CN110099888B - 用于生产烯烃的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于生产乙烯的方法，其中形成含乙烷和氧气的反应进料，通过氧化脱氢将反应进料中的乙烷一部分和氧气的一部分转化为乙烯和乙酸，以获得工艺气体，其中工艺气体含有乙烷的未转化部分和氧气的未转化部分、乙烯和乙酸以及水，其中使工艺气体经受水骤冷。提供的水骤冷包括将工艺气体引入洗涤塔(10、20、30、40、50)，将向至少两个不同的塔部分中引入各自的含水液体洗涤介质流并使它们与工艺气体逆流运行。相应的设备(100)同样构成本发明主题的一部分。

Description

用于生产烯烃的方法和设备

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于制备烯烃的方法和相应的设备。

背景技术

具有2至4个碳原子的链烷烃的氧化脱氢(ODH)大体上是已知的。在ODH中，所述的链烷烃与氧气反应以提供尤其相同碳数的烯烃和水。

与已建立的用于生产烯烃的方法(例如蒸汽裂化或催化脱氢)相比，ODH可能是有利的。例如，由于所涉及的反应的放热性，没有热力学平衡限制。乙烷、丙烷和正丁烷的形成能ΔG分别为-102kJ/mol、-115kJ/mol和-118kJ/mol。ODH可以在相对低的反应温度下进行。原则上所用催化剂的再生不是必需的，因为氧气的存在允许原位再生。最后，与蒸汽裂化相比，形成了少量无价值的副产物，例如焦炭。

关于ODH的另外的细节参考相关的技术文献，例如Ivars,F.和López Nieto,J.M.,Light Alkanes Oxidation:Targets Reached and Current Challenges,in:Duprez,D.and Cavani,F.(ed.),Handbook of Advanced Methods and Processes in OxidationCatalysis:From Laboratory to Industry,London 2014:Imperial College Press,第767至834页中，或者

C.A.等人,Oxidative Dehydrogenation of Ethane:CommonPrinciples and Mechanistic Aspects,ChemCatChem,第5卷,第11期,2013,第3196至3217页。例如EP 2 716 622 A1也公开了用于烷烃的氧化脱氢的反应器装置和方法。

在下文中特别考虑乙烷的ODH(所谓的ODH-E)描述本发明。然而，对于较高级链烷烃(例如丙烷和丁烷)的ODH，所述发明的使用原则上也是可能的并且是有利的。

特别是当在工业相关的反应条件下使用MoVNbTeOx催化剂时，ODH形成大量的作为副产物的所用链烷烃的相应羧酸。对于经济的工厂操作，当使用所述催化剂类型时，通常需要烯烃和各自的羧酸的相应的联合生产。这特别适用于同时形成乙酸的ODH-E。此外，ODH尤其形成可观量的作为副产物的一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳和二氧化碳与水、羧酸、残余氧气和残余乙烷一起存在于ODH中形成的气体混合物中，并且需要从相应的主要产物，即产生的烯烃中去除。

US2014/0249339A1公开了使这种气体混合物经受水骤冷以冷却，并从所述混合物中洗去水溶性组分。本发明的目的是改善这种水骤冷。

发明内容

在此背景下，本发明提出了具有独立权利要求的特征的用于生产烯烃的方法和相应设备。在每种情况下，实施方案是从属权利要求和随后的说明书的主题。

在本发明的上下文中，物料流、气体混合物等可以富含或贫含一种或多种组分，其中表述“富含”可以表示基于摩尔、重量或体积的不少于99％、99.5％、99.9％或99.99％的含量，表述“贫含”可以表示基于摩尔、重量或体积的不多于1％、0.5％、0.1％或0.01％的含量。如果报告了多种组分，则表述“富含”或“贫含”涉及所有组分的总和。如果提及例如“氧气”或“乙烷”，则可以涉及纯净气体或富含相应组分的混合物。

在本发明的上下文中，物料流、气体混合物等也可以“富集”或“贫化”一种或多种组分，其中这些术语基于起始混合物中的含量。当它们含有基于起始混合物的一种或多种组分的含量的不少于1.5倍、2倍、5倍、10倍，100倍或1000倍时，它们“富集”，当它们含有基于起始混合物的一种或多种组分的含量的不多于0.75倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍时，它们“贫化”。

术语“压力水平”和“温度水平”在下文中用于表征压力和温度，这些旨在表示压力和温度的术语不需要以精确的压力/温度值的形式被使用。压力水平或温度水平可以例如在平均值的±1％、±5％、±10％、±20％或±50％之内。多个压力水平和温度水平可以表示不相交或重叠的范围。例如，即使当压力和温度由于传输损失或冷却而降低时，仍然可以存在相同的压力/温度水平。此处报告的以巴计的压力水平是绝对压力。

“精馏塔”在本发明的上下文中是指分离单元，其适于通过精馏至少部分地分馏以气态或液态形式或以具有液态和气态部分的双相混合物的形式注入的物质混合物，任选地还在超临界状态下，即从物质混合物中分别产生纯物质或至少具有不同组成的物质混合物。精馏塔通常配置为圆柱形金属容器，其具有内部构件，例如分离托盘，或者有序或无序填料。精馏塔包括塔底蒸发器。这是一种具有热交换器的装置，该热交换器被加热并适于加热积聚在精馏塔底部的液体馏分，也称为底部液体。通过塔底蒸发器，部分塔底产物被连续蒸发并在分离区域中以气态形式回收。

术语“惰性组分”在此应理解为表示在ODH中不反应的气体混合物的未冷凝气体部分，例如稀有气体例如氩气，还有例如甲烷等化合物。

如开始所述，特别是当使用MoVNbTeOx催化剂时，ODH可以形成大量的作为副产物的所用链烷烃的相应羧酸。尤其，其它副产物是一氧化碳和二氧化碳。从ODH反应器取出的气体混合物通常还含有反应和工艺用水、残余氧气和残余乙烷。这种气体混合物在此称为ODH的“工艺气体”。如上所述，工艺气体含有作为主要产物的一种或多种烯烃，还含有副产物和未转化的反应物。

本发明的优点

如开始所述，已知水骤冷用于处理来自ODH的工艺气体。然而，特别是当这种气体混合物含有可观量的一种或多种羧酸(例如乙酸)时，这种已知方法被证明是不令人满意的，因为羧酸仅被不充分地洗去。这可能会特别对下游工艺步骤产生负面影响。这些将参考乙酸和因此的ODH-E的示例在下文进行描述。然而，相应的阐述也(有限制地)适用于较高级羧酸。

乙酸和水具有非常相似的沸点，因此难以通过蒸馏彼此分离。其结果是，在去除不充分的情况下，即使在工艺气体的进一步处理过程中，也可能发生水和乙酸的冷凝，这在很大程度上同时发生。因此，含水冷凝物总是具有可观的酸比例，该酸比例接近所用的反应器的直接下游的工艺气体中的乙酸/水比率。

换句话说，在乙酸去除不充分的情况下，含酸的冷凝物可能出现在分离的大部分区域和其中使用的装置中。在应用烯烃设备典型的分离概念时，这将意味着在整个淬火和压缩机部分中可能部分地出现高乙酸浓度。这在材料选择方面需要额外的成本和复杂性和/或可能显著降低这些设备的寿命。

除此之外，可以提供的用于去除二氧化碳的处理单元，例如胺洗涤和/或碱液洗涤的处理单元，在它们的操作模式中受到产物气体中可观量的乙酸的负面影响。

根据本发明提供的方法的一个成就是，在ODH期间形成的乙酸可以在第一步骤中或在相应分离的早期步骤中大量去除。根据本发明的方法进一步确保了系统中的良好的热集成和低压降。

为了实现这些优点，本发明从原则上已知的用于生产乙烯的方法开始，其中形成含乙烷和氧气的反应输入物，通过氧化脱氢将反应输入物中的乙烷一部分和氧气的一部分转化为乙烯和乙酸，以获得工艺气体，其中工艺气体含有乙烷的未转化部分和氧气的未转化部分、乙烯和乙酸以及水，其中使工艺气体经受水骤冷。细节已经阐述。

根据本发明，现在提供水骤冷，水骤冷包括将工艺气体引入洗涤塔，在该洗涤塔中，将相应的含水液体洗涤介质流引入至少两个不同的塔部分中并与工艺气体逆流运行。以这种方式，通过对不同的洗涤介质流进行选择性温度控制可以实现改善的热集成，乙酸的含量可以降低到下游单元可接受的值，特别是在下文阐述的实施方案中也是如此。在每种情况下，从洗涤塔的顶部取出特别冷却并且至少大部分脱乙酸而净制的工艺气体。

根据本发明方法的优选实施方案，使用具有第一塔部分和第二塔部分的洗涤塔，其中第二塔部分布置在第一塔部分上方，将工艺气体引入第一塔部分的下部区域，部分或完全地允许通过第一塔部分，从第一塔部分上升到第二塔部分并通过第二塔部分，并且在第一塔部分的上部区域中引入第一液体洗涤介质流，在第二塔部分的上部区域中引入第二液体洗涤介质流。

在本文所采用的用语中，术语“不同的塔部分”应理解为意指未表现出空间重叠的洗涤塔的区域。特别地，不同的塔部分是布置在不同高度的区域。不同的塔部分具有(相同或不同的)交换结构，这些交换结构特别适于增加在各个塔部分中滴流的洗涤介质的比表面积的尺寸，从而确保改善与工艺气体的交换。特别地，为此目的，塔部分可以包括先前描述的内部构件，例如分离托盘，或者有序或无序的填料。

塔部分的“下部”区域在此应理解为意指止于小于50％，特别是小于40％、30％、20％或10％的相应塔部分的高度的区域。因此，塔部分的“上部”区域在此应理解为意指起始于塔部分的高度的50％、60％、70％、80％或90％的区域。

有利的是，在第一温度水平下将第一洗涤介质流引入第一塔部分，在第二温度水平下将第二洗涤介质流引入第二塔部分。特别地，第一温度水平可以是50℃至90℃和/或第二温度水平可以是20℃至50℃。在这种温度下可以实现有利的热集成，由此至少部分地使用提供第一温度水平的例如在相应的设备中流动的物料流，和提供第二温度水平的冷却水。原则上，在本发明的上下文中，在每种情况下，热集成的热交换器，即以在相应的设备中流动的物料流(例如输入物或产品流)操作的热交换器，和所谓的“通用”热交换器，即以单独的介质操作的热交换器，可以被单独使用或彼此以任何所需的组合被使用。

在本发明的上下文中，可以提供的是，使工艺气体在第一(下部)塔部分中与两个洗涤介质流的整体(组合的)液体接触，在第二(上部)塔部分中仅与第二洗涤介质流的液体接触。然而，作为该第一变型的替代，根据第二变型，也可以使工艺气体在第一塔部分中仅与第一洗涤介质流的液体接触，在第二塔部分中仅与第二次洗涤介质流接触。在第二变型中，第一和第二洗涤介质流可以具有不同的特别是乙酸的含量。特别地，第二洗涤介质流可以具有比第一洗涤介质流更低的乙酸含量，从而可以进行改善的洗脱。

刚刚阐述的第一变型尤其包括将液体从第一塔部分的下部区域取出并部分地或完全地用于形成第一洗涤介质流和第二洗涤介质流。换句话说，这种液体因此可以分开，并且部分地以第一洗涤介质流的形式或作为第一洗涤介质流的一部分使用和部分地以第二洗涤介质流的形式或作为第二洗涤介质流的一部分使用。由于第一洗涤介质流和第二洗涤介质流的这种形成，所述流特别具有相同的乙酸的含量和相同的其它化合物的含量。该变型特别参考附图3A进行说明。

刚刚阐述的第二变型尤其实现在第一塔部分通过液体屏障托盘与第二塔部分分离时，特别地，将液体从第一塔部分的下部区域取出并且部分地或完全地用于形成第一洗涤介质流，将液体从第二塔部分的下部区域取出。

从第二塔部分的下部区域取出的液体可以在第二变型中部分地或完全地用于形成第二洗涤介质流。在第二变型中，如果从第二塔部分的下部区域取出的液体没有或没有完全用于形成第二洗涤介质流，则从第二塔部分的下部区域取出的液体或其余部分也可以排出或用于形成第一洗涤介质流。在第二变型中，第二洗涤介质流尤其也可以形成为使得其不包含从第二塔部分的下部区域取出的液体。以这种方式，可以实现第二次洗涤介质流的单次通过。

在所有阐述的情况下，第二洗涤介质流可以包含新鲜的水(Frischwasser)，即例如软化水，和/或来自另外的处理单元，特别是乙酸回收单元的净化水。如果阐述的第二洗涤介质流形成为使得其不包含从第二塔部分的下部区域取出的液体，则第二洗涤介质流也可以完全由这种新鲜的水/软化水和/或净化水组成。也可以将另外的液体混合到第二洗涤介质流中。来自乙酸回收单元的净化水含有例如约0至5000ppmw的乙酸。

在第二变型中使用液体屏障托盘(气体可以穿过该液体屏障托盘上升但没有液体可以向下流动)防止第一洗涤介质流和第二洗涤介质流的液体在塔中经历明显和不受控制的混合。该变型特别参考附图3B进行说明。

因此，在该第二变型中，两种洗涤介质流具有先前阐述的不同含量。以这种方式，在上升方向上，可以使用越来越纯的洗涤介质。换句话说，第一洗涤介质流和第二洗涤介质流以可主要含有水，第一洗涤介质流可以具有比第二洗涤介质流更高的乙酸含量。

阐述的第一变型或阐述的第二变型的延伸，在此描述为第三变型，其包括使用具有在第二塔部分上方的第三塔部分的洗涤塔，其中部分地或完全地使工艺气体从第二塔部分上升至第三塔部分并通过第三塔部分，将第三液体洗涤介质流引入第三塔部分的上部区域，特别地，将液体从第三塔部分的下部区域取出。在该第三变型中，可以获得甚至更纯的洗涤塔的顶部产物。在此，液体屏障托盘或另外的液体屏障托盘特别地布置在第二塔部分和第三塔部分之间。

在第三变型中，第一实施方案是可能的，其中进行第三洗涤介质流的单次通过，即在洗涤塔的顶部，将第三洗涤介质流引入，从第三塔部分的下部区域，在液体屏障托盘上方，将液体取出但不再进行再循环，即用于形成第三洗涤介质流。液体可以例如用于形成第二洗涤介质流和/或排出。以这种方式，特别可以始终提供高纯度的第三洗涤介质流。这特别参考图4B进行说明。相比之下，第三变型的第二实施方案提供了相应的回路，特别是在图4A中也示出了该回路。

在第三变型的第一实施方案中，从第三塔部分的下部区域取出的液体因此特别部分地或完全地用于形成第二洗涤介质流或排出。相比之下，在第三变型的第二实施方案中，从第三塔部分的下部区域取出的液体部分地或完全地用于形成第三洗涤介质流。在每种情况下，第三洗涤介质流主要含有水，有利地含有不多于5000ppmw的乙酸。

在第三变型的第一实施方案中，第三洗涤介质流可以由新鲜的水，即例如软化水，或者也可以为例如来自另外的处理单元(特别是乙酸回收单元)的所述净化水形成，或者第三洗涤介质流可以至少包含这样的水。有关详细信息，参考关于第二变型的相应说明。但是在第三变型的第二实施方案中，第三液体洗涤介质流可以包含这样的水，还包括从第三塔部分的下部区域取出的液体。

在第三变型中，特别在第一实施方案中，例如使用碱液的化学洗涤也可以在第三塔部分中进行。因此，含水碱液或废碱液流，即包含一种或多种合适的有机或无机组分的碱性溶液，可以用作第三洗涤介质流或作为第三洗涤介质流的一部分。这里，可以使用新鲜的碱液，例如氢氧化钠水溶液，或来自用于处理工艺气体的下游碱液洗涤的废碱液，和/或所述液体的混合物。以这种方式，特别在将所述碱液供应到废碱液单元之前，可以进一步利用来自碱液洗涤的这种废碱液。这改善了碱液的利用。

阐述的第三变型的延伸，在此描述为第四变型，其提供了使用具有在第三塔部分上方的第四塔部分的洗涤塔，其中部分地或完全地使工艺气体从第三塔部分上升至第四塔部分并通过第四塔部分。将第四液体洗涤介质流引入第四塔部分的上部区域，将液体从第四塔部分的下部区域取出。在该实施方案中，在最上(第四)塔部分中，特别可以进行如已经参考第二变型所阐述的使用碱液的化学洗涤。因此，在此同样地，特别将含水碱液或废碱液流，即一种或多种合适的有机或无机组分的碱性溶液，用作第四洗涤介质流或其一部分。这里也可以使用新鲜碱液，例如氢氧化钠水溶液，或来自用于处理工艺气体的下游碱液洗涤液的废碱液，和/或所述碱液的混合物。因此，在这种情况下，同样地，特别在将所述碱液供应到废碱液单元之前，可以进一步利用这种废碱液。如上所述，这改善了碱液的利用。该变型特别在图5中示出。

然而，原则上也可以的是，第四洗涤介质流由新鲜的水，即例如软化水，或者也可以例如来自另外的处理单元(特别是乙酸回收单元)的净化水形成，如已经在上面结合第二变型和第三变型阐述的，或者第四洗涤介质流至少包含这样的水。然而，也可以使用从第四塔部分的下部区域取出的液体形成第四洗涤介质流。所有替代方案也可以组合使用。

同样形成本发明主题的部分的是用于生产乙烯的设备，其适于形成含乙烷和氧气的反应输入物，通过氧化脱氢将反应输入物中的乙烷的一部分和氧气的一部分转化为乙烯和乙酸，以获得工艺气体，其中工艺气体含有乙烷的未转化部分和氧气的未转化部分、乙烯和乙酸以及水，其中提供了适于使工艺气体经受水骤冷的装置。

根据本发明，在用于水骤冷的该设备中，提供了具有至少两个不同塔部分的洗涤塔，提供了适于将工艺气体引入洗涤塔的装置，提供了适于向至少两个不同的塔部分中引入各自的含水液体洗涤介质流并使它们与工艺气体逆流运行的装置。

对于相应设备的特征和优点，参考上述关于该方法的特征和优点的阐述。特别地，这种设备适于执行根据上文阐述的具体实施方案的方法，并包括适合于此的装置。在这方面，也可参考上述说明。

附图说明

下面参考附图更具体地阐述本发明，附图尤其示出了本发明的优选实施方案。

附图的简要描述

图1示出了根据本发明的一个实施方案的用于生产烯烃的设备。

图2以示意图形式示出了根据非本发明的实施方案的水骤冷。

图3A和3B以示意图形式示出了根据本发明的实施方案的水骤冷。

图4A和4B以示意图形式示出了根据本发明的实施方案的水骤冷。

图5以示意图形式示出了根据本发明的实施方案的水骤冷。

具体实施方式

附图的详细描述

在附图中，功能上或结构上等同的元件用相同的附图标记表示，并且为了简单起见，不再重复阐述。当下文描述设备部件时，关于这些的阐述也相应地适用于通过这些设备部件实施的方法步骤，反之亦然。

在图1中，以极大简化的设备图的形式示出了根据本发明的一个实施方案的用于生产烯烃的设备，并且统称为100。尽管下文描述了用于乙烷的ODH(ODH-E)的设备100，如上所述，本发明也适用于较高级烃的ODH。在这种情况下，下面的阐述相应地适用。

在设备100中，将物料流a形式的分离输入物供应到具有例如一个或多个精馏塔的精馏单元101中并进行精馏。在所描述的示例中，分离输入物至少含有乙烷和较高级烃，特别是相应的较高级链烷烃。精馏单元101还可以被提供有一个或多个另外的分离输入物。

在精馏单元101中，将分离输入物单独进行精馏或与另外的分离输入物一起进行精馏，以获得含有乙烷但贫含较高级烃的分离产物。将分离产物以物料流c的形式取出并供应给预热单元102。在预热单元102中，将分离产物进行预热，其中在所描述的示例中，也向预热单元102供应水或蒸汽流d。还可以供应另外的物料流。可以将下文阐述的另外的物料流b添加到物料流c中。

将从预热单元102流出的物料流e供应到反应单元103以形成反应输入物。由于使用来自精馏单元101的分离产物形成，反应输入物含有乙烷，但贫含较高级烃。反应输入物还可以含有一种或多种稀释剂，例如水或惰性气体和另外的组分。也可以将这些以另外的物料流(未示出)的形式供应给反应单元103。

在所描述的示例中，向反应单元103供应含氧物料流f。这可以使用空气分离设备104来提供。为此，向空气分离设备104供应气流g。根据空气分离设备104的操作，含氧物料流f可以是基本上纯的氧气，但是也可以存在部分氮气和稀有气体。以这种方式，同样可以供应稀释剂。

从反应单元103流出的是工艺气流h形式的工艺气体，其含有在反应单元103中通过反应输入物中的一部分乙烷的ODH形成的乙烯。产物混合物还含有在反应单元103中同样由乙烷在ODH期间形成的乙酸、水、一氧化碳、二氧化碳、未转化的氧气和稀释剂以及如果在反应单元103中添加或预先形成的另外的化合物。

应理解的是，反应单元103可以包括一个或者多个反应器，所述一个或者多个反应器例如并行操作。在后一种情况下，向这些反应器分别供应相应的反应输入物和相应的含氧物料流f，所述反应输入物可以具有相同或不同的组成，在每种情况下形成相应的工艺气流h。可以将后者例如组合并作为工艺气体一起供应给下文阐述的单元。

将工艺气体转移到骤冷单元104中，在骤冷单元104中，例如在洗涤塔中，可以使工艺气体与骤冷水或合适的含水溶液接触。在骤冷单元104中，特别将工艺气体进行冷却，将在反应单元103中形成的乙酸从工艺气体中洗掉。载有乙酸的工艺水以物料流i的形式从骤冷单元104流出，至少清除大部分乙酸的工艺气体以物料流k的形式从骤冷单元104流出。

在任选的乙酸回收单元105中，从载有乙酸的工艺水中分离出乙酸作为冰乙酸，冰乙酸以物料流1从设备100排出。可以将同样在乙酸回收单元105中回收的纯工艺水以先前阐述的物料流d的形式供应到预热单元102。供应给反应器的工艺水也可以部分或完全以外部供应的新鲜的水的形式提供。可以将不再可用或不需要的水从设备100排出并以废水流m的形式供应给废水处理。

将以物料流k的形式存在并且至少清除大部分乙酸的工艺气体在压缩单元106中压缩至合适的压力水平，例如15至25巴，并以压缩物料流n的形式供应给胺洗涤单元107。其中洗去的特别是存在于工艺气体中的部分二氧化碳。在胺再生之后，可以将洗去的二氧化碳以物料流q的形式从设备中排出。

因此将部分地清除二氧化碳的工艺气体以物料流o的形式转移到碱液洗涤单元108中，并进一步去除其中的二氧化碳。在碱液洗涤单元108中产生的是废碱液，将其以物料流p的形式转移到废碱液处理单元109中并最终从设备中排出。

将在碱液洗涤单元108中进一步纯化的工艺气体以物料流r的形式转移到预冷却和干燥单元110中，在预冷和干燥单元110中，可以特别地清除工艺气体的残余水。将干燥的工艺气体以物料流s的形式转移到低温单元111中，随后以进一步冷却的形式以一种或多种物料流t的形式转移到脱甲烷化单元112。在低温单元111和脱甲烷单元112中，将沸点低于乙烯的组分，其中特别是一氧化碳和氧气，从工艺气体中分离出来，其余部分保持冷凝形式。如果工艺气体含有在反应单元103中的ODH期间作为副产物形成的较高级烃，则它们同样转化为冷凝物。

将沸点低于乙烯的经过分离的组分以一种或多种物料流u的形式通过低温单元111以及预冷却和干燥单元110回收，其中任选地与另外的相应的物料流组合，用于冷却目的并从设备100中排出。如果需要，将具有两个和任选更多个碳原子的烃以物料流v的形式供应到氢化单元113，在氢化单元113中，特别是在反应单元103中的ODH期间同样作为副产物形成的乙炔可以被氢化。在氢化之后，将现在称为w的物料流转移到乙烯去除单元114中。

在乙烯去除单元114中，将至少大部分乙烯与其它组分分离，并以物料流x的形式在乙烯冷却单元115中利用之后，可以以气态形式从设备100排出。将其余组分，主要是乙烷和可能的较高级烃，以物料流y的形式取回，并以物料流b的形式再循环到预热单元101中。

图2示出了根据非本发明的实施方案的水骤冷，图3A和3B、4A和4B和5各自以示意图的形式示出了根据本发明实施方案的水骤冷。在所引用的附图中示出的元件1至9各自实现相同或类似的功能，因此原则上具有类似的结构。然而，它们可以各自以不同的实施方案提供，例如以不同的尺寸和不同的数量提供。

标有相同大写字母的物料流原则上也是类似的。所述图中所示的水骤冷可以用作根据图1的骤冷单元104或用作这种骤冷单元的一部分，其集成通过此处标记为h、i和k的物料流实现。

如上所述，本发明涉及一种用于生产乙烯的方法，其中形成含乙烷和氧气的反应输入物，通过氧化脱氢将反应输入物中的乙烷的一部分和氧气的一部分转化为乙烯和乙酸，以获得工艺气体，其中工艺气体含有乙烷的未转化部分和氧气的未转化部分、乙烯和乙酸以及水。

该工艺气体在图2所示的非本发明的变型中在例如约140℃的温度水平下，以如图1中标记为h的物料流的形式供应给洗涤塔1。该工艺气体还特别含有另外的组分，例如一氧化碳和二氧化碳。

洗涤塔1包括交换区域2，交换区域2可以包括合适的托盘和/或倾倒床。从洗涤塔1的底部区域取出在例如约80℃至100℃的温度水平下的物料流A形式的液体馏分，部分借助于泵3以物料流B的形式通过热交换器4和热交换器5并返回到洗涤塔1的顶部区域。

以这种方式，形成含水液体洗涤介质流并与工艺气体逆流运行。积聚在洗涤塔的1底部的液体馏分主要是水-乙酸混合物。可以将过量的水-乙酸混合物以如图1中标记为i的物料流的形式排出。可以将冷却的工艺气体以如图1中标记为k的物料流的形式取出。

经由热交换器4进行热集成，并将液体馏分冷却至例如50℃至90℃的温度水平。在热交换器5中，通过冷却水将液体馏分冷却至例如20℃至50℃的温度水平。

根据图2中所示的变型，进行骤冷，即快速冷却，骤冷的目的是热集成和最大可能的冷却并与低压降相结合。然而，通常实现相对低的乙酸贫化。

然而，这在图3A和3B、4A和4B以及随后的图5中所示的本发明的实施方案中实现，其中水骤冷包括将工艺气体引入相应的洗涤塔中，在该洗涤塔中向至少两个不同的塔部分中引入各自的含水液体洗涤介质流并将其与工艺气体逆流运行。

在图3A所示的实施方案中，将洗涤塔标记为10。所述塔包括两个交换区域2，每个交换区域2可以包括合适的托盘和/或倾倒床。以这种方式，将洗涤塔10分开。将借助于泵3输送的总流通量的物料流B的子流C经由热交换器4在两个交换区域2之间引入洗涤塔10中。将借助于泵3输送的总流通量的另一子流C’经由热交换器5和另一个特别是热集成的热交换器5a引入洗涤塔10的顶部区域。

温度水平基本上与先前关于两种洗涤介质流阐述的温度水平相同。根据图3A中所示的实施方案，还可以在热交换器5中进行空气冷却。

与图2中所示的实施方案相比，图3A中所示的实施方案允许更好地调节塔的温度分布，因此还允许实现更高程度的热集成，因为可以在更高的温度水平下移除更多的能量。

在图3B所示的实施方案中，提供了彼此完全分离的两个回路，这使得特别可以实现从底部到顶部的乙酸浓度梯度，从而减少乙酸引入随后的压缩单元，例如根据图1的压缩单元106。此外，该措施还进一步增加了热集成的可能性。

为此，这里标记为20的洗涤塔通过液体屏障托盘6，特别通过烟囱颈式托盘分开。将以物料流D的形式从洗涤塔20的底部取出的液体部分地经由热交换器4以液体屏障托盘21下方的物料流E的形式引入洗涤塔20的下部塔部分中。

将收集在液体屏障托盘6上的液体在例如40℃至70℃的温度水平下以物料流F的形式取出，以物料流G的形式借助于泵部分地通过热交换器7并被引入到洗涤塔20的顶部。物料流F的另一部分是以物料流G’的形式进入下部洗涤介质回路的和/或被排出的。排放(未特别示出)可以与物料流D的一部分以物料流i排出的下部回路的排放分开进行，或者两个排放流混合在一起以物料流i从设备中排出。

与图2、3A和3B所示的实施方案相比，图4A和4B所示的实施方案中增加了另外的塔部分，即分别标记为30和40的洗涤塔分别在标记为31和42的它们的下部中配置为类似于图2、3A和3B中所示的洗涤塔，其包括相应的洗涤介质回路、内部构件等。

仅出于清楚的原因，这并未在所有组合中示出。因此，在所描述的示例中，图4A中所示的实施方案包括根据图3A中所示的实施方案的下部31；然而，下部31也可以根据图3B中所示的实施方案来配置。相应地，在所描述的示例中，图4B中所示的实施方案包括根据图3B中所示的实施方案的下部41；然而，下部41也可以根据图3A中所示的实施方案来配置。

各个增加的塔部分分别标记为32和42。所述部分通过另外的液体屏障托盘与下部31和41划界。在该液体屏障托盘6上方，在每种情况下，将液体分别以物料流H的形式取出。

根据图4A中所示的实施方案，提供了包括泵8的泵送回路，通过该泵送回路，可以将物料流H的至少一部分以物料流I的形式在例如20℃至50℃的温度水平下再循环到塔部分32的顶部区域，与新鲜的软化水的物料流L混合，或者也可以与例如来自乙酸回收单元，例如根据图1的乙酸回收单元105的包含例如约0至5000ppmw的乙酸的净化水混合。在例如填充水平控制下，过量的液体以物料流K的形式供应到物料流C或以其它方式排出。

根据图4B中所示的实施方案，仅将新鲜的软化水或者例如来自乙酸回收单元，例如根据图1的乙酸回收单元105的包含例如约0至5000ppmw的乙酸的净化水以物料流L的形式在例如20℃至50℃的温度水平下供应到塔部分42的顶部。在例如填充水平控制下，过量的液体以物料流K的形式供应到物料流C或以其它方式排出。在例如填充水平控制下，物料流H至少部分地以物料流M的形式供应到物料流G或以其它方式排出。

图5示出了一个实施方案，其中再次延伸图4A和4B中所示的实施方案。图4A和4B中所示的部分31和工段41和32和42在此可以以任何所需的组合提供，并且出于普适性原因未在图5中详细示出。

进而，此处标记为50的洗涤塔的最上部塔部分由液体屏障托盘6与下方的塔部分31、32、41和42分开。这增加了另一个塔部分，其经由泵9整合到泵送回路中，将来自下游处理单元的废碱液流，诸如例如来自根据图1的碱液洗涤单元108的碱液流p，新鲜的碱液溶液或两者的组合引入所述另一个塔部分。相应的物料流在图5中标记为N。

将物料流M与回路流O一起作为物料流P供应到洗涤塔50的顶部。在液体屏障托盘6上方，取回载有的碱液Q。这可以部分地以回路流O的形式使用，部分地作为物料流R排放到废碱液处理单元中，例如根据图1的废碱液处理单元109。

以这种方式，除了用水反洗外，还提供了基于化学的洗涤，其进一步减少了通过的乙酸的量，从而保护了下游单元。

通过使用上文阐述的本发明的实施方案可实现的优点将参考下文中相应的模拟数据再次概括地进行阐述。

在所有情况下，假设在每种情况下引入洗涤塔的工艺气体在140℃的温度、2.1巴(绝对压力)的压力和110吨/小时的质量流量下使用，其中乙酸含量为11.1重量％，水含量为29重量％，具有两个碳原子的烃含量为56.5重量％。

在根据图2的非本发明的实施方案中，即包含一个回路和一个循环物流，可以将乙酸以99.4％的比例与工艺气体分离，并且洗涤塔的顶部流(物料流k)中的乙酸含量为5814.0ppmw。高于85℃温度的可用的热量输出为4428kW，循环洗涤介质的回路质量流量为430吨/小时，新鲜的水的消耗量为0吨/小时。

与此相反，虽然在图3A所示的本发明的实施方案中，包括一个回路和两个循环流，乙酸可以分离到99.4％的相同程度，并且顶部流中的乙酸含量也具有可比较的值5890.0ppmw，但高于85℃的可用热量输出增加到4609kW的值。如前所述，与图2中所示的非本发明的实施方案相比，图3A中所示的实施方案因此允许更好地调节塔的温度分布，因此还允许实现更高程度的热集成，因为可以在更高的温度水平下移除更多的能量。在这种情况下，回路质量流量为730吨/小时，新鲜的水的消耗量为0吨/小时。

在图3B所示的本发明的实施方案中，包括两个回路和两个循环流，可以分离出更高比例的99.6％的乙酸。顶部流中的乙酸含量显著降低至3906.0ppmw的值。以这种方式，可以显著减少向后续单元例如压缩单元的乙酸的引入。另外如上所述，这里可以进一步增加热集成。这里，在85℃的温度下的可用热量输出显著增加，即达到5833kW的值。回路质量流量为1140吨/小时，新鲜的水的消耗量为0吨/小时。

在图4A所示的包括一个回路、两个循环流和新鲜的水的净化的本发明的实施方案中，可以进一步显著改善乙酸的去除。这里可以分离出总共99.98％的比例的乙酸，在顶部流中留下177.0ppmw的乙酸含量。高于85℃的可用热量输出为3828kW，回路质量流量为730吨/小时，新鲜的水的消耗量为8吨/小时。

图4B所示的包括两个回路、两个循环流和新鲜的水的净化的本发明实施方案中的乙酸去除导致进一步改善的99.99％的比例的乙酸分离，在顶部流中留下90.0ppmw的乙酸。高于85℃的可用热量输出为5116kW，回路质量流量为1140吨/小时，新鲜的水的消耗量为8吨/小时。

如图5中所示的实施方案中在另一个塔部分下游提供的下游碱液洗涤可以使顶部流中的乙酸含量进一步显著降低至化学洗涤的典型值，即降低至小于1ppmw的值。

Claims (11)

1.一种用于生产乙烯的方法，其中形成含乙烷和氧气的反应输入物，通过氧化脱氢将所述反应输入物中的所述乙烷的一部分和所述氧气的一部分转化为乙烯和乙酸，以获得工艺气体，其中所述工艺气体含有所述乙烷的未转化部分和所述氧气的未转化部分、所述乙烯和所述乙酸以及水，其中使所述工艺气体经受水骤冷，其中所述水骤冷包括将所述工艺气体引入洗涤塔(10、20、30、40、50)，向所述洗涤塔(10、20、30、40、50)中的至少两个不同的塔部分中引入各自的含水液体洗涤介质流并使所述含水液体洗涤介质流与所述工艺气体逆流运行，其中使用所述洗涤塔(10、20、30、40、50)形成载有乙酸的工艺水流，并且在乙酸回收单元(105)中从载有乙酸的所述工艺水流中分离出乙酸，和其中使用具有第一塔部分和第二塔部分的洗涤塔(10、20、30、40、50)，其中所述第二塔部分布置在所述第一塔部分上方，将所述工艺气体引入所述第一塔部分的下部区域，使所述工艺气体部分地或完全地通过所述第一塔部分，从所述第一塔部分上升到所述第二塔部分并通过所述第二塔部分，并且在所述第一塔部分的上部区域中引入第一液体洗涤介质流，在所述第二塔部分的上部区域中引入第二液体洗涤介质流，其中所述第一塔部分通过液体屏障托盘与所述第二塔部分分离，将液体从所述第一塔部分的下部区域取出并部分地或完全地用于形成所述第一液体洗涤介质流，其中将液体从所述第二塔部分的下部区域取出，和所述第一液体洗涤介质流和所述第二液体洗涤介质流主要含有水，其中所述第一液体洗涤介质流具有比所述第二液体洗涤介质流更高的乙酸含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在第一温度水平下将所述第一液体洗涤介质流引入所述第一塔部分，在第二温度水平下将所述第二液体洗涤介质流引入所述第二塔部分。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一温度水平为50℃至90℃和/或所述第二温度水平为20℃至50℃。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将液体从所述第一塔部分的下部区域取出，并部分地或完全地用于形成所述第一液体洗涤介质流和/或所述第二液体洗涤介质流。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中使用具有在所述第二塔部分上方的第三塔部分的洗涤塔(30、40、50)，其中使所述工艺气体部分地或完全地从所述第二塔部分上升至所述第三塔部分并通过所述第三塔部分，将第三液体洗涤介质流引入所述第三塔部分的上部区域。

6.根据权利要求5所述的方法，其中将液体从所述第三塔部分的下部区域取出，并部分地或完全地用于形成所述第二液体洗涤介质流。

7.根据权利要求5所述的方法，其中将液体从所述第三塔部分的下部区域取出，并部分地或完全地用于形成所述第三液体洗涤介质流。

8.根据权利要求5所述的方法，其中在形成所述第三液体洗涤介质流时，至少部分使用主要由水组成且含有不超过5000ppmw的乙酸的外部供应的流。

9.根据权利要求5所述的方法，其中使用具有在所述第三塔部分上方的第四塔部分的洗涤塔(50)，其中使所述工艺气体部分地或完全地从所述第三塔部分上升至所述第四塔部分并通过所述第四塔部分，将第四液体洗涤介质流引入所述第四塔部分的上部区域，将液体从所述第四塔部分的下部区域取出。

10.根据权利要求9所述的方法，其中将含水碱液或废碱液流用作所述第四液体洗涤介质流。

11.一种用于生产乙烯的设备(100)，其适于形成含乙烷和氧气的反应输入物，通过氧化脱氢将所述反应输入物中的所述乙烷的一部分和所述氧气的一部分转化为乙烯和乙酸，以获得工艺气体，其中所述工艺气体含有所述乙烷的未转化部分和所述氧气的未转化部分、所述乙烯和所述乙酸以及水，其中提供了适于使所述工艺气体经受水骤冷的装置，其特征在于提供了具有至少两个不同的塔部分的洗涤塔(10、20、30、40、50)用于水骤冷，提供适于将所述工艺气体引入所述洗涤塔(10、20、30、40、50)的装置，提供了适于向所述至少两个不同的塔部分中引入各自的含水液体洗涤介质流并使它们与所述工艺气体逆流运行的装置，其中使用所述洗涤塔(10、20、30、40、50)形成载有乙酸的工艺水流，并且在乙酸回收单元(105)中从载有乙酸的所述工艺水流中分离出乙酸，和其中使用具有第一塔部分和第二塔部分的洗涤塔(10、20、30、40、50)，其中所述第二塔部分布置在所述第一塔部分上方，将所述工艺气体引入所述第一塔部分的下部区域，使所述工艺气体部分地或完全地通过所述第一塔部分，从所述第一塔部分上升到所述第二塔部分并通过所述第二塔部分，并且在所述第一塔部分的上部区域中引入第一液体洗涤介质流，在所述第二塔部分的上部区域中引入第二液体洗涤介质流，其中所述第一塔部分通过液体屏障托盘与所述第二塔部分分离，将液体从所述第一塔部分的下部区域取出并部分地或完全地用于形成所述第一液体洗涤介质流，其中将液体从所述第二塔部分的下部区域取出，和所述第一液体洗涤介质流和所述第二液体洗涤介质流主要含有水，其中所述第一液体洗涤介质流具有比所述第二液体洗涤介质流更高的乙酸含量。

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