由含氧化合物生产烯烃的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于通过在多级含氧化合物‑至‑烯烃(OTO)合成反应器中含有含氧化合物的反应物混合物的反应来生产含有烯烃的烃产物的方法和设备，所述反应物混合物被分成多个反应物混合物子流，所述合成反应器包括多个串联连接的反应段，所述反应段包括催化剂区，其中在每个催化剂区的上游布置有用于反应物混合物子流的进料仪器。在这些反应段的每一个中，将反应物混合物子流引入并且在其中在含氧化合物转化条件下转化为烯烃和另外的烃，其中另外向除第一反应段外的所有反应段供应来自各自的上游反应段的产物流。另外，将至少一个蒸汽流引入至少一个反应段中，并且将至少一个含有烃的再循环流引入至少一个反应段中。将所述OTO合成反应器产物在多级后处理仪器中分馏以获得多个烃产物馏分，其中将至少一个烃产物馏分作为再循环流再循环至所述OTO合成反应器。根据本发明专利技术，将所有反应物混合物子流、蒸汽流和再循环流以气态/蒸气形式引入所述OTO合成反应器中。

【技术实现步骤摘要】
由含氧化合物生产烯烃的方法和设备
本专利技术涉及一种用于通过在多级含氧化合物-至-烯烃(OTO)合成反应器中含有含氧化合物的反应物混合物的反应来生产含有烯烃、特别包含乙烯和丙烯的烃产物的方法，所述反应物混合物被分成多个反应物混合物子流，所述合成反应器包括多个串联连接的反应段，每个反应段含有催化剂区，所述催化剂区包括对OTO合成具有活性和选择性的固体催化剂，其中在每个催化剂区的上游布置有用于反应物混合物子流的进料仪器。在这些反应段的每一个中，将反应物混合物子流引入并且在其中在含氧化合物转化条件下转化为烯烃和另外的烃，其中另外向除第一反应段外的所有反应段供应来自各自的上游反应段的产物流。另外，将至少一个蒸汽流引入至少一个反应段中，并且将至少一个含有烃的再循环流引入至少一个反应段中。将所述OTO合成反应器产物在多级后处理仪器中分馏以获得多个含有烃的烃产物馏分，其中将至少一个烃产物馏分作为再循环流再循环至OTO合成反应器。本专利技术进一步涉及一种用于进行此种方法的设备。
技术介绍
短链烯烃，尤其是丙烯(propylene或propene)，是化学工业中最重要的商品。其原因是，从具有短链长度的这些不饱和化合物出发，可以形成具有长链碳骨架和附加官能化的分子。过去，短链烯烃的主要来源是蒸汽裂解，即矿物油加工中的热裂解。然而，在过去的几年中，已经开发了制备短链烯烃的另外的方法。对此的一个原因是需求增长，而可供使用的资源已无法满足；其次，化石原料的日益稀缺要求使用不同的起始材料。用于制备丙烯和其他短链烯烃的所谓的MTP(甲醇-至-丙烯)或MTO(甲醇-至-烯烃)方法从作为起始材料的甲醇出发。在这方面，由于含有氧的有机组分如甲醇或二甲醚(DME)也被称为含氧化合物，因此通常还提及含氧化合物-至-烯烃(OTO)方法。因此，这些多相催化方法首先将甲醇部分转化为中间体二甲醚，并且随后由甲醇和二甲醚的混合物形成乙烯和丙烯以及具有较高摩尔质量的烃、尤其包括烯烃的混合物。产物流中还存在水，其衍生自任选地供应至OTO反应器以进行反应调节的工艺蒸汽和在OTO反应器中产生的反应水。在从现有技术中已知的MTP方法中，最初通过蒸馏由粗甲醇获得的纯甲醇是反应的起始材料。由于在OTO反应器中从甲醇开始的烃合成强烈放热，因此首先在布置在OTO反应器上游的醚化反应器(所谓的DME反应器)中，将纯甲醇汽化并供应，并且在其中在任选添加蒸汽作为稀释剂后，通过多相催化脱水直接转化为二甲醚(DME)和水。所得的产物混合物不仅含有DME，而且含有未转化的甲醇和水；从DME反应器中排出后，典型地将其冷却并部分冷凝以获得富含DME的气相和富含水和甲醇的液相，将两者用作随后的OTO反应的反应物混合物。例如在公开的欧洲专利EP2032245B1中传授了在多级OTO反应器中对含有DME和甲醇作为含氧化合物的预反应的输入混合物的后续转化。OTO反应器包括多个反应段，所述反应段被含有含氧化合物的输入混合物从上到下穿过并布置在封闭的直立容器内，每个容器由支撑托盘构成，在所述支撑托盘上设置有由颗粒分子筛催化剂例如结构类型ZSM-5的倾卸床(dumpedbed)形成的催化剂区。在每种情况下，在向上和向下方向由两个相邻的反应段限定的中间空间中是具有二流体喷嘴的喷射管组形式的雾化器系统，所述雾化器系统用于均匀地喷射使用从DME反应器获得的富含DME的气相作为推进剂从DME反应器获得的富含水和甲醇的液相。除了如此获得的反应物混合物的精细分布之外，还具有另外的优点，即从反应段并且特别是催化剂区中提取了细小液滴的汽化所需的汽化焓，并且因此确保其冷却，使得来自OTO反应的强热量释放易于可控。否则，所述热量释放将导致影响反应温度，并且因此使OTO反应器中的工艺条件经受强烈的局部变化，结果是，即使在反应段内也无法实现最佳的工艺管理，更不用说在整个OTO反应器内。这将导致有价值的目标产物如短链烯烃的转化率和/或选择性的降低，以及因此还有产率的降低。还将接着发生严重的局部升温，还尤其是在催化剂区，所谓的热点，以及因此催化剂损坏、催化剂过早失活以及由此导致的期望产物的选择性的降低。然而，EP2032245B1中传授的反应管理的一个缺点是，采用的用于将含有含氧化合物的反应物混合物进料到反应区中的蒸气/液体分配系统是复杂且昂贵的系统。它包括许多器械、管道、补偿器和喷嘴，并且因此对操作员误差敏感。因此，正确的操作需要显著的熟练程度和培训投入，使得操作团队可以安全地掌握设备的启动和关闭以及操作模式从正常操作到催化剂再生的切换。安全且无中断的操作进一步需要整个系统的高压降，以用于在不同的反应物混合物流速下雾化和均匀分配。这限制了系统的操作灵活性。此外，上游器材零件的成本不必要地变高，因为由于所采用的蒸气/液体分配系统内的压降相对较高，OTO反应器上游的DME反应器和供应器材零件中的压力水平同样相对较高，因此增加了壁厚和成本。欧洲专利申请EP2760809A1披露了一种方法，其中将含有烃的再循环气体与纯化的二甲醚和蒸汽混合并且随后施加到多级OTO反应器的反应段中。高纯度的二甲醚和相关的向纯气体进料的转换使得可以避免添加用于冷却的液体形式的水和/或含氧化合物。然而，通过除去未转化的甲醇和由DME形成反应形成的水来纯化二甲醚是非常艰巨的。此外，需要非常高纯度的所采用的二甲醚，因此进一步增加了所述方法的能量需求。
技术实现思路
因此，必须进一步指出的是，仍然需要一种简单、稳健的用于通过在具有低能量需求的多级含氧化合物-至-烯烃(OTO)合成反应器中转化含有含氧化合物的反应物混合物来生产烯烃的方法。因此，本专利技术的目的是提供此种方法和相应的设备。此目的基本上通过具有如权利要求1所述的特征的方法得以实现。根据本专利技术的方法的另外、尤其是优选的实施例可以在从属权利要求中找到。根据本专利技术的方法：一种用于通过在多级含氧化合物-至-烯烃(OTO)合成反应器中转化含有含氧化合物的反应物混合物来生产包含乙烯和丙烯的含有烯烃的烃产物的方法，所述反应物混合物被分成多个反应物混合物子流，所述方法包括以下步骤：(a)提供所述多级OTO合成反应器，其具有多个处于彼此流体连接的串联连接的反应段，所述反应段包括第一反应段和至少一个随后的反应段，每个反应段含有催化剂区，所述催化剂区包括对OTO合成具有活性和选择性的固体催化剂，其中在每个催化剂区的上游布置有用于反应物混合物子流的进料仪器，并且其中最后的反应段在流动方向上与用于排出OTO合成反应器产物的导管处于流体连接，(b)通过各自的进料仪器将反应物混合物子流引入每个反应段中，其中另外向所述至少一个随后的反应段供应来自各自上游反应段的产物流，将至少一个蒸汽流引入至少一个反应段中，将至少一个再循环流引入至少一个反应段中，(c)在含氧化合物转化条件下，至少部分地将所述催化剂区中的供应的含氧化合物转化为烯烃和另外的烃，排出所述OTO合成反应器产物，(d)在通过热分离方法操作的多级后处理仪器中分离所述OTO合成反应器产物，以获得多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过在多级含氧化合物-至-烯烃(OTO)合成反应器中转化含有含氧化合物的反应物混合物来生产包含乙烯和丙烯的含有烯烃的烃产物的方法，所述反应物混合物被分成多个反应物混合物子流，所述方法包括以下步骤：/n(a)提供所述多级OTO合成反应器，其具有多个处于彼此流体连接的串联连接的反应段，所述反应段包括第一反应段和至少一个随后的反应段，每个反应段含有催化剂区，所述催化剂区包括对OTO合成具有活性和选择性的固体催化剂，其中在每个催化剂区的上游布置有用于反应物混合物子流的进料仪器，并且其中最后的反应段在流动方向上与用于排出OTO合成反应器产物的导管处于流体连接，/n(b)通过各自的进料仪器将反应物混合物子流引入每个反应段中，其中另外向所述至少一个随后的反应段供应来自各自上游反应段的产物流，将至少一个蒸汽流引入至少一个反应段中，将至少一个再循环流引入至少一个反应段中，/n(c)在含氧化合物转化条件下，至少部分地将所述催化剂区中的供应的含氧化合物转化为烯烃和另外的烃，排出所述OTO合成反应器产物，/n(d)在通过热分离方法操作的多级后处理仪器中分离所述OTO合成反应器产物，以获得多个含有烃的烃产物馏分，/n(e)从所述后处理仪器中排出含有烯烃、特别是含有乙烯和/或丙烯的烃产物，/n(f)将一个或多个烃产物馏分的至少一部分作为一个或多个再循环流再循环至所述OTO合成反应器，并将所述一个或多个再循环流引入至少一个反应段中，/n其特征在于，将所有反应物混合物子流、蒸汽流和再循环流仅以气态/蒸气形式引入所述OTO合成反应器中。/n...

【技术特征摘要】
20190306 EP 19020106.11.一种用于通过在多级含氧化合物-至-烯烃(OTO)合成反应器中转化含有含氧化合物的反应物混合物来生产包含乙烯和丙烯的含有烯烃的烃产物的方法，所述反应物混合物被分成多个反应物混合物子流，所述方法包括以下步骤：
(a)提供所述多级OTO合成反应器，其具有多个处于彼此流体连接的串联连接的反应段，所述反应段包括第一反应段和至少一个随后的反应段，每个反应段含有催化剂区，所述催化剂区包括对OTO合成具有活性和选择性的固体催化剂，其中在每个催化剂区的上游布置有用于反应物混合物子流的进料仪器，并且其中最后的反应段在流动方向上与用于排出OTO合成反应器产物的导管处于流体连接，
(b)通过各自的进料仪器将反应物混合物子流引入每个反应段中，其中另外向所述至少一个随后的反应段供应来自各自上游反应段的产物流，将至少一个蒸汽流引入至少一个反应段中，将至少一个再循环流引入至少一个反应段中，
(c)在含氧化合物转化条件下，至少部分地将所述催化剂区中的供应的含氧化合物转化为烯烃和另外的烃，排出所述OTO合成反应器产物，
(d)在通过热分离方法操作的多级后处理仪器中分离所述OTO合成反应器产物，以获得多个含有烃的烃产物馏分，
(e)从所述后处理仪器中排出含有烯烃、特别是含有乙烯和/或丙烯的烃产物，
(f)将一个或多个烃产物馏分的至少一部分作为一个或多个再循环流再循环至所述OTO合成反应器，并将所述一个或多个再循环流引入至少一个反应段中，
其特征在于，将所有反应物混合物子流、蒸汽流和再循环流仅以气态/蒸气形式引入所述OTO合成反应器中。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一方面向所有反应段供应反应物混合物子流，并且另一方面供应蒸汽流和/或再循环流。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将至少两个烃产物馏分作为再循环流再循环至所述OTO合成反应器并引入其中。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将主要含有C2至C8烃的烃产物馏分作为再循环流引入所述第一反应段中。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，仅将主要含有C2至C4烃的烃产物馏分作为再循环流引入所述至少一个随后段中。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于反应物混合物子流的进料仪器上的压降小于5巴(a)、优选小于3巴(a)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于至少两个反应段，分别控制或调节所述再循环流的质量流和/或所述蒸汽的质量流。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，催化剂阶段内部的含氧化合物分压在0.1巴(a)与0.5巴(a)之间。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述含有含氧化合物的反应物混合物含有二甲醚(DME)并在醚化反应器中通过甲醇在气相中的催化脱水以获得包含DME、蒸汽和甲醇蒸气的气态醚化反应器产物混合物来生产，其中将所述气态醚化反应器产物混合物作为反应物混合物送至所述OTO合成反应器而无需额外的分离步骤。


10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述含有含氧化合物的反应物混合物具有按重量计在50％与70％之间、优...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢茨·扬科，马丁·高尔尼，史蒂法纳·哈赫，贝恩德·阿勒斯，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR