CN110536877A - 用于获得一种或多种烯烃的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及获得一种或多种烯烃的方法(100、200)，其中使用甲烷(10)的氧化偶联形成包含氢气、甲烷、一氧化碳和沸点比甲烷高的烃的气体混合物，并对该气体混合物进行低温分离(1‑5。本发明特征在于，低温分离(1‑5)使用具有第一分离区域(21)、第二分离区域(22)和冷凝器‑蒸发器(23)的精馏塔(2)进行，所述第二分离区域(22)布置在第一分离区域(21)上方，其中将气体混合物冷却，作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域(21)中，并在第一分离区域(21)中进行第一精馏过程，由此形成第一顶部气体和第一底部液体，在冷凝器‑蒸发器(23)中使用第一部分的第一顶部气体形成再循环到第一分离区域的冷凝物，并且使用第二部分的顶部气体形成输入到第二分离区域(22)中的第二分离进料。第二分离进料在第二分离区域(22)中进行第二精馏过程，由此形成第二顶部气体和第二底部液体。

Description

用于获得一种或多种烯烃的方法和系统
技术领域
本发明根据各自的独立权利要求的前序，涉及获得一种或多种烯烃的方法，并且涉及相应的设备。
背景技术
甲烷的氧化偶联在文献中有描述，例如在：J.D.Idol et al.,"Natural Gas",in:J.A.Kent(ed.),"Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology",volume 2,12th edition,Springer,New York 2012。
根据目前的知识水平，甲烷的氧化偶联包括甲烷与氧气的催化气相反应，其中一个氢原子从两个甲烷分子的每一个中分出。得到的甲基自由基首先反应形成乙烷分子。该反应还形成水分子。给定合适的甲烷与氧气的比例、合适的反应温度和合适的催化条件的选择，随后将乙烷氧化脱氢得到乙烯(甲烷氧化偶联中的目标化合物)。在此形成另外的水分子。所用的氧气通常在上述反应中完全转化。
甲烷的氧化偶联中的反应条件通常包括500至900℃的温度、5至10bar的压力和高空速。最近的发展尤其是在使用较低温度的方向上。该反应可以在固定床或流化床中在均相和非均相催化下进行。在甲烷的氧化偶联中，也可能形成具有多达六个或八个碳原子的较高级烃，但是重点在于乙烷/乙烯、以及丙烷/丙烯(视情况而定)。
尤其是由于甲烷分子中碳和氢之间的结合能高，甲烷的氧化偶联的产率相对较低。通常，不超过所用甲烷的10％至15％被转化。此外，断开这些键所需的相对苛刻的反应条件和温度也促进了甲基自由基和其他中间体的进一步氧化，从而产生一氧化碳和二氧化碳。
尽管可以通过选择优化的催化剂和调整反应条件来部分抵消低产率以及一氧化碳和二氧化碳的形成，但是在甲烷的氧化偶联中形成的气体混合物以及目标化合物(例如乙烯和可能的丙烯)主要包含未转化的甲烷，以及二氧化碳、一氧化碳和水。由于可能发生的非催化裂解反应，也可能存在相当量的氢。在此使用的这种气体混合物的术语也称为甲烷氧化偶联的“产物混合物”，即使它在很大程度上不包含所需的产物，但也包含刚才所阐明的未转化的甲烷反应物和副产物。
在甲烷的氧化偶联中，可以使用催化区在下游跟随有非催化区的反应器。从催化区流出的气体混合物转移到非催化区，在该处，它首先仍处于催化区所使用的较高温度下。特别是由于在甲烷的氧化偶联中形成的水的存在，此处的反应条件类似于常规蒸汽裂化方法中的那些。因此，在这里有可能将乙烷和较高级链烷烃转化为烯烃。也可以将其他链烷烃供入非催化区，从而可以通过特别有利的方式利用来自甲烷的氧化偶联的残余热量。在连接于催化区下游的非催化区中的这种受控的蒸汽裂化也称为“床后裂化”。在下文中，这也称为术语“催化后蒸汽裂化”。
关于蒸汽裂化中存在的反应条件，同样参考专业文献，例如Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry,Online Edition,15April 2007,DOI 10.1002/14356007.a10_045.pub2中的文章“Ethylene”。蒸汽裂化例如用于获得短链烯烃例如乙烯和丙烯，二烯烃例如丁二烯或芳族化合物，但不限于此。
