通過二甲醚生產輕質烯烴的製作方法

2023-06-14 15:59:36

專利名稱：通過二甲醚生產輕質烯烴的製作方法
通過二甲醚生產輕質烯烴
背景技術：
本發明的一般目的是提供改進的處理方案和排列用於生產烯 烴，特別是輕質烯烴。根據另一實施方式，生產輕質烯烴的方式包括將一種含合成氣 原料在合成氣轉化反應器區與催化劑材料接觸，並且反應條件足以將一部 分含合成氣原料轉化為二曱醚產物，並且生成含有未反應的合成氣、二曱
醚產物和其他合成氣轉化產物，包括甲醇和水的合成氣轉化反應器區流出 物。將未反應合成氣和二甲醚產物從其他合成氣轉化產物中分離出以形成 基本由未反應合成氣和二甲醚產物構成的第一加工物流。之後從二甲醚產 物中分離除未反應合成氣。至少 一部分分離出的未反應合成氣會循環入合 成氣轉化反應器區，其中至少一部分循環的合成氣轉化為二曱醚產物。含 有至少一部分此後分離二甲醚產物的原料在氧化物轉化反應器區與氧化 物轉化反應催化劑接觸，並且反應條件足以將原料轉化為含有輕質烯烴的 氧化物轉化產物流。
0012本發明還提供一種生產輕質烯烴的系統。根據一個優選實施方 式，此類系統包括用於使含合成氣原料與催化劑材料接觸的反應器轉化反 應器區，並且反應條件足以將含合成氣原料轉化為含有二曱醚、曱醇、未 轉化合成氣和水的合成氣轉化產物流。第一分離器用來從含有產物曱醇和 水的冷凝相中分離出含有未轉化合成氣和二曱醚產物的蒸氣相。提供吸收 器以用甲醇來吸收蒸氣相中的二甲醚，並且形成含有未轉化合成氣的第一 吸收器流和含有二甲醚產物的第二吸收器流(在曱醇中)。第二分離器用來 在第二吸收器流中從曱醇中分離除二甲醚產物。該系統進一步含有用於使 至少含有部分分離二甲醚產物的原料和氧化物轉化催化劑接觸的氧化物
轉化反應器區，並且反應條件足以將原料轉化為含有輕質烯烴的氧化物轉 化產物流。甲醇的合成反應可通過二甲醚的聯產獲益。特別是，通過氫氣 (H2)和一氧化碳(CO)的曱醇合成通常典型的每次轉化率範圍會在25%到 30%,壓力為50到100bar，溫度在250到300°C。但是，如果甲醇被轉 化為二曱醚(在甲醇生成的同時或稍後)，平衡會向著更有利、可獲得更高 的合成氣轉化的方向移動。此類合成氣轉化率增高的結果，未反應合成氣 循環的總量或程度可以降低或降到最低，如下詳述。正如本領域技術人員和通過本發明提供的教導所指導的人員都 會承認的那樣，在此類過程中使用的反應器希望可以是在殼壁上帶有循環 冷卻劑(例如水)的管狀反應器，或者是絕熱反應器例如帶有填充液、中間 冷卻、冷卻螺管和類似物。甲醇、水和部分二甲醚產物的底部流34可以通過管線42傳輸 至第二分離段44，例如以二曱醚分離器的形式，例如通常由用於分離輕質
和重質組分的分餾器，其中二曱醚相對於曱醇要輕，甲醇相對於水和其他 重的雜質或副產物(例如重醇)要輕。在第二分離段44中，二甲醚產物可以從其他進料成分中分離出 來形成例如含有二曱醚的流46。另外，可以形成通常由例如曱醇組成的側 流50。更進一步，還可形成例如由水和重質雜質或副產物(例如重醇)組成 的底部流52。此類底部流可以通過進一步處理去除此類重質雜質和副產物 以及水，並且如果需要的話，可以循環至合成氣生成單元或者作為例如灌 溉或其他農業用途使用。
