CN111876190B

CN111876190B - 由含氧化合物生产烯烃的多链设备和方法

Info

Publication number: CN111876190B
Application number: CN202010283994.8A
Authority: CN
Inventors: 弗兰克·卡斯蒂略-威尔特; 史蒂法纳·哈赫; 布莱斯·威廉姆斯; 克里斯托弗·德罗斯佐尔
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2040-04-10
Also published as: DK3733633T3; US20200346994A1; EP3733633A1; CN111876190A; US10927050B2; EP3733633B1

Abstract

本发明涉及一种用于由含氧化合物生产烯烃的多链设备和对应的方法，其中，多个反应器系并联布置且并行运行，这些反应器系各自包括一个或多个含催化剂的含氧化合物至烯烃(OTO)反应区，其中，这些并联反应区中的至少一个可以以再生模式运行，而OTO合成反应可以在与该反应区并联的其他反应区中进行。从以合成模式运行的这些各个反应器系获得的部分产物流经由使用连接装置组合成完整产物导管的部分产物导管被排出；使用压缩机被压缩；并且使用多级后处理仪器分离成多个含烯烃的烃馏分。该设备和该方法的发明配置减小了压降并因此提高了短链烯烃、例如丙烯的产率。

Description

由含氧化合物生产烯烃的多链设备和方法

技术领域

本发明涉及一种由含氧化合物生产烯烃的多链设备(multi-strand plant)，其中，多个反应器系并联布置且并行运行，这些反应器系各自包括一个或多个含催化剂的含氧化合物至烯烃转化(OTO)反应区。采取预防措施以确保并联反应区中的至少一个可以在再生模式下运行，而OTO合成反应可以在与该反应区并联的其他反应区中进行。从以合成模式运行的这些各个反应器系获得的部分产物流经由使用连接装置组合成完整产物导管的部分产物导管被排出；使用压缩机被压缩；并且使用多级后处理仪器分离成多个含烯烃的烃馏分。

本发明进一步涉及一种使用相应的设备由含氧化合物生产烯烃的方法。

背景技术

短链烯烃，尤其是丙烯(propene)和乙烯(ethene)，是化学工业中最重要的商品。对此的原因是，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，矿物油加工中主要包括饱和烃的烃馏分的热裂解。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(甲醇制丙烯)或MTO(甲醇制烯烃)方法以甲醇为起始材料。这些多相催化方法包括：首先由甲醇部分地形成中间产物二甲醚(DME)，随后由甲醇和二甲醚的混合物使用形状选择的、基于沸石的或基于分子筛的固体催化剂在烯烃合成反应器中形成乙烯、丙烯和异构丁烯的混合物作为短链烯烃以及具有四个以上碳原子的重烃。产物流还含有水，该水不仅源自可选地作为稀释介质供应至MTO反应器的工艺蒸汽，而且还源自合成反应器中产生的反应水。

由于除了甲醇和DME以外，其他短链含氧有机分子(例如甲醇以外的醇类)也可以用作输入物，因此习惯上也通常更普遍地指代含氧化合物至烯烃的反应(OTO反应)和含氧化合物至烯烃的合成(OTO合成)。

由于OTO合成期间进行的反应的放热度高，会产生不利的副产物和催化剂过早老化/失活，优选的是使用固定床反应器来将固体、颗粒状或块状形式的OTO合成催化剂布置在各个催化剂区、催化剂层或催化剂塔盘，在这些催化剂区、催化剂层或催化剂塔盘之间可实现例如通过引入冷输入气体/反应气体的中间冷却。在国际专利申请WO 2007/140844 A1中示出了这种反应器的一种可能的配置。

随后从合成反应器中纯化产物流的目的是分离不利的副产物和未转化的反应物，并且还生产最高可能纯度的各个烃馏分。为此，通常在第一步骤中采用急冷系统，以便经过密集且快速的接触通过与流体(通常为液体)、急冷介质(例如水)的直接热交换来立即冷却来自合成反应器的产物流。这的一个所需副作用是对产物流的一定的气体洗涤作用，该产物流典型地至少部分地是气体或蒸气的形式。

在DE 10 2014 112 792 A1中可以找到在OTO反应之后的合成反应器产物流的后处理的一个示例，其描述了如何实现以下内容：在第一步骤中至少一种含氧化合物多相催化转化以提供含有C2烯烃、C3烯烃、C4烯烃、C5/6烃化合物和C7+烃化合物的产物流；并且在第二步骤中分离包含至少95％重量的C3烯烃的丙烯流。

在DE 10 2014 112 792 A1中描述的另外的后处理单元是根据本领域惯用的构思。由于部分冷凝，急冷可能已经粗分离了符合所得烯烃的链长度的馏分，从而使液态C4+馏分从急冷中排出。随后将以气态形式分离的C4-馏分引入压缩阶段。然后将压缩产生的C4-馏分送至分离仪器，在其中将C3-烃与C4+烃分离。在随后的纯化步骤中，在另一个分离单元中将C3馏分与C2-馏分分离，其中，由于这两个馏分的沸点低，这必须在压力下执行。

当对基于固体沸石的催化剂进行OTO合成反应时，必须注意，与使用此类反应的其他烃转化反应(例如催化烯烃裂解)类似，催化剂发生连续且比较快的失活，这与碳质固体沉积物阻塞和/或占据活性催化位有关。因此，这种失活现象也称为焦化，可以通过氧化去除沉积物，即通过有针对性的烧化而大大逆转。例如在国际专利申请WO 2003/051510 A2中针对催化烯烃裂化期间使沸石催化剂失活的情况教导了为此所需的反应条件。所采用的再生剂常常是含氧的气体流，例如用氮气和/或蒸汽稀释的空气流，其中，再生剂的含氧量、处理温度或两个参数都以逐步的方式增加，以尽可能最彻底地清除碳质沉积物。

在专利出版物US 2011/0021857 A1中描述了在OTO合成期间失活的催化剂的再活化。由于此文件涉及一种利用移动催化剂的方法，所以可以将失活的催化剂从反应或合成阶段转移到再生阶段，以便在那里执行再生并随后将再生的催化剂返回到合成阶段。

然而，为了能够在包含固体催化剂的合成反应器(例如是固定倾卸床的形式)中执行这种再活化，有必要将对应的反应器/反应器系与含有含氧化合物的反应物流分离以便能够执行氧化脱焦。因此，可以利用烯烃生产设备的多链配置实现避免整个烯烃生产设备的关停，其中多个反应器系并联布置且并行运行，这些反应器系各自包括一个或多个含催化剂的含氧化合物至烯烃(OTO)反应区，并且其中并联反应区中的至少一个处于再生模式，而OTO合成反应继续在与该反应区并联的其他反应区中运行。这确保了连续的烯烃生产，并且反应器系下游的设备和过程阶段同样可以连续运行。这里重要的是，将处于再生模式的反应器系与处于合成模式的反应器系安全地分离，以便避免通常含氧的再生介质与含烃的输入流或产物流的意外混合而形成可燃或甚至爆炸性的气体混合物。

OTO合成中的另一重要方面是反应压力。OTO合成通常用于生产正常情况下含有比用作反应物(比如甲醇或二甲醚(DME))的含氧化合物更多的碳原子的烃。由于释放了蒸汽作为副产物，这些反应伴随着体积的增大。下面通过由甲醇/DME形成乙烯的总反应方程式通过示例方式说明了这一点

2CH₃OH＝C₂H₄+2H₂O

CH₃(O)CH₃＝C₂H₄+H₂O

为了实现高烯烃产率，因此，优选在尽可能低的反应压力下进行OTO合成。

总之，因此可以得出结论：仍然需要改进的烯烃合成方法，这些方法可以实现连续的烯烃生产以及高烯烃产率。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于由含有含氧化合物的流体输入混合物连续生产烯烃的对应的改进设备、以及一种对应的方法。

此问题通过具有权利要求1的特征的设备以及具有权利要求13的特征的设备来被基本上解决。进一步地，尤其优选地，可以在相应类别的从属权利要求中找到根据本发明的方法和根据本发明的设备的实施例。

在本发明的上下文中，后处理步骤、纯化步骤或分离步骤原则上应理解为意指利用热分离方法的所有方法步骤，优选使用蒸馏或精馏。同样适用于与进行这些步骤相关联的仪器和设备。

两个区域或设备部件之间的流体连接在此应理解为是指能够使流体、例如反应产物或烃馏分从所述两个区域中的一个流动到另一个的任何种类的连接，而无论任何插入区域、部件或所要求的传送器件如何。流体或流体介质应理解为是指在剪切力的影响下连续变形(即流动)的物质。这些特别地是气体和液体，但也是多相液-液混合物和气-液混合物，例如具有夹带的冷凝物馏分或气溶胶的气体流。

器件应被理解为是指使得能够或有助于实现目标的事物。特别地，用于进行特定方法步骤的器件应理解为包括本领域技术人员为能够进行这个方法步骤而将考虑的所有物理物品。例如，本领域技术人员将考虑引入或排出材料流的器件包括所有运送和传送仪器，即，例如管线、泵、压缩机、阀，这些对于所述技术人员而言，根据其本领域知识进行该方法步骤似乎是必需的或明显的。

含氧化合物原则上应理解为是指可以在含氧化合物转化条件下转化为烯烃、尤其是短链烯烃(比如丙烯)和另外的烃产物的所有含有氧的烃化合物。合适的含氧化合物转化条件的示例是本领域技术人员已知的，或者可以在相关文献、例如开头引用的专利出版物中找到。

在本发明的上下文中，短链烯烃尤其应理解为是指在环境条件下为气态的烃，例如烯烃、乙烯、丙烯和异构丁烯(1-丁烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、异丁烯)的情况。

在本发明的上下文中，高级烃尤其应理解为是指在环境条件下为液体的烃。

除非另有说明，否则应始终将列举的物质的固体、液体和气态/蒸气状态与各自的方法步骤或各自的设备部件中普遍存在的局部物理条件联系起来考虑。在本申请的上下文中，物质的气态和蒸气状态应被认为是同义词。术语“蒸气”仅用于说明特定物质在环境条件下通常为液体。

在本发明的上下文中，分离材料流应理解为是指将流分成至少两个子流。除非另有说明，否则可以假定子流的物理组合物与起始流的物理组合物相对应，除非在对于本领域技术人员而言直接明显的是子流的物理组合物由于分离条件而不可避免地必须发生变化的情况下，如例如蒸馏的情况。

热传递关系应理解为是指两个区域之间存在热交换，其中，可以涉及直接或间接热交换的所有机制，比如热传导、对流或辐射，并且其中，所涉及的区域不必直接相邻，而是也可以通过壁或中间区域分离。

馏分、材料流等的主要部分应理解为是指在数量上大于各自单独考虑的所有其他比例的比例。尤其是在二元混合物的情况下或在将馏分分成两部分的情况下，除非在具体情况下另有说明，否则应理解为是指重量大于50％的比例。

材料流主要由一种组分或一组组分组成的指示应理解为意指此组分或组分组的摩尔分数或质量分数在数量上大于各自单独考虑的材料流中其他组分或组分组的所有其他比例。尤其是在二元混合物的情况下，这应理解为是指大于50％的比例。除非在具体情况下另有说明，否则这是基于质量分数。

除非在特定上下文中另外说明，否则压力均按绝对巴、缩写为巴(a)，或绝对帕、缩写为帕(a)报告。

本发明基于以下认识：考虑到烯烃合成反应的上述压力依赖性，对于短链烯烃(比如乙烯或丙烯)，为了实现高目标产物产率，重要的是将反应区中的压力水平保持得尽可能低。由于在减压/部分真空下进行反应太昂贵且复杂并因此不经济，所以在大气压或接近大气压下的反应是最合适的。然而，在实践中，必须始终考虑在导管路径和插入的部件上的压降，并因此为了实现足够的反应器产量，在反应区中一定的正压是不可避免的。为了使这个正压最小化，减小反应区下游直至压缩机的导管路径中的压降尤为重要，这是由于压降之和限定了反应器和反应区当下的最小压力水平。因此，离开反应区后越早引起压减，这种减小对反应区中的压力水平的影响就越积极。因此，有利的是，在紧接反应区下游的各个并联反应器系中的每一个中设置热回收仪器，即使与具有用于所有反应器系的共用热回收仪器的设备相比，这显着增加了资本成本亦是如此。通过温度降低引起的体积减小降低了紧接反应区下游的压力。这通过将第一急冷区布置在热回收仪器的下游且在压缩机的上游而得到加强，因为这引起了明显的冷却，借助于该冷却，(多个)产物流的水部分被大部分或甚至完全冷凝。如开头所述，产物流含有水，该水不仅源自可选地作为稀释介质供应至OTO反应器的工艺蒸汽，而且源自合成反应器中产生的反应水。因此，此水含量的冷凝引起明显的体积合因此压力减小。

如上文所述，在运行其中反应器系中的一个或多个处于再生模式而烃合成在与该一个或多个反应器系并联的其他反应器系中运行的多链烃合成设备时，特别重要的是，进行以不同运行模式运行的反应器系的安全分离或切断，以避免通常含氧的再生介质与含烃的输入流或产物流的不利混合而形成可燃或甚至爆炸性的气体混合物。根据本发明，这是通过在部分产物导管的导管路径上设置用于将反应器系与下游设备部分和并联的反应器系分离的切断装置来实现的。可以采用的切断装置是本领域技术人员已知的仪器，即，例如阀、滑阀、节流阀或盲板阀。将切断装置引入部分产物导管的导管路径上通常引起压降的进一步增加，压降的大小可以根据切断装置的类型而变化。因此，更重要的是在很大程度上减小反应区下游直至压缩机的导管路径中的压降。

具体实施方式

根据本发明的设备的优选实施例的特征在于，至少两个部分产物导管布置在每个反应器系中、在该热回收仪器的下游，用于将该部分产物流从该反应器系中排出，这些部分产物导管并联布置且可并行运行，其中，至少一个切断装置存在于这些并联部分产物导管中的每一个的导管路径上。这允许此导管部段中的压降的有效减小。使用并联布置且可并行运行的、各自具有至少一个、优选地一个切断装置的至少两个、优选地两个部分产物导管的优势是，可以采用例如具有相对小的内直径的阀作为切断装置，这些阀的泄漏率比具有相对大的内直径的阀更低。

具有约60英寸的内直径的阀通常是最大的可获得的标准尺寸阀。阀选择代表阀的大小、成本、和在反复开关循环后处于关闭位置时防止泄漏的能力之间的折衷。通常，较大的阀具有较高的泄漏率并且成本更高。成本与性能之间的有利折衷是通过约40英寸的阀直径实现的。

典型地根据所需的压降来指定阀。在当前情况下，在打开位置具有尽可能低的压降是令人期望的。尽管可以采用许多阀类型，但对于尽可能低的压降的要求自然产生例如具有节流阀或切断阀瓣的类型的阀的优选选择。即使这样，实际的压降仍取决于流经阀和附连管道的流体流量。

为了在含氧的再生剂与含烃的产物流之间实现特别安全的隔离，有利的是使用两个串联布置的阀。与单个阀相比，两个串联的阀的泄漏率进一步显著减小，并且还可以使两个阀之间的空间减压，并且在对应反应器系要以再生模式运行时将该空间通气到安全位置或用比如氮气的惰性气体填充。这允许特别安全地分离分别处于合成模式和处于再生模式的反应器系。然而，这更重要的是，串联布置的阀中的每一个表现出尽可能低的压降。

关于根据本发明的设备，尤其优选的是，包括第一急冷区，该第一急冷区用于在部分产物流与第一急冷介质之间进行直接热交换，并且被布置在热回收仪器的下游和连接装置的上游，即仍在部分产物导管中；并且进一步包括第二急冷区，该第二急冷区用于在完整产物流与第二急冷介质之间进行直接热交换，并且被布置在连接装置的下游和压缩机的上游，即在完整产物导管中，并且与来自各个反应器系的所有部分产物导管处于流体连接。这仍然引起部分产物导管中的另外压减，这加到通过热回收仪器实现的压减。如果第一急冷区运行使得存在于部分产物流中的蒸汽被很大程度地、优选地几乎完全冷凝，则通过第一急冷区实现的压减特别大。由于-取决于在OTO合成中使用蒸汽作为调节剂-基于摩尔分数的部分产物流可能主要包括蒸汽，并且这通过合成反应中作为副产物形成的水得到了额外补充，部分产物流的水含量的大量冷凝实现了特别显著的体积缩小和因此特别明显的压减。然后，可以进一步有利地配置并运行布置在完整产物导管中的第二急冷区，使得可以在其中专门分离可冷凝/可吸收的烃。这实现了进一步的压减，并且可以将分离的烃专门供应到后处理仪器，其中，由于对第一急冷区中的水进行了预分离，所以现在例如在液-液相分离中要处理的液体流的体积流显着减小。因此，可以使对应的仪器更小，从而节省资金成本。

关于最后提到的实施例，优选的是，第一急冷区被布置在热回收仪器的下游合切断装置的上游。如上文所述，当用于水分离的第一急冷区仍布置在部分产物导管中时，实现了特别显着的压减。

根据本发明的设备的另一优选的实施例的特征在于，该至少一个反应区和布置在该反应区下游的该热回收仪器布置在共用容器中，其中，布置在该热回收仪器下游的该部分产物导管用于将该部分产物流从该容器中排出。反应区和热回收仪器布置在共用容器中排除了对这些设备部分之间的连接导管的需要，并且由于与共用容器相比，连接导管的导管截面通常较小且每单位长度的压降较高，实现了进一步的压减。

在本发明的另一方面中，该设备的特征在于，

-该至少一个反应区和布置在该反应区下游的该热回收仪器布置在共用容器中，

-该部分产物流是使用布置在该热回收仪器下游的该部分产物导管从该容器排出的，

-这些反应器系的所有部分产物导管是使用该连接装置组合起来的，

-该第一急冷区被布置在该连接装置与该压缩机之间，并且与这些各个反应器系的所有部分产物导管处于流体连接。

将多个设备部分布置在共用容器中保留了上述优势。结合这个实施例的其他特征，实现了特别有效的压减。

在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，

-该至少一个反应区、布置在该反应区下游的该热回收仪器、以及布置在该热回收仪器下游的该第一急冷区被布置在共用容器中，

-该部分产物流是使用布置在该第一急冷区下游的部分产物导管从该容器排出的，

-该第二急冷区布置在该连接装置与该压缩机之间，并且与这些各个反应器系的所有部分产物导管处于流体连接。

在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，该至少一个反应区、布置在该反应区下游的热回收仪器、布置在该热回收仪器下游的第一急冷区、以及布置在该第一急冷区下游的第二急冷区布置在共用容器中，

-该部分产物流是使用布置在该第二急冷区下游的该部分产物导管从该容器中排出的，

-这些反应器系的所有部分产物导管是使用该连接装置组合起来的。

关于根据本发明的具有共用容器的设备的实施例，优选的是，共用容器连接到用于排出液体冷凝物的导管上。将多个设备部分布置在共用容器中保留了上述优势。如果在热回收仪器中已经发生冷凝物分离，则有利的是经由用于排出冷凝物的导管排出所述冷凝物，这是由于气/液两相流会因为压力变化、夹带效应等导致设备运行的波动。这同样在甚至更大程度上适用于将一个或多个急冷区同样布置在共用容器中的实施例，这是由于这必然产生必须从共用容器中排出的液相。

考虑到根据本发明具有共用容器的设备的实施例，进一步优选的是，热回收仪器呈板式热交换器的形式。板式热交换器的构造简单、对阻塞不敏感、具有良好的热传递特性并且每单位长度仅产生很小的压降，并因此有利地与同样旨在减小压降的其他实施例特征组合。

在另一方面，根据本发明的设备的最后提及的实施例的特征在于，这些热回收仪器包括至少两个用不同的冷却流体运行的板式热交换器。这使得可以类似于逆流式热交换器实现特别有效的除热。可采用的冷却流体包括冷却工艺介质和/或专用冷却介质。当在第一冷却步骤中采用冷却工艺介质，例如含有含氧化合物的输入流，并且在第二冷却步骤中采用另一冷却介质时，由于在第二冷却步骤中执行剩余的冷却，所以可以执行将该工艺介质加热至所需的温度以供随后使用并限于此。

在另一方面，根据本发明的具有共用容器的设备的实施例的特征在于，这些反应区与板式热交换器处于热传递关系，借助于这些板式热交换器，这些反应区是用冷却流体通过间接换热来冷却的。OTO合成期间进行的反应的总体热平衡强烈放热。因此，重要的是迅速且在释放位点附近去除尤其是在催化剂处释放的热量，以便避免催化剂的损坏和过早且可能可逆的失活。这一点是通过这些实施例实现的。

根据本发明方法的优选实施例的特征在于，该设备包括三个反应器系，其中两个反应器系被供应含有含氧化合物的流体输入混合物，并且与这两个反应器系并联的一个反应器系被供应气态的含氧再生剂。研究已表明，基于设备大小和伴随的资本成本，这种布置确保了经济上有利且连续的烯烃生产。一旦一个反应器系中的再生已完成，它就再次可用于烯烃生产，并且一旦获得的催化剂的活性下降至最低水平以下，就可以将另外的反应器系中的一个切换到再生模式。因此，两个反应器系在任何时间点都可用于烯烃生产，并且下游设备部分可以连续运行，这对于后处理仪器尤为重要，因为由于各个单独运行和设备的多样性，所述设备需要长时间来达到稳态，在此期间不能生产出符合规格的产品。

在另一个方面中，根据本发明的方法的特征在于，在该切断仪器的上游将至少40％、优选地至少70％的产物气体分离为冷凝物。研究表明，至少70％的产物气体分离为冷凝物、尤其是水的分离率引起特别明显的压减、提高的丙烯产率，并且减轻下游设备部分上的容积负载。相反，至少40％的产物气体的分离率一方面代表了上述优势之间的有利折衷，而另一方面代表了以所需热交换器面积和冷却剂要求的形式反映的分离努力。

工作和数值示例

本发明的另外的特征、优势和可能的应用从以下工作示例和附图的描述中变得清楚。描述和/或描绘的所有特征其自身或以任何组合形成本发明的主题，而不管它们在权利要求或其引用参考中的组合如何。

在这些图中：

图1示出了第一实施例的示意图，

图2示出了第二实施例的示意图，

图3示出了第三实施例的示意图，

图4示出了第四实施例的示意图，

图5示出了第五实施例的示意图，

在根据本发明的设备/根据本发明的方法的每种情况下，其中，图示仅限于压缩机下游的设备部分/方法部分。在每个所示实施例中，在每种情况下都遵循压缩机和该压缩机下游的多级后处理仪器，该多级后处理仪器用于将压缩的完整产物分离成多个含烯烃的烃馏分。

图1示出了根据本发明的第一实施例的反应器系的示意性构造。反应器系包括OTO反应区111、热回收仪器112、和第一急冷区113。这些设备经由导管122和123彼此连接。第二急冷区114由并联布置的多个反应器系共同使用，如导管129所指示。在本示例中，该设备包括三个分离的反应器系，其中三个第一急冷区分配给了这些反应器系。在导管121和124中、均在反应器系的入口处和出口处设有切断装置131和132。

经由导管121并通过入口侧切断装置131，将含有含氧化合物的反应物流引入OTO反应区111中。在这种特定情况下，所述区域包括例如三个催化剂固定床111a、111b和111c，这些催化剂固定床填充有固体的、颗粒状的、选定形状的、可获得的沸石催化剂，但是这应被理解为仅是任何所需数量的催化剂固定床的象征。将额外较冷的反应物流引入到每个下游固定床上是由导管141和142指示的。

由于OTO反应器在尽可能低的压力下运行提高了丙烯产率，对于丙烯产率，设备、管线和其他部件(例如，布置在反应器下游的阀)上的压降比OTO反应器上游的对应部件上的压降更重要。因此，在OTO反应区的出口与压缩机的入口之间的设备部分上的压降可以减小得越明显，这对于目标产物(例如丙烯)的产率就越有利。

在根据图1的OTO合成设备的一个实施例中，在工业规模上，年产能通常为470kta的丙烯。在480℃的温度和130kPa(a)的压力下，OTO反应区的出口处的产物气体的体积流量是230kNm³/h。在离开热回收仪器之后，产物混合物进入第一急冷区，在该第一急冷区中，工艺水将具有118kPa(a)的起始压力的气态产物混合物冷却至55℃，从而也引起相当大数量的水的冷凝。

较低温度和冷凝的组合将实际容积流量从MTP反应器的出口处的495km³/h减小至第一急冷设备的出口处的76km³/h。根据管测量的惯常方法，所述流对应于在OTO反应区的出口处为106英寸、在热回收仪器的出口处为86英寸、和在第一急冷区的出口处为56英寸的管/阀直径。由于交易库存有用于大小小于60英寸的自动运行阀的标准大小，因此可以将购买得到的自动阀用于出口侧切断仪器132。这种自动阀是由机械器件或仪表空气控制的运行阀，其至少允许经由控制系统远程控制阀的打开/关闭运行。阀选择代表阀的大小、成本、和在反复开关循环后处于关闭位置时防止泄漏的能力之间的折衷。典型地根据所需压降指定阀。另外，在完全打开位置时的压降应相对低。

作为产物气体的流量的参考值，切断装置132中的13m/s的气体流量可以用作根据图1的实施例的基础。对于给定的阀大小，可以根据下式从流量的变化中确定压降的变化：

(Δp₂/Δp₁)＝(v₂/v1)²，

其中

p_x是在穿过打开的阀时的实际气体流量，并且

Δp_x是要建立的压降。

例如，从13m/s增加到16m/s将引起阀上的压降增加约50％，这阐明了切断装置的大小与最小化OTO反应器压力以实现高丙烯产率的目标之间的关键相互依赖性。

为了在将反应器系的运行模式从合成运行改变成再生运行期间确保可靠且安全地分离含氧流和可燃的含烃气体，还可以将两个自动阀串联布置作为切断装置。与单个阀相比，这明显减小了泄漏率。此构思还使得有可以使两个切断装置之间的空间减压和/或用惰性气体填充，可选地也在正压下。这确保了在发生泄漏的情况下，仅惰性气体渗透到设备中，并且可燃气体不会无意中排放到环境中。

在第一急冷区中冷却并部分地冷凝的产物气体经由导管124和布置在导管路径124上的切断装置132、以及完整产物导管126传到第二急冷区中。来自并联的反应器系(未示出)的部分产物流通过以示例方式示出的导管路径125加入，该并联的反应器系同样处于合成运行，而第三并联的反应器系处于再生模式并且通过存在于此反应器系中的切断装置与处于合成模式的两个反应器系分离。

在第二急冷区中用水作为急冷介质执行对完整产物气体的进一步冷却，其中现在是尤其相对重、高沸点的烃进行冷凝，而相对轻、低沸点的烃仍处于气相。后者经由导管128传到压缩机，随后到达多级后处理仪器，用于将压缩的完整产物后处理成多种含烯烃的烃馏分(压缩机和后处理仪器未在图中示出)。将含水急冷介质经由导管127从第二急冷区排出。较重的烃形成分离的有机液相，并且同样经由导管(未示出)供应至压缩机和下游的后处理仪器。替代性地，也可以将较重烃收集在汽油产物中而无需进一步后处理。

图2示出了本发明的第二实施例。从OTO反应区211排出的产物混合物经由导管222传到优选地包括多个热交换器的热回收仪器212。随后，导管223将冷却的部分产物流传到第一急冷区213中，急冷介质、优选地水经由导管243被引入该第一急冷区中。

用过的急冷介质经由导管225从这个第一急冷仪器213排出，并且冷却的产物混合物穿过两个并联的导管224a和224b以及优选地阀的形式的伴随的两个切断装置232和233，然后经由导管224被排放并且经由导管229与来自并联布置的其他反应器系的流组合以提供完整的产物流，并且经由导管226引入到第二急冷区中。在所述区域中，液体馏分经由导管227被排出，而气态馏分经由导管228被排出。如图所示，急冷介质、优选地水经由导管244被引入。来自第二急冷区的各种产物流的另外性质和另外后处理对应于结合图1阐明的那些。

将来自第一急冷区213的排出流在并联布置的两个切断装置上进行划分具有以下结果：这两个仪器的大小、优选地两个阀的大小可以明显减小。因此，如果使用阀，则其大小可以从约56英寸减小至40英寸。与56英寸的阀相比，两个40英寸的自动阀的成本和泄漏率明显降低，其中，由于两个子流的划分以及伴随的流量的降低，压降趋于减小、在最坏的情况下保持不变。因此，这个实施例在设备安全性和资本成本方面提供优势，同时丙烯产率相同或提高。

图3示出了本发明的第三实施例。这里，反应区311和下游的热回收仪器312包含在共用容器310内。经由导管321和集成到它的导管路径中的入口侧切断装置331，反应物子流被引入到共用容器310中，其中反应物子流先穿过反应区311。这里，所述区也包括例如三个催化剂固定床311a、311b和311c。将另外较冷的反应物流引入到每个下游催化剂固定床上进而由导管341和342指示。

从反应区排出的部分产物流然后传到共用容器310内的热回收仪器312中。然后，冷却的部分产物流在与来自未示出的并联的反应器系的部分产物流一起被引入到第一急冷区313之前，经由导管322离开共用容器310并穿过第二切断装置332，该第一急冷区经由导管343被供应急冷介质、优选地水。经由导管324和325将气态馏分和液体馏分从这个急冷区抽出。来自该急冷区的各种产物流的另外性质和进一步后处理对应于结合图1中的第二急冷区阐明的那些。与并行运行的另外反应器系的连接进而由导管329指示。

在此示例中，反应器系仅包括共用容器内部的反应区和热回收仪器。对于所有并联的反应器系，这种布置通常仅需要一个共用的急冷系统。这种配置例如在以下示例中特别有利：

(a)使用热回收仪器通过蒸汽产生、甲醇蒸发、烃循环蒸发/过热、和/或其他工艺或有用的流将离开反应区的部分产物流冷却至约70℃的温度。在这种情况下，通过部分冷凝，离开共用容器310的冷却的部分产物流从冷凝前的190℃下的330km³/h减小至通过冷却存在的蒸气的部分冷凝后的仅67km³/h，这大约对应于73mol％的摩尔分数(未示出冷却后容器310的液体出口)。这使得即使针对大型设备大小，也可以将相对常规的阀大小(例如54英寸)用于切断装置。

(b)合成设备的大小从470kta减小至100kta的生产能力。在这种情况下，离开共用容器310的部分产物流在190℃下从330km³/h减小至70km³/h，减少了×100/470的倍数。阀大小要求同样下降。

(c)另一选择是将设备产能从470kta减小至200kta的中间规模。在这种情况下，必须使用热回收仪器通过蒸汽产生、甲醇蒸发、烃循环蒸发/过热和/或其他工艺或有用的流将离开反应区的部分产物流冷却至90℃，以使约39％的蒸气冷凝(以摩尔为基础)。在存在67km³/h的蒸气的部分冷凝之后，剩余的气体体积流量又可以使用购买得到的阀大小，特别是54英寸。

在本发明的具有用于多个设备部分的共用容器的所有实施例中，即在图3、图4和图5所示的示例性实施例中，可以将这个方面与如图2中所示的将部分产物流在并联布置的两个切断装置上进行划分相结合。

根据图3的这个实施例的主要优势是，与图1和图2中示出的实施例相比，由于省略了反应区与热回收仪器之间的导管，这两个组件之间的压降进一步最小化。

与根据图1的实施例相比，根据图3的本发明的一个实施例表现出明显的压降减小。因此，反应区与热回收仪器之间的连接导管123的压降是1.2mbar，并且热回收仪器上的压降是2.7mbar，因此总共得到3.9mbar。根据图3的相同布置产生1.4mbar的压降，并且压降因此节省了2.5mbar，对应于与根据图1的实施例相比63％的压降减小。这对应于丙烯产率相对地提高1.2％。应用于470kta的设备产能，这意味着对于恒定的反应物输入，丙烯产量可以增加5.8kta。

图3所示的共用容器310的水平布置应理解为仅是示例性的。取决于安装位点和可用空间，共用容器310的竖直直立布置也是可以想到的，并且在一些情况下是有利的。

图4示出了本发明的第四实施例。现在除了反应区411和热回收仪器412外，第一急冷区413也存在于共用容器410内部。

通过示例方式，这里的反应区包括两个催化剂固定床411a、411b，这些催化剂固定床使用板式热交换器进行冷却，经由导管444、445将冷却流体引入到这些板式热交换器中/从其中排出。以这种方式，可以有效地去除放热的OTO合成反应的释放反应热量。反应区的任何其他配置也是可能的。

热回收仪器412布置在反应区的下游，热回收仪器包括例如两个热交换器412a和412b，这些热交换器优选地同样被配置为板式热交换器并且包括用于它们各自的冷却流体的供给和排出导管446、447、448、和449。

第一急冷区413也布置在共用容器410中的热回收仪器的下游，急冷介质经由导管443引入到该第一急冷区中。优选地运行第一急冷区，使得存在于部分产物流中的大部分水可以经由导管425被分离并排出。切断装置432布置在导管422中，借助于该切断装置，冷却并部分冷凝的产物流从反应器系被排出。经由导管422，部分产物流与来自图中未示出的并联反应器系的部分产物流一起被引入到第二急冷区414中。经由导管428和427将气态馏分和液体馏分从这个急冷区抽出。来自该急冷区的各种产物流的另外性质和进一步后处理对应于结合图1中的第二急冷区阐明的那些。

在本发明的这个实施例中，反应器系包括处于共用容器中的反应区、热回收仪器、和第一急冷区。这种配置例如在以下示例中特别有利：

(a)使用热回收仪器通过间接热交换来初始冷却离开反应区的部分产物流，其中去除的热量用于蒸汽产生、甲醇蒸发、烃循环蒸发/过热、和/或用于加热其他工艺流或有用的流。然后在第一急冷区中通过直接热交换实现进一步冷却至约70℃的温度。在这种情况下，通过部分冷凝将气流从冷凝前的190℃下的330km³/h减小至存在的蒸气的部分冷凝后的仅67km³/h。这对应于约73mol％的蒸气的冷凝，具有以下结果：即使具有470kta的生产能力的设备也可以采用特别地54英寸大小的常规阀，并且背压介导的压降对应地减少了所去除体积流的比例。

(b)合成设备的大小从470kta减小至120kta。在这种情况下，在穿过热回收仪器之后，该流成比例地约为190℃下的330km³/h×120/470＝84km³/h。穿过第一急冷区致使气体温度从190℃进一步下降至100℃以下，对应于70km³/h的气体体积流量。针对情况(a)描述的优势在这里也适用。

与上文阐明的示例相比，反应区、热回收仪器、和第一急冷区集成在共用容器中进一步减小了压降。特别地，与根据图1的实施例相比，根据图4的本发明的一个实施例表现出进一步明显的压降减小。因此，反应区与热回收仪器之间的连接导管123的压降是1.2mbar，并且热回收仪器上的压降是2.7mbar，因此总共得到3.9mbar。此外，图1中的第一急冷区在供给和排出管道中分别表现出11.2mbar和8.4mbar的压降。从这个总共23.6mbar的累积压降开始，根据图4的实施例总共节省了22.3mbar，因此对应于94％的减小量。对于恒定的反应物输入，这种压降的减小使丙烯产率增加3.8％，这对应于470kta的设备产能的17.9kta的丙烯额外产率。

图5最后示出了本发明的第五实施例。该实施例包括布置在共用容器510中的反应区511、热回收仪器512、和被配置为双重急冷的急冷区513，该双重急冷包括第一急冷区513a和第二急冷区513b。

经由导管521和集成到它的导管路径中的入口侧切断装置531，反应物子流被引入到共用容器510中，其中反应物子流先穿过反应区511。通过示例方式，这里的反应区包括催化剂固定床511a，催化剂固定床使用板式热交换器进行冷却，经由导管544、545将冷却流体引入到该板式热交换器中/从其中排出。以这种方式，可以有效地去除放热的OTO合成反应的释放反应热量。反应区的任何其他实施例是可能的。优选的是，反应区包括多个串联布置的催化剂固定床。

热回收仪器512布置在反应区的下游，热回收仪器包括例如两个热交换器512a和512b，这些热交换器优选地同样被配置为板式热交换器并且包括用于它们各自的冷却流体的供给和排出导管546、547、548、和549。这之后是流动方向优选地改变90°，其中，取决于安装位点的条件，不改变或不同地改变流动方向的实施例也是可以想到的。然而，所描绘的热交换器512b的下游的设备部分的直立布置是有利的，这是由于冷凝物和急冷介质在此更大程度地累积并且因此更容易经由导管525收集和排出。

在这种特定情况下，采用另一热交换器516，该热交换器具有用于冷却介质的伴随的供给导管551和排出导管552并且也可归因于热回收仪器512。替代性地，此热交换器516可以设置在另一位置或根本不设置。

冷却的反应混合物随后穿过急冷系统513，该急冷系统包括分别经由导管526和527被供应急冷介质的第一急冷区513a和第二急冷区513b。一种或多种液相经由导管525和可选地导管524被抽出。图中所示的导管524应理解为仅是示例性的，并且就其布置高度而言是可变的。如果第二液相要经由导管524被抽出，则有利的是，在第一急冷区与第二急冷区之间设置图中未示出的分离塔盘，例如烟囱塔盘，该塔盘可渗透气相但不可渗透第二液相，这样使得所述相收集在分离塔盘上并且可以经由导管524被排出。

气态馏分经由导管522和布置在导管路径522上的切断装置532被排出。来自并行运行的另外反应器系的部分产物流的加入再次经由导管529象征性地指示。来自该急冷区的各种产物流的另外性质和进一步后处理对应于结合图1中的第二急冷区阐明的那些。

在本发明的这个实施例中，反应器系包括处于共用容器中的反应区、热回收仪器、和两个急冷区。这种配置例如在以下示例中特别有利：

(a)在对液体执行冷凝之前，使用热回收仪器通过间接热交换将离开反应区的部分产物流初始冷却至100℃至160℃的中间温度。随后使用另外热交换器(例如热交换器516)将气体温度降低至冷凝点以下。这里有利的是，由于热交换器516布置在共用容器的竖直部分中，产生的冷凝物可以沿向下方向流走，从而允许它与用过的急冷介质一起经由导管525被排出。然后在第一急冷区中通过直接热交换执行进一步冷却至约70℃的温度。

随后在第一急冷区中将温度进一步降低至50℃至95℃，最后在第二急冷区中降低至40℃至50℃。在这个示例中，部分冷凝将部分产物气体流从冷却和冷凝之前190℃下的330km³/h(基于470kta的设备产能)减小至仅48km³/h(对应于79mol％的蒸气的冷凝)，这具有以下结果：即使具有470kta的生产能力的设备也可以采用特别是45英寸大小的常规阀，并且背压介导的压降相应地减少了所去除体积流的比例。

(b)在(a)中阐明的示例的发展中，当实现40℃的出口温度和因此81mol％的蒸气的冷凝时，部分产物体积流量减小至42km³/h。这甚至允许42英寸的阀大小。这里也可以将这个方面与图2中示出的将部分产物流在并联布置的两个切断装置上进行划分相结合，从而使得可以使用30英寸或32英寸的阀大小。

与上文阐明的实施例相比，反应区、热回收仪器、和两个急冷区集成在共用容器中仍然进一步减小了压降。特别地，与根据图4的实施例相比，根据图5的本发明的一个实施例表现出9.3mbar的进一步压降减小，并且32.8mbar的总压降(反应区、热回收仪器、和各自处于具有连接导管的分离的容器中的两个急冷区)因此可以总计减小31.5mbar，即96％。这引起丙烯产率提高4.8％，这对应于470kta的设备产能增加22.6kta。