出于上述原因，使用甲烷的氧化偶联的方法形成的产物混合物尤其包含大量的甲烷，应将其有利地除去并再循环到氧化偶联中。由于较高的甲烷含量和相对较低的目标产物含量，对相应产物混合物进行分步处理非常复杂。
产物混合物的分步处理通常包括冷却至环境温度。这冷凝出了产物混合物中存在的大部分水。冷却在产物混合物存在于甲烷的氧化偶联的下游的压力下进行，即通常为5至10bar，例如7至8bar。随后进行压缩，然后例如使用胺和/或碱洗涤从产物混合物中除去二氧化碳。然后通常通过吸附手段，例如使用分子筛吸附器，除去残留的水。
通过适当的处理将从产物混合物获得的气体混合物送入低温分离，其中至少主要除去甲烷和沸点比甲烷低的组分，即特别是一氧化碳和氢气(如果存在)。如果存在于产物混合物中，则残余的烃混合物主要或仅包括乙烯和沸点比乙烯高的化合物。
从现有技术中原则上已知，从不同的烃混合物中，例如从天然气或使用蒸汽裂化方法获得的气体混合物中，除去甲烷和低沸点化合物的方法。然而，这些方法在使用甲烷的氧化偶联获得的气体混合物的分步处理中可能具有缺点。例如，在US 4,157,904A中公开并在H.-W.(ed.),Industrial Gases Processing,Wiley-VCH,2006,section 7.6.2,“Separation of Liquefied Petroleum Gas”中详细阐明的、用于天然气的Ortloff’s部分干气循环(RSV)方法，不适用于分离使用甲烷的氧化偶联获得的气体混合物，因为由于组成不同，无法轻易实现所需的纯度。
因此，本发明的目的尤其是与现有技术相比，改进了从使用甲烷的氧化偶联获得的气体混合物中分离甲烷和低沸点化合物，并在能量和/或装置方面进行了优化。
发明内容
在这种背景下，本发明根据各自的独立权利要求的前序，提出了获得一种或多种烯烃的方法以及相应的设备。配置是从属权利要求和随后的描述的每个主题。
在阐明本发明的特征和优点之前，将阐明几个基本原理和所使用的术语。
在下文中说“使用甲烷的氧化偶联的方法”形成气体混合物时，应理解为意指产物混合物的形成涉及包括以上阐明的反应的方法，特别是甲基自由基的形成、其偶联形成乙烷和随后的氧化脱氢。然而，此外，还可以包括其他方法或方法步骤，尤其是以上阐明的催化后蒸汽裂化。可以将至少已部分转化成气体混合物中存在的产物的其他进料加入到该方法或这些其他方法或方法步骤中。换句话说，“使用”甲烷的氧化偶联的方法形成气体混合物并不需要仅涉及甲烷的氧化偶联。
以相应的方式，“为甲烷的氧化偶联而设置的反应器”在下文中应理解为是指至少在一个反应器区中具有适合于甲烷的氧化偶联的催化剂的反应器。如以上所阐明的，至少在该反应器区中，通过合适的手段，例如通过燃烧器和上游压缩机，可以创造在催化剂的影响下导致甲烷的氧化偶联的温度和压力条件。相应的反应器以及阐明的反应器区可以具有另外的反应器区，特别是布置在催化区下游的非催化区，该非催化区用于阐明的催化后蒸汽裂化，并且可以向其中输入其他烃。
在上下文的用语中，液体和气体混合物的一种或多种组分可以是富集的或贫乏的，其中“富集”可代表不少于50％、75％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％或99.99％的含量，“贫乏”可代表不超过50％、25％、10％、5％、1％、0.1％或0.01％的含量，以摩尔、重量或体积计。表述“主要”可以对应于“富集”的定义。
为了表征压力和温度，本申请使用术语“压力水平”和“温度水平”，意在表达以下事实：在相应设备中的相应压力和温度不需要以精确的压力和温度值的形式使用以实施本发明的概念。但是，这种压力和温度通常在特定范围内变化，其最大值和最小值例如相差不超过1％、5％、10％、20％或甚至50％。
在此，相应的压力水平和温度水平可能处于不相交的范围或重叠的范围内。特别地，例如由于冷却效果，压力水平例如包括不可避免的或预期的压力损失。温度水平也是如此。此处以bar表示的压力水平均为绝对压力。
在上下文的用语中，“精馏塔”是分离单元，其设置为通过精馏，至少部分分馏以气态或液态形式或以具有液态和气态组分的两相混合物形式(甚至可以在超临界状态下)输入的物质混合物，即分别从该物质混合物中产生纯物质或至少具有不同组成的物质混合物。
精馏塔通常采取配备有内部构件例如筛板或有序或无序填料的圆柱形金属容器的形式。除了用于实际分离的区域(后文也称为“分离区域”)，精馏塔还可以具有用于其他目的的区，例如仅用于双相混合物相分离的冷凝空间，并以此方式基本上替换了相应的外部容器。
精馏塔包括再沸器。这是具有热交换器的机构，该热交换器被加热并且已设置为加热积聚在精馏塔底部的液体馏分(也称为底部液体)。借助于再沸器，一部分底部产物连续蒸发并以气态形式反馈到分离区域中。
与精馏塔相反，“吸收塔”不具有再沸器，而是在顶端具有输入吸收液的装置。吸收塔用于相逆流吸收，因此也称为逆流塔。在相逆流吸收的情况下，释放的气相向上流过吸收塔。吸收性的吸收液流向与气相相反，在顶部施加并在底部排出。同样，内部构件通常设在吸收塔中，这确保了分步或连续的相接触。
在上下文的用语中，“吸收物”理解为是指在吸收塔的底部获得的满载吸收液体。相应的吸收物包含以液体形式到达吸收塔的底部的吸收液的组分，以及从气相吸收的组分。未被吸收的组分不会转移到吸收物中。所用的定义与标准教科书中的定义相对应，例如：B.Lohrengel,“Einführung in die thermischen Trennverfahren:Trennung vonGas-,Dampf-und Flüssigkeitsgemischen”[Introduction to Thermal SeparationProcesses:Separation of Gas,Vapour and Liquid Mixtures],2nd edition,DeGruyter,Oldenbourg,Berlin 2012中的第10.1章“Absorption”。
“冷凝器-蒸发器”具有液化空间和蒸发空间。蒸发和液化空间通常由彼此流体连通的热交换器的通道组(液化或蒸发通道)形成。在液化空间中进行第一流体流的冷凝，在蒸发空间中进行第二流体流的蒸发。两种流体流处于间接热交换中。冷凝器-蒸发器可以集成到精馏塔中。或者，冷凝器-蒸发器也布置在相应的精馏塔的外部。在精馏塔的相应的冷凝器-蒸发器中，从分离区域以气体形式上升的流体，即所谓的“顶部气体”，至少部分地冷凝，并且可以作为液体回流而再循环到分离区域。用流体冷却相应的冷凝器-蒸发器，该流体能够在主要的压力条件下使顶部气体至少部分冷凝。
本发明的优点
本发明涉及使用甲烷的氧化偶联而提供的气体混合物的分离，该气体混合物包括甲烷，沸点比甲烷低的组分和沸点比甲烷高的烃。该气体混合物尤其可以由甲烷的氧化偶联的产物混合物形成，因为它被压缩，然后至少大部分没有水和二氧化碳。如上所述，产物混合物的形成还可能涉及进一步的方法或方法步骤，例如催化后蒸汽裂化。
如在这方面已知的，这种气体混合物可以在精馏塔中分离，在该精馏塔中施加回流，该回流是通过部分冷凝来自精馏塔的顶部气体作为冷凝物而形成的。顶部气体主要或仅包含甲烷和沸点比甲烷低的化合物。可以将顶部气体的另一部分，特别是在部分冷凝中以气态形式保留的顶部气体的部分，输入到精馏塔下游的一个或多个另外的分离单元中，例如，以便去除要再循环到甲烷的氧化偶联的甲烷。
本发明基于以下发现：当相应的气体混合物在具有两个或更多个分离区域的精馏塔中进行低温精馏时，这是特别有利的，其中，所述分离区域彼此流体连通。此处，为了处理目的，使用布置在分离区域之间的一个或多个冷凝器-蒸发器进行中间冷凝。
这种精馏，特别是与开始时提到的常规方法相比，可以在低得多的压力下进行。因此，“出于处理目的”在相应的分离区域之间的(单个或多个)冷凝器-蒸发器的布置的意义不是或至少不是必须的空间互连，在这种意义上，在测量意义上各个部分一个布置在另一个的顶部，并且相应的冷凝器-蒸发器在测量意义上布置在第一分离区域上方和第二分离区域下方。因此，这还意味着来自分离区域的顶部产物可以在最上面的分离区域下方冷凝，该最上面的分离区域因此布置在整个塔中整个精馏的中间区域中。
在低温精馏的情况下，精馏塔以常规方法在回流下操作，该回流是通过冷凝来自精馏塔的一部分顶部气体而形成的。纯甲烷在-97℃下的沸腾压力约为29bar。如果在相应的气体混合物中还存在氢气以及甲烷，例如在所概述的气体混合物中含量为5至10摩尔％，则沸腾压力会明显增加。
因此，为了能够使含氢的顶部气体冷凝，在常规方法中将有必要或者增加精馏压力或者诉诸于诸如甲烷的低沸点冷却剂。在低于30bar的精馏压力下，顶部气体的冷凝和乙烯作为冷却剂是不可能的，因为在常规条件下乙烯不会冷却至约-102℃以下，即，如在刚好高于1bar的压力下的“低压乙烯”，因此通过乙烯只能将气体混合物冷却至约-100℃。
在第一替代方案中的高精馏压力首先需要昂贵的精馏塔，因为必须将它们额定为相应的高压。其次，在相应的高压下的精馏要复杂得多，因为减小了气体和液体之间的密度差。相对挥发性在相应的高压下彼此接近，并且分离在热力学上变得更加困难。因此，相应的精馏塔也必须具有更大得多的体积。除了所需的抗压强度外，这同样增加了相应精馏塔的建造成本。在要处理的较大体积的流量的情况下，需要使用两个或更多并行布置的精馏塔，以不满足可构造性限制。这进一步增加了相应设备的费用。
由于提供第二替代方案的额外的复杂性，根据第二替代方案，通常也不希望大量使用外部提供的沸点比乙烯低的冷却剂。但是，获得比用乙烯更低的温度的一种方法是，例如，使来自低温精馏的顶部气体部分膨胀，该顶部气体当然主要或仅包含甲烷和氢。当可以以比用于低温精馏的压力水平低的压力水平使用顶部气体时，尤其如此。但是，以这种方式形成的冷却能量通常不足以将顶部气体冷凝成所需的体积。
然而，本发明不能仅用于如下情况：将来自低温精馏的顶部气体的适当比例膨胀以产生低温并且释放的冷却能量不足。除了使用顶部气体之外，还可以例如使用来自甲烷冷却回路的甲烷或相应的低沸点混合冷却剂。然后，通过使用本发明，相应的冷却回路可以具有刻意的较小的尺寸，以节省能量并降低实施成本。同样在这种情况下，来自膨胀甲烷的冷却能量不足以进行冷凝。
因此，根据本发明，在精馏塔顶部,除了比乙烯(例如，膨胀的顶部气体)的沸点低的不足的冷却剂以外，还使用乙烯作为冷却剂。然而，它不是完全在精馏塔的顶部使用，而是在下方的一个或多个位置使用，在该位置约-102℃的乙烯温度足以引起冷凝并因此产生回流。
众所周知，由于底部的加热和顶部的冷却，在精馏塔中形成了从底部向上沿较低温度方向延伸的温度分布。在本文所考虑的精馏塔中，底部的温度可以例如为约0℃，顶部的温度可以低于-100℃。因此，即使所用乙烯在约-102℃，也没有可能发生冷凝的点。
通过乙烯进行冷凝的点不能任意降低，因为在此之下和在进料点之上仍必须存在足够数量的塔板，以便将气体混合物分离到精馏塔中，以便能够从气体混合物中充分洗出乙烯。在给定的空间内，塔板的数量不能任意增加，因为必须保持最小的回流比。
因此，进行一种或多种这种冷凝的(单个或多个)位置必须与各自的塔尺寸相匹配。由于本领域技术人员知道例如精馏塔内的温度曲线和所需的最小塔板数，或者例如能够通过模拟确定相应的参数，因此将毫无困难地能够选择该位置或这些位置。因此，对于本领域技术人员而言，塔段的适当尺寸以及(单个或多个)中间冷凝器-蒸发器的适当位置因此可以通过常规活动来确定。
由于通常在精馏塔的顶部达到最低温度，因此，例如使用乙烯冷却剂或相应的低温流体运行的相应的冷凝器-蒸发器的布置导致相对于在那个位置的塔温度，在精馏塔的中间区的温差比整个精馏塔的最高区域的温差大得多。即使存在氢，也可以在较低的压力下进行精馏。因为在本发明的上下文中，为了处理目的，在两个分离区域之间设置了相应的冷凝器-蒸发器，所以可以在冷凝器-蒸发器下方的第一分离区域中进行初步分离，分离进料也被输入到该第一分离区域中，这种初步分离实质上是耗尽了气体混合物中一部分沸点比甲烷高的烃。因此，在冷凝器-蒸发器上方的第二分离区域中，分离温度较低，因此有必要从较轻的组分中分离出仅这些烃形式的较小流体体积。因此，对冷却剂的需求下降。
总体而言，本发明提出了获得一种或多种烯烃的方法，其中，使用甲烷的氧化偶联，形成包含氢、甲烷、一氧化碳和沸点比甲烷高的烃的气体混合物，并使该气体混合物进行低温分离。
根据本发明，使用具有第一分离区域、第二分离区域和冷凝器-蒸发器的精馏塔进行低温分离，第二分离区域布置在第一分离区域上方，并且所述冷凝器-蒸发器特别地布置在第一分离区域和第二分离区域之间，用于在上面阐明的意义上的处理目的。应该指出的是，如已经提到的，在本发明的上下文中，也可以设置多个冷凝器-蒸发器，在这种情况下还可以设置附加的分离区域。因此，本发明不限于仅使用一个冷凝器-蒸发器和两个分离区域。
在本发明的上下文中，将气体混合物冷却，作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域中，并在第一分离区域中进行第一精馏以形成第一顶部气体和第一底部液体。使用所述冷凝器-蒸发器作为中间冷凝器，该第一精馏是上面已经提到的“初步分离”。如所述，该冷凝器-蒸发器可以用乙烯冷却剂或相应的流体在足够低的温度下操作，这也将在下文中详细说明。如果出于处理目的将相应的冷凝器-蒸发器布置在第一分离区域上方，而不是布置在总体上使用的精馏塔上方，即所有分离区域或单个分离区域上方，则如所述，其结果是，与精馏塔顶部处的温度差相比，与精馏塔中布置冷凝器-蒸发器的位置处的分离温度的温差更大。
在本发明的上下文中,在冷凝器-蒸发器中使用第一比例的第一顶部气体形成冷凝物，使用第二比例的顶部气体形成第二分离进料，所述冷凝物再循环至第一分离区域，所述第二分离进料输入至第二分离区域中。因此，将预先分离的气体混合物送至在第二、上部分离区域中进一步分离。在此，第二分离进料在第二分离区域中进行第二精馏，以形成第二顶部气体和第二底部液体。如通常在精馏中一样，该第二精馏同样使用液体回流进行，以下详细阐明对其的设置。液体尤其从第二分离区域的下部区域再循环到第一分离区域。如所提及的，由于已经在第一分离区域中已进行的初步分离，要分离的体积在第二分离区域中比在根据现有技术的方法中小得多。总体上，相应的精馏塔因此可以在比现有技术中以低得多的压力操作。
更特别地，在本发明的上下文中，第一分离区域和第二分离区域可以布置在相应的精馏塔的共同的外壳内。以这种方式，可以创建特别提供隔热优势的集成单元，例如可以设置在普通冷藏箱中的。就结构而言，冷凝器-蒸发器可布置在相应的精馏塔的顶部之间或顶部。但是，由于分离区域的操作压力通常高于冷凝器-蒸发器的操作压力，因此优选将其布置在可选地围绕第一和第二分离区域的公共(压缩)外壳的外部。
除了所提到的分离区域和冷凝器-蒸发器之外，正如在本发明的上下文中可用的精馏塔还特别包括空的空间，在此也称为“冷凝空间”，并且设置为充有在相应的空的空间中分成气相和液相的流体。因此，根据常规的分离容器，相应的空的空间用于相分离。相应的空的空间尤其可以通过液体隔离板与分隔区分开。在相应的空的空间中分离出的液相可以通过溢流流到下方的分离区域。
更特别地，在本发明的上下文中，精馏塔内的分离区域通过液体和气体不可渗透的分隔壁彼此分离，即，在分离区域之间的气体和液体的交换仅通过特别是为此目的而设计的管道进行，因此能够以受控方式进行。
在本发明的上下文中，在将气体混合物作为第一分离进料至少部分地输入第一分离区域中之前，将气体混合物冷却达到-70至-95℃的温度水平。对于这种冷却，可以使用下面也详细阐明的热交换器，其可以用在精馏中形成的流冷却。
有利地，操作精馏塔的压力水平为24至36bar。分离区域可以在略微不同的压力下操作，通过该压力可以确保流体以期望的方式从第一分离区域转移至第二分离区域，特别是无需额外的泵。
有利地，使用第一比例的第二顶部气体，即来自第二、上部分离区域的相应分离产物，形成再循环至第一分离区域的冷凝物，其中第二比例的第二顶部气体膨胀到较低的压力水平，然后与第一比例的第二顶部气体进行热交换。这样，可以进行来自第二、上部分离区域的顶部气体的冷凝。第二比例的第二顶部产物的膨胀在典型的“C1变冷”的温度水平下提供了冷却能量。即使当第二顶部产物包含相当大比例的氢时，这也适合于至少部分地冷凝来自第二分离区域的相应的第二顶部产物。由于精馏塔在第一分离区域和第二分离区域以及在中间连接的冷凝器-蒸发器中二等分，因此这里在第二比例的第二顶部气体的膨胀中形成的膨胀变冷足以进行冷凝。这尤其是因为如已经反复阐明的那样，由于已经进行了预分离，因此在此必须冷凝较小的体积。
特别有利的是，当第二比例的第二顶部气体在膨胀到较低压力水平并且与第一比例的第二顶部气体进行热交换之后，从较低压力水平压缩到较高压力水平。对于这种压缩，如下文所阐明的，特别可能使用一布置，该布置由膨胀涡轮和涡轮压缩机组成，该膨胀涡轮用于对第二比例的第二顶部气体进行事先膨胀，在该涡轮压缩机中对第二比例的第二顶部气体进行压缩。这样，可以回收膨胀中释放的功，并且可以同时将相应的顶部产物压缩至所需压力。换句话说，在本发明的上下文中，涡轮膨胀机因此有利地用于将第二比例的第二顶部气体膨胀到较低压力水平，并且由涡轮膨胀机驱动的涡轮压缩机有利地用于将第二顶部气体从较低压力水平压缩到较高压力水平。
有利地，在本发明的上下文中，较低压力水平为6至11bar，较高压力水平为10至15bar。这使得能够提供已经提及的用于冷凝第一比例的第二顶部产物的冷却能量。
在本发明的上下文中，有利的情况是第二比例的第二顶部气体在膨胀到较低压力水平之后，与第一比例的第二顶部气体进行热交换之后并且在从较低压力水平压缩到较高压力水平之前，与气体混合物进行热交换，该气体混合物作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域中以对其进行冷却。以这种方式，也可以将在使用第一比例的第二顶部气体进行第一比例的第二顶部气体的至少部分冷凝之后剩余的冷却能量,用来冷却第一分离进料。
如已经提到的那样，在本发明的上下文中，冷凝器-蒸发器可以有利地借助于乙烯冷却剂或借助于流体冷却到适当的温度水平。原则上已知使用来自乙烯冷却回路的乙烯冷却剂。乙烯冷却剂尤其也可以使用以相应方法形成的流体而形成。乙烯冷却剂也可用于冷凝器-蒸发器以外的位置。
然而，当使用至少一部分的第一底部液体(即在第一精馏中获得的底部液体)冷却冷凝器-蒸发器，也是特别有利的。它主要包含沸点比甲烷高的烃。这些主要是具有两个碳原子的烃，即乙烷和乙烯。因此，在相应的冷凝器-蒸发器中使用相应的底部液体作为冷却剂就足够了。当要以气态提供相应的流体并且因此可以在冷凝器-蒸发器中至少部分地蒸发时，尤其如此。
在本发明的上下文中，如上所述，第一底部液体特别地包含比第一分离进料或气体混合物中先前存在的甲烷沸点更高的烃。相比之下，第二顶部气体主要或仅包含源自气体混合物或第一分离进料并已经通过第二分离进料转移至第二分离区域的氢、甲烷和二氧化碳。与第一分离进料相比，第一顶部气体或第二分离进料已经富集了相应的轻组分，并且耗尽了较重的组分。
本发明还涉及获得一种或多种烯烃的设备，具有设置的装置，所述装置使用甲烷的氧化偶联，用于形成包含氢、甲烷、一氧化碳和沸点比甲烷高的烃的气体混合物，并使该气体混合物进行低温分离。根据本发明，设置了具有第一分离区域、第二分离区域和冷凝器-蒸发器的精馏塔，用于进行低温分离，所述第二分离区域布置在第一分离区域上方，所述冷凝器-蒸发器特别地布置在第一分离区域和第二分离区域之间。根据本发明还提供了设置的装置用于冷却气体混合物，作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域中，并在第一分离区域中进行第一精馏以形成第一顶部气体和第一底部液体。还提供了这些装置，用于:在冷凝器-蒸发器中使用第一比例的第一顶部气体形成冷凝物，并将其再循环到第一分离区域；使用第二比例的第一顶部气体形成第二分离进料，并且用于将其输入到第二分离区域中；并且用于使第二分离输入到第二分离区域中进行第二精馏以形成第二顶部气体和第二底部液体。如已经提到的那样，在相应的设备中，可以有利地将第一分离区域和第二分离区域放置在共同的外壳中。
关于相应设备的特征和优点，明确地参考以上阐明的方法特征。有利地设想的设备也是如此，该设备另外设置用于执行上述方法，并且包括为此目的而设置的装置。
参照附图，以优选的构造详细阐明本发明。
附图说明
图1以简化的过程流程图的形式示出了本发明的一个实施例中的方法。
图2以局部视图的简化过程流程图的形式示出了根据图1的方法的替代方案。
具体实施方式
图1和图2以大大简化的过程流程图的形式示出了根据本发明实施例的方法。图2示出了根据图1的方法的替代方法的局部视图，然而，其中使用了图1所示的其他部件。这些方法的整体分别标记为100和200。
针对图1和图2阐明的部件或方法步骤同时是相应设备的一部分或以设备形式在其中实现，因此随后的阐明也涉及相应设备。该图大大简化了，特别是在实践中提供的、未显示的机构中，例如调节器、阀门、启动相应设备所需的旁路等。本领域技术人员将根据需要设想相应的元件。
在方法100和方法200中，使用了甲烷的氧化偶联，如此处以非常简化形式显示，在图1中用10进行了概述。可能存在分配给或连接于甲烷的氧化偶联10的下游的其他方法或方法步骤，如通过引言阐明并在此以椭圆形表示的。可以特别地向甲烷的氧化偶联10输入一种或多种富含甲烷的物质流，如此处未显示。可以进一步地向甲烷的氧化偶联10供给一种或多种富含氧气的物质流，如此处同样未显示。特别地，也可能将在方法100和200中或其下游形成的富含甲烷的物质流再循环到甲烷的氧化偶联10中。如果使用一开始就阐明的催化后蒸汽裂化，则可以供给一种或多种富含链烷烃的物质流，例如一种或多种乙烷或丙烷流。这些也可以在方法100和200中或在方法的下游形成，这也将在下文中详细阐明。
