ES2960342T3 - Integración de procedimientos de acoplamiento oxidativo del metano - Google Patents

Integración de procedimientos de acoplamiento oxidativo del metano Download PDF

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James Hidajat
Srinivas R Vuddagiri
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Abstract

La presente divulgación proporciona métodos y sistemas para producir una olefina, tal como etileno y propileno. Un método para producir una olefina puede comprender inyectar un agente oxidante y metano en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para generar etileno. El metano y/o materias primas adicionales para el reactor OCM pueden derivarse de un proceso de craqueo térmico o de craqueo catalítico fluidizado (FCC). El etileno generado en el reactor OCM se puede convertir en propileno a través de una unidad de dimerización y una unidad de metátesis. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Integración de procedimientos de acoplamiento oxidativo del metano
Referencia cruzada
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de patente de EE. UU. N.° 62/510,065, presentada el 23 de mayo de 2017, la solicitud provisional de patente de EE. UU. N.° 62/536,876, presentada el 25 de julio de 2017, la solicitud de patente provisional de EE. UU. N.° 62/584,441, presentada el 10 de noviembre de 2017, y la solicitud de patente provisional de EE. UU. N.° 25,62/644,098, presentada el 16 de marzo de 2018.
Antecedentes
Las olefinas, incluidos el etileno y propileno, son materias primas importantes en la industria química. Las olefinas pueden generarse a partir del craqueo de corrientes de hidrocarburos de alto peso molecular en corrientes de menor peso molecular. Además, las olefinas pueden interconvertirse entre especies con diversos números de átomos de carbono mediante transformaciones químicas. El documento WO2016/149507 describe sistemas y métodos para hacer reaccionar metano en un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano ("OCM") para producir productos que comprenden compuestos de hidrocarburos con dos o más átomos de carbono.
El documento US2008/207975 comenta el procedimiento para preparar propeno de propano.
Sumario
Un método para producir propileno es el primer aspecto de la presente invención y se proporciona en la reivindicación 1. Un sistema para producir propileno es el segundo aspecto de la presente invención y se proporciona en la reivindicación 15. Las realizaciones preferidas se proporcionan en las reivindicaciones dependientes. Cualquier realización de la descripción a continuación que no esté abarcada por las reivindicaciones se proporciona únicamente como referencia.
En el presente documento se reconoce la necesidad de sistemas y métodos de producción de olefinas eficientes y comercialmente viables para convertir alcanos en olefinas cuando se acoplan a procedimientos de petróleo a productos químicos (C2C, por sus siglas en ingléscrude to Chemicals),tales como procedimientos de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC) y procedimientos que emplean operaciones de dimerización y metátesis.
La presente descripción proporciona sistemas y métodos para generar olefinas, incluyendo etileno y propileno, mediante la integración de un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un procedimiento adicional que puede proporcionar la materia prima para el procedimiento de OCM o puede consumir los productos del procedimiento de OCM.
Un aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir propileno, comprendiendo el método: (a) inyectar una primera corriente que contiene metano (CH<4>) y una segunda corriente que contiene un agente oxidante en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) a una temperatura de al menos aproximadamente 400°C y una presión de al menos aproximadamente 3 bar(g) para producir una corriente de producto de OCM que contiene etileno, hidrógeno (H<2>), dióxido de carbono (CO<2>), monóxido de carbono (CO) y CH<4>no convertido; (b) inyectar al menos una porte de la corriente de producto del OCM en un reactor de dimerización para producir buteno, en donde menos de aproximadamente 50% del buteno es isobuteno; y (c) inyectar el buteno en un reactor de metátesis para producir una corriente de efluente que comprende propileno y buteno sin convertir.
En algunas realizaciones, (b) y (c) se realizan en un solo recipiente. En algunas realizaciones, la dimerización y la metátesis se realizan en un único reactor o sobre un único catalizador. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 50% del buteno es 1-buteno o 2-buteno. En algunas realizaciones, una parte del etileno producido en el reactor de OCM se inyecta en el reactor de dimerización y una parte adicional del etileno producido en el reactor de OCM se inyecta en el reactor de metátesis. En algunas realizaciones, aproximadamente 70% del etileno producido en el reactor de OCM se inyecta en el reactor de dimerización y aproximadamente 30% del etileno producido en el reactor de OCM se inyecta en el reactor de metátesis. En algunas realizaciones, no se inyecta sustancialmente etileno en el reactor de metátesis sin inyectarlo primero en el reactor de dimerización. En algunas realizaciones, el buteno producido en el reactor de dimerización contiene compuestos C<5>+, y en donde los compuestos C<5>+ se eliminan usando un desbutanizador antes de (c). En algunas realizaciones, el etileno se separa de los componentes C3+ en la corriente de efluente del reactor de metátesis. En algunas realizaciones, una parte del etileno separado se recicla al reactor de metátesis. En algunas realizaciones, el propileno en la corriente de efluente del reactor de metátesis se separa del buteno no convertido. En algunas realizaciones, el buteno no convertido se recicla al reactor de metátesis. En algunas realizaciones, el etileno que se inyecta en el reactor de dimerización tiene una pureza de al menos aproximadamente 99,5% en moles. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del etileno se convierte en butenos en el reactor de dimerización. En algunas realizaciones, el buteno que se inyecta en el reactor de metátesis comprende además etileno no convertido, cuyo etileno no convertido que se hace pasar a través del reactor de dimerización sin convertirse en buteno. En algunas realizaciones, el etileno no convertido es aproximadamente el único etileno que se inyecta en el reactor de metátesis. En algunas realizaciones, el metano no convertido del reactor de OCM se elimina mediante un procedimiento de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) para producir una corriente de efluente de VPSA que contiene menos de aproximadamente 1% de metano. En algunas realizaciones, la corriente de efluente de VPSA se inyecta en una columna de destilación que elimina especies C<3>+ para generar una corriente de efluente de destilación que tiene una mayor concentración de etileno que la corriente de efluente de VPSA. En algunas realizaciones, el propileno generado en el reactor de metátesis también se separa usando la columna de destilación que elimina las especies C<3>+. En algunas realizaciones, el buteno producido en el reactor de dimerización se inyecta, sin purificación previa, en el reactor de metátesis. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar etano en el reactor de OCM en (a). En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar propano en el reactor de OCM en (a). En algunas realizaciones, el método comprende además separar el etileno producido en el reactor de OCM en (a) del etano, metano e hidrógeno comprendidos en la corriente de producto de OCM. En algunas realizaciones, el CO<2>se separa de la corriente de producto de OCM. En algunas realizaciones, el CO<2>se inyecta en un reactor de metanación para producir CH<4>adicional. En algunas realizaciones, el CH<4>adicional producido en el reactor de metanación se inyecta en el reactor de OCM. En algunas realizaciones, se usa destilación para purificar el etileno de la corriente de producto de OCM. En algunas realizaciones, se usa adsorción por oscilación de presión para purificar el etileno de la corriente de producto de OCM. En algunas realizaciones, se usa un divisor de C1 para reciclar el metano de regreso al reactor de OCM. En algunas realizaciones, se usa un divisor de C2 para reciclar el etano de regreso al reactor de OCM. En algunas realizaciones, el metano recuperado de la adsorción por oscilación de presión se recicla al reactor de OCM. En algunas realizaciones, el reactor de dimerización contiene un catalizador de dimerización. En algunas realizaciones, el reactor de OCM contiene un catalizador de OCM. En algunas realizaciones, el catalizador de OCM comprende nanohilos. En algunas realizaciones, el método comprende además separar la corriente de efluente del reactor de metátesis. En algunas realizaciones, se usa destilación para purificar la corriente de efluente. En algunas realizaciones, el etileno y el etano se separan de los productos C<3>+ en una columna de destilación. En algunas realizaciones, el propileno y el propano se separan en una columna de destilación. En algunas realizaciones, el reactor de metátesis hace reaccionar etileno con buteno para generar propileno. En algunas realizaciones, el buteno reacciona con buteno para generar propileno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir propileno, comprendiendo el método: (a) inyectar una primera corriente que contiene metano y una segunda corriente que contiene un agente oxidante en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente que contiene etileno; (b) inyectar el etileno en un reactor de dimerización para producir butenos que incluyen 1-buteno, 2-buteno e isobuteno; y (c) inyectar los butenos en un reactor de metátesis para producir un efluente que comprende propileno y butenos sin reaccionar, en donde en el reactor de metátesis el 1-buteno y el 2-buteno metatizan para producir el propileno, y en donde el etileno no se inyecta directamente en el reactor de metátesis.
En algunas realizaciones, el método comprende, además: (d) reciclar una parte de los butenos sin reaccionar al reactor de metátesis. En algunas realizaciones, se reciclan menos de aproximadamente 50% de los butenos sin reaccionar al reactor de metátesis. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar etano en el reactor de OCM en (a). En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar propano en el reactor de OCM en (a). En algunas realizaciones, el método comprende además separar el etileno producido en el reactor de OCM en (a) de otros componentes que comprenden CO<2>, CO, H<2>y CH<4>sin reaccionar comprendidos en la corriente. En algunas realizaciones, el CO<2>se separa de la corriente. En algunas realizaciones, el CO<2>se inyecta en un reactor de metanación para producir CH<4>adicional. En algunas realizaciones, el CH<4>adicional se inyecta en el reactor de OCM. En algunas realizaciones, se usa destilación para purificar el etileno de la corriente. En algunas realizaciones, se usa adsorción por oscilación de presión para purificar el etileno de la corriente. En algunas realizaciones, se usa un divisor de C1 para reciclar metano de regreso al reactor de OCM. En algunas realizaciones, se usa un divisor de C2 para reciclar el etano de regreso al reactor de OCM. En algunas realizaciones, el metano recuperado de la adsorción por oscilación de presión se recicla al reactor de OCM. En algunas realizaciones, se usa un desbutenizador para extraer productos C<5>+ del reactor de dimerización en (b). En algunas realizaciones, el desbutenizador es una columna de destilación. En algunas realizaciones, el reactor de dimerización contiene un catalizador de dimerización. En algunas realizaciones, el reactor de OCM contiene un catalizador de OCM. En algunas realizaciones, el catalizador de OCM comprende nanohilos. En algunas realizaciones, el método comprende además purificar el efluente del reactor de metátesis. En algunas realizaciones, se usa destilación para purificar el efluente. En algunas realizaciones, la purificación comprende separar el etileno y etano de los componentes C<3>+ en una columna de destilación. En algunas realizaciones, la purificación comprende separar propileno y propano en una columna de destilación. En algunas realizaciones, los butenos no se purifican antes de inyección en el reactor de metátesis. En algunas realizaciones, el efluente del reactor de metátesis se inyecta en la columna de destilación. En algunas realizaciones, los componentes C<3>+ separados se alimentan a un estabilizador para eliminar los componentes C<4>+ del propileno y propano. En algunas realizaciones, el propileno se separa del propano en la columna de destilación. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 90% del propileno generado en el reactor de metátesis se incluye en una corriente de efluente de la columna de destilación.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un sistema para producir propileno, que comprende: (a) al menos un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) tiene una primera corriente de entrada que comprende metano (CH<4>), (ii) tiene una segunda corriente de alimentación de entrada que comprende un agente oxidante, y (iii) está configurado para generar a partir del metano y el agente oxidante una corriente de producto que comprende etileno; (b) al menos un primer subsistema de purificación que está aguas abajo de, y acoplado de manera fluida al subsistema de OCM, cuyo al menos un primer subsistema de purificación está configurado para utilizar la corriente de producto del subsistema de OCM para producir una corriente de etileno que tiene una concentración más alta de etileno que la corriente de producto; (c) al menos un subsistema de dimerización aguas abajo de, y acoplado de manera fluida a el al menos un primer subsistema de purificación, en donde el al menos un subsistema de dimerización es capaz de convertir la corriente de etileno en una corriente que contiene butenos; (d) al menos un subsistema de metátesis aguas abajo de, y acoplado de manera fluida a el al menos un subsistema de dimerización, en donde el al menos un subsistema de metátesis está configurado para convertir la corriente que contiene los butenos que incluyen 1-buteno y 2-buteno en una corriente de producto de metátesis que contiene propileno y butenos no convertidos; y (e) al menos un segundo subsistema de purificación que está aguas abajo de, y acoplado de manera fluida con, al menos un subsistema de metátesis, cuyo al menos un segundo subsistema de purificación está configurado para separar los butenos no convertidos del propileno.
En algunas realizaciones, el sistema además comprende: un bucle de reciclado que está acoplado de manera fluida a el al menos un segundo subsistema de purificación y el al menos un subsistema de dimerización, cuyo bucle de reciclado está configurado para devolver los butenos no convertidos desde el al menos un segundo subsistema de purificación a el al menos un subsistema de dimerización. En algunas realizaciones, el bucle de reciclado desvía al menos aproximadamente 50% de los butenos no convertidos lejos del al menos un subsistema de metátesis. En algunas realizaciones, el al menos un subsistema de OCM contiene un reactor de OCM. En algunas realizaciones, el reactor de OCM contiene un catalizador de OCM. En algunas realizaciones, el catalizador de OCM comprende nanohilos. En algunas realizaciones, el al menos un primer subsistema de purificación está configurado para eliminar CO<2>de la corriente de producto del subsistema de OCM. En algunas realizaciones, el al menos un primer subsistema de purificación está configurado para alimentar el CO<2>a un reactor de metanación. En algunas realizaciones, el al menos un primer subsistema de purificación contiene un subsistema que elimina metano de la corriente de producto del subsistema de OCM. En algunas realizaciones, el subsistema comprende al menos un desmetanizador. En algunas realizaciones, el desmetanizador es una columna de destilación. En algunas realizaciones, el subsistema comprende una unidad de adsorción por oscilación de presión. En algunas realizaciones, el al menos un primer subsistema de purificación contiene un subsistema que elimina etano de la corriente de producto del subsistema de OCM. En algunas realizaciones, el subsistema comprende al menos un divisor de C2. En algunas realizaciones, el al menos un divisor de C2 comprende una columna de destilación. En algunas realizaciones, el al menos un segundo subsistema de purificación comprende una columna de destilación. En algunas realizaciones, el al menos un primer subsistema de purificación y el al menos un segundo subsistema de purificación son iguales. En algunas realizaciones, el sistema no contiene un subsistema de purificación que sea capaz de cambiar una composición de la corriente del al menos un reactor de dimerización antes de ser inyectada en el al menos un reactor de metátesis.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir olefinas, comprendiendo el método: (a) inyectar una corriente de alimentación que contiene una mezcla de hidrocarburos que tiene un primer peso molecular promedio en un recipiente que opera a una temperatura de al menos aproximadamente 500°C, produciendo así una corriente de hidrocarburos craqueados que contiene una mezcla de hidrocarburos que tienen un segundo peso molecular promedio, en donde el segundo peso molecular promedio es menor que el primer peso molecular promedio; (b) separar uno o más hidrocarburos ligeros de la corriente de hidrocarburos craqueados; y (c) inyectar el uno o más hidrocarburos ligeros separados en (b) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que convierte al menos una parte del uno o más hidrocarburos ligeros en etileno.
