DE112006002599T5 - Ein Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus Produktgas für die Herstellung von Olefinen - Google Patents

Ein Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus Produktgas für die Herstellung von Olefinen Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus einem Produktgas, welches ein Gasgemisch ist, das aus der Methanol- und/oder Dimethylether-zu-Olefin-Umwandlung erhältlich ist, wobei das Verfahren das Deethanisieren des Produktgases, wobei C2- und leichte Komponenten am Kopf der Säule und C3- und schwere Komponenten am Boden der Säule erhalten werden, und das Demethanisieren von C2- und leichten Komponenten, wobei ein Endgas und eine Flüssigphasen-C2-Komponente erhalten werden, das Kondensieren des Endgases und das Zurückgewinnen der kondensierten Flüssigphase in den Demethanisierungsschritt umfasst.

Description

  • Bereich der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus einem Produktgas, welches aus einer Olefinumwandlungsvorrichtung erhalten wird. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Ethylen und Propylen aus dem Produktgas aus der Methanol-zu-Olefin-Vorrichtung und/oder Dimethylether-zu-Olefin-Vorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass der Bedarf für niedere Kohlenstoffolefine sehr stark ansteigt, wenn sich die Wirtschaft entwickelt. Jedoch besteht für die Ausgangsmaterialressourcen, z. B. Naphtha, leichtes Dieselöl und so weiter, für die Herstellung von Ethylen ein ernsthafter Mangel. Deshalb zogen die Methanol-zu-Olefin-(hier nachstehend als MTO bezeichnet) oder Dimethylether-zu-Olefin-(hier nachstehend als DTO bezeichnet)-Technik viel Aufmerksamkeit auf sich. MTO- oder DTO-Technik ist eine Technologie zur Herstellung von niederen Kohlenstoffolefinen, wie Ethylen, Propylen und dergleichen, unter Verwendung von auf Kohlebasis oder Erdgasbasis synthetisiertem Methanol oder Dimethylether als die Ausgangsmaterialien und mittels einer Fließbett-Reaktionsweise, welche ähnlich zu einer katalytischen Crackvorrichtung ist. Die Technologie kann bei der Herstellung von niederen Kohlenstoffolefinen mit einer hohen Selektivität verwendet werden und erreicht ein flexibles Propylen/Ethylen-Verhältnis, welches einfach innerhalb eines relativ breiten Bereichs eingestellt werden kann.
  • Im Allgemeinen enthält das Produktgas, welches durch die katalytische Umsetzung von Methanol über eine MTO-Vorrichtung erhalten wird, Wasserstoff, Methan, Ethylen, Ethan, Propylen, Propan und höhere Kohlenstoffolefine, wie Butylen oder Penten, zusammen mit Wasser, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Außer dass die Bedingungen für DTO-Herstellung leicht steuerbar sind, ist DTO-Technik im Wesentlichen gleich zu MTO-Technik. Als ein Ergebnis ist das DTO-Produkt auch im Wesentlichen gleich zu dem MTO-Produkt. Um eine polymerisierbare Qualität des Olefinprodukts zu erhalten, sind die Trennungs- und Gewinnungstechniken für MTO- oder DTO-Produktgas sehr wesentlich. Darüber hinaus offenbart US Patent Nr. 5,811,621 eine Technik zur Gewinnung von Ethylen. Im Allgemeinen umfasst eine solche Technik zur Gewinnung von Ethylen das Unterwerfen des MTO-Produktgases dem herkömmlichen Gas-Flüssigkeits-Trennschritt, um Wasser, Kohlendioxid und schwere C5+-Komponenten abzutrennen und zu entfernen; das Einbringen von gekühlten C4- und leichten Komponenten in die Deethanisierungssäule; das Entnehmen von Ethan und leichten Komponenten vom Kopf der Deethanisierungssäule und dann das Zuführen von ihnen in die Demethanisierungssäule, nach der Entfernung von Ethin über eine Hydriervorrichtung; das Entfernen von Methan und Wasserstoff vom Kopf der Demethanisierungssäule und das Einbringen der Materialien am Säulenboden, enthaltend im Wesentlichen Ethylen und Ethan, in die C2-Komponenten-Trennsäule; und das Erhalten von Ethylenprodukt am Kopf der C2-Komponenten-Trennsäule. In der offenbarten Technologie zur Gewinnung von Ethylen sind viele Komprimier- und Druckerhöhungsverfahren erforderlich. Im Allgemeinen wird der Druck von C4- und leichten Komponenten auf einen Druck von 20–30 atm.A eingestellt, bevor sie in die Deethanisierungssäule zugeführt werden. Zusätzlich ist ein anderer Druckerhöhungsschritt zur Erhöhung des Druckes auf über 30 atm.A nach dem Entfernen von Ethin über die Hydrierreaktionsvorrichtung und vor dem Zuführen in die Demethanisierungssäule erforderlich. Um die Gewinnungsrate von Ethylen zu erhöhen, werden die Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule ferner komprimiert, um den Druck zu erhöhen, und das komprimierte Gas stellt Wärme für die Destillierblase der Demethanisierungssäule bereit und wird dann teilweise kondensiert. Das nicht kondensierte Gas enthält Ethylen in einer Menge von 3–4% des Rohsubstrats und wird entnommen. Es kann gesehen werden, dass drei Verfahrenskomprimiervorrichtungen und eine Propylen-Kühlkomprimiervorrichtung in der Ethylen-Gewinnungstechnik verwendet werden, und folglich kostet die Technik in Hinblick auf die Ausrüstungsinvestition viel. Indessen wird nicht kondensiertes Ethylen-enthaltendes Gas aus der Technik entnommen. Demgemäß ist eine Ethylen-Gesamtgewinnungsrate von im Allgemeinen etwa 95–97% nicht zufriedenstellend und erfüllt den Standard der polymerisierbaren Qualität von Ethylen nicht.