0030如所示，至少一部分物流46中的二甲醚，以及，如果需要的話， 至少一部分表示為管線54的至少一部分物流50中的甲醇，可以被引入氧 化物轉化反應器區56，其中此類含有氧化物的原料與氧化物轉化催化劑接 觸，並且反應條件足以將含有氧化物的原料轉化形成氧化物轉化流出物 流，其含有燃料氣烴，輕質烯烴以及CV烴，通過使用本領域中已知的方 式來完成，例如流化床反應器。
0031]根據優選實施方式，進入氧化物轉化反應器區56的原料合適地 含有70到90 mol。/o分離二甲醚產物以及10到30mol。/。的曱醇。本領域技 術人員和通過本發明提供的教導所指導的人員都會理解和明白，二甲醚、 甲醇和水之間的相對比例通常會才艮據不同的因素而變化，例如在曱醇轉化 為二曱醚中的操作條件，和後續的分離步驟。例如，如果起始物流含有 100mol的甲醇和30摩爾的水(77mol。/。甲醇)，之後在250°C、酸催化劑(例 如y氧化鋁)下將此物流平衡轉化為二甲醚，則會形成含有主要由或基本由 43.3摩爾的二甲醚、73.3摩爾水和13.5摩爾殘留未轉化曱醇組成的產物。 如果只去除水，則最終產物會含有76.3 mol。/。二曱醚和23.7mol。/。曱醇的混 合物。雖然沒有進一步分離二曱醚和甲醇的需要，將二曱醚從甲醇中分離 出來(來獲得接近100mol。/。的二甲醚純度)以將對氧化-烯烴轉化催化劑的 水熱影響降到最低可能是合適的，在這種情況下，由此分離的甲醇可以合 適地循環進入甲醇-二甲醚轉化階段。[0032氧化物轉化為輕質烯烴的反應條件為本領域技術人員所知。優 選地，根據特別的實施方式，反應條件包括，溫度在200到700。C之間， 更為優選在300到600。C之間，最為優選在400到550°C之間。本領域技 術人員和通過本發明提供的講授指導的人員都會明白，反應條件會跟隨所 需的產物而變化。例如，如果需要增加乙烯產物，則優選反應器的操作溫 度在475到550。C之間，更為優選在500到520。C之間。如果需要增加丙 烯產物，則優選反應器的操作溫度在350到475°C之間，更為優選在400 到430°C之間。生產出的輕質烯烴的乙烯和丙烯的比例可在0.5到2.0之 間，優選在0.75到1.25之間。如果需要更高的乙烯和丙烯的比例，則反應 溫度希望高於低乙烯和丙烯比例的反應溫度。根據一個優選實施方式，原 料溫度範圍優選在120到210。C之間。根據另一優選實施方式，原料溫度 範圍在180到210。C之間。才艮據一個優選實施方式，反應溫度希望是保持 在210。C之下，以避免或最小化在相關處理設備例如原料加熱器和蒸發器 上的碳化。
0033氧化物轉化反應器區56產生或導致氧化物轉化產物或流出物流 60,例如通常含有燃料氣烴，輕質烯烴以及CV烴。如果需要，氧化物轉 化流出物流60可以傳輸到氧化物轉化流出物流處理區(未顯示)，如本領域 技術人員所知的用於此類流出物流的所需的合適的產物分離和回收。
00341物流50中的剩餘甲醇，標記為物流62,被傳輸入如上面所述的 二甲醚-合成氣分離區36，例如為吸收器形式的。在此類二曱醚-合成氣分離區吸收器中，甲醇希望作為溶劑使用 來吸收未反應合成氣中的二曱醚，形成例如上面指出的未反應合成氣循環 物流40並且也希望能夠導致或生產出通常含有例如二曱醚和甲醇的物流 64。另外，在此類實施方式中，希望使用內部產生的曱醇來實現此類二甲 醚吸收。可以希望然後含二曱醚和曱醇的物流64通過例如管線42導入第 二分離段44。