使用甲烷的氧化偶联10，即任选地还使用其他方法或方法步骤，特别是用于处理来自甲烷的氧化偶联10的产物混合物和任选地催化后蒸汽裂化，提供了气体混合物，所述气体混合物不仅包含甲烷，还包含沸点比甲烷低的组分尤其是氢和一氧化碳，和沸点高于甲烷的烃，但几乎没有二氧化碳或水(如果有)。二氧化碳和水已通过合适的分离单元在上游去除。
相应的气体混合物，如这里以物质流a的形式示出，首先引导其通过热交换器1并且在其中冷却。物质流a的相应冷却的气体混合物以分离进料的形式输入到精馏塔2中，在此将其称为“第一”分离进料。
在所示的实施例中，精馏塔2包括第一分离区域21和第二分离区域22。相应的分离区域尤其由分离板划分，而其他区域，即空的空间24、25和26，未被相应的分离板划分。除了分离区域21和22以及空的空间24、25和26之外，还提供了冷凝器-蒸发器23，冷凝器-蒸发器23在结构上在此也布置在一个彼此叠置的分离区域21和22之间。图2中显示了一种替代的布置。
在精馏塔2的第一分离区域21中，对第一分离进料(即以物质流a的形式进料的流体)进行精馏，在此也称为“第一”精馏。形成底部液体和顶部气体，这在本文中称为“第一”底部液体和“第一”顶部气体。可以以物质流b的形式部分地以气态形式排出第一顶部气体，其至少部分地在冷凝器-蒸发器23中冷凝并且以冷凝流c的形式作为冷凝物输入到空的空间26中。收集在空的空间26中的冷凝物可以通过溢流再循环到第一分离区域。第二比例的第一顶部气体可以以物质流e的形式从空的空间26中排出并且部分地或完全地供给到第二分离区域22的下部区域中。以物质流m形式的冷凝物从第二分离区域22的下部区域转移到空的空间26中，并且像来自冷凝器-蒸发器23的冷凝物一样，可以通过溢流流到第一分离区域21。
在精馏塔2的第二分离区域22中进行精馏，在此也称为“第二”精馏。在其中形成顶部气体，在此也称为“第二”顶部气体。其中的第一比例可以以物质流g的形式排出，至少部分地在热交换器3中液化或冷凝，并以物质流h的形式再循环到精馏塔2的空的空间24中。收集在空的空间24中的冷凝物可以通过溢流再循环到第二分离区域22。
第二比例的第二顶部气体，即来自第二分离区域22的顶部气体，可以以气态形式从空的空间24中排出，并以物质流i的形式输入到膨胀涡轮4中。膨胀涡轮4中的膨胀降低了物质流i的温度，其现在用k表示。在热交换器3中，物质流i或k可以与来自第二分离区域22的第一比例的第二顶部气体进行热交换，引导该第一比例的第二顶部气体以物质流g的形式通过热交换器3。以这种方式，本发明使得相应的顶部气体组分能够冷凝。在热交换器3中进行热交换之后，可以引导相应的物质流k通过热交换器1并且可以在此处冷却物质流a。随后，物质流k可以在涡轮压缩机5中再压缩并且以物质流l的形式从该方法中排出，该涡轮压缩机5可以由涡轮膨胀机4驱动。
精馏塔2可以使用再沸器27进行操作。来自第一分离区域21的底部液体可以以物质流f的形式至少部分地排出，所述物质流f如上所述，主要包括具有两个或更多个碳原子的烃。
在图1所示的方法100中，冷凝器-蒸发器23使用乙烯冷却剂流d冷却，所述乙烯冷却剂流d在冷凝器-蒸发器23的蒸发空间中蒸发。然而，冷凝器-蒸发器23也可以使用物质流f(即来自精馏塔2的第一分离区域21的第一底部液体)来冷却，如这里未示出。该物质流f也蒸发并以蒸发形式从该方法中排出。
图2以局部视图的简化过程流程图的形式示出了根据图1的方法的替代方案。仅显示精馏塔2。从流体流的标记可以明显看出将其结合到方法200中。该替代方案对应于根据本发明的方法的特别有利的构造，因为可以在相当的压力水平下操作的分离区域21和22在此可以布置在共同的外壳内，而不能布置在冷凝器-蒸发器23内，例如其中使用低压乙烯冷却剂。以这种方式，例如也可以将较小的容器直径用于冷凝器-蒸发器23。替代地，冷凝器-蒸发器也可以设置在第二分离区域22的自由容积中。
从第二分离区域22到第一分离区域的液体流出在此借助于溢流来实现。作为替代方案，类似于根据图1的流m的方案也是可行的。

Claims (13)

