涉及膨胀冷却和经冷却气体再循环的热量管理方法技术

一种管理化学反应工艺的热量的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年6月27日提交的临时申请序号61/839,901的优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文中。
技术介绍
本专利技术涉及化学工艺中的热量管理。存在多个在高压下涉及氢气的化学工艺，其包括烯烃的加氢甲酰化反应、烃化反应、氢氨甲基化反应及氢氰化反应。这些反应中的每一个都必须涉及进料流杂质的存在，所述杂质可以包括N2、Ar、CO2、甲烷、高碳烷烃、水等。这些杂质典型地以排放物流从所述工艺清除。举例来说，烯烃(如丙烯)的加氢甲酰化反应在工业上以连续工艺进行，因为烯烃、一氧化碳以及氢气在加氢甲酰化反应器中在加氢甲酰化反应催化剂的存在下发生反应。反应器的排出物包含加氢甲酰化反应产物(醛、醇)和总体上大量的未反应烯烃，所述烯烃必须经分离并且再循环到加氢甲酰化反应器。当烯烃经历加氢甲酰化反应时(即在50℃至200℃以上以及压力低至3巴和高达200巴以上时进行含氧化合物合成反应)时，除如醛及醇的液体反应产物之外还得到气体混合物。这些气体混合物由以下组成：未经转化的反应物以及来自烯烃进料的作为杂质的烷烃和来自烯烃的副反应氢化反应的烷烃。常规烯烃加氢甲酰化反应方案必须允许排放惰性物质，如N2、Ar、CH4、烷烃、CO2等。在丙烯加氢甲酰化反应的情况下，这些气体混合物已经作为废气燃烧，因为自所述废气回收烯烃、CO以及H2并无成本效益。作为异构副产物获得的这些气体混合物以及异丁醛已经部分氧化以产生加氢甲酰化反应所要的合成气(即一氧化碳和氢气)、烯烃以及氢气。然而，在丙烯的价格大涨之后，昂贵的丙烯转化为合成气不再是经济的。一般来说，所希望的是使未反应的烯烃再循环回到反应器中以得到最大转化率。然而，这一再循环工艺又将惰性丙烷再循环，所述惰性丙烷在进料丙烯中作为杂质存在或通过加氢甲酰化反应器中的副反应形成。为防止加氢甲酰化反应器中丙烷浓度连续升高并且达到加氢甲酰化反应停止时的值，必须不断地从所述工艺中放掉经再循环的含丙烯流的子流，以去除惰性物质和丙烷。然而，未反应丙烯也通过放出流从系统中去除了。为保持丙烯损失小，一般使用高纯度的丙烯进料。因此，通常使用纯度约99.5％的丙烯进料与基本上由丙烷组成的剩余物进行加氢甲酰化反应。这一级别的丙烯称为“聚合物级丙烯”。此类高纯度丙烯的售价明显高于较低纯度的丙烯。举例来说，含有约3重量％至7重量％的丙烷的“化学级丙烯”明显比聚合物级丙烯便宜。由于上述原因，在未采用适当措施的情况下，具有相对高比例丙烷的丙烯进料不可以用于工业加氢甲酰化反应工艺。反应器排放物流含有有价值的烯烃、合成气以及流失到燃料总管或燃烧塔的产物。现有技术具有多种方法回收反应物。用于使这些排放物的转化率达到最大的次级反应器的实例为已知的，参见例如GB1,387,657、US4,593,127、US5,367,106、US5,426,238、US7,405,329、WO2010/081526以及WO2010/115509。然而，仍存在对惰性气体和烷烃进行排放清除。大量先前技术集中在回收这些物流中所含的烯烃，如丙烯，但极少有注意力集中在使产物损耗达到最小。举例来说，US4,210,426采用具有最多3个管柱的大规模吸附/去吸附方案以从排放物流中提取烯烃。这一资本密集型工艺十分复杂。并未提到回收任何所含的醛产物。已知需要外来物质作为回收剂的分离方法，所述方法使用如二乙基丙酰胺、甲醇、芳香族化合物、乙腈、二甲氧基四甘醇、烃以及醛重物质的回收剂。然而，这些方法具有一相当大的缺点，因为从废气回收的气体再次用于加氢甲酰化反应工艺中之前，所述气体需要进行仔细地纯化以去除特定回收剂。并不清楚如何能够不通过昂贵精炼而从这些系统中回收醛产物。US5,001,274、US5,675,041、US6,822,122、US6,100,432以及JP4122528论述使用排放物洗涤器和排放物蒸馏方案回收未反应的烯烃。此外，这些复杂的方案集中在回收烯烃，并且只有US5,001,274有任何关于回收排放物流中所含的任何醛或醇产物的论述。然而，US5,001,274又会捕获惰性物质(如烷烃)，其可以干扰惰性物质清除。US5,463,137和US5,483,201传授用于分离丙烯和将丙烯回收到加氢甲酰化反应区的压力摆动吸附(PSA)和相关技术。如US6,414,202中所传授，膜技术也可适用。CN101774912A1传授使用PSA以回收待回收回加氢甲酰化反应区的合成气。所有这些技术都为资本密集型的，并且极性醛的复杂混合物和所述混合物与其它组分的相互作用倾向于干扰这些技术，对于长期使用尤其如此。交替的吸附和解吸附循环需要周期性的压力和/或温度变化。PSA所要的设备复杂并且容易发生故障。使排放物流冷却以使产物冷凝的制冷为可用选项，但制冷昂贵并且需有高维护费用；参见例如US4,287,369。氨(一种常见制冷剂)与醛具有反应性。因此，任何渗漏都可能造成极不合需要的后果。常规冷却水典型地为约40℃并且因在所述温度下蒸气压相当大所以仍存在大量醛。已知使用丙烷作为冷却剂。举例来说，在US4,210,426中，使用经纯化的丙烷减压来冷却醛-丙烷蒸馏塔中的回流冷凝器。在这种情况下，使用冷凝器回收吸收剂流体。丙烷流相当纯，因为在先前阶段去除了氢气、惰性气体等。这一工艺需要两个管柱以在丙烷用作制冷剂之前纯化丙烷。US6,864,391公开一种氧化排放物流以使所含的烯烃转化成其它更容易分离的产物(如其对应的丙烯酸)的方法，但在此之前必须进行大规模精炼以从物流中去除痕量的醛。所有这些方法都不适用于从丙烯的加氢甲酰化反应中所得到的废气回收醛产物，因为其太过昂贵。所希望的是从反应器排放物流中回收产物(如醛)的单一且经济的方法。
技术实现思路
本专利技术方法为包含以下的此类方法：a)提供从采用有机物和H2的化学工艺中所得到的气相排放物流，所述物流包含未经冷凝的产物、有机物、氢气以及惰性气体，b)在交叉交换器中冷却所述排放物流以形成经冷却物流，c)将所述经冷却物流分离成粗产物液体流和气相流，d)在降压装置中降低所述气相流的压力以形成经冷却气相流，其中所述降压装置上的压降大于1巴并且所述经冷却气相流的有机物与H2的重量比大于8∶1，和e)在所述交叉交换器中使用所述经冷却气相流使所述气相排放物流冷却。令人惊奇地，本专利技术方法允许以有成本效益的方式从排放物流中回收大量有价值的产物。附图说明图1为化学反应工艺的示意图。...

【技术保护点】
一种方法，其包含：a)提供从采用有机物和H2的化学工艺中所得到的气相排放物流，所述物流包含未经冷凝的产物、有机物、氢气以及惰性气体，b)在交叉交换器中冷却所述排放物流以形成经冷却物流，c)将所述经冷却物流分离成粗产物液体流和气相流，d)在降压装置中降低所述气相流的压力以形成经冷却气相流，其中所述降压装置上的压降大于1巴并且所述经冷却气相流的有机物与H2的重量比大于8∶1，和e)在所述交叉交换器中使用所述经冷却气相流使所述气相排放物流冷却。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.27 US 61/8399011.一种方法，其包含：
a)提供从采用有机物和H2的化学工艺中所得到的气相排放物流，所述物流包含
未经冷凝的产物、有机物、氢气以及惰性气体，
b)在交叉交换器中冷却所述排放物流以形成经冷却物流，
c)将所述经冷却物流分离成粗产物液体流和气相流，
d)在降压装置中降低所述气相流的压力以形成经冷却气相流，其中所述降压装
置上的压降大于1巴并且所述经冷却气相流的有机物与H2的重量比大于8∶1，和
e)在所述交叉交换器中使用所述经冷却气相流使所述气相排放物流冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在步骤a)之前使反应器流出物气相
流至少部分冷凝以形成冷凝物(21)和气相排放物流(11)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述化学工艺为加氢甲酰化反应工
艺，其包含在反应区中，当反应条件足以形成C2-C5烯烃的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·米勒，I·B·科克斯，M·莫科塔扎德，
申请(专利权)人：陶氏技术投资有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US