīng)過加氫后冷器4冷卻至40℃后進入加氫冷分離罐7，加氫冷分離罐7頂部連接壓縮機吸入罐8，底部連接加氫熱分離罐6，加氫熱分離罐6底部液相連接脫輕塔10。

加氫冷分離罐7頂部氣相大部分作為循環(huán)氫氣返回加氫反應(yīng)進料，并 通過泄放管線釋放馳放氣24維持循環(huán)氫系統(tǒng)內(nèi)非氫氣體含量穩(wěn)定。

(c)新鮮氫氣作為加氫補充氫氣25自界外與壓縮機吸入罐8頂氣體合并進入壓縮機9，經(jīng)壓縮機9增壓后與碳四進料一起進入加氫進出料換熱器2；

(d)加氫熱分離罐6底部物料首先進入脫輕塔10；通過精餾分離，塔頂?shù)玫教级?、碳三副產(chǎn)品；

(e)脫輕塔10底部物料經(jīng)穩(wěn)定塔進出料換熱器13換熱后與異構(gòu)化反應(yīng)后碳四混合進入穩(wěn)定塔14，通過精餾分離，塔頂氣相脫除氫氣、硫化氫、氯化氫等不凝氣，底部物料進入異丁烷成品塔17，通過精餾分離，由異丁烷成品塔17頂部得到異丁烷產(chǎn)品29，塔釜得到碳五重組分30；

(f)由異丁烷成品塔17側(cè)線采出包含正丁烷和異丁烷的混合物與界外新鮮氫氣即異構(gòu)化補充氫氣31混合，經(jīng)過異構(gòu)化進出料換熱器20、異構(gòu)化進料加熱器21加熱至160℃后進入異構(gòu)化反應(yīng)器22，在此將正丁烷轉(zhuǎn)化為異丁烷；

(g)異構(gòu)化反應(yīng)后物料經(jīng)異構(gòu)化進出料換熱器20換熱后循環(huán)進入穩(wěn)定塔14，通過精餾分離，塔頂脫除輕組分，塔釜得到正異丁烷混合物。

采用以下工藝條件：

加氫反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器入口溫度為240℃，壓力為3mpag，反應(yīng)溫升為25℃，氫油摩爾比為1.1，液體體積空速為2h^-1；

脫輕塔的操作條件包括：壓力為1.8mpag，塔頂操作溫度為50℃，塔板數(shù)為80，回流比為10；

穩(wěn)定塔的操作條件包括：壓力為2mpag，塔頂操作溫度為50℃，塔板數(shù)為60，回流比為40；

異丁烷成品塔的操作條件包括：壓力為0.5mpag，塔頂操作溫度為45℃，塔板數(shù)為130，回流比為6；

異構(gòu)化反應(yīng)器為固定床反應(yīng)器，反應(yīng)器入口溫度為160℃，壓力為 3.3mpag，反應(yīng)溫升為30℃，液體體積空速為10h^-1。

采用如圖1所示系統(tǒng)，得到表1的結(jié)果。

結(jié)果表明，采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法制異丁烷，異丁烷收率＞97％。

表1

通過上述裝置和工藝方法，節(jié)省能耗15％以上。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。