En algunas realizaciones, el uno o más hidrocarburos ligeros comprenden sulfuro de hidrógeno (H<2>S). En algunas realizaciones, el H<2>S constituye al menos aproximadamente 5 por ciento en peso (% en peso) de los hidrocarburos ligeros. En algunas realizaciones, el recipiente es un craqueador térmico. En algunas realizaciones, el recipiente es un craqueador catalítico de lecho fluidizado (FCC). En algunas realizaciones, el FCC opera como un craqueador catalítico de lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC). En algunas realizaciones, el HS-FCC opera a una temperatura de al menos aproximadamente 500°C. En algunas realizaciones, el HS-FCC contiene un catalizador que se mueve con respecto al recipiente. En algunas realizaciones, el catalizador se inyecta en una parte superior del recipiente y cae a una parte inferior del recipiente. En algunas realizaciones, el catalizador comprende una zeolita. En algunas realizaciones, la zeolita es ZSM-5. En algunas realizaciones, el HS-FCC opera con un tiempo de residencia de menos de aproximadamente 1 segundo(s), y en donde el tiempo de residencia es un periodo de tiempo que pasa entre que entra la corriente de alimentación en el recipiente y que sale la corriente de hidrocarburo craqueado del recipiente. En algunas realizaciones, el uno o más hidrocarburos ligeros incluyen hidrocarburos que tienen de uno a tres átomos de carbono (hidrocarburos C1-C3). En algunas realizaciones, el uno o más hidrocarburos ligeros incluyen metano. En algunas realizaciones, el uno o más hidrocarburos ligeros incluyen etano. En algunas realizaciones, el uno o más hidrocarburos ligeros incluyen propano. En algunas realizaciones, se alimenta metano del HS-FCC al reactor de OCM. En algunas realizaciones, se alimenta etano del HS-FCC al reactor de OCM. En algunas realizaciones, se alimenta propano del HS-FCC al reactor de OCM. En algunas realizaciones, el etileno está incluido en una corriente de producto del reactor de OCM, y en donde la corriente de producto se usa para generar una corriente de etileno que tiene una mayor concentración de etileno que la corriente de producto. En algunas realizaciones, el reactor de OCM produce CO<2>, cuyo CO<2>se separa del etileno. En algunas realizaciones, el CO<2>se inyecta en un reactor de metanación para producir CH<4>adicional. En algunas realizaciones, el CH<4>adicional se inyecta en el reactor de OCM. En algunas realizaciones, se usa adsorción por oscilación de presión para generar una corriente de etileno desde el reactor de OCM. En algunas realizaciones, se usa un divisor de C1 para reciclar metano de regreso al reactor de OCM. En algunas realizaciones, el metano recuperado de la adsorción por oscilación de presión se recicla al reactor de OCM. En algunas realizaciones, el craqueador térmico opera a una presión de al menos aproximadamente 3 bar(g). En algunas realizaciones, el FCC contiene un catalizador. En algunas realizaciones, el catalizador comprende una zeolita. En algunas realizaciones, la zeolita comprende un alto contenido de zeolita USY. En algunas realizaciones, la zeolita comprende zeolitas ZSM-5. En algunas realizaciones, el reactor de OCM contiene un catalizador de OCM. En algunas realizaciones, el catalizador de OCM comprende nanohilos.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un sistema para producir olefinas, que comprende: una unidad de craqueador catalítico de lecho fluidizado (FCC) que contiene un catalizador que se puede mover hacia abajo a través de la unidad de FCC; un primer subsistema de separaciones acoplado de manera fluida a la unidad de FCC, cuyo primer subsistema de separaciones está configurado para separar componentes que tienen un punto de ebullición mayor que el del propano de aquellos con un punto de ebullición menor que el del propano; un segundo subsistema de separaciones acoplado de manera fluida a la unidad de FCC, el segundo subsistema de separaciones configurado para eliminar sulfuro de hidrógeno (H<2>S); y una unidad de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) acoplada de manera fluida a la unidad de FCC y configurada para convertir los componentes que tienen un punto de ebullición menor que el del propano en etileno.
En algunas realizaciones, la unidad de FCC es una unidad de FCC de alta severidad (HS-FCC). En algunas realizaciones, la unidad de FCC opera a temperaturas de al menos aproximadamente 500°C. En algunas realizaciones, la unidad de FCC opera con un tiempo de residencia inferior a aproximadamente 1 segundo(s). En algunas realizaciones, el catalizador en la unidad de FCC comprende una zeolita. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un subsistema de recuperación de calor, que está aguas abajo y acoplado de manera fluida a la unidad de OCM, estando configurado el sistema de recuperación de calor para transferir calor desde la unidad de OCM a otro medio de transferencia de calor. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un compresor de gas de proceso, que está aguas abajo y acoplado de manera fluida con el subsistema de recuperación de calor, con el compresor de gas de proceso configurado para aumentar una presión de un gas de OCM que sale de la unidad de OCM. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un subsistema de separación de CO<2>, que está aguas abajo y acoplado de manera fluida al compresor de gas de proceso, con el subsistema de separación de CO<2>configurado para eliminar CO<2>de un gas de OCM que sale de la unidad de OCM. En algunas realizaciones, el subsistema de separación de CO<2>comprende una unidad de absorbedor. En algunas realizaciones, el subsistema de separación de CO<2>comprende una unidad de adsorción por oscilación de presión. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un subsistema de desmetanación, que está aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema de separación de CO<2>, con el subsistema de desmetanación configurado para eliminar metano de un gas de OCM que sale de la unidad de OCM. En algunas realizaciones, el subsistema de desmetanación comprende una unidad de adsorción por oscilación de presión. En algunas realizaciones, el sistema comprende además una unidad de metanación, que está configurada para convertir CO<2>en metano.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir propileno, que comprende: (a) inyectar una corriente que contiene metano y una corriente que contiene un agente oxidante en una unidad de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para generar una corriente de efluente del OCM que contiene etileno, propileno y propano; (b) fraccionar la corriente de efluente del OCM usando una o más unidades de separación para generar (i) una primera corriente que comprende etileno y (ii) una segunda corriente que comprende propileno y propano; (c) inyectar al menos una parte de la segunda corriente en una unidad de separación adicional para generar una corriente de propileno y una corriente de propano; y (d) inyectar al menos una parte de la corriente de propano en una unidad de deshidrogenación de propano (PDH) para generar un efluente del PDH que contiene propileno e hidrógeno.