  • Demgemäß besteht ein Bedarf für ein Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus einem Produktgas aus der Methanol-zu-Olefin-Vorrichtung und/oder Dimethylether-zu-Olefin-Vorrichtung. Das Verfahren spart nicht nur Energie, sondern kann auch zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen mit einer hohen Ausbeute verwendet werden, um so die polymerisierbare Qualität von Ethylen- und Propylenprodukten zu erhalten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus einem Produktgas, welches ein Gasgemisch ist, das aus der Umwandlung von Methanol-zu-Olefin und/oder Dimethylether-zu-Olefin erhalten werden kann, bereit. Das Verfahren umfasst das Deethanisieren des Produktgases, wobei C2- und leichte Komponenten am Kopf der Säule und C3- und schwere Komponenten am Boden der Säule erhalten werden, und das Demethanisieren von C2- und leichten Komponenten, wobei ein Endgas und eine Flüssigphasen-C2-Komponente erhalten werden, wobei das Endgas kondensiert und die kondensierte Flüssigphase in den Demethanisierungsschritt zurückgewonnen wird.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner das Erhöhen des Produktgasdruckes auf 2,0–4,0 MPaG vor der Trennung des Produktgases.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner das Extrahieren des Flüssigphasenmaterials vom Kopf der Deethanisierungssäule und das Verwenden davon als ein Kühlmittel zum Kondensieren des Endgases bei einer Temperatur von –60 bis –98°C.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner das Ethylen-Rektifizieren der Flüssigphasen-C2-Komponente, wobei ein Ethylenprodukt und Ethan erhalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können das Ethylenprodukt oder Ethan austauschbar oder zusätzlich als ein Kühlmittel zum Kondensieren des Endgases verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner das Depropanisieren von C3- und schweren Komponenten, das Entfernen einer C3-Komponente, und das Propylen-Rektifizieren der C3-Komponente, wobei ein Propylenprodukt erhalten wird.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner das Rektifizieren des Endgases vor der Kondensation, wobei Ethylen in dem Endgas gewonnen wird, und das Zurückgewinnen des Ethylens in den Deethanisierungsschritt.
  • In einer Ausführungsform wird das Endgas mit einer Kondensiervorrichtung kondensiert.
  • In einer Ausführungsform wird das Endgas mit einer Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ oder einer Kondensiervorrichtung vom Platten-Rippen-Typ kondensiert.
  • In einer Ausführungsform ist das im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Produktgas ein Gasgemisch, welches im Methanol-zu-Olefin-Verfahren erhalten wird. In dieser Hinsicht umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
    • (1) das Erhöhen des Druckes des Produktgases auf 2,0–4,0 MPaG;
    • (2) das Einbringen des unter Druck gesetzten Produktgases in die Deethanisierungssäule, um C2- und leichte Komponenten von C3- und schweren Komponenten abzutrennen;
    • (3) das Zuführen von C2- und leichten Komponenten in die Demethanisierungssäule, um das Endgas und die Flüssigphasen-C2-Komponente zu erhalten;
    • (4) das Zuführen der Flüssigphasen-C2-Komponente in die Ethylen-Rektifizierungssäule, wobei ein Ethylenprodukt und Ethan erhalten werden; und
    • (5) das Zuführen von C3- und schweren Komponenten in die Depropanisierungssäule, um eine C3-Komponente abzutrennen, und das Zuführen der C3-Komponente in die Propylen-Rektifizierungssäule, um ein Propylenprodukt zu erhalten; wobei die Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule in den Rückflusstank zugeführt werden, um das Endgas von dem C2-Komponenten-Gemischstrom abzutrennen; wobei das Endgas in dem Rückflusstank in die Kondensiervorrichtung zur Kondensation zugeführt wird und der kondensierte Materialstrom zurück in die Demethanisierungssäule unter Rückfluss gebracht wird, wobei das Kühlmittel in der Kondensiervorrichtung eines von jenen ist, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus
    • a. dem Materialstrom, der vom Kopf der Deethanisierungssäule extrahiert wird, oder dem C2-Komponenten-Gemischstrom, der von dem Rückflusstank extrahiert wird; und
