CN101522594A - 甲醇转化为烯烃的集成加工 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了制备烯烃、更具体地由甲醇原料(12)制备轻质烯烃的加工方案和设置。该方案和设置集成了含氧化合物较高压力转化(26)和后续的制备附加轻质烯烃产物的重质烯烃转化加工(46)。

Description

甲醇转化为烯烃的集成加工
背景技术
概括而言，本发明涉及通过集成加工将含氧化合物转化为烯烃，更具体地，转化为轻质烯烃。
全球石化工业的大部分涉及轻质烯烃材料的制造以及其在许多重要化学产物制造中的后继应用。上述轻质烯烃材料的制造和应用可能涉及多种公知的化学反应，包括例如聚合、低聚和烷基化反应。轻质烯烃通常包括乙烯、丙烯及其混合物。这些轻质烯烃是用于现代石化和化学工业的重要组成部分。在目前精炼中轻质烯烃的主要来源是石油原料的蒸汽裂化。考虑到包括地理、经济、政治和供应减少的种种原因，长久以来本领域一直在寻找除了石油以外的其它用以满足这些轻质烯烃材料需求的大量原料来源。
对于制造轻质烯烃的替代材料的寻找促成了使用含氧化合物，例如乙醇，更具体地，使用甲醇、乙醇和高级醇或其衍生物，或其它含氧化合物，例如二甲醚、二乙醚等。已知例如多微孔结晶沸石和非沸石催化剂，特别是硅铝磷酸盐(SAPO)的分子筛，可促进含氧化合物转化为烃混合物，特别是主要由轻质烯烃组成的烃混合物。
在该加工中，含有含氧化合物的原料主要是甲醇或甲醇-水组合(包括粗甲醇)，该加工通常导致在该原料转化为轻质烯烃时释放大量的水。例如，该加工通常涉及每形成1摩尔乙烯释放2摩尔的水，每形成1摩尔丙烯释放3摩尔的水。这些增加的相对量的水的存在可显著地增大含氧化合物转化催化剂的水热损害的可能性。此外，这些增加的相对量的水的存在显著地可显著增大反应器流出物的体积流速，因而需要较大尺寸的容器和相应的加工和操作设备。
Vora等人的专利US 5,714,662(其内容通过引用全部并入本文)公开了通过重整、含氧化合物制造和含氧化合物转化的结合由烃气流制造轻质烯烃的方法，其中将粗甲醇流(在制造含氧化合物时制得，并包括甲醇、轻级分和较高级醇)直接送入制造轻质烯烃的含氧化合物转化区。
虽然该加工已被证明对于烯烃制造是有效的，但是仍然需要并需求进一步的改进。例如，一直要求并需要减少所需反应容器的尺寸，从而降低成本。此外，一直要求并需要可更易于加工并管理反应热和/或与该加工相关的副产物水的加工方案和设置。更进一步，一直要求并需要制造并产生增加的相对量的烯烃的加工方案和设置。
发明概要
发明的总体目的在于提供制造烯烃、尤其是轻质烯烃的改进的加工方案和设置。
发明更具体的目的在于克服一种或多种上述问题。
发明的总体目的至少可部分地通过制备轻质烯烃的特定方法实现。根据一个实施方案。提供一种制备轻质烯烃的方法，其包括在甲醇转化反应器区中并在有效制备包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物的反应条件下，使含甲醇的原料与催化剂接触。从所述甲醇转化反应器区流出物中除去至少一部分水，以形成包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流。在含氧化合物转化反应器区中使包含至少一部分所述第一工艺流的原料与含氧化合物转化催化剂在含氧化合物转化反应条件下接触，所述含氧化合物转化反应条件包括至少240kPa绝对压力的含氧化合物转化反应压力，该反应条件可有效地将至少一部分所述原料转化为包含轻质烯烃和重质烯烃的含氧化合物转化产物流。在重质烯烃转化区中使至少一部分含氧化合物转化产物流重质烯烃反应，以形成包含附加轻质烯烃的重质烯烃转化区流出物流。然后从重质烯烃转化区流出物流中回收至少一部分所述附加的轻质烯烃。
现有技术中通常都未提供制备轻质烯烃的、更特别用于由含有含氧化合物的原料制备烯烃的、并且如所希望的一样简单、行之有效并且有效率的加工方案和设置。更具体地，现有技术通常都未能提供解决例如涉及水共生、具有所希望增加的丙烯与乙烯比率和制造轻质烯烃的碳效率等问题的、并且与所希望的一样简单、行之有效并且有效率的加工方案和设置。
根据另一个实施方案，制备轻质烯烃的方法包括在甲醇转化反应器区中并在有效制备包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物的反应条件下，使含甲醇的原料与催化剂接触。从所述甲醇转化反应器区流出物中除去至少一部分水，以形成包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流。然后可在含氧化合物转化反应器区中使包含至少一部分所述第一工艺流的原料与含氧化合物转化催化剂在含氧化合物转化反应条件下接触，所述含氧化合物转化反应条件可有效地将至少一部分所述原料转化为包含轻质烯烃和重质烯烃的含氧化合物转化产物流。所述含氧化合物转化反应条件宜包括在至少300kPa绝对压力至450kPa绝对压力的范围内的含氧化合物转化反应压力。然后可在重质烯烃转化区中通过烯烃裂化反应和复分解反应中的至少一种使至少一部分含氧化合物产物流重质烯烃反应，以形成包含附加轻质烯烃的重质烯烃转化区流出物流。然后可从重质烯烃转化区流出物流中回收至少一部分所述附加的轻质烯烃。
还提供了用于制备轻质烯烃的系统。根据一个优选实施方案，该系统包括甲醇转化反应器区，用于使含甲醇的原料与催化剂在有效制备包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物的反应条件下接触。提供了第一分离器。该第一分离器有效地从所述甲醇转化反应器区流出物中分离至少一部分水，以形成包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流。提供了含氧化合物转化反应器区，用于使包含至少一部分所述第一工艺流二甲醚的原料与含氧化合物转化催化剂在下述反应条件下接触：所述反应条件包括至少240kPa绝对压力的反应压力，并可有效地将至少一部分所述原料转化为包含轻质烯烃和重质烯烃的含氧化合物转化产物流。该系统还包括重质烯烃转化区，其有效地将含氧化合物转化产物流重质烯烃转化，以形成包含附加的轻质烯烃的重质烯烃转化区流出物流。该系统进一步包括回收区，用于从所述重质烯烃转化区流出物流中回收至少一部分所述附加的轻质烯烃。
本文所使用的“轻质烯烃”通常是指C2和C3烯烃，即乙烯和丙烯。
在上下文中，术语“重质烯烃”通常是指C4-C6烯烃。
“含氧化合物”为含有一个或多个氧原子的烃。典型的含氧化合物包括例如醇和醚。
“碳的氧化物”指二氧化碳和/或一氧化碳。
提到的“Cx烃”是指具有下标“x”所示的碳原子数的烃分子。类似地，术语“含Cx的料流”是指含有Cx烃的料流。术语“Cx+烃”是指具有下标“x”所示的或更高的碳原子数的烃分子。例如，“C4+烃”包括C4、C5和更高碳数的烃。术语“Cx-烃”是指具有下标“x”所示的或更少的碳原子数的烃分子。例如，“C4-烃”包括C4、C3和更低碳数的烃。
“RWD”塔或区是指“反应及蒸馏”塔或区，例如可通常用于在单个加工装置中结合了反应和蒸馏加工。
通过下述详细说明并结合权利要求和附图，其它的目的和优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。
附图简述
图1是根据一个实施方案的将含有含氧化合物的原料加工为烯烃、尤其是轻质烯烃的集成系统的简化示意图。
图2是根据一个实施方案的将含有含氧化合物的原料转化为烯烃、尤其是轻质烯烃的集成系统的、并显示了重质烯烃转化区的系统集成的简化示意图。
图3是根据一个实施方案的将含有含氧化合物的原料转化为烯烃、尤其是轻质烯烃的集成系统的、并显示了重质烯烃转化区的系统集成的简化示意图。
图4是根据一个优选实施方案的RWD塔或区工艺变化的简化示意图。
本领域技术人员根据本文提供的教导会认可和意识到，已经通过取消各种普通或常规的工艺设备件，包括一些热交换器、工艺控制系统、泵、分馏系统等，简化了所示系统或工艺流程图。还可以认识到，附图中所示的工艺流程可以在不背离本发明的基础整体概念的情况下在许多方面作出改动。
发明详述
可以在催化反应中将含有含氧化合物的原料转化为轻质烯烃，并且可然后将该加工中形成的较重质的烃(例如C4+烃)进一步加工，以增加由其制备或产生的轻质烯烃(例如C2和C3烯烃)。根据优选实施方案，将含有甲醇的原料转化以形成二甲醚(DME)，然后又使二甲醚反应形成包含轻质烯烃和重质烯烃的产物混合物，然后将至少一部分重质烯烃转化，以形成附加的轻质烯烃产物。
图1示意性地显示了根据一个实施方案用于将含有含氧化合物的原料加工为烯烃、尤其是轻质烯烃的集成系统，其通常由附图标记10表示。
更具体地，通过管道12将含有甲醇的原料引入甲醇转化反应器区14，在此，以本领域已知的方式，在有效转化所述含有甲醇的原料以制备包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物的反应条件下，使所述含有甲醇的原料与催化剂接触。
本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，所述原料可以是工业级甲醇、粗甲醇或其混合物。粗甲醇可以是来自甲醇合成装置的未提炼产物。本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以知晓并理解，考虑到例如改善催化剂稳定性等因素，使用较高纯度甲醇原料的实施方案是优选的。因而，适当的原料可包括甲醇或甲醇和水的掺混物，该原料可以具有65重量％至100重量％的甲醇含量，优选80重量％至100重量％的甲醇含量，并且根据一个优选实施方案，甲醇含量在95重量％至100重量％之间。
尽管甲醇转化为二甲醚的工艺条件可以变化，但在实践中，该气相工艺反应通常宜在下述条件下发生：温度在200-300℃的范围内(240-260℃、例如250℃的温度是优选的)；压力在200-1500kPa的范围内(400-700kPa范围内、例如500kPa的压力是优选的)；重时空速(“WHSV”)在2-15hr-1的范围内(在3-7hr-1的范围内、例如5hr-1的WHSV是优选的)。实践中，80％或更高的甲醇至二甲醚的转化率是优选的。
经由管道16将所述甲醇转化反应器区流出物流引入分离器段20，其例如由例如本领域已知的一个或多个分离装置构成，在此，从中移除去至少一部分水，从而形成在管道22中的、包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流，以及在管道24中的主要由水(单独或与未反应的甲醇结合)组成的料流。可以认识到，可在分离器段20之前设置冷却装置(未示出)，以例如促进所需的水分离。
例如，该水分离可适宜地在闪蒸器中进行，或者如果需要更完全的分离，可在蒸馏塔分离装置中进行。实践中，通常需要除去至少75％或更多、优选至少90％或更多的生成的水。
本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，剩余的未反应甲醇可包含在分离装置顶部料流中或在分离装置底部料流中或者在这二者中，以如本文所述进行进一步加工。例如，如果需要，可以回收(例如通过或利用汽提塔)在该分离装置底部料流中的甲醇，并再循环至甲醇转化反应器区14。
经由管道22将所述第一工艺流或其至少一部分送入或引入含氧化合物转化反应器段26，在此，以本领域已知的方式，例如使用流化床反应器，在有效将至少一部分所述原料转化为包含燃料气烃、轻质烯烃和C4+烃(包括一定量的重质烃)的含氧化合物转化产物流的条件下，使所述原料与含氧化合物转化催化剂接触。
将例如二甲醚、甲醇及其组合的含氧化合物转化为例如轻质烃的反应条件对于本领域技术人员来说是已知的。优选地，根据特别的实施方案，反应条件包括在200-700℃之间、更优选在300-600℃之间、最优选在400-550℃之间的温度。本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，反应条件例如取决于所需的产物，通常是可变的。所制得的轻质烯烃的乙烯与丙烯的比率在0.5-2.0之间，优选在0.75-1.25之间。如果需要较高的乙烯与丙烯比率，则反应温度高于乙烯与丙烯比率较低时所需的温度。优选的原料温度范围在80-210℃之间。更优选地，原料温度范围在110-210℃之间。根据一个优选实施方案，温度宜保持低于210℃，以避免热分解或使热分解最小化。
根据某些优选实施方案，特别有利的是采用包括至少240kPa绝对压力的含氧化合物转化反应压力的含氧化合物转化反应条件。在某些优选实施方案中，在至少240kPa绝对压力至580kPa绝对压力的范围内的含氧化合物转化反应压力是优选的。此外，在某些优选实施方案中，至少300kPa绝对压力、例如在至少300kPa绝对压力至450kPa绝对压力范围内的含氧化合物转化反应压力可能是优选的。本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，由于该操作压力高于常规含氧化合物至烯烃、尤其是甲醇至烯烃(例如“MTO”)加工中通常所用的压力，反应器尺寸显著减小(例如可减小含氧化合物转化反应器的尺寸)。例如，基于常规操作压力与本文中较高操作压力的比率，在该较高压力操作下可实现反应器尺寸减小至少20％或更多，例如反应器尺寸减小33％或更多。
实践中，在该含氧化合物至烯烃的转化加工中，可实现至少90％、优选至少95％的含氧化合物转化率，并且在至少某些优选实施方案中可实现98-99％或更多的转化率。
含氧化合物转化反应器段26制造或得到在管道30中的、通常包含燃料气烃、轻质烯烃、重质烯烃和其它C4+烃以及副产物水的含氧化合物转化产物或流出物流。宜加工所述含氧化合物转化流出物流或其至少一部分，例如通过急冷或压缩机段32加工，以例如形成在管道34中的所获的经压缩的含氧化合物转化产物流、和在管道36中的废水流，所述废水流例如可含有低含量的未反应乙醇以及少量的例如低分子量醛和有机酸的含氧化合物副产物，并可被适当地加工和弃置或再循环。
将管道34中的含氧化合物转化产物流引入适当的气体浓缩系统40中。
气体浓缩系统，例如用于加工由该含氧化合物转化而产生的产物的气体浓缩系统，对于本领域技术人员来说是已知的，并且本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，其通常不会对本发明的较宽实践构成限制。
在气体浓缩系统40中，宜对全部或部分在管道34中的含氧化合物转化产物流进行加工，以提供一种或多种所需的工艺流，例如包括燃料气流、乙烯流、丙烯流、重质烯烃流和其它C4+烃流的一种或多种。本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，可能希望在本文下述的具体实施方案中利用该特定的工艺流。图1示意性地显示了例如通常由一种或多种最终产物材料组成的工艺流管道42、以及例如被送去根据下面更加详细描述的发明进行进一步加工的工艺流管道44。
将由气体浓缩系统40得到的一种或多种工艺流(在图1的实施方案中，在管道44中的工艺流)引入重质烯烃转化区46(例如在下文更具体描述的)中，使至少一部分该工艺流适当地进行反应，形成至少包含附加的轻质烯烃的重质烯烃转化区流出物，据显示，其作为工艺流管道50从系统中离开。
本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，甲醇转化反应器区(由其可理想地将甲醇转化为二甲醚)与后面副产物水的去除的系统集成减少了通过反应器的体积流，从而减小了反应器的尺寸。此外，水的这种去除有利地减轻了反应器的水热作用严重性。更进一步地，该甲醇转化反应器区的系统集成可有利地移除大部分的反应热，从而可以在减少的冷却需求下进行操作(例如，在从反应器中去掉一个或多个催化剂冷却器的情况下进行操作)。更进一步地，通过本文所述的适当重质烯烃转化区的系统集成，可有利地最小化或避免由于可能增加的对于重质烃、特别是重质烯烃的选择性而产生的可能的加工弊端。
本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员还将注意到，使用DME作为加入含氧化合物至烯烃的转化反应装置的原料，相对于使用其它含氧化合物原材料，可提供操作上的优势(例如在含氧化合物至烯烃的反应器的启动期间)。例如由于DME较低的沸点，其可以作为气体引入冷反应器中而无冷凝的可能，并且其可用作加热介质以提高反应器温度。相反，沸点较高的含氧化合物原材料，例如甲醇、乙醇等，可能需要利用或通过一些其它加热介质将反应器预热，以避免反应器中的冷凝。本领域技术人员可以认识到并理解在流化床系统中避免气体冷凝的重要性，并且可以认识到在该加工中使用DME作为原材料的简化的启动程序的优点。
为了进一步理解本发明的进展，现在参考图2。图2示意性地显示了根据一个实施方案的将含有含氧化合物的原料转化为烯烃、尤其是轻质烯烃的集成系统(通常由附图标记210表示)，并显示了重质烯烃转化区的系统集成。