En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar al menos una parte del efluente del PDH en una o más unidades de separación adicionales para generar una primera corriente de efluente que comprende hidrógeno e hidrocarburos C<1>-C<2>, y una segunda corriente de efluente que comprende hidrocarburos C<3>+. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar al menos una parte de la primera corriente de efluente en una o más unidades de separación adicionales para generar una corriente de hidrógeno y una corriente de alimentación de OCM. En algunas realizaciones, la corriente de alimentación de OCM contiene hidrógeno, metano y etano. En algunas realizaciones, al menos una parte de la corriente de alimentación de OCM se inyecta en un bucle de reciclado de OCM. En algunas realizaciones, el bucle de reciclado de OCM está compuesto por cualquier combinación de i) un compresor de gas de proceso, ii) una unidad de metanación, iii) una unidad de eliminación de CO<2>, iv) una unidad de desmetanación, y v) la unidad de OCM. En algunas realizaciones, el bucle de reciclado de OCM está compuesto de i)-v). En algunas realizaciones, el método comprende además generar calor usando hidrógeno de la corriente de hidrógeno. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar al menos una parte del etileno producido en la unidad de OCM en una unidad de dimerización para generar una corriente que contiene buteno. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar al menos una parte de la corriente que contiene buteno en la unidad de dimerización para generar una corriente que contiene propileno. En algunas realizaciones, la una o más unidades de separación adicionales comprenden, incluyen torres de destilación. En algunas realizaciones, la una o más unidades de separación adicionales comprenden una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA).
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir metanol (MeOH) y compuestos hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C<2>+), que comprende: (a) separar el CO y/o CO<2>de la corriente de producto para generar una corriente de CO y/o CO<2>; (b) dirigir la corriente de CO y/o CO<2>a un reactor de MeOH para producir MeOH; (c) separar el CH<4>sin reaccionar de la corriente de producto para producir una corriente de CH<4>; y (d) dirigir al menos una parte de la corriente de CH<4>a un reformador de metano con vapor (SMR) que produce hidrógeno (H<2>) y CO y/o CO<2>, en donde la corriente de CH<4>se dirige al SMR sin pasar por un pre reformador.
En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir el MeOH producido en (c) a un procedimiento de metanol a olefinas (MTO) para producir una primera corriente de olefinas. En algunas realizaciones, el método comprende además combinar la primera corriente de olefinas y los compuestos C<2>+ para producir una corriente de olefinas combinada y enriquecer en olefinas a partir de la corriente de olefinas combinada. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir el CO y/o CO<2>producido en el SMR al reactor de MeOH. En algunas realizaciones, todo el CO y/o CO<2>de la corriente de producto y todo el CO y/o CO<2>del SMR se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar se proporciona como combustible al SMR. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar se proporciona como materia prima al SMR, y en donde el SMR convierte el CH<4>sin reaccionar en el H<2>y el CO y/o CO<2>para la conversión a MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el método comprende además proporcionar los compuestos C<2>+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR proviene de la corriente de CH<4>. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir una parte de la corriente de CH<4>a un craqueador. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene de la corriente de CH<4>. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir al menos una parte de la corriente de CH<4>a un procedimiento que consume metano. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el procedimiento que consume metano proviene de la corriente de CH<4>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un sistema para producir metanol (MeOH) y compuestos hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C<2>+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH<4>) y un agente oxidante y (ii) hace reaccionar el CH<4>y el agente oxidante para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>), y CH<4>sin reaccionar; un reactor de MeOH que (i) recibe el CO y/o CO<2>separado de la corriente de producto y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO<2>para producir MeOH; y un reformador de metano con vapor (SMR) que (i) recibe el CH<4>sin reaccionar separado de la corriente de producto sin el uso de un pre-reformador aguas arriba del SMR, y (ii) proporciona hidrógeno (H<2>) y al menos uno de monóxido de carbono (CO) y CO<2>al reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones, el sistema comprende además un reactor de metanol a olefinas (MTO) que convierte el MeOH en olefinas. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo de separaciones que enriquece en olefinas a partir de los compuestos C<2>+ y olefinas. En algunas realizaciones, el sistema comprende además una unidad de separación aguas abajo del reactor de OCM y aguas arriba del reactor de MeOH, en donde la unidad de separación separa el CO y/o CO<2>de la corriente de producto. En algunas realizaciones, el sistema comprende además una unidad de separación aguas abajo del reactor de OCM y aguas arriba del SMR, en donde la unidad de separación separa el CH<4>sin reaccionar de la corriente de producto. En algunas realizaciones, el SMR utiliza el CH<4>sin reaccionar como combustible. En algunas realizaciones, el SMR utiliza el CH<4>sin reaccionar como materia prima y convierte el CH<4>sin reaccionar en el H<2>y el al menos uno de CO y CO<2>para la conversión a MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, el reactor de MeOH convierte todo el CO y/o CO<2>de la corriente de producto y todo el CO y/o CO<2>del SMR en MeOH. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C<2>+ y (ii) craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar dirigido al SMR proporciona al menos 80% del metano consumido por el SMR. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una parte del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo que consume metano que recibe el CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el módulo que consume metano proviene del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir metanol (MeOH) y compuestos hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C<2>+), que comprende: (a) dirigir metano (CH<4>) y un agente oxidante a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>) y CH<4>sin reaccionar; (b) separar el CO y/o el CO<2>de la corriente de producto para generar una corriente de CO y/o CO<2>; y (c) dirigir la corriente de CO y/o CO<2>a un reactor de MeOH para producir MeOH, en donde la corriente de CO y/o CO<2>se dirige al reactor de MeOH sin pasar por un reformador autotérmico (ATR).