    • b. Ethylenprodukt und/oder Ethan.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner das Rektifizieren des Endgases über den Rektifizierungssäulenabschnitt vor dem Kondensieren des Endgases, wobei der Rektifizierungssäulenabschnitt mit dem Rückflusstank am Boden des Abschnitts und mit der Kondensiervorrichtung am Kopf des Abschnitts verbunden ist. Bevorzugt ist die Kondensiervorrichtung eine Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ oder eine Kondensiervorrichtung vom Platten-Rippen-Typ. Stärker bevorzugt sind der Rückflusstank, der Rektifizierungssäulenabschnitt und die Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ miteinander integriert.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Demethanisierungssäule ferner die Säulenkopfkondensiervorrichtung und die Säulenkopfkondensiervorrichtung, der Rückflusstank, der Rektifizierungssäulenabschnitt und die Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ sind miteinander integriert.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
    • (1) das Erhöhen des Druckes des Produktgases auf 2,0–4,0 MPaG über die Druckerhöhungsvorrichtung und das Entfernen des nicht umgesetzten Methanols und des Dimethylethers und CO2, welches daraus im Produktgas hergestellt wurde;
    • (2) das Unterwerfen des unter Druck gesetzten Produktgases einer Gas-Flüssigkeits-Trennung, nachdem gekühlt wurde, das Zuführen der Gasphase in ein Trockenmittel, um Wasser zu entfernen, und dann in die Deethanisierungssäule, wobei C2- und leichte Komponenten von C3- und schweren Komponenten abgetrennt werden, das Zuführen von C2- und leichten Komponenten in das C2-Hydriersystem, um Ethin zu entfernen, wobei ein hydrierter Materialstrom erhalten wird;
    • (3) das Zuführen des hydrierten Materialstroms in die Demethanisierungssäule, nachdem gekühlt wurde, wobei die Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule in den Rückflusstank, nachdem gekühlt wurde, zugeführt wurden, um das Endgas von dem C2-Komponenten-Gemischstrom abzutrennen, wobei das Endgas in dem Rückflusstank in den Rektifizierungssäulenabschnitt mit der Kondensiervorrichtung am Kopf zugeführt wird, wobei der kondensierte Materialstrom zurück in die De methanisierungssäule unter Rückfluss gebracht wird, wobei das Kühlmittel in der Kondensiervorrichtung eines von jenen ist, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus
    • a. dem Materialstrom, der vom Kopf der Deethanisierungssäule extrahiert wird, oder dem C2-Komponenten-Gemischstrom, der vom Rückflusstank extrahiert wird;
    • b. Ethylenprodukt und/oder Ethan.
    • (4) wobei die Materialien am Boden der Demethanisierungssäule in die Ethylen-Rektifizierungssäule zugeführt werden, wobei Ethylenprodukt am Kopf und Ethan am Boden der Säule erhalten werden; und
    • (5) wobei die Materialien am Boden der Deethanisierungssäule in die Depropanisierungssäule zugeführt werden, wobei C3-Komponenten am Kopf und Ethan am Boden der Säule erhalten werden; und dann C3-Komponenten in die Propylen-Rektifizierungssäule zugeführt werden, wobei Propylenprodukt am Kopf und Propan am Boden der Säule erhalten werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen macht die detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung die vorstehend erwähnten und andere Merkmale und Vorteile offensichtlich.
  • 1 zeigt das Fließschema einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 zeigt das Fließschema einer anderen Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen
  • Wie vorstehend angegeben, ist das DTO-Verfahren im Wesentlichen gleich dem MTO-Verfahren. Demgemäß wird nur eine MTO-Reaktionsvorrichtung wie folgt detailliert angegeben.
  • Im Allgemeinen werden 80% oder mehr (bezogen auf Kohlenstoffelement) Methanol industriell nach der katalytischen Methanol-Umsetzung in einer MTO-Reaktionsvorrichtung in Ethylen und Propylen umgewandelt. Zur selben Zeit wird auch eine kleine Menge an Methan, Kohlendioxid, Oxid und C4+-Kohlenwasserstoffen hergestellt, zusammen mit einer beträchtlichen kleinen Menge an Wasserstoff und Ethin. In den meisten Fällen werden die meisten Oxide von dem Gas aus dem MTO-Reaktor nach schnellem Abkühlen und Waschen entfernt und der Druck davon beträgt weniger als 0,2 MPaG. Solche Materialien sind das MTO-Produktgas, wie es in der vorliegenden Erfindung genannt wird. Das Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen der vorliegenden Erfindung kann zur Gewinnung von niederen Olefinen, d. h. hauptsächlich Ethylen und Propylen, aus einem solchen MTO-Produktgas verwendet werden, und die Konzentration davon kann insgesamt den Polymerisations-Qualitätsstandard erreichen.
  • Bevorzugt umfasst das Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen der vorliegenden Erfindung:
    • (1) das Erhöhen des Produktgasdruckes auf 2,0–4,0 MPaG;
    • (2) das Einbringen des unter Druck gesetzten Produktgases" in die Deethanisierungssäule 10, um C2- und leichte Komponenten von C3- und schweren Komponenten abzutrennen;
    • (3) das Zuführen von C2- und leichten Komponenten in die Demethanisierungssäule 13, um das Endgas und die Flüssigphasen-C2-Komponente zu erhalten;
    • (4) das Zuführen der Flüssigphasen-C2-Komponente in die Ethylen-Rektifizierungssäule 22, um ein Ethylenprodukt und Ethan zu erhalten; und
    • (5) das Zuführen von C3- und schweren Komponenten in die Depropanisierungssäule 23, um eine C3-Komponente abzutrennen, und das Zuführen einer C3-Kom ponente in die Propylen-Rektifizierungssäule 25, um ein Propylenprodukt zu erhalten; wobei die Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule 13 in den Rückflusstank 17 zugeführt werden, um das Endgas von dem C2-Komponenten-Gemischstrom abzutrennen; wobei das Endgas in dem Rückflusstank 17 in die Kondensiervorrichtung 19 zur Kondensation zugeführt wird und der kondensierte Materialstrom zurück in die Demethanisierungssäule 13 unter Rückfluss gebracht wird, wobei das Kühlmittel in der Kondensiervorrichtung 19 eines von jenen ist, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus
    • a. dem Materialstrom, der vom Kopf der Deethanisierungssäule extrahiert wird, oder dem C2-Komponenten-Gemischstrom, der vom Rückflusstank extrahiert wird;
    • b. Ethylenprodukt und/oder Ethan.
  • Weitere Erläuterungen sind wie folgt unter Bezugnahme auf 1. 1 veranschaulicht das Fließschema einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wobei der Rektifizierungssäulenabschnitt 18 mit der Kondensiervorrichtung integriert ist. Das Verfahren zum Gewinnen von niederen Kohlenstoffolefinen wie in 1 gezeigt umfasst:
    • (1) Im Druckerhöhungs- und saures Gas-Entfernungssystem das Erhöhen des Druckes des MTO-Produktgases 1 über ein Druckerhöhungsgerät, z. B. Verfahrensgaskomprimiervorrichtung 2, auf 2,0–4,0 MPaG, bevorzugt 2,0–3,0 MPaG, und das Einsetzen eines Oxid-Entfernungssystems 5 an einer geeigneten Stelle (z. B. zwischen den Abschnitten 3 und 4 der Komprimiervorrichtung), das Entfernen von nicht umgesetztem Methanol im Rohsubstrat und Dimethylether, welcher in der Umsetzung hergestellt wurde, über Waschen und Rückextrahieren, und das gleichzeitige Einsetzen eines saures Gas-Entfernungssystems 6 und das Entfernen von CO2, welches in der Umsetzung hergestellt wurde, über alkalisches Waschen.
    • (2) Im C2- und leichte Komponente- & C3- und schwere Komponente-Trennungssystem das Zuführen des gekühlten Gases, welches von dem Druckerhöhungs- und saures Gas-Entfernungssystem erhalten wird, in ein Trockenmittel, um Wasser zu entfernen, das Einsetzen eines Adsorptionssystems, falls notwendig, um Verunreinigungen, wie einige andere Oxide, zu entfernen, dann das Zuführen in die Deethanisierungssäule 10, um C2- und leichte Komponenten von C3- und schweren Komponenten abzutrennen, wobei die Betriebstemperatur der Deethanisierungssäule 10 im Allgemeinen 0 bis –25°C beträgt; das Einbringen der Materialien am Kopf der Deethanisierungssäule in das C2-Hydriersystem 12, um eine Spurenmenge von Ethin von den Materialien zu entfernen, wobei das C2-Hydriersystem 12 normalerweise ein Festbettreaktor ist und G58C von Südchemie oder andere gewöhnliche Hydrierkatalysatoren des Standes der Technik verwendet werden können; zusätzlich das Ergänzen einer kleinen Menge an Wasserstoffgas, falls die Menge an Wasserstoff in dem MTO-Produkt die Hydrieranforderungen nicht erfüllen kann.
    • (3) Im Demethanisierungssystem das Zuführen des hydrierten Produktgases in die Demethanisierungssäule 13, nachdem gekühlt wurde, wobei die Demethanisierungssäule 13 bei der Temperatur von –30 bis –37°C betrieben wird und wobei die Demethanisierungssäule zur Gewinnung von Ethylen in dem Produktgas verwendet wird. Die Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule 13 werden in den Rückflusstank 17 zugeführt, nachdem gekühlt wurde. Aufgrund der Gegenwart von Methan und Wasserstoff werden die Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule 13 nicht vollständig kondensiert. Rückflusstank 17 enthält Endgas, welches Ethylen umfasst, ohne kondensiert zu sein. Wenn das Endgas entnommen oder als Brennstoffgas verbrannt wird, gibt es einen großen wirtschaftlichen Verlust. Deshalb befindet sich die Kondensiervorrichtung 19, normalerweise eine vom Flächen-Typ, am Kopf des Rückflusstanks der Demethanisierungssäule 13.
  • Durch weitere Bezugnahme auf 1 bezieht eine bevorzugte Ausführungsform ferner einen Rektifizierungssäulenabschnitt 18 ein, der direkt mit dem Rückflusstank 17 der Demethanisierungssäule verbunden ist, zusammen mit der Kondensiervorrichtung 19, um gute Trennwirkungen zu erreichen. Das nicht kondensierte Endgas im Rückflusstank 17 wird in den Rektifizierungssäulenabschnitt 18 zugeführt. Verschiedene interne Säu lenkomponenten können in dem Rektifizierungssäulenabschnitt 18, z. B. Fülleinheiten, Schwimmerventile und dergleichen, verwendet werden. Im Allgemeinen beträgt die Betriebstemperatur des Rektifizierungssäulenabschnitts 18 –37 bis –98°C. Bevorzugt befindet sich die Kondensiervorrichtung 19 am Kopf des Rektifizierungssäulenabschnitts 18. Stärker bevorzugt sind der Rektifizierungssäulenabschnitt 18 und die Kondensiervorrichtung 19 miteinander integriert, um so die Ethylen-Gewinnungsrate zu erhöhen.
  • 2 zeigt das Fließschema einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Demethanisierungssäule 13 in dem Verfahren umfasst ferner die Säulenkopfkondensiervorrichtung 15, wobei die Säulenkopf-kondensiervorrichtung 15, der Rückflusstank 17, der Rektifizierungssäulenabschnitt 18 und die Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ miteinander integriert sind. Eine solche kompakte Struktur erfordert keine Rückflusspumpe, aber ein C2-Komponenten-Kühlmittel erfordert ausreichend Druck, um die Kopfkondensiervorrichtung vom Flächen-Typ zu erreichen.
  • Kühlmittel mit einer Temperatur von niedriger als –40°C wird normalerweise für die Kondensiervorrichtung 19 in jedem vorstehenden Schema verwendet. Um jedwedes neue Kühlsystem, z. B. Ethylen-Kühlsystem, zu vermeiden, werden C2-Komponenten, die durch das System per se hergestellt werden, ausreichend in der vorliegenden Erfindung verwendet, um das erforderliche Kühlen bereit zu stellen. C2-Komponenten-Kühlmittel in der Kondensiervorrichtung 19 ist eines von jenen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus
    • a. dem Materialstrom, der vom Kopf der Deethanisierungssäule extrahiert wird, oder dem C2-Komponenten-Gemischstrom, der vom Rückflusstank extrahiert wird; und
    • b. Ethylenprodukt und/oder Ethan.
  • Nachdem der Druck des Kühlmittels über Drosselventil 14 verringert wurde, wird das Kühlmittel in die Kondensiervorrichtung 19 des Ethylen-Gewinnungsgeräts zugeführt. C2-Komponenten-Kühlmittel wird in der Kondensiervorrichtung 19 verdampft, um das Kühlen für das Ethylen-Gewinnungsgerät bereit zu stellen, und dann unter Rückfluss zurück in eine geeignete Stelle der Komprimiervorrichtung 2 (bestimmt durch den Druck) eingebracht, nachdem das Kühlen ferner durch das System gewonnen wurde.
    • (4) Im Ethylen-Rektifizierungssystem das Zuführen der Materialien, welche vom Boden der Demethanisierungssäule 13 erhalten werden, in das Ethylen-Rektifizierungssystem 22. Die polymerisierbare Qualität von Ethylen mit einem Ethylengehalt von höher als 99,09 Mol-% wird am Kopf des Ethylen-Rektifizierungssystems 22 erhalten. Ethan wird am Boden der Ethylen-Rektifizierungssäule 22 erhalten und kann als ein Produkt entfernt werden oder in das Brennstoffsystem eingebracht werden. Da nur C2-Komponenten in den Materialien vorhanden sind, welche in die Ethylen-Rektifizierungssäule 22 zugeführt werden, kann eine offene Wärmepumpentechnik in der Ethylen-Rektifizierungssäule verwendet werden, wenn dies für den Verbraucher erforderlich ist, um den Energieverbrauch zu verringern.
    • (5) Im Propylen-Rektifizierungsystem das Zuführen der Materialien, welche vom Boden der Deethanisierungssäule 10 erhalten werden, in die Deethanisierungssäule 23, das Abtrennen von C3-Komponenten am Kopf der Deethanisierungssäule 23 und Komponenten von C4 und höher am Boden der Deethanisierungssäule 23, das Zuführen der Materialien am Kopf der Ethanisierungssäule 23 und C3-Komponenten in die Propylen-Rektifizierungssäule 25. Das Erhalten der polymerisierbaren Qualität von Propylen mit einem Propylengehalt von höher als 99,5 Mol-% am Kopf der Propylen-Rektifizierungssäule. Das Erhalten von Propan am Boden der Propylen-Rektifizierungssäule 25 und dann das Bereitstellen davon als ein Produkt oder das Einbringen davon in das Brennstoffsystem.
