СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКИХ ОЛЕФИНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК C07C11/04 C07C11/06 C07C1/20 B01J8/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в основном, к конверсии кислородсодержащих соединений в олефины и, более конкретно, в легкие олефины посредством интегрированного способа переработки.

Уровень техники

Основная часть международной нефтехимической промышленности связана с производством материалов, относящихся к легким олефинам, и их последующим использованием в производстве многочисленных важных химических продуктов. Такое производство и использование материалов, относящихся к легким олефинам, может включать в себя различные известные химические реакции, включающие в себя, например, реакции полимеризации, олигомеризации и алкилирования. Легкие олефины, в основном, включают в себя этилен, пропилен и их смеси. Данные легкие олефины являются необходимыми стандартными блоками, используемыми в современной нефтехимической и химической промышленности. Основным источником легких олефинов в настоящее время, для ясности, является парофазный крекинг нефтяного сырья. По различным причинам, данная область техники долго искала источники, отличные от нефти, больших количеств сырьевых материалов, которые необходимы, чтобы обеспечивать спрос на данные материалы, относящиеся к легким олефинам.

Поиск альтернативных материалов для производства легких олефинов привел к использованию кислородсодержащих соединений, таких как спирты и, в частности, к использованию метанола, этанола и высших спиртов или их производных, или других кислородсодержащих соединений, таких, например, как диметиловый эфир, диэтиловый эфир и т.д. Молекулярные сита, такие, как микропористый кристаллический цеолит и нецеолитные катализаторы, особенно силикоалюмофосфаты (САФ, SAPO), как известно, промотируют превращение кислородсодержащих соединений в смеси углеводородов, в частности, в смеси углеводородов, состоящие, в основном, из легких олефинов.

Такая переработка, при которой сырьем, содержащим кислородсодержащие соединения, является, прежде всего, метанол или водно-метанольная комбинация (включая сырой метанол), обычно приводит к выделению значительных количеств воды при искомой конверсии такого сырья в легкие олефины. Например, такая переработка обычно вызывает выделение 2 моль воды на моль образовавшегося этилена и выделение 3 моль воды на моль образовавшегося пропилена. Присутствие таких повышенных относительных количеств воды может значительно увеличить возможность гидротермического повреждения катализатора конверсии кислородсодержащих соединений. Более того, присутствие таких повышенных относительных количеств воды значительно увеличивает объемную скорость исходящего потока реактора, приводя к необходимости в сосудах большего размера и связанном технологическом и операционном оборудовании.

US 5714662 (Vora и др.), описание которого включено здесь полностью в качестве ссылки, раскрывает способ получения легких олефинов из потока углеводородных газов комбинацией риформинга, получения кислородсодержащих соединений и конверсии кислородсодержащих соединений, в которой поток сырого метанола (образованный при получении кислородсодержащих соединений и содержащий метанол, легкие хвосты и более тяжелые спирты) подают непосредственно в зону конверсии кислородсодержащих соединений для получения легких олефинов.

Оказалось, что в то время как такая переработка является эффективной для получения олефинов, потребовалось дальнейшее усовершенствование процесса. Например, по-прежнему существуют потребность уменьшить размер и, следовательно, стоимость необходимых для реакции сосудов. Кроме того, по-прежнему существуют потребность в технологических схемах и способах, с помощью которых можно более легко манипулировать и управлять как теплотой реакции, так и образующейся побочно водой, сопутствующими такой переработке. Далее, по-прежнему существуют желание и потребность в технологических схемах и способах, которые образуют или приводят к увеличенным относительным количествам легких олефинов.

Еще одна проблема связана с тем, что продукты зоны конверсии кислородсодержащих соединений включают в себя поток олефинов С₄+. Эти потоки или фракции этого потока могут быть в процессе конверсии олефинов, таком как процесс крекинга олефинов или процесс метатезиса, для того чтобы улучшить выход этилена и пропилена. Однако этот поток С₄+ содержит также тяжелые кислородсодержащие материалы, такие как кетоны и альдегиды, которые должны быть удалены до дальнейшей переработки. Как было ранее найдено, одним из способов удалить такие тяжелые кислородсодержащие материалы является экстракция подходящей жидкостью, такой, как смесь метанола и воды, которая является растворителем для кислородсодержащих материалов.

Настоящее изобретение включает в себя реактор ДМЭ (DME), чтобы сначала преобразовать большую часть метанола в ДМЭ (DME) и воду. Данная реакция не завершается полностью, причем некоторая часть метанола остается после этой первой стадии конверсии. Перед подачей ДМЭ (DME) в реактор конверсии кислородсодержащих соединений требуется стадия разделения, чтобы удалить остающийся метанол и большую часть воды, обычно с помощью фракционирования.

В настоящее время найдено, что удаление тяжелых кислородсодержащих материалов и такую обработку ДМЭ (DME) полезно объединить с помощью способа, который использует метанол/воду, удаленные от ДМЭ (DME), для того чтобы, кроме того, удалить тяжелые кислородсодержащие материалы, такие как кетоны и альдегиды, из потока, полученного от реакции конверсии кислородсодержащих соединений.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагаются улучшенные технологические схемы и способы для получения олефинов, особенно легких олефинов.