如將意識到的，通過此類未反應合成氣的循環，至少一部分開 始時通過合成氣轉化反應器區22未反應的合成氣可以反應形成例如含有 另外的二甲醚產物的另外的合成氣轉化反應器區產物，而且可以例如如上 所述通過所述加工方案加工。本領域技術人員和通過本發明提供的教導所指導的人員都會明 白使用二甲醚作為此類氧化物轉化反應器段主要的或首要的原料，並且，根據特定的優選實施方式，排除其他材料的殘留量，作 為主要或首要的原料以及，根據其他特定的優選實施方式並且排除其他材 料的殘留量，作為唯一的氧化原料，其希望地通過不同的加工法來製備或 產生。
實施例l:反應器尺寸將曱醇轉化為乙烯和丙烯重量比為1:1的輕質烯烴需要下述反 應過程
24CH3OH—6C2H4+4C3H6+24H20
在此類過程中，2f摩爾的曱醇原料轉化為34摩爾的產物流出物。根據一 個優選實施方式，使用相似的轉化方式將二甲醚轉化為乙烯丙烯重量比為 1:1的輕質烯烴需要下述反應過程
12CH3-0-CH3—6C2H4+4C3H6+12H20
在此類過程中，12摩爾的二甲醚原料轉化為22摩爾的產物流出物。
[0042因此，根據上述反應的方法，其中始自二甲醚而不是甲醇轉化， 生成相同摩爾數的乙烯和丙烯，導致流出物摩爾數的減少(例如，22摩爾 對34摩爾)。此類摩爾數的減少代表反應器流出物的體積流速的平衡減少， 以及較小的反應器容器，以及此類下遊分離裝置的壓縮需要的減少。更進 一步，由於此類摩爾數的減少伴隨著水的摩爾數的減少，在相對應的操作 單元內，水的分壓由70.6%(24/34)下降至54.5(12/22)。此類水的相對量的 減少可以希望地帶來氧化物至烯烴的轉化的催化劑的穩定性的改進。
實施例2:反應加熱
[0043450°C下將2摩爾甲醇通過氧化物轉化反應轉化為1摩爾乙烯 (加上水)所需的反應熱為5.5kcal/mol。於此相反的是，在一優選實施方式 中，將1摩爾二曱醚轉化為1摩爾乙烯(加上水)所需的反應熱為0.8 kcal/mol。
[0044本領域技術人員會明白如此明顯的反應熱的削減可以明顯簡化 和促進此類反應中在氧化物轉化反應器中實現的絕熱升高的管理。因此， 根據特定優選實施方式，氧化物轉化反應器可以希望地不使用冷卻裝置， 例如冷卻螺管和/或催化劑冷卻劑，例如可以典型地在此類氧化物-烯烴轉 化反應器中所通常需要的。
[0045如上所述的實施方式，混合和使用合成氣轉化來形成包括二甲 醚產物的流出物，然後將此類二甲醚產物分離並轉化可形成所需輕質烯烴 提供或導致反應過程的改善，例如最小化或至少減少所需容器的體積。[00461這裡通過說明公開的本發明可以在缺少任何沒有特別公開的元 素，部分，步驟，組件或組分的情況下實施。
[0047由於在上述詳述中本發明關於特定優選實施方式已經描述過， 而且提出了很多細節用來說明，本領域技術人員會明白本發明可以有附加 的實施方式，而且這裡特定的說明細節可以在不違背本發明基本原則的情 況下根據情況變化。
權利要求
1.一種生產輕質烯烴的方法，所述方法包括將含合成氣原料與催化劑材料在合成氣轉化反應器區(22)中接觸，並且反應條件足以生產含有二甲醚產物、其他合成氣轉化產物和未反應合成氣，以及其他含有甲醇和水的合成氣轉化產物的合成氣轉化反應器區流出物；將未反應合成氣從二甲醚產物和其他合成氣轉化產物中分離出來；將二甲醚產物從其他合成氣轉化水產物以及至少一部分其他合成氣轉化甲醇產物中分離出來；並且將含有至少一部分分離的二甲醚產物的原料與氧化物轉化催化劑在氧化物轉化反應器區(56)中接觸，並且反應條件足以將原料轉化為含有輕質烯烴的氧化物轉化產物流。