在集成系统210中，与上述集成系统10类似，经由管道212将含有甲醇的原料(例如上文所述的)引入甲醇转化反应器区214中，在此，在有效地将含有甲醇的原料转化以制备例如包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物的反应条件下，使含有甲醇的原料与甲醇转化催化剂接触。
经由管道216将所述甲醇转化反应器区流出物流引入分离器段220(例如上文所述的)，在此，从中除去水，以形成在管道222中的包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流，以及在管道224中的主要由水(单独或与未反应的甲醇结合)组成的料流。
经由管道222将所述第一工艺流或其至少一部分送入或引入含氧化合物转化反应器段226，在此，以本领域已知的方式，例如使用流化床反应器(例如上文所述的)，在有效地将至少一部分所述原料转化为包含燃料气烃、轻质烯烃和C4+烃(包括一定量的重质烃)的含氧化合物转化产物流的条件下，使所述原料与含氧化合物转化催化剂接触。
含氧化合物转化反应器段226制造或产生在管道230中的、通常包含燃料气烃、轻质烯烃、重质烯烃和其它C4+烃以及副产物水的含氧化合物转化产物或流出物流。如上所述，适当地加工所述含氧化合物转化流出物流或其至少一部分，例如通过急冷或压缩机段232加工，以例如形成在管道234中的所获的经压缩的含氧化合物转化产物流、和在管道236中的废水流。
可经由管道234和238输送所述含氧化合物转化产物流，并送入或引入适当的气体浓缩系统240中。在气体浓缩系统240中，宜如上所述对全部或部分所述含氧化合物转化产物流进行加工，以提供一种或多种所需的工艺流，例如包括管道252中的乙烯流、管道254中的丙烯流、管道256中的C4+烃流(包括C4和C5烯烃)中的一种或多种，以及一种或多种其它工艺流，并且可包括燃料气流、一种或多种烷烃清除流等，并通常由管道260表示。
将管道256中的C4+烃流或其被选部分引入烯烃裂化反应器段262(其例如为本领域已知的固定床反应器的形式)中，在此，以本领域已知的方式，使所述工艺流材料在将其中所含的C4和C5烯烃有效转化为在管道264中的包含轻质烯烃的裂化烯烃流出物流的条件下与烯烃裂化催化剂接触。
显示了在管道266中的清除流，通过管道266，可以以本领域已知的方式，适宜地从系统210所加工的材料流中清除较重的材料，例如C4-C6烷烃化合物等。本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，这此化合物在烯烃裂化反应器中转化并不非常好。因此，这种清除可以避免这些化合物在系统210中的不利的聚集。
如图所示，所述裂化烯烃流出物流可适宜地通过管道264和管道238，并通过气体浓缩系统240适当地加工。
本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，烯烃裂化反应段形式的重质烯烃转化区的这种系统集成可至少部分抵消由于提高的压力操作而产生的对于重质烃的增大的选择性。
图3示意性地显示了根据一个实施方案的将含有含氧化合物的原料转化为烯烃、尤其是轻质烯烃的集成系统(通常由附图标记310表示)，并显示了重质烯烃转化区的系统集成。
在集成系统310中，与上述集成系统10类似，经由管道312将含有甲醇的原料(例如上文所述的)引入甲醇转化反应器区314中，在此，在有效地将含有甲醇的原料转化以制备例如包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物的反应条件下，使含有甲醇的原料与甲醇转化催化剂接触。
经由管道316将所述甲醇转化反应器区流出物流引入分离器段320(例如上文所述的)，在此，从中除去水，以形成在管道322中的包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流，以及在管道324中的主要由水(单独或与未反应的甲醇结合)组成的料流。
经由管道322将所述第一工艺流或其至少一部分送入或引入含氧化合物转化反应器段326，在此，以本领域已知的方式，例如使用流化床反应器(例如上文所述的)，在有效地将至少一部分所述原料转化为包含燃料气烃、轻质烯烃和C4+烃(包括一定量的重质烃)的含氧化合物转化产物流的条件下，使所述原料与含氧化合物转化催化剂接触。
含氧化合物转化反应器段326制造或产生在管道330中的、通常包含燃料气烃、轻质烯烃、重质烯烃和其它C4+烃以及副产物水的含氧化合物转化产物或流出物流。如上所述，适当地加工所述含氧化合物转化流出物流或其至少一部分，例如通过急冷或压缩机段332加工，以例如形成在管道334中的所获的经压缩的含氧化合物转化产物流、和在管道336中的废水流。
可经由管道334和338输送所述含氧化合物转化产物流，并送入或引入适当的气体浓缩系统340中。在气体浓缩系统340中，宜如上所述对全部或部分所述含氧化合物转化产物流进行加工，以提供一种或多种所需的工艺流，例如包括管道352中的乙烯流、管道354中的丙烯流、管道356中的C4+烃流(包括C4和C5烯烃)中的一种或多种，以及一种或多种其它工艺流，并且可包括燃料气流、一种或多种烷烃清除流等，并通常由管道360表示。
将管道356中的C4+烃流或其被选部分、以及管道352中的乙烯流的至少一部分(例如管道361所示的)引入重质烯烃转化区362，该重质烯烃转化区为复分解反应段形式，并处于有效制备包含丙烯的复分解流出物的有效条件下。可通过管道363输送过量或剩余乙烯，例如用于进行所需的产物回收或进一步加工。
复分解反应通常在本领域已知的条件下进行，并采用本领域已知的催化剂。根据一个优选实施方案，例如含有催化量的氧化钼和氧化钨中的至少一种的复分解催化剂适用于该复分解反应。复分解反应条件通常包括20-450℃、优选250-350℃的反应温度，大气压直至3,000psig(20.6MPag)、优选435至510psig(3000-3500kPag)的压力，但如果需要还可采用更高的压力。通常，较低的温度有利于丙烯制备的复分解平衡。
对烯烃的复分解呈活性并可用于本发明方法中的催化剂为通常已知的类型。例如，取决于乙烯与丁烯的比率，丁烯与乙烯的歧化(复分解)可在气相中在300-350℃的温度、0.5MPa绝对压力(75psia)的压力、50至100 WHSV、15％或更高的单程转化率下进行。
该复分解催化剂可以是均相的或多相的，其中多相催化剂是优选的。复分解催化剂优选包含催化有效量的过渡金属组分。用于本发明的优选的过渡金属包括钨、钼、镍、铼及其混合物。所述过渡金属组分可以单质金属和/或金属的一种或多种化合物的形式存在。如果催化剂是多相的，优选地，过渡金属组分与载体相联。可以使用任何合适的载体材料，只要其不显著地干扰原料组分或低碳烯烃组分的转化即可。优选地，载体材料为氧化物，例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆及其混合物。二氧化硅是特别优选的载体材料。如果使用载体材料，则与载体材料结合使用的过渡金属组分的量可根据例如所涉及的特定用途和/或使用的过渡金属而在较大范围内变化。优选地，过渡金属构成全部催化剂的1至20重量％(以单质金属计算)。复分解催化剂可有利地包含催化有效量的能够催化烯烃复分解的上述过渡金属中的至少一种。催化剂还可含有以提高催化剂有效性的量存在的活化剂。可以使用各种活化剂，包括本领域已知的促进复分解反应的活化剂。轻质烯烃复分解催化剂可有利地为均相和多相的钨(W)、钼(Mo)或铼(Re)的络合物。
如图所示，可适宜地通过管道364和管道338输送所述包含丙烯的复分解流出物流，并通过气体浓缩系统340适当地加工。
显示了管道366中的清除流，通过管道366，可以有利地从系统中清除例如C4烷烃化合物等的材料。
本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解，复分解反应段形式的重质烯烃转化区的系统集成可至少部分抵消由于增大的压力操作产生的对于重质烃、例如重质烯烃增大的选择性。
现转向图4，其显示了根据一个优选实施方案的加工设置(由附图标记410表示)的简化示意图。
更具体地，在加工设置410中，经由管道412将含有甲醇的原料(例如上文所述的)引入“反应及蒸馏”(RWD)塔或区414。RWD塔或区有利地通常用于在单个加工装置中结合反应和蒸馏加工。因此，RWD塔或区可有利地用于替代例如图1所示的上述集成系统10中的甲醇转化反应器区14和分离器段20。
授予Marker等人的US 5,817,906公开了使用反应及蒸馏加工制备轻质烯烃的加工，该专利通过引入全部并入本文。
RWD区414包括反应段416和蒸馏段420，例如，其中装有甲醇转化催化剂。甲醇转化发生时，经由管道422移出含有二甲醚并且相对于原含氧化合物原料流具有降低的水含量的产物流出物，同时产生了水，并且水作为料流经由管道424移除。
通过该方法，可有利地利用甲醇在酸催化剂上的转化中的反应热所提供的能量，以使蒸馏段420再沸腾，以从由反应及蒸馏区414底部移除的水流中分离出醚产物和未反应的甲醇。反应段416可存在于反应及蒸馏区414的任意部分。为了有利地从水中分离出醚产物和未反应的甲醇，通常优选将反应段416置于高于甲醇原料进入反应及蒸馏区414之处的位置。通过这种方式，甲醇原料中过量的水在进入反应段416前可至少部分地在蒸馏段420中移除。这种协同作用使得本发明与常规加工方案相比在减少资金和使用成本方面可提供进一步的优势。
结合下述示例对本发明进行进一步的详细描述，这些示例描述并模拟了本发明实践中的各个方面。可以理解，希望保护在本发明主旨范围内的各种变化，因此本发明不被理解为限于这些示例。
实施例
在这些基于模拟或模型的示例中，考虑了数个用于以设定量转化甲醇原料的系统，用于制造轻质烯烃(乙烯和丙烯)，重点在于使丙烯的制造最大化。
对比例1(CE1)
在该对比例中，在含氧化合物至烯烃的流化床反应器装置中，在170kPa的反应压力和适于使丙烯选择最大化的低温下，将甲醇原料转化。然后将反应器流出物送入分离系统，以净化烯烃并去除副产物。该分离系统是本领域技术人员公知的，并且通常包括或基于常规的分离和净化法，其可以在制备轻质烯烃的常规工厂中见到。
对比例2(CE2)
在该对比例中，在含氧化合物至烯烃的流化床反应器装置中，在412kPa的升高的反应压力和与对比例1相同的温度下，使甲醇原料转化。然后如对比例1所述分离和净化所获反应器流出物，以回收轻质烯烃。
对比例3(CE3)
在该对比例中，在包括用于将甲醇转化为DME和水的甲醇反应区的系统中使甲醇原料转化，然后进行去除水的步骤，其中95％的水被移除。在甲醇反应区实现了85％的转化率。然后将所获料流加入处于412kPa的升高的反应压力和与对比例1相同温度下的含氧化合物至烯烃的流化床反应器装置。然后如对比例1所述分离和净化所获反应器流出物，以回收轻质烯烃。
对比例4(CE4)
在该对比例中，在含氧化合物至烯烃的流化床反应器装置中，在412kPa的升高的反应压力(如对比例2所述)和与对比例1相同的温度下，使甲醇原料转化。然后如对比例1所述分离和净化所获反应器流出物，以回收轻质烯烃。但在该对比例中，将重质烯烃副产物(主要由丁烯、戊烯和己烯组成)送入重质烯烃转化区。然后将出自重质烯烃转化区的流出物送回分离系统中以从中回收轻质烯烃。由重质烯烃转化区产生了重质材料的清除流。
实施例1
在该实施例中，使用与本发明主题一致的集成系统。更具体地，在包括用于将甲醇转化为DME和水的甲醇反应区的系统中使甲醇原料转化，然后进行去除水的步骤，其中95％的水被移除。在甲醇反应区实现了85％的转化率。然后将所获料流加入处于412kPa的升高的反应压力和与对比例相同温度下的含氧化合物至烯烃的流化床反应器装置。然后如对比例1所述分离和净化所获反应器流出物，以回收轻质烯烃。将重质烯烃副产物(主要由丁烯、戊烯和己烯组成)送入重质烯烃转化区。然后将出自重质烯烃转化区的流出物送回分离系统中以从中回收轻质烯烃。由重质烯烃转化区产生了重质材料的清除流。
结果
对于上述各个示例，使用产率模拟模型计算丙烯产率(定义为转化成丙烯的原料中包含的碳原子的重量百分比)，并显示于下表中。对于上述各个示例，还使用过程模拟模型确定体积流速(定义为相对于对比例1中体积流速的实际体积流速)，并且也显示于下表中。
 
示例 丙烯产率(％) 相对体积流速(％)
CE1 43.9 100
CE2 44.6 63
CE3 44.9 42
CE4 57.0 63
实施例1 58.1 42
结果讨论
如表所示，实施例1的集成系统实现了高于任一对比例的丙烯产量。如表进一步所示，实施例1的集成系统同时还可以使通过反应器的体积流速显著减少。本领域技术人员以及可由本文提供的内容获得教导的人员可以理解并认识到，由于流化床反应器系统通常构成操作设备中的主要成本部件，因此，通过本发明的实践，可以显著减小反应器尺寸，并相应地节省了与此相关的反应器和催化剂存量成本。
因此，发明提供了用于制造烯烃、更具体地由含有含氧化合物的原料制造轻质烯烃的加工方案和设置，并且有利地，该加工方案和设置与此前通常可得的相比更为简单、更行之有效和/或更有效率。
本文示意性公开的发明可以在不存在本文没有具体公开的元素、部分、步骤、组件或成分的情况下实施。
尽管在上文的详述中，已经联系其某些优选实施方案描述了本发明，且已经为举例说明列出许多细节，但本领域技术人员显而易见的是，本发明可以有其它实施方案，并且可以在不背离本发明的基本原理的情况下显著改变本文所述的某些细节。

Claims (10)

1.一种制备轻质烯烃的方法，所述方法包括：
在甲醇转化反应器区(14)中，在有效制备包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物(16)的反应条件下，使含甲醇的原料(12)与催化剂接触；
从所述甲醇转化反应器区流出物中除去至少一部分水，以形成包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流(22)；
在含氧化合物转化反应器区(26)中，使包含至少一部分所述第一工艺流的原料与含氧化合物转化催化剂在将至少一部分所述原料有效转化为包含轻质烯烃和重质烯烃的含氧化合物转化产物流(30)的含氧化合物转化反应条件下接触，其中所述含氧化合物转化反应条件包括至少240kPa绝对压力的含氧化合物转化反应压力；
在重质烯烃转化区(46)中，使含氧化合物转化产物流重质烯烃的至少一部分(44)反应，形成包含附加的轻质烯烃的重质烯烃转化区流出物流(50)；以及
从所述重质烯烃转化区流出物流中回收至少一部分所述附加的轻质烯烃。
2.权利要求1的方法，其中含氧化合物转化反应压力在至少240kPa至580kPa绝对压力的范围内。
3.权利要求2的方法，其中含氧化合物转化反应压力在至少300kPa至450kPa绝对压力的范围内。
4.权利要求1的方法，其中含氧化合物转化产物流重质烯烃的至少一部分的反应包括烯烃裂化反应和复分解反应中的至少一种。
5.权利要求4的方法，其中在含氧化合物转化产物流重质烯烃的至少一部分的反应之前，所述方法还包括从含氧化合物转化产物流的重质烯烃中至少部分地分离出轻质烯烃。
6.权利要求5的方法，其中所述含氧化合物转化产物流重质烯烃的至少一部分的反应包括将至少一部分所述分离的重质烯烃裂化，以形成包含C2和C3烯烃的裂化烯烃流出物。
7.权利要求4的方法，其中含氧化合物转化产物流的轻质烯烃包含一定量的C2烯烃，含氧化合物转化产物流的重质烯烃包含一定量的C4烯烃，且其中所述含氧化合物转化产物流重质烯烃的至少一部分(44)的反应包括在复分解段(362)中在有效制备包含C3烯烃的复分解流出物(364)的条件下使至少一部分所述C4烯烃与至少一部分所述C2烯烃接触。
8.权利要求7的方法，其中以每摩尔C4烯烃2至3摩尔C2烯烃的摩尔比将C2和C4烯烃引入复分解段。
9.权利要求1的方法，其中在甲醇转化反应器区中在有效制备包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物的反应条件下含甲醇的原料与催化剂的接触以及从甲醇转化反应器区流出物中除去至少一部分水以形成包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流在具有蒸馏区(414)的单一反应中同时发生。
10.用于制备轻质烯烃的系统，所述系统包括：
甲醇转化反应器区(14)，用于在有效制备包含二甲醚和水的甲醇转化反应器区流出物(16)的反应条件下使含甲醇的原料(12)与催化剂接触；
第一分离器(20)，其有效地从所述甲醇转化反应器区流出物中分离至少一部分水，以形成包含二甲醚并具有降低的水含量的第一工艺流(22)；
含氧化合物转化反应器区(26)，用于使包含至少一部分所述第一工艺流二甲醚的原料与含氧化合物转化催化剂在包括至少240kPa绝对压力的反应压力、有效地将至少一部分所述原料转化为包含轻质烯烃和重质烯烃的含氧化合物转化产物流(30)的反应条件下接触；
重质烯烃转化区(46)，其有效地将含氧化合物转化产物流重质烯烃转化，以形成包含附加的轻质烯烃的重质烯烃转化区流出物流(50)；以及
回收区(240)，用于从所述重质烯烃转化区流出物流中回收至少一部分所述附加的轻质烯烃。
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