En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir el MeOH producido en (c) a un procedimiento de metanol a olefinas (MTO) para producir una primera corriente de olefinas. En algunas realizaciones, el método comprende además combinar la primera corriente de olefinas y los compuestos C<2>+ para producir una corriente de olefinas combinada y enriquecer en olefinas a partir de la corriente de olefinas combinada. En algunas realizaciones, todo el CO y/o CO<2>de la corriente de producto se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir los compuestos C<2>+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un sistema para producir metanol (MeOH) y compuestos hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C<2>+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH<4>) y un agente oxidante y (ii) hace reaccionar el CH<4>y el agente oxidante para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>), y CH<4>sin reaccionar; y un reactor de MeOH que (i) recibe CO y/o CO<2>separado de la corriente de producto sin el uso de un pre-reformador aguas arriba del reactor de MeOH, y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO<2>para producir MeOH.
En algunas realizaciones, el sistema comprende además un reactor de metanol a olefinas (MTO) que convierte el MeOH en olefinas. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo de separaciones que enriquece en olefinas a partir de los compuestos C<2>+ y olefinas. En algunas realizaciones, el reactor de MeOH convierte todo el CO y/o CO<2>de la corriente de producto en MeOH. En algunas realizaciones, el sistema comprende además una unidad de separación aguas abajo del reactor de OCM y aguas arriba del reactor de MeOH, en donde la unidad de separación separa el CO y/o CO<2>de la corriente de producto. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C<2>+ y (ii) craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una parte del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir metanol (MeOH) y compuestos hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C<2>+), que comprende: (a) dirigir metano (CH<4>) y un agente oxidante a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+ y CH<4>sin reaccionar; (b) separar el CH<4>sin reaccionar de la corriente de producto para producir una corriente de CH<4>; (c) dirigir al menos una parte de la corriente de CH<4>a un reformador de metano con vapor (SMR) que produce hidrógeno (H<2>) y CO y/o CO<2>, en donde la corriente de CH<4>se dirige al SMR sin pasar por un prer-reformador; y (d) dirigir el CO y/o CO<2>producido en (c) a un reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir el MeOH producido en (d) a un procedimiento de metanol a olefinas (MTO) para producir una primera corriente de olefinas. En algunas realizaciones, el método comprende además combinar la primera corriente de olefinas y los compuestos C<2>+ para producir una corriente de olefinas combinada y enriquecer en olefinas a partir de la corriente de olefinas combinada. En algunas realizaciones, todo el CO y/o CO<2>del SMR se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar se proporciona como combustible al SMR. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar se proporciona como materia prima al SMR, y en donde el SMR convierte el CH<4>sin reaccionar en el H<2>y el CO y/o CO<2>para la conversión a MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el método comprende además proporcionar los compuestos C<2>+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR proviene de la corriente de CH<4>. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir una parte de la corriente de CH<4>a un craqueador. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene de la corriente de CH<4>. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir al menos una parte de la corriente de CH<4>a un procedimiento que consume metano. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el procedimiento que consume metano proviene de la corriente de CH<4>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un sistema para producir metanol (MeOH) y compuestos hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C<2>+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH<4>) y un agente oxidante y (ii) hace reaccionar el CH<4>y el agente oxidante para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+ y CH<4>sin reaccionar; un reformador de metano con vapor (SMR) que (i) recibe el CH<4>sin reaccionar separado de la corriente de producto sin el uso de un pre-reformador aguas arriba del SMR, y (ii) proporciona hidrógeno (H<2>) y monóxido de carbono (CO) y/o CO<2>; y un reactor de MeOH que (i) recibe el CO y/o CO<2>y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO<2>para producir MeOH.
En algunas realizaciones, el sistema comprende además un reactor de metanol a olefinas (MTO) que convierte el MeOH en olefinas. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo de separaciones que enriquece en olefinas a partir de los compuestos C<2>+ y olefinas. En algunas realizaciones, el sistema comprende además una unidad de separación aguas abajo del reactor de OCM y aguas arriba del SMR, en donde la unidad de separación separa el CH<4>sin reaccionar de la corriente de producto. En algunas realizaciones, el SMR utiliza el CH<4>sin reaccionar como combustible. En algunas realizaciones, el SMR utiliza el CH<4>sin reaccionar como materia prima y convierte el CH<4>sin reaccionar en el H<2>y el CO y/o CO<2>para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, el reactor de MeOH convierte todo el CO y/o CO<2>de la corriente de producto y todo el CO y/o CO<2>del SMR en MeOH. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C<2>+ y (ii) craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar dirigido al SMR proporciona al menos 80% del metano consumido por el SMR. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una parte del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo que consume metano que recibe el CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el módulo que consume metano proviene del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir etileno y metanol, comprendiendo el método: (a) inyectar una corriente de alimentación de metano y una corriente de alimentación que contiene agente oxidante en un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que genera una corriente de efluente del OCM que contiene etileno, CO<2>y/o CO, y metano no convertido; (b) inyectar la corriente de efluente del OCM en un subsistema de separación de CO<2>que genera una corriente que contiene CO<2>y una corriente que contiene metano y etileno; (c) inyectar al menos una parte de la corriente que contiene CO<2>en un subsistema de síntesis de metanol; (d) inyectar al menos una parte de la corriente que contiene metano y etileno en un subsistema de purificación que genera una corriente que contiene metano y una corriente que contiene etileno; y (e) inyectar al menos una parte de la corriente que contiene metano en un subsistema reformador de metano con vapor (SMR), en donde al menos la parte de la corriente que contiene metano se inyecta en el subsistema de SMR sin pasar a través de un pre-reformador.