Основная цель настоящего изобретения может быть достигнута, по меньшей мере, частично, посредством определенных способов получения легких олефинов. В соответствии с одним вариантом воплощения, предложен способ получения легких олефинов, который включает в себя контактирование исходного сырья, содержащего метанол, в зоне реактора конверсии метанола с катализатором и при реакционных условиях, эффективных, чтобы произвести исходящий поток зоны реактора конверсии метанола, содержащий диметиловый эфир и воду. По меньшей мере, часть воды удаляют из исходящего потока зоны реактора конверсии метанола, чтобы образовать первый поток процесса, содержащий диметиловый эфир и имеющий пониженное содержание воды. Сырье, содержащее, по меньшей мере, часть первого потока процесса, контактирует в зоне реактора конверсии кислородсодержащих соединений с катализатором конверсии кислородсодержащих соединений при условиях реакции конверсии кислородсодержащих соединений, включающих в себя абсолютное давление реакции конверсии кислородсодержащих соединений, по меньшей мере, 240 кПа, эффективных для того, чтобы превратить, по меньшей мере, часть данного сырья в поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, включающий в себя легкие олефины и тяжелые олефины. По меньшей мере, часть тяжелых олефинов потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений вводят в реакцию в зоне конверсии тяжелых олефинов, чтобы образовать исходящий поток зоны конверсии тяжелых олефинов, включающий в себя дополнительное количество легких олефинов. По меньшей мере, часть дополнительного количества легких олефинов впоследствии извлекают из исходящего потока зоны конверсии тяжелых олефинов. По меньшей мере, жидкая часть потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений контактирует в абсорбере со смесью растворителей, включающей в себя, по меньшей мере, метанол и воду. Данная смесь растворителей эффективна для того, чтобы поглотить существенную часть кислородсодержащих соединений из контактирующей части потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений. По меньшей мере, часть кислородсодержащих соединений, поглощенных из контактирующей части потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, подают в реактор конверсии кислородсодержащих соединений для контакта с катализатором конверсии кислородсодержащих соединений и при реакционных условиях, эффективных, чтобы превратить, по меньшей мере, часть кислородсодержащих соединений в продукты конверсии кислородсодержащих соединений.

Предшествующий уровень техники, в общем, не способен обеспечить технологические схемы и способы для получения олефинов и, в частности, для получения легких олефинов, из сырья, содержащего кислородсодержащие соединения, и чтобы такие технологические схемы и способы являлись столь же простыми, эффективными и/или производительными, как это может быть желательным. Более подробно, предшествующий уровень техники, в общем, не способен обеспечить такие технологические схемы и способы, адресованные к проблемам, касающимся совместного образования воды, получения легких олефинов с увеличенным по желанию отношением пропилена к этилену и эффективностью по углероду для получения легких олефинов, настолько простые, эффективные и/или производительные, как это может быть желательным.

Способ получения легких олефинов, в соответствии с другим вариантом воплощения, включает в себя контактирование содержащего метанол исходного сырья в зоне реактора конверсии метанола с катализатором и при реакционных условиях, эффективных, чтобы получить исходящий поток зоны реактора конверсии метанола, содержащий диметиловый эфир и воду. По меньшей мере, часть воды удаляют из исходящего потока зоны реактора конверсии метанола, чтобы образовать первый поток процесса, содержащий диметиловый эфир и имеющий пониженное содержание воды, и второй поток процесса, содержащий метанол и имеющий повышенное содержание воды по сравнению с указанным первым потоком процесса. Сырье, содержащее, по меньшей мере, часть первого потока процесса, затем может быть введено в контакт в зоне реактора конверсии кислородсодержащих соединений с катализатором конверсии кислородсодержащих соединений при реакционных условиях конверсии кислородсодержащих соединений, эффективных, чтобы превратить, по меньшей мере, часть сырья в поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, включающий в себя легкие олефины и тяжелые олефины. Часть или весь второй поток процесса подают в промывную колонну. Реакционные условия конверсии кислородсодержащих соединений, по желанию, включают в себя абсолютное давление реакции конверсии кислородсодержащих соединений в диапазоне, по меньшей мере, от 300 кПа до 450 кПа. По меньшей мере, часть тяжелых олефинов потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений может быть впоследствии введена во взаимодействие в зоне конверсии тяжелых олефинов посредством, по меньшей мере, одной реакции крекинга олефинов и реакции метатезиса, чтобы образовать исходящий поток зоны конверсии тяжелых олефинов, включающий в себя дополнительное количество легких олефинов. По меньшей мере, часть дополнительного количества легких олефинов впоследствии может быть извлечена из исходящего потока зоны конверсии тяжелых олефинов. Поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений контактирует со вторым потоком процесса таким образом, что его промывают, чтобы получить поток промытых олефинов, который направляют для дальнейшей реакции, и поток отходов, включающий в себя кислородсодержащие соединения и воду.

Предложено также устройство для получения легких олефинов. В соответствии с одним предпочтительным вариантом воплощения, такое устройство включает в себя зону реактора конверсии метанола для контактирования исходного сырья, содержащего метанол, с катализатором и при реакционных условиях, эффективных для получения исходящего потока зоны реактора конверсии метанола, содержащего диметиловый эфир и воду. Предусмотрен первый сепаратор. Первый сепаратор является эффективным для того, чтобы отделить, по меньшей мере, часть воды от исходящего потока зоны реактора конверсии метанола, чтобы образовать первый поток процесса, содержащий диметиловый эфир и имеющий пониженное содержание воды. Предусмотрена зона реактора конверсии кислородсодержащих соединений для контактирования сырья, содержащего, по меньшей мере, часть диметилового эфира первого потока процесса, с катализатором конверсии кислородсодержащих соединений и при реакционных условиях, эффективных, чтобы превратить, по меньшей мере, часть сырья в поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, содержащий легкие олефины и тяжелые олефины. Данное устройство также включает в себя зону конверсии тяжелых олефинов, эффективную для превращения тяжелых олефинов потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, чтобы образовать исходящий поток зоны конверсии тяжелых олефинов, содержащий дополнительное количество легких олефинов. Кроме того, данное устройство включает в себя зону извлечения для извлечения, по меньшей мере, части дополнительного количества легких олефинов из исходящего потока зоны конверсии тяжелых олефинов.

Следует понимать, что ссылки на "легкие олефины", как они используются здесь, в общем, относятся к олефинам С₂ и С₃, т.е. к этилену и пропилену.

В данном контексте, термин "тяжелые олефины", в основном, относится к олефинам от С₄ до С₆.

"Кислородсодержащие соединения" являются углеводородами, которые содержат один или более атомов кислорода. Типичные кислородсодержащие соединения включают в себя, например, спирты и простые эфиры.

«Оксид углерода» относится к диоксиду углерода и/или монооксиду углерода.

Следует понимать, что ссылки на «углеводороды С_x» относятся к молекулам углеводородов, имеющим число атомов углерода, показанное нижним индексом «x». Подобным образом, термин «С_x-содержащий поток» относится к потоку, который содержит углеводороды С_x. Термин «углеводороды С_x+» относится к молекулам углеводородов, имеющим число атомов углерода, показанное нижним индексом «x» или больше. Например, «углеводороды С₄+» включают в себя С₄, С₅ и углеводороды с большим числом атомов углерода. Термин «углеводороды С_x-» относится к молекулам углеводородов, имеющим число атомов углерода, показанное нижним индексом «x» или меньше. Например, «углеводороды С₄-» включают в себя С₄, С₃ и углеводороды с меньшим числом атомов углерода.

Колонна или зона "РСД" (RWD) относится к колонне или зоне реакции с дистилляцией такой, что может, в общем, служить для того, чтобы объединить реакцию и операцию дистилляции в едином технологическом устройстве.

Другие цели и преимущества будут очевидны специалистам в данной области техники из следующего подробного описания, предпринятого совместно с приложенными формулой изобретения и чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является схемой интегрированного устройства для переработки исходного сырья, содержащего кислородсодержащие соединения, в олефины, особенно в легкие олефины, в соответствии с данным изобретением.

Фиг.2 является схемой части промывной колонны на фиг.1 с дополнительным потоком воды, поступающим в промывную колонну.

Специалисты в данной области техники могут понять, что показанные технологические схемы устройства или способа были упрощены устранением различных обычных или общепринятых частей технологического оборудования, включая некоторые теплообменники, устройства управления производственным процессом, насосы, устройства фракционирования и т.п. Можно также увидеть, что технологическая схема, изображенная на чертежах, может быть изменена во многих аспектах, не отступая от основной концепции настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Исходное сырье, содержащее кислородсодержащие соединения, может быть превращено в легкие олефины в каталитической реакции, а более тяжелые углеводороды (например, углеводороды С₄+), образованные при такой переработке, могут быть впоследствии переработаны далее, чтобы повысить количество легких олефинов (например, олефинов С₂ и С₃), полученных или получающихся при этом. В соответствии с данным изобретением, содержащее метанол исходное сырье превращают, чтобы образовать первый поток процесса, который содержит диметиловый эфир (ДМЭ, DME) и имеющий пониженное содержание воды, который, в свою очередь, вводят во взаимодействие, чтобы образовать смесь продуктов, содержащую легкие олефины и тяжелые олефины, с тем чтобы, по меньшей мере, часть тяжелых олефинов была впоследствии превращена, чтобы образовать дополнительное количество легких олефиновых продуктов. При конверсии исходного сырья в ДМЭ (DME) образуются существенные объемы воды, которую отделяют от ДМЭ (DME) в дополнение к метанолу, который не был превращен в ДМЭ (DME). Данный водно-метанольный поток, который является вторым потоком процесса, предпочтительно содержащий от 30 до 50% метанола, используется в качестве растворителя для удаления кислородсодержащих соединений, которые присутствуют среди примесей, полученных при конверсии исходного сырья, содержащего кислородсодержащие соединения, в легкие олефины. Как более подробно описано ниже, перед такой переработкой крекингом более тяжелых углеводородов, поток процесса по желанию может быть обработан контактированием в абсорбере, по меньшей мере, части потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений со смесью растворителей, содержащей, по меньшей мере, метанол и воду, поскольку было найдено, что такая смесь растворителей является особенно эффективной при жидкость-жидкостной абсорбции или жидкость-жидкостном контакте и удалении существенной части кислородсодержащих соединений из подвергнутой контактированию части потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений без того, чтобы с ущербом поглощать существенные количества олефинов, также присутствующих в потоке продуктов.

По меньшей мере, часть кислородсодержащих соединений, абсорбированных из части потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, подвергнутой контактированию, может впоследствии быть переработана посредством реактора конверсии кислородсодержащих соединений, чтобы образовать дополнительное количество продуктов конверсии кислородсодержащих соединений.

Фиг.1 схематично показывает интегрированное устройство, в целом обозначенное ссылкой номер 10, для переработки исходного сырья, содержащего кислородсодержащие соединения, в олефины, особенно в легкие олефины, в соответствии с одним вариантом воплощения.

Более подробно, содержащее метанол исходное сырье вводят посредством линии 12 в зону 14 реактора конверсии метанола, где содержащее метанол исходное сырье контактирует с катализатором конверсии метанола и при реакционных условиях, эффективных для превращения содержащего метанол исходного сырья, чтобы получить исходящий поток зоны реактора конверсии метанола, содержащий диметиловый эфир и воду, способом, известным в технике.

Такое исходное сырье может быть метанолом коммерческого качества, сырым метанолом или любой их комбинацией. Сырой метанол может быть неочищенным продуктом из модуля синтеза метанола. Предпочтительные варианты воплощения, использующие виды метанольного сырья более высокой чистоты, демонстрируют улучшенную стабильность катализатора. Таким образом, подходящие виды сырья могут включать в себя метанол или смесь метанола и воды, причем возможны такие виды сырья, которые имеют содержание метанола от 65 до 100 мас.%, предпочтительно содержание метанола от 80 до 100 мас.% и, в соответствии с одним предпочтительным вариантом воплощения, содержание метанола от 95 до 100 мас.%.

В то время как технологические условия для такой конверсии метанола в диметиловый эфир могут изменяться, практически такая парофазная реакция способа типично может происходить по желанию при температуре в диапазоне от 200 до 300°С (причем предпочтительна температура от 240 до 260°С, например, 250°С); давлении в диапазоне от 200 до 1500 кПа (причем предпочтительно давление в диапазоне от 400 до 700 кПа, например, 500 кПа); и массовой среднечасовая скорость подачи (МССП, WHSV) в диапазоне от 2 до 15 час^-1, (предпочтительно, в диапазоне от 3 до 7 час^-1, например, 5 час^-1). Практически, предпочтительна степень конверсии метанола в диметиловый эфир 80% или более.

Исходящий поток зоны реактора конверсии метанола вводят посредством линии 16 в секцию 20 сепаратора, составленную из одного или более модулей сепарации, известных в технике, из которой оттуда удаляют, по меньшей мере, часть воды, чтобы образовать первый поток процесса, содержащий диметиловый эфир и имеющий пониженное содержание воды, в линии 22, и поток, состоящий главным образом из воды в комбинации с непрореагировавшим метанолом, в линии 24. Соответственно, охлаждающее устройство 18 может быть расположено перед секцией 20 сепаратора, чтобы облегчить желаемое отделение воды.

Например, отделение воды по желанию может быть выполнено в испарительном барабане или, если желательно более полное разделение, в модуле разделения колонны дистилляции. Практически, желательно удалить, в общем, по меньшей мере, 75% или более, предпочтительно, по меньшей мере, 90% или более полученной воды.

Остающийся непрореагировавшим метанол можно отделить или в модуле разделения головного потока, или в модуле разделения нижнего потока, или в них обоих, для дальнейшей переработки, как здесь описано. Например, метанол в таком модуле разделения нижнего потока, если желательно, может быть извлечен с помощью отгонной секции колонны и возвращен в зону 14 реактора конверсии метанола.

Первый поток процесса или, по меньшей мере, его часть подают или вводят через линию 22 в секцию 26 реактора конверсии кислородсодержащих соединений, в котором данное сырье контактирует с катализатором конверсии кислородсодержащих соединений при реакционных условиях, эффективных, чтобы преобразовать, по меньшей мере, часть данного сырья в поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, содержащий углеводороды топливного газа, легкие олефины и углеводороды С₄+, включающие в себя некоторое количество тяжелых углеводородов, способом, известным в технике, таким как, например, использование реактора псевдоожиженного слоя.

Реакционные условия для конверсии кислородсодержащих соединений, таких как, например, диметиловый эфир, метанол и их комбинации, в легкие олефины известны специалистам в данной области техники. Предпочтительно, в соответствии со специфическими вариантами воплощения, реакционные условия включают в себя температуру от 200 до 700°С, более предпочтительно от 300 до 600°С, и наиболее предпочтительно от 400 до 550°С. При этом реакционные условия являются переменными, так как зависят от желаемых продуктов. Полученные легкие олефины могут иметь отношение этилена к пропилену от 0,5 до 2,0, и предпочтительно от 0,75 до 1,25. Если желательно более высокое отношение этилена к пропилену, то температура реакции выше, чем если бы было желательно более низкое отношение этилена к пропилену. Предпочтительный диапазон температуры сырья составляет от 80 до 210°С. Более предпочтительно диапазон температуры сырья составляет от 110 до 210°С. В соответствии с одним предпочтительным вариантом воплощения, температуру желательно поддерживать ниже 210°С, чтобы избежать или минимизировать термическое разложение.

В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами воплощения, особенно выгодно использовать реакционные условия конверсии кислородсодержащих соединений, включающие в себя абсолютное давление реакции конверсии кислородсодержащих соединений, по меньшей мере, 240 кПа. В некоторых предпочтительных вариантах воплощения предпочитают абсолютное давление реакции конверсии кислородсодержащих соединений в диапазоне от, по меньшей мере, 240 кПа до 580 кПа. Более того, в некоторых предпочтительных вариантах воплощения может быть предпочтено абсолютное давление реакции конверсии кислородсодержащих соединений, по меньшей мере, 300 кПа и такое, как в диапазоне от, по меньшей мере, 300 кПа до 450 кПа. При такой работе при давлениях, более высоких, чем обычно используемые при обычной переработке кислородсодержащих соединений в олефины, особенно метанола в олефины (т.е. МВО (МТО)), могут быть реализованы существенные уменьшения размера реактора (например, уменьшение размера реактора конверсии кислородсодержащих соединений). Например, с точки зрения отношения давления при обычной работе и работе при более высоком давлении, соответственно, может быть реализовано уменьшение размера реактора, по меньшей мере, на 20% или более, такое как уменьшение размера реактора на 33% или более, при работе при таком более высоком давлении.

Практически, при такой конверсионной переработке кислородсодержащих соединений в олефины может быть реализована конверсия, по меньшей мере, 90% кислородсодержащих соединений, предпочтительно, по меньшей мере, 95% и, по меньшей мере, в некоторых предпочтительных вариантах воплощения, конверсия от 98 до 99% или более.

Секция 26 реактора конверсии кислородсодержащих соединений образует или приводит к потоку продуктов конверсии кислородсодержащих соединений или исходящему потоку, в общем, содержащему углеводороды топливного газа, легкие олефины, тяжелые олефины и другие углеводороды С₄+, так же, как побочную воду, в линии 28. Исходящий поток конверсии кислородсодержащих соединений или, по меньшей мере, его часть, соответственно, обрабатывают, в секции 30 фракционирования, так чтобы образовать заключительный сжатый поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений в линии 34 и олефины С₄+ и другие ненужные продукты, такие как окисленные побочные продукты, типа альдегидов с низкой молекулярной массой и органических кислот, в линии 36.

Чертеж 1 был упрощен, чтобы показать линию 34 потока продукта, в общем, состоящего, по меньшей мере, из одного, а обычно большего количества материалов конечного продукта, и линию 36 потока процесса, отправляемого для дальнейшей переработки в соответствии с настоящим изобретением, как более полно описано ниже. Как более подробно описано ниже и в соответствии с одним предпочтительным вариантом воплощения (см., например, фиг.2), такая зона переработки и извлечения углеводородов, по желанию, может включать в себя одну или более отдельных операций, посредством которых поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений может быть обработан посредством жидкость-жидкостной абсорбции, экстракции или контакта и удаления с растворяющей смесью метанола и воды, чтобы удалить и, по желанию, извлечь избранные компоненты, такие как кислородсодержащие соединения, такие как ДМЭ (DME).

Поток 24, содержащий смесь воды и метанола, направляют к промывной колонне 40, чтобы удалить кислородсодержащие соединения из потока в линии 36. Очищенный поток олефинов С₄+ (также обозначенный, как поток рециркуляции) затем направляют для дальнейшей переработки в линию 44 в реактор крекинга олефинов (не показанный) или зону реакции метатезиса (не показанную) или другой реактор. Поток отходов 46, в значительной степени состоящий из воды, метанола и других кислородсодержащих соединений, направляют затем к стрипперу 50 кислородсодержащих соединений, в котором удаляют сточные воды 52 для возвращения в цикл или другого использования, а поток 53, содержащий метанол и другие кислородсодержащие соединения, возвращают в линию 22 для прохождения в реактор 26 конверсии кислородсодержащих соединений.

Нижний поток от фракционирования поэтому направляют к колонне жидкостной экстракции для контактирования с тяжелыми олефинами, содержащими кислородсодержащие соединения. В этой колонне растворитель экстрагирует кислородсодержащие соединения так же, как и незначительные количества олефинов. Растворитель, выходящий из нижней части колонны, затем направляют к колонне стриппера, в которой удаляют метанол и другие кислородсодержащие соединения. Отсюда они могут быть направлены непосредственно в реактор МВО (МТО) для конверсии. Все извлеченные олефины и другие кислородсодержащие соединения пойдут головным погоном вместе с метанолом в реактор МВО (МТО).

В некоторых случаях, как показано на приложенной схеме, промывная колонна будет иметь две секции, верхнюю секцию промывки водой и нижнюю секцию водно-метанольной промывки. Цель верхней секции состоит в том, чтобы удалить любое остаточное количество метанола из углеводородов, выходящих из колонны. Верхняя секция, кроме того, служит цели отрегулировать концентрацию водно-метанольной смеси в нижней секции. Если концентрация метанола в нижней секции слишком высока, существует опасность удаления существенного количества олефинов в нижнюю часть колонны. Это не выгодно, так как это возвращает данные тяжелые олефины к МВО (МТО). Следовательно, с помощью повышения количества воды в верхней секции может быть достигнуто, кроме того, разбавление метанола. Верхняя секция может также содержать водоотделитель, в случае, если в нижней секции нежелательно никакой чистой воды.

Системная интеграция зоны реактора конверсии метанола, посредством которой метанол по желанию может быть превращен в диметиловый эфир, с последующим удалением полученной побочно воды сокращает объемный поток через реактор и, следовательно, уменьшает размер реактора. Более того, такое удаление воды может полезно уменьшить гидротермическую жесткость реактора. Далее, системная интеграция такой зоны реактора конверсии метанола может, по желанию, привести к удалению значительной части теплоты реакции, так чтобы позволить работу с пониженными требованиями по охлаждению (например, работа с удалением одного или более охладителей катализатора из реактора). Еще далее, возможные неудобства переработки, такие, как из-за возможной повышенной селективности по отношению к тяжелым углеводородам, особенно тяжелым олефинам, по желанию, минимизируются или избегаются посредством системной интеграции соответствующей зоны конверсии тяжелых олефинов, как здесь описано.

Специалисты в данной области техники и те, кто руководствуется представленными здесь наставлениями, дополнительно отметят, что использование ДМЭ (DME) в качестве сырья для модуля реактора конверсии кислородсодержащих соединений в олефины могут представить эксплуатационные преимущества перед использованием других кислородсодержащих исходных материалов, такие как при запуске реактора превращения кислородсодержащих соединений в олефины. Например, благодаря его относительно низкой температуре кипения, ДМЭ (DME) может быть введен в виде газа в холодный реактор без вероятности конденсации и может использоваться в качестве обогревающей среды, чтобы повысить температуру реактора. Напротив, более высококипящие кислородсодержащие исходные материалы, такие как метанол, этанол и т.д., могут потребовать, чтобы реактор был предварительно подогрет с помощью или посредством некоторой другой обогревающей среды, чтобы избежать конденсации в реакторе. Специалисты в данной области техники оценят важность предотвращения конденсации газа в устройстве с псевдоожиженным слоем и признают преимущества упрощенной процедуры запуска с использованием ДМЭ (DME) в качестве исходного материала при такой переработке.

Для дальнейшего понимания предмета разработки теперь следует рассмотреть фиг.2, который показывает дополнительную линию 48 воды, вводимую для извлечения остаточного метанола из системы олефинов С₄+, и чтобы отрегулировать отношение воды к метанолу в пределах промывной колонны. Как и фиг.1, фиг.2 показывает промывную колонну 40, подачу 24 метанола/воды, подачу 46 олефинов С₄+ и линию 44, по которой удаляют обработанные олефины С₄+.

Поток углеводородов С₄+ или его отобранную часть по линии 44 вводят в реактор 54 крекинга олефинов, в котором получают дополнительное количество продуктов С₂ и С₃, чтобы добавить их к потоку 34 продуктов.

Альтернативно, поток углеводородов С₄+ или его отобранная часть по линии 44 могут быть введены в зону 56 конверсии тяжелых олефинов в форме секции реакции метатезиса и при условиях, эффективных, чтобы получить исходящий поток метатезиса, содержащий пропилен.

Реакция обмена, в общем, может выполняться при таких условиях и использует катализаторы, такие как известны в технике. В соответствии с одним предпочтительным вариантом воплощения, для реакции метатезиса подходит катализатор обмена, содержащий каталитическое количество, по меньшей мере, одного из оксида молибдена и оксида вольфрама. Условия для реакции обмена, в общем, включают в себя температуру реакции в пределах от 20 до 450°С, предпочтительно от 250 до 350°С, и давление, изменяющееся от атмосферного вверх до 20,6 МПа по манометру (3000 фунт/кв. дюйм по манометру), предпочтительно от 3000 до 3500 кПа по манометру (от 435 до 510 фунт/кв. дюйм по манометру), хотя, если желательно, могут использоваться и более высокие давления. Вообще, равновесию обмена для получения пропилена, в общем, благоприятствуют более низкие температуры.

Катализаторы, которые являются активными для метатезиса олефинов и которые могут быть использованы в способе по данному изобретению, относятся к общеизвестному типу. Диспропорционирование (метатезис) бутена с этиленом может быть выполнено, например, в паровой фазе от 300 до 350°С и абсолютном давлении 0,5 МПа (75 фунт/кв. дюйм) с МССП (WHSV) от 50 до 100 и конверсией за проход 15% или более, в зависимости от отношения этилена к бутену.

Такие катализаторы обмена могут быть гомогенными или гетерогенными, причем гетерогенные катализаторы предпочтительны. Катализатор обмена предпочтительно содержит каталитически эффективное количество компонента типа переходного металла. Предпочтительные переходные металлы для использования в настоящем изобретение включают в себя вольфрам, молибден, никель, рений и их смеси. Компонент типа переходного металла может присутствовать как элементарный металл, так и/или одно или более соединение данного металла. Если катализатор является гетерогенным, предпочтительно, чтобы компонент типа переходного металла был связанным с носителем. Может использоваться любой подходящий материал носителя при условии, что он существенно не взаимодействует с компонентами исходного сырья или не снижает конверсию олефинового компонента. Предпочтительно материалом носителя является оксид, такой как оксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана, диоксид циркония и их смеси. Оксид кремния является особенно предпочтительным материалом носителя. Если используется материал носителя, количество компонента типа переходного металла, используемого в комбинации с материалом носителя, может широко изменяться в зависимости, например, от используемого конкретного применения и/или используемого переходного металла. Предпочтительно, переходный металл включает в себя от 1 до 20 мас.% (в расчете на элементарный металл) общего количества катализатора. Катализатор обмена преимущественно включает в себя каталитически эффективное количество, по меньшей мере, одного из вышеотмеченных переходных металлов, способных к промотированию метатезиса олефинов. Данный катализатор может также содержать, по меньшей мере, один активирующий агент, присутствующий в некотором количестве, чтобы улучшить эффективность катализатора. Могут быть использованы различные активирующие агенты, включая активирующие агенты, которые известны в технике для облегчения реакции метатезиса. Катализаторы обмена легких олефинов по желанию могут быть, например, комплексами вольфрама (w), молибдена (Mo) или рения (Re) в гетерогенной или гомогенной фазе.

Как оценят специалисты в данной области техники и те, кто будет руководствоваться представленными здесь наставлениями, такая системная интеграция зоны конверсии олефинов, тяжелых в форме секции реакции метатезиса, может, по меньшей мере, частично противодействовать повышенной селективности по отношению к тяжелым углеводородам, например, тяжелым олефинам, благодаря работе при повышенном давлении.

Следует понимать, что все изменения, которые происходят в пределах существа настоящего изобретения, были защищены, и, таким образом, настоящее изобретение не должно рассматриваться, как ограниченное этими воплощениями.

Поскольку устройство с псевдоожиженным реактором обычно включает в себя компонент с наибольшей стоимостью действующего предприятия, в настоящем изобретении могут быть реализованы значительные уменьшения размера реактора и соответствующая экономия на стоимости реактора и запасах катализатора, связанных с ними.

Таким образом, в данном изобретении предлагаются технологические схемы и способы для получения олефинов и, в частности, для получения легких олефинов из исходного сырья, содержащего кислородсодержащие соединения, и такие технологические схемы и способы являются преимущественно более простыми, более эффективными и/или более производительными, чем те, что были, в общем, доступны прежде.

Данное изобретение было описано подробно и с некоторыми предпочтительными вариантами его воплощения, и многие детали были сформулированы в иллюстративных целях.

Изобретение относится к способу получения легких олефинов, представляющих собой этилен и пропилен, характеризующемуся наличием стадий: a) контактирования содержащего метанол исходного сырья, содержащего в количестве от 65 до 100 мас.% метанола, в зоне реактора конверсии метанола с катализатором конверсии метанола и при реакционных условиях, содержащих температуру от 200°С до 300°С, давление от 200 до 1500 кПа и массовой среднечасовой скорости подачи от 2 до 15 час^-1, чтобы получить поток метанола из зоны реактора конверсии, содержащий диметиловый эфир и воду; b) удаления по меньшей мере части воды из потока метанола зоны реактора конверсии метанола с образованием первого потока процесса, содержащего диметиловый эфир и имеющего пониженное содержание воды, и второго потока процесса, содержащего метанол и имеющий повышенное содержание воды по сравнению с указанным первым потоком процесса; c) направления части или всего второго потока процесса к промывной колонне; d) контактирования сырья, содержащего по меньшей мере часть первого потока процесса в зоне реактора конверсии кислородсодержащих соединений с катализатором конверсии кислородсодержащих соединений при реакционных условиях конверсии кислородсодержащих соединений, содержащих температуру от 200°С до 700°С и при абсолютном давлении реакции от 240 до 580 кПа, чтобы обеспечить превращение по меньшей мере части данного сырья в поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, содержащих легкие и тяжелые олефины; и e) направления потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений к промывной колонне, в которой второй поток процесса промывает поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, чтобы получить промытый поток олефинов, для дальнейшего использования в реакции, и поток отходов, содержащий кислородсодержащие соединения и воду. Также изобретение относится к устройству для осуществления заявленного способа. Применение настоящего изобретения позволяет упростить получение легких олефинов из кислородсодержащего сырья. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения легких олефинов, представляющих собой этилен и пропилен, отличающийся тем, что включает
a) контактирование содержащего метанол исходного сырья, содержащего в количестве от 65 до 100 мас.% метанола, в зоне реактора конверсии метанола с катализатором конверсии метанола и при реакционных условиях, содержащих температуру от 200 до 300°С, давление от 200 до 1500 кПа, и массовой среднечасовой скорости подачи от 2 до 15 ч^-1, чтобы получить поток метанола из зоны реактора конверсии, содержащий диметиловый эфир и воду;
b) удаление по меньшей мере части воды из потока метанола зоны реактора конверсии метанола с образованием первого потока процесса, содержащего диметиловый эфир и имеющего пониженное содержание воды, и второго потока процесса, содержащего метанол и имеющий повышенное содержание воды по сравнению с указанным первым потоком процесса;
c) направление части или всего второго потока процесса к промывной колонне;
d) контактирование сырья, содержащего по меньшей мере часть первого потока процесса в зоне реактора конверсии кислородсодержащих соединений с катализатором конверсии кислородсодержащих соединений при реакционных условиях конверсии кислородсодержащих соединений, содержащих температуру от 200 до 700°С и при абсолютном давлении реакции от 240 до 580 кПа, чтобы обеспечить превращение по меньшей мере части данного сырья в поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, содержащих легкие и тяжелые олефины; и
e) направление потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений к промывной колонне, в которой второй поток процесса промывает поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, чтобы получить промытый поток олефинов, для дальнейшего использования в реакции, и поток отходов, содержащий кислородсодержащие соединения и воду.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений разделяют на поток, по меньшей мере, одного легкого олефинового продукта и возвращаемый на переработку поток, содержащий олефины С₄+.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток отходов направляют на стадию разделения, чтобы получить поток кислородсодержащих соединений для возвращения к указанной зоне реактора конверсии кислородсодержащих соединений.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй поток процесса содержит от 30 до 50 мас.% метанола.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводят поток воды, чтобы удалить метанол из потока тяжелых олефинов, представляющих собой С₄-С₆ олефины, и отрегулировать отношение воды к метанолу внутри указанной промывной колонны.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит реакцию, по меньшей мере, части тяжелых олефинов из потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, представляющих собой поток тяжелых олефинов, и включает в себя, по меньшей мере, одну из реакции крекинга олефинов и реакции метатезиса.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед реакцией, по меньшей мере, части тяжелых олефинов потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений дополнительно осуществляют, по меньшей мере, частичное, отделение легких олефинов от тяжелых олефинов потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит реакцию, по меньшей мере, части тяжелых олефинов потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений и включает в себя крекинг, по меньшей мере, части отделенных тяжелых олефинов, чтобы образовать исходящий поток подвергнутых крекингу олефинов, содержащий С₂ и С₃ олефины.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что легкие олефины потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений содержат некоторое количество олефинов С₂, а тяжелые олефины потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений содержат некоторое количество олефина С₄, и в котором зона конверсии тяжелых олефинов содержит секцию метатезиса, в которой по меньшей мере, часть олефина С₄ подвергается метатезису, по меньшей мере, с частью олефинов С₂ в секции метатезиса при температуре от 20 до 450°С и давлении от 3000 до 3500 кПа чтобы получить исходящий поток обмена, содержащий олефин С₃.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадии a) и b) происходят одновременно в едином реакторе с зоной дистилляции.

11. Устройство для получения легких олефинов, отличающееся тем, что содержит зону конверсии тяжелых олефинов, зону реактора конверсии метанола для контактирования содержащего метанол исходного сырья, содержащегося в количестве от 65 до 100 мас.%, с катализатором конверсии метанола и при реакционных условиях, содержащих температуру от 200 до 300°С, давлении от 200 до 1500 кПа и массовой среднечасовой скоростью подачи от 2 до 15 ч^-1, чтобы получить исходящий поток зоны реактора конверсии метанола, содержащего диметиловый эфир и воду;
первый сепаратор, отделяющий, по меньшей мере, часть воды от исходящего потока зоны реактора конверсии метанола с образованием первого потока процесса, содержащего диметиловый эфир и имеющего пониженное содержание воды, и второй поток процесса, содержащий метанол и имеющий более высокое содержание воды;
проход, по которому направляют часть или весь второй поток процесса к промывной колонне;
зону реактора конверсии кислородсодержащих соединений для контактирования сырья, содержащего, по меньшей мере, часть диметилового эфира первого потока процесса, при конверсии кислородсодержащих соединений с катализатором и при реакционных условиях, содержащих температуру от 200° до 700°С, и при абсолютном давлении реакции от 240 до 580 кПа, обеспечивающих превращение, по меньшей мере, части сырья в поток продуктов конверсии кислородсодержащих соединений, содержащих легкие олефины и тяжелые олефины; и
промывную колонну, в которой поток, содержащий указанные тяжелые олефины и кислородсодержащие соединения, контактирует со вторым потоком процесса, чтобы получить поток тяжелых олефинов и поток отходов, содержащий кислородсодержащие соединения и воду, который направляют на стадию разделения, чтобы получить поток кислородсодержащих соединений для возвращения в указанную зону реактора конверсии кислородсодержащих соединений.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй сепаратор для отделения, по меньшей мере, части легких олефинов от тяжелых олефинов потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что зона конверсии тяжелых олефинов включает реактор крекинга олефинов для крекинга, по меньшей мере, части отделенных тяжелых олефинов, чтобы образовать исходящий поток подвергнутых крекингу олефинов, содержащий олефины С₂ и С₃.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что легкие олефины потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений содержат некоторое количество олефинов С₂, а тяжелые олефины потока продуктов конверсии кислородсодержащих соединений содержат некоторое количество олефина С₄, и в котором зона конверсии тяжелых олефинов содержит секцию метатезиса, в которой, по меньшей мере, часть олефина С₄ подвергается метатезису, по меньшей мере, с частью олефинов С₂, чтобы получить исходящий поток обмена, содержащий олефины С₃.