1.获得一种或多种烯烃的方法(100、200)，其中使用甲烷的氧化偶联(10)形成包含氢气、甲烷、一氧化碳和沸点比甲烷高的烃的气体混合物，并进行低温分离(1-5)，其特征在于，低温分离(1-5)使用具有第一分离区域(21)、第二分离区域(22)和冷凝器-蒸发器(23)的精馏塔(2)进行，所述第二分离区域(22)布置在第一分离区域(21)上方，其中将气体混合物冷却，作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域(21)中，并在第一分离区域(21)中进行第一精馏，形成第一顶部气体和第一底部液体，其中，在冷凝器-蒸发器(23)中使用第一比例的第一顶部气体形成再循环到第一分离区域的冷凝物；并使用第二比例的顶部气体形成输入到第二分离区域(22)中的第二分离进料，并且其中第二分离进料在第二分离区域(22)中进行第二精馏以形成第二顶部气体和第二底部液体。
2.根据权利要求1所述的方法(100、200)，其中在将气体混合物作为第一分离进料至少部分地输入第一分离区域中之前，将气体混合物冷却达到-70至-95℃的温度水平。
3.根据权利要求1或2所述的方法(100、200)，其中操作精馏塔(2)的一个压力水平为24至36bar。
4.根据上述任一权利要求所述的方法(100、200)，其中，使用第一比例的第二顶部气体，形成再循环至第一分离区域的冷凝物，其中第二比例的第二顶部气体膨胀到较低的压力水平，然后与第一比例的第二顶部气体进行热交换。
5.根据权利要求4所述的方法(100、200)，其中当第二比例的第二顶部气体在膨胀到较低压力水平并且与第一比例的第二顶部气体进行热交换之后，从较低压力水平压缩到较高压力水平。
6.根据权利要求5所述的方法(100、200)，其中涡轮膨胀机(4)用于将第二比例的第二顶部气体膨胀到较低压力水平，并且由涡轮膨胀机(4)驱动的涡轮压缩机(5)用于将第二顶部气体从较低压力水平压缩到较高压力水平。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中较低压力水平为6至11bar，较高压力水平为10至15bar。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中第二比例的第二顶部气体在膨胀到较低压力水平之后，与第一比例的第二顶部气体热交换之后并且在从较低压力水平压缩到较高压力水平之前，与气体混合物进行热交换，该气体混合物作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域(21)中以对其进行冷却。
9.根据上述任一权利要求所述的方法，其中，通过乙烯冷却剂冷却冷凝器-蒸发器(23)。
10.根据上述任一权利要求所述的方法，其中，使用至少一部分第一底部液体冷却冷凝器-蒸发器(23)。
11.用于获得一种或多种烯烃的设备，所述设备具有设置的装置，所述装置使用甲烷的氧化偶联(10)用于形成包含氢气、甲烷、一氧化碳和沸点比甲烷高的烃的气体混合物，并对所述气体混合物进行低温分离(1-5)，其特征在于，设置具有第一分离区域(21)、第二分离区域(22)和冷凝器-蒸发器(23)的精馏塔(2)进行低温分离(1-5)，所述第二分离区域(22)布置在第一分离区域(21)上方，其中提供设置的装置，用于冷却气体混合物，用于作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域(21)中，并用于在第一分离区域(21)中使第一分离进料进行第一精馏以形成第一顶部气体和第一底部液体，用于在冷凝器-蒸发器(23)中使用第一比例的第一顶部气体形成冷凝物并用于将所述冷凝物再循环到第一分离区域；用于使用第二比例的顶部气体形成第二分离进料，并且用于将第二分离进料输入到第二分离区域(22)中，并用于使第二分离进料在第二分离区域中进行第二精馏以形成第二顶部气体和第二底部液体。
12.根据权利要求11所述的设备，其中第一分离区域(21)、第二分离区域(22)和冷凝器-蒸发器(23)放置在共同的外壳中。
13.根据权利要求11或12所述的设备，将其设置以进行根据权利要求1-10中任意一项所述的方法。
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