  • Wenn das allgemeine technische System keinen Dampf aufweist, kann das System der Kombination einer Rektifizierungssäule mit der offenen Wärmepumpentechnik in der Propylen-Rektifizierung verwendet werden, um den Energieverbrauch der Vorrichtung zu verringern. Indessen kann die Kombination mit einer Propylen-Kühlkomprimiervorrichtung in Betracht gezogen werden, um die Komprimiervorrichtungseinheiten zu reduzieren. Diesbezüglich wird das Gas vom Kopf der Propylen-Rektifizierungssäule 25 zuerst in die Wärmepumpen-Komprimiervorrichtung 27 zugeführt, um so den ausreichen den Druck zu erreichen, und Propylen wird in der Destillierblase 28 kondensiert. Ein Teil des Propylens, welcher dabei kondensiert, wird entnommen und das verbleibende wird zurück in den Kopf der Säule unter Rückfluss gebracht. So benötigt die Propylen-Rektifizierungssäule keinen Dampf, um Wärme für die Destillierblase bereit zu stellen.
  • Unter dem Umstand der Gegenwart von ausreichend Dampf, insbesondere Abfalldampf, kann ein allgemeines Fließschema in dem Propylen-Rektifizierungssystem verwendet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein herkömmliches geschlossenes Kreislaufkühlsystem unter Verwendung von Propylen als das Kühlmittel, um das Kühlen in verschiedenen Temperaturbereichen für den Trennungsteil bereit zu stellen.
  • Im Vergleich mit dem Stand der Technik weist das Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen gemäß der vorliegenden Erfindung merkliche Vorteile auf:
    • 1. das Zuführen eines Teils oder des gesamten Endgases in dem Demethanisierungsrückflusstank in das Ethylen-Rückgewinnungsgerät, um so ferner Ethylen in dem Gas zu gewinnen, welches nicht kondensiert ist, und die Ethylen-Gewinnungsrate zu erhöhen, welche höher als 99,5% sein kann; und
    • 2. nach dem Drosseln und Druckverringern das Verwenden der flüssigen Materialien aus dem Deethanisierungsrückflusstank oder der Ethylen-Rektifizierungssäule als das Kühlmittel des Ethylen-Gewinnungsgeräts. Das Rückführen von verdampftem Kühlmittel in eine geeignete Stelle der Verfahrensgaskomprimiervorrichtung ohne jedwede getrennte Ethylen-Kühlkomprimiervorrichtung und dabei das Einsparen von Energie und Kosten.
  • Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird ferner durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, es ist aber nicht beabsichtigt, auf die Beispiele einzuschränken.
  • Beispiel 1
  • Gemäß dem Schema wie in 1 gezeigt wurden niedere Kohlenstoffolefine aus dem MTO-Produktgas gewonnen. Die Zusammensetzung (Mol-%) des MTO-Produktgases, welches in das Trennungssystem zugeführt wurde, wurde in Tabelle 3 gezeigt, wobei die Temperatur 41°C war und der Druck 135 kPaA betrug. Tabelle 1 Zusammensetzung des Rohsubstrats
    Komponente CO Methan Ethylen Ethan Propylen Propan C4 C5 und höher
    Gehalt (Mol-%) 0,23 2,30 61,06 4,61 24,42 0,92 5,53 0,92
  • Das Schema von 1 wurde mit PROII simuliert und die Ergebnisse wurden in Tabelle 2 aufgeführt.
  • Figure 00140001
  • Figure 00150001
  • Die vorstehend erwähnten Computerergebnisse zeigten, dass die Gewinnungsrate von Ethylen 99,5% unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erreichen kann, wobei das MTO-Produktgas aufgetrennt wird.
  • Zusätzlich wurden die Beziehungen zwischen der C2-Kühlmitteltemperatur und der Ethylen-Verlustrate unter der Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien getestet, wobei der Druck am Auslass der Komprimiervorrichtung 2850 kPa absoluter Druck betrug. Ethylen-Verlust bedeutete Ethylen-Verlustrate am Kopf der Demethanisierungssäule, und die Ethylen-Verlustrate am Boden der Ethylensäule betrug 0,03%.
    Temperatur des C2-Kühlmittels, °C –93 –90 –87 –83 –79 –76 –70 –63
    Die Verlustrate des Ethylens % 0,431 0,564 0,714 0,942 1,21 1,45 2,04 3,00
  • Beispiel 2
  • Gemäß dem Schema wie in 1 gezeigt wurden niedere Kohlenstoffolefine aus dem MTO-Produktgas gewonnen. Die Zusammensetzung (Mol-%) des MTO-Produktgases, welches in das Trennungssystem zugeführt wurde, wurde in Tabelle 3 gezeigt, wobei die Temperatur 41°C war und der Druck 135 kPaA betrug. Tabelle 3 Zusammensetzung des Rohsubstrats
    Komponente CO Methan Ethylen Ethan Propylen Propan 12BD C5 und höher
    Gehalt (Mol-%) 0,126 1,98 49,06 1,06 32,71 0,64 1,87 1,96
    Komponente H2O Ethin MAPD Methanol DME 13BD Butylen H2
    Gehalt (Mol%) 1,96 0,2 0,018 0,165 0,076 3,26 3,15 1,75
  • Das Schema von 1 wurde unter Verwendung von PROVISION 7.0-Schemasimulationssoftware von Simsci Co. simuliert, wobei die Computerdatensimulationsergebnisse, welche in Tabelle 4 angegeben sind, erhalten wurden.
  • Figure 00180001
  • Figure 00190001
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus MTO- oder DTO-Produktgas. Das Verfahren umfasst primär das Produktgaskomprimier-, Prädeethanisierungs-, Demethanisierungs- und Ethylengewinnungsgerät, Depropanisierungssäule, Ethylen-Rektifizierungssäule, Propylen-Rektifizierungssäule und dergleichen. Zusätzlich erfordert das Verfahren der vorliegenden Erfindung kein unabhängiges Ethylen-Kühlsystem und die Ethylen-Gewinnungsrate kann 99,5% erreichen.
    • 1
    MTO-Produktgas;
    2
    Produktgaskomprimiervorrichtung;
    3
    Unter Druck gesetztes Produktgas;
    4
    Kühlvorrichtung am Auslass der Komprimiervorrichtung;
    5
    Oxid-Entfernungssystem;
    6
    Saures Gas-Entfernungssystem;
    8
    Produktgas am Auslass der Komprimiervorrichtung;
    9
    Kühlvorrichtung am Auslass der Komprimiervorrichtung;
    10
    Deethanisierungssäule;
    11
    C2-Komponenten-Kühlmittel;
    12
    Ethinhydrierung;
    13
    Demethanisierungssäule;
    14
    C2-Komponenten-Kühlmittel-Drosselventil;
    15
    Kondensiervorrichtung am Kopf der Demethanisierungssäule;
    16
    Demethanisierungssäulenrückfluss;
    17
    Demethanisierungssäulenrückflusstank;
    18
    Rektifizierungsabschnitt am Kopf des Demethanisierungssäulenrückflusstanks;
    19
    Kondensiervorrichtung;
    20
    Methan-Endgas;
    21
    Rohsubstrat der Ethylen-Rektifizierungssäule;
    22
    Ethylen-Rektifizierungssäule;
    23
    Depropanisierungssäule;
    24
    Rohsubstrat der Propylen-Rektifizierungssäule;
    25
    Propylen-Rektifizierungssäule;
    26
    C2-Kühlmittel-Rückführung;
    27
    Wärmepumpenkomprimiervorrichtung;
    28
    Ethylen-Rektifizierungssäulendestillierblase;
    29
    Ethanprodukt;
    30
    Propylenprodukt;
    31
    Produkte von C4 oder höher (C4+);
    32
    Ethylenprodukt;
    33
    Propanprodukt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5811621 [0003]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Gewinnung von niederen Kohlenstoffolefinen aus einem Produktgas, welches ein Gasgemisch ist, das aus der Methanol- und/oder Dimethylether-zu-Olefin-Umwandlung erhältlich ist, wobei das Verfahren das Deethanisieren des Produktgases, wobei C2- und leichte Komponenten am Kopf der Säule und C3- und schwere Komponenten am Boden der Säule erhalten werden, und das Demethanisieren von C2- und leichten Komponenten, wobei ein Endgas und eine Flüssigphasen-C2-Komponente erhalten werden, das Kondensieren des Endgases und das Zurückgewinnen der kondensierten Flüssigphase in den Demethanisierungsschritt umfasst.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, welches ferner das Erhöhen des Druckes des Produktgases auf 2,0–4,0 MPaG vor dem Auftrennen des Produktgases umfasst.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, welches ferner das Extrahieren des Flüssigphasenmaterials vom Kopf der Deethanisierungssäule und das Verwenden davon als ein Kühlungsmittel zum Kondensieren des Endgases bei einer Temperatur von –60 bis –98°C umfasst.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, welches ferner das Ethylen-Rektifizieren der Flüssigphasen-C2-Komponente umfasst, wobei ein Ethylenprodukt und Ethan erhalten werden.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Ethylenprodukt oder Ethan austauschbar oder zusätzlich als ein Kühlmittel zum Kondensieren des Endgases verwendet werden.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, welches ferner das Depropanisieren von C3- und schweren Komponenten, wobei eine C3-Komponente abgetrennt wird, und das Propylen-Rektifizieren der C3-Komponente, wobei ein Propylenprodukt erhalten wird, umfasst.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, welches ferner das Rektifizieren des Endgases vor einer Kondensation, um Ethylen darin zu gewinnen, und das Zurückgewinnen des Ethylens in den Deethanisierungsschritt umfasst.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Endgas mit einer Kondensiervorrichtung kondensiert wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Endgas mit einer Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ oder einer Kondensiervorrichtung vom Platten-Rippen-Typ kondensiert wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Produktgas ein Gasgemisch, welches in dem Methanol-zu-Olefin-Verfahren erhalten wird, ist.