附图标记清单

111 反应区

111a-111c 催化剂固定床

112 热回收仪器

113 第一急冷区

114 第二急冷区

121-129 导管

131、132 切断装置

141-144 导管

211 反应区

211a-211c 催化剂固定床

212 热回收仪器

213 第一急冷区

214 第二急冷区

221-229 导管

231-233 切断装置

241-244 导管

310 共用容器

311 反应区

311a-311c 催化剂固定床

312 热回收仪器

313 第一急冷区

321-329 导管

331、332 切断装置

341-343 导管

410 共用容器

411 反应区

411a-411b 具有热交换器的催化剂固定床

412 热回收仪器

412a-412b 热交换器

413 第一急冷区

414 第二急冷区

421-429 导管

431、432 切断装置

443-449 导管

510 共用容器

511 反应区

511a 具有热交换器的催化剂固定床

512 热回收仪器

512a、512b 热交换器

513 急冷系统

513a 第一急冷仪器

513b 第二急冷仪器

521-529 导管

531、532 切断装置

544-552 导管

Claims

1.一种用于由含有含氧化合物的流体输入混合物生产烯烃的多链设备，该设备包括彼此处于流体连接的以下组成部分和组件：

（a）并联布置并且可并行运行的至少两个反应器系，其中，每个反应器系包括：

（a1）至少一个含氧化合物至烯烃（OTO）反应区，该反应区包含对于这些含氧化合物在含氧化合物转化条件下转化为烯烃具有活性和选择性的催化剂；用于将该含有含氧化合物的输入混合物供应至该反应区的器件；用于将含烯烃的部分产物流从该反应区排出的器件；用于将气态的含氧再生剂供应至该反应区的器件；用于将含有碳氧化物的再生废气从该反应区排出的器件，

（a2）布置在该反应区的下游的热回收仪器，该热回收仪器包括用于在从该反应区排出的产物气体与冷却流体之间进行间接热交换的至少一个热交换器，

（a3）布置在该热回收仪器的下游的部分产物导管，该部分产物导管用于将该部分产物流从该反应器系中排出，

（a4）处于该部分产物导管的导管路径上的切断装置，该切断装置用于将反应器系与下游的设备部分和并联的反应器系分离，

（b）布置在这些各个反应器系的下游的连接装置，该连接装置用于将这些各个部分产物导管组合成完整产物导管，

（c）布置在该连接装置的下游的压缩机，该压缩机用于压缩使用该完整产物导管供应的完整产物，

（d）布置在该压缩机的下游的多级后处理仪器，该多级后处理仪器用于将所压缩的完整产物分离成多个含烯烃的烃馏分，

（e）其中还包括至少一个第一急冷区，该第一急冷区用于在一个或多个部分产物流或该完整产物与第一急冷介质之间进行直接热交换，其中，该第一急冷区被布置在该热回收仪器的下游且在该压缩机的上游。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少两个部分产物导管布置在每个反应器系中、在该热回收仪器的下游，用于将该部分产物流从该反应器系中排出，这些部分产物导管并联布置且可并行运行，其中，至少一个切断装置存在于这些并联部分产物导管中的每一个的导管路径上。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，包括第一急冷区，该第一急冷区用于在部分产物流与第一急冷介质之间进行直接热交换，并且被布置在该热回收仪器的下游且在该连接装置的上游；并且其特征在于，进一步包括第二急冷区，该第二急冷区用于在该完整产物与第二急冷介质之间进行直接热交换，并且被布置在该连接装置的下游且在该压缩机的上游并且与来自这些各个反应器系的所有部分产物导管处于流体连接。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该至少一个反应区和布置在该反应区下游的该热回收仪器布置在共用容器中，其中，布置在该热回收仪器下游的该部分产物导管用于将该部分产物流从该容器中排出。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

- 该至少一个反应区和布置在该反应区下游的该热回收仪器布置在共用容器中，

- 该部分产物流是使用布置在该热回收仪器下游的该部分产物导管从该容器排出的，

- 这些反应器系的所有部分产物导管是使用该连接装置组合起来的，

- 该第一急冷区被布置在该连接装置与该压缩机之间，并且与这些各个反应器系的所有部分产物导管处于流体连接。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，

- 该至少一个反应区、布置在该反应区下游的该热回收仪器、以及布置在该热回收仪器下游的该第一急冷区被布置在共用容器中，

- 该部分产物流是使用布置在该第一急冷区下游的部分产物导管从该容器排出的，

- 该第二急冷区布置在该连接装置与该压缩机之间，并且与这些各个反应器系的所有部分产物导管处于流体连接。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

- 该至少一个反应区、布置在该反应区下游的该热回收仪器、布置在该热回收仪器下游的该第一急冷区、以及布置在该第一急冷区下游的第二急冷区被布置在共用容器中，

- 该部分产物流是使用布置在该第二急冷区下游的该部分产物导管从该容器中排出的，

- 这些反应器系的所有部分产物导管是使用该连接装置组合起来的。

8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，该共用容器连接至用于排出液体冷凝物的导管上。

9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，这些热回收仪器是板式热交换器的形式。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，这些热回收仪器包括至少两个用不同的冷却流体运行的板式热交换器。

11.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，这些反应区与板式热交换器处于热传递关系，借助于这些板式热交换器，这些反应区是用冷却流体通过间接换热来冷却的。

12.一种用于由含有含氧化合物的流体输入混合物生产烯烃的方法，该方法包括以下步骤：

（a）提供该含有含氧化合物的流体输入混合物，

（b）将该含有含氧化合物的流体输入混合物供应至根据权利要求1至11中任一项所述的设备，并且在含氧化合物转化条件下将该输入混合物转化成含烯烃的部分产物流，

（c）将至少一个含烯烃烃馏分从该设备排出，其中

- 该设备包括并联布置且可并行运行的至少两个反应器系，其中

- 至少一个反应器系被供应含有含氧化合物的流体输入混合物，其中，所获得的部分产物流从该反应器系被排出并且经由打开的切断装置和该连接装置供应至后处理仪器

并且与其并行

- 至少一个另外反应器系被供应气态的含氧再生剂，其中，获得从该反应器系排出的含有碳氧化物的再生废气，并且其中，这个反应器系的切断装置是关闭的。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该设备包括三个反应器系，其中两个反应器系被供应含有含氧化合物的流体输入混合物，并且与这两个反应器系并联的一个反应器系被供应气态的含氧再生剂。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在该切断装置的上游将至少40%的产物气体分离为冷凝物。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在该切断装置的上游将至少70%的产物气体分离为冷凝物。