2. 如權利要求l所述的方法，進一步包括將至少一部分分離的未 反應合成氣循環到合成氣轉化反應器區(22)，在其中至少一部分循環合成 氣轉化為二甲醚產物。
3. 如權利要求1所述的方法，其中進入氧化物轉化反應器區(56) 的原料至少含有70%分離的二曱醚產物。
4. 如權利要求1所述的方法，其中將未反應合成氣從二曱醚產物 和其他合成氣轉化產物中分離形成基本不含二甲醚的未反應合成氣流，並 且該方法還包括將未反應合成氣流循環到合成氣轉化反應器區(22)。
5. 如權利要求l所述的方法，其中未反應合成氣與二曱醚產物和 其它合成氣轉化產物的分離包括未反應合成氣和二甲醚產物與其他合成 氣轉化甲醇和水產物的預先分離，形成含有合成氣二曱醚產物的第一加工
6. 如權利要求5所述的方法，進一步包括 將其他合成氣轉化甲醇產物從其他合成氣轉化產物水中分離；和 將第一加工物流與至少一部分分離的曱醇產物在分離容器內接觸來將二 甲醚產物從未反應合成氣中分離。
7. 如權利要求6所述的方法，其中二甲醚產物與未反應合成氣的 分離包括二曱醚產物的甲醇吸收。
8. 如權利要求7所述的方法，其中至少一部分二曱醚產物是從吸 收甲醇中分離出來的。
9. 如權利要求1所述的方法，其中將含合成氣原料與催化劑材料 在合成氣轉化反應器區(22)內接觸，並且反應條件足以生產合成氣轉化反 應器區流出物，包括將含合成氣原料與合成氣-曱醇轉化催化劑在合成氣-甲醇生產反應器區內 接觸，並且反應條件足以將至少一部分含合成氣原料轉化為含有甲醇的產 物流；和將至少 一部分甲醇產物流與曱醇-二曱醚轉化催化劑在曱醇轉化反應器區 內接觸，並且反應條件足以將至少第一部分曱醇產物流轉化為二甲醚，形 成合成氣轉化反應器段流出物。
10. —種生產輕質烯烴的系統(IO)，該系統包括合成氣轉化反應氣區(22)，該區用來使含合成氣原料與催化劑材料接觸， 並且反應條件足以將含合成氣原料轉化為含有二曱醚、曱醇、未轉化合成 氣和水的合成氣轉化產物流；笫 一分離器(30)，該分離器用來將含有未轉化合成氣和二曱醚產物的蒸氣 相從含有液態產物甲醇和水的冷凝相中分離出來；吸收器(36)，該吸收器使用甲醇用來將二甲醚從蒸氣相中吸收並形成含有 未轉化合成氣的第 一吸收器物流和含有在曱醇中的二甲醚產物的第二吸 收器物流；第二分離器(44)，該吸收器用來從第二吸收器物流中將二曱醚從甲醇中分 離出來；以及氧化物轉化反應器區(56),該區用來使含有至少 一部分分離的二曱醚產物 的原料與氧化物轉化催化劑接觸，並且反應條件足以將原料轉化為含有輕 質烯烴的氧化物轉化產物流。
全文摘要
提供了一種改進的生產輕質烯烴的過程，包括合成氣轉化以形成包括二甲醚產物的流出物，之後將二甲醚產物並將其轉化為所需輕質烯烴。合成轉化氣流出物也可以需要地包括甲醇，並且至少一部分所述甲醇可用於影響二甲醚產物的分離。
文檔編號C07C2/00GK101351423SQ200680050069
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月22日 優先權日2005年12月30日
發明者B·V·沃拉, P·R·布熱多 申請人:環球油品公司