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, umfassend (1) das Erhöhen des Produktgasdruckes auf 2,0–4,0 MPaG; (2) das Einbringen des unter Druck gesetzten Produktgases in die Deethanisierungssäule (10), wobei C2- und leichte Komponenten von C3- und schweren Komponenten abgetrennt werden; (3) das Zuführen von C2- und leichten Komponenten in die Demethanisierungssäule (13), wobei das Endgas und die Flüssigphasen-C2-Komponente erhalten werden; (4) das Zuführen der Flüssigphasen-C2-Komponente in die Ethylen-Rektifizierungssäule (22), wobei ein Ethylenprodukt und Ethan erhalten werden; und (5) das Zuführen von C3- und schweren Komponenten in die Depropanisierungssäule (23), wobei eine C3-Komponente abgetrennt wird, und das Zuführen einer C3-Komponente in die Propylen-Rektifizierungssäule (25), wobei ein Propylenprodukt erhalten wird; wobei die Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule (13) in den Rückflusstank (17) geführt werden, wobei das Endgas von dem C2-Komponenten-Gemischstrom abgetrennt wird; wobei das Endgas in dem Rückflusstank (17) in die Kondensiervorrichtung (19) zur Kondensation geführt wird und der kondensierte Materialstrom zurück in die Demethanisierungssäule (13) unter Rückfluss gebracht wird, wobei das Kühlmittel in der Kondensiervorrichtung (19) eines von jenen ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus c. dem Materialstrom, welcher vom Kopf der Deethanisierungssäule extrahiert wird, oder dem C2-Komponenten-Gemischstrom, welcher vom Rückflusstank extrahiert wird; und d. Ethylenprodukt und/oder Ethan.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, welches ferner das Rektifizieren des Endgases über den Rektifizierungssäulenabschnitt (18) vor dem Kondensieren des Endgases umfasst, wobei der Rektifizierungssäulenabschnitt (18) mit dem Rückflusstank (17) am Boden des Abschnitts und mit der Kondensiervorrichtung (19) am Kopf des Abschnitts verbunden ist.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Kondensiervorrichtung (19) eine Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ oder eine Kondensiervorrichtung vom Platten-Rippen-Typ ist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Rückflusstank (17), der Rektifizierungssäulenabschnitt (18) und die Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ miteinander integriert sind.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Demethanisierungssäule (13) ferner die Säulenkopfkondensiervorrichtung (15) umfasst und die Säulenkopfkondensiervorrichtung, der Rückflusstank (17), der Rektifizierungssäulenabschnitt (18) und die Kondensiervorrichtung vom Platten-Typ miteinander integriert sind.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 10, umfassend (1) das Erhöhen des Druckes des Produktgases (1) auf 2,0–4,0 MPaG über die Druckerhöhungsvorrichtung (2) und das Entfernen von nicht umgesetztem Methanol und Dimethylether und CO2, welches daraus im Produktgas (1) hergestellt wurde; (2) das Unterwerfen des unter Druck gesetzten Produktgases einer Gas-Flüssigkeits-Trennung, nachdem gekühlt wurde, das Zuführen der Gasphase in ein Trockenmittel, um Wasser zu entfernen, und dann in die Deethanisierungssäule (10), wobei C2- und leichte Komponenten von C3- und schweren Komponenten abgetrennt werden, das Zuführen von C2- und leichten Komponenten in das C2-Hydrierungssystem (12), um Ethin zu entfernen, wobei ein hydrierter Materialstrom erhalten wird; (3) das Zuführen des hydrierten Materialstroms in die Demethanisierungssäule (13), nachdem gekühlt wurde, das Zuführen der Materialien am Kopf der Demethanisierungssäule (13) in den Rückflusstank (17), wobei das Endgas von dem C2-Komponenten-Gemischstrom abgetrennt wird, das Zuführen des Endgases in dem Rückflusstank (17) in den Rektifizierungssäulenabschnitt (18) mit der Kondensiervorrichtung (19) am Kopf davon, das Zurückbringen des kondensierten Materialstroms unter Rückfluss in die Demethanisierungssäule (13), wobei das Kühlmittel in der Kondensiervorrichtung (19) eines von jenen ist, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus a. dem Materialstrom, der vom Kopf der Deethanisierungssäule extrahiert wird, oder dem C2-Komponenten-Gemischstrom, der vom Rückflusstank extrahiert wird; und b. Ethylenprodukt und/oder Ethan. (4) das Zuführen der Materialien, welche vom Boden der Demethanisierungssäule (13) erhalten werden, in die Ethylen-Rektifizierungssäule (22), wobei Ethylenprodukt am Kopf der Säule (22) und Ethan am Boden der Säule (22) erhalten werden; (5) das Zuführen der Materialien, welche vom Boden der Deethanisierungssäule (10) erhalten werden, in die Depropanisierungssäule (23), wobei C3-Komponenten am Kopf der Säule (23) und Ethan am Boden der Säule (23) erhalten werden; und dann Zuführen von C3-Komponenten in die Propylen-Rektifizierungssäule (25), wobei Propylenprodukt am Kopf der Säule (25) und Propan am Boden der Säule (25) erhalten werden.
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