En algunas realizaciones, el método comprende, además, antes de (e), inyectar al menos la parte de la corriente que contiene metano en un subsistema de hidrogenación. En algunas realizaciones, el subsistema de hidrogenación comprende un reactor de hidrogenación. En algunas realizaciones, el reactor de hidrogenación hidrogena acetileno. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar una corriente que contiene oxígeno y una corriente que contiene metano en un reformador autotérmico (ATR) que genera una corriente que contiene CO e H<2>. En algunas realizaciones, la corriente que contiene metano es un efluente del subsistema de SMR. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar un efluente del subsistema de SMR en un subsistema de recuperación de calor. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar un efluente del subsistema de recuperación de calor en un subsistema compresor de gas de síntesis. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar un efluente del subsistema compresor de gas de síntesis en el subsistema de síntesis de metanol. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar un efluente del subsistema de síntesis de metanol en un subsistema de recuperación de producto. En algunas realizaciones, el subsistema de recuperación de producto comprende una o más columnas de destilación. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar al menos una parte de un efluente del subsistema de síntesis de metanol en el subsistema de SMR. En algunas realizaciones, el método comprende además inyectar la corriente de alimentación de metano en un subsistema de desulfuración antes de (a). En algunas realizaciones, tener una tasa de producción de metanol que se aumenta en al menos aproximadamente 10% con respecto a un método que no comprende inyectar una corriente que contiene metano en un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM). En algunas realizaciones, el CO<2>que se inyecta en el subsistema de síntesis de metanol reacciona con H<2>para producir metanol. En algunas realizaciones, el método comprende además calentar el subsistema de SMR usando al menos una parte de la corriente que contiene metano generada en (d). En algunas realizaciones, la corriente de alimentación que contiene agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir olefinas, que comprende: (a) dirigir metano (CH<4>) y un agente oxidante a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+ que incluyen olefinas, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>) y CH<4>sin reaccionar; (b) enriquecer el CO y/o el CO<2>a partir de la corriente de producto para generar una corriente enriquecida en CO y/o CO<2>; (c) dirigir la corriente enriquecida en CO y/o CO<2>a un reactor de MeOH para producir MeOH; (d) dirigir al menos parte del MeOH a un reactor de metanol a olefinas (MTO) para producir una segunda corriente de olefinas; (e) enriquecer el CH<4>sin reaccionar de la corriente de producto para producir una corriente enriquecida en CH<4>; y (f) dirigir al menos una parte de la corriente enriquecida en CH<4>a un reformador de metano con vapor (SMR) que produce hidrógeno (H<2>) y CO y/o CO<2>.
En algunas realizaciones, el método comprende además recuperar olefinas de la corriente de producto y la segunda corriente de olefinas. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir el CO y/o CO<2>producido en el SMR al reactor de MeOH. En algunas realizaciones, todo el CO y/o CO<2>de la corriente de producto y todo el CO y/o CO<2>del SMR se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar se proporciona como combustible al SMR. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar se proporciona como materia prima al SMR, y en donde el SMR convierte el CH<4>sin reaccionar en el H<2>y el al menos uno de CO y CO<2>para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o productos C<2>+. En algunas realizaciones, el método comprende además proporcionar los compuestos C<2>+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR proviene de la corriente enriquecida en CH<4>. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir una parte de la corriente enriquecida en CH<4>a un craqueador. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene de la corriente enriquecida en CH<4>. En algunas realizaciones, el método comprende además dirigir al menos una parte de la corriente de enriquecida en CH<4>a un procedimiento que consume metano. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el procedimiento que consume metano proviene de la corriente enriquecida en CH<4>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un sistema para producir olefinas, que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH<4>) y un agente oxidante y (ii) hace reaccionar el CH<4>y el agente oxidante para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+ que incluyen olefinas, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>) y CH<4>sin reaccionar; un reactor de MeOH que (i) recibe CO y/o CO<2>enriquecido de la corriente de producto y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO<2>para producir MeOH; un reactor de metanol a olefinas (MTO) que convierte al menos parte del MeOH en olefinas para producir una segunda corriente de olefinas; y un reformador de metano con vapor (SMR) que (i) recibe CH<4>sin reaccionar enriquecido de la corriente de producto y (ii) proporciona hidrógeno (H<2>) y al menos uno de monóxido de carbono (CO) y CO<2>al reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo de separaciones que enriquece las olefinas de la corriente de producto y la segunda corriente de olefinas. En algunas realizaciones, el sistema comprende además una unidad de separación aguas abajo del reactor de OCM y aguas arriba del reactor de MeOH, en donde la unidad de separación enriquece en CO y/o CO<2>la corriente de producto. En algunas realizaciones, el sistema comprende además una unidad de separación aguas abajo del reactor de OCM y aguas arriba del SMR, en donde la unidad de separación enriquece en CH<4>sin reaccionar la corriente de producto. En algunas realizaciones, el SMR utiliza el CH<4>sin reaccionar como combustible. En algunas realizaciones, el SMR utiliza el CH<4>sin reaccionar como materia prima y convierte el CH<4>sin reaccionar en el H<2>y el al menos uno de CO y CO<2>para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones, el reactor de MeOH convierte todo el CO<2>de la corriente de producto y todo el CO<2>del SMR en MeOH. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 95% del metano se convierte en MeOH o productos C<2>+. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C<2>+ y (ii) craquea o refina los compuestos C<2>+. En algunas realizaciones, el CH<4>sin reaccionar dirigido al SMR proporciona al menos 80% del metano consumido por el SMR. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una parte del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo que consume metano que recibe el CH<4>enriquecido. En algunas realizaciones, al menos 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el módulo que consume metano proviene del CH<4>sin reaccionar. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO<2>. En algunas realizaciones, la corriente de producto comprende CO y CO<2>. En algunas realizaciones, el agente oxidante comprende oxígeno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un método para producir propileno, comprendiendo el método: (a) alimentar propano en un procedimiento de deshidrogenación de propano (PDH), cuyo procedimiento de PDH convierte el propano en compuestos hidrocarburos con tres o más átomos de carbono (compuestos C<3>+) incluyendo propileno y descarga gaseosa de la PDH, cuya descarga gaseosa de la PDH comprende compuestos hidrocarburos con un átomo de carbono (compuestos C<1>), compuestos hidrocarburos con dos átomos de carbono (compuestos C<2>) e hidrógeno (H<2>); (b) alimentar la descarga gaseosa de la PDH en un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM), cuyo procedimiento de OCM convierte los compuestos C<1>en etileno, en donde el procedimiento de OCM libera calor; y (c) proporcionar calor al procedimiento de PDH.
En algunas realizaciones, el método comprende además convertir el H<2>en metano en un reactor de metanación en el procedimiento de OCM. En algunas realizaciones, el método comprende además generar a partir de los compuestos C<3>+ una corriente de propileno que comprende el propileno, en donde una concentración del propileno en la corriente de propileno es mayor que una concentración de propileno en una corriente que comprende los compuestos C<3>+. En algunas realizaciones, el método comprende además polimerizar el propileno para producir polipropileno. En algunas realizaciones, el método comprende además copolimerizar el propileno con el etileno producido a partir del procedimiento de OCM para producir poli(etileno-co-propileno). En algunas realizaciones, el procedimiento de OCM también produce propileno o buteno-1. En algunas realizaciones, el método comprende además producir polipropileno y/o poli(propileno-co-l-buteno) usando el propileno o el buteno-1 del procedimiento de OCM y/o el propileno del procedimiento de PDH. En algunas realizaciones, el método comprende además desviar al menos una parte del propano del procedimiento de PDH al procedimiento de OCM. En algunas realizaciones, el procedimiento de PDH está integrado con el procedimiento de OCM, y en donde la integración reduce una cantidad de gas natural necesaria para proporcionar calor al procedimiento de PDH en comparación con una cantidad de gas natural necesaria para el procedimiento de PDH en ausencia de la integración. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 85% de los átomos de carbono de entrada en el procedimiento de PDH y OCM se convierten en propileno, etileno o polipropileno.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona un sistema que comprende: un reactor de craqueo que recibe una corriente de alimentación de hidrocarburos que comprende hidrocarburos de la corriente de alimentación y, con la ayuda de un catalizador de craqueo, facilita el craqueo de los hidrocarburos de la corriente de alimentación para producir una corriente craqueada que comprende hidrocarburos craqueados, en donde los hidrocarburos craqueados tienen un peso molecular más bajo que los hidrocarburos de la corriente de alimentación; una unidad de separaciones en comunicación fluida con el reactor de craqueo, en donde la primera unidad de separaciones recibe la corriente craqueada y separa los hidrocarburos craqueados de la corriente craqueada en una pluralidad de corrientes que incluyen una corriente que contiene metano que comprende metano; y un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) en comunicación fluida con la unidad de separaciones, en donde el reactor de OCM recibe la corriente que contiene metano y, con la ayuda de un catalizador de OCM, convierte el metano de la corriente que contiene metano en productos hidrocarburos superiores para producir una corriente de productos de OCM que comprende los productos de hidrocarburos superiores.
En algunas realizaciones, el sistema comprende además una o más unidades adicionales entre el reactor de craqueo y la unidad de separaciones o entre la unidad de separaciones y el reactor de OCM.
Otro aspecto de la presente descripción se proporciona un método, que comprende: (a) dirigir una corriente de alimentación de hidrocarburos que comprende hidrocarburos de la corriente de alimentación a un reactor de craqueo que comprende un catalizador de craqueo que facilita el craqueo de los hidrocarburos de la corriente de alimentación, para producir una corriente craqueada que comprende hidrocarburos craqueados, en donde los hidrocarburos craqueados tienen un peso molecular más bajo que los hidrocarburos de la corriente de alimentación; (b) dirigir la corriente craqueada a una unidad de separaciones que separa los hidrocarburos craqueados de la corriente craqueada en una pluralidad de corrientes que incluyen una corriente que contiene metano que comprende metano; y (c) dirigir la corriente que contiene metano a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que comprende un catalizador de OCM que facilita la conversión del metano de la corriente que contiene metano en productos de hidrocarburos superiores para producir una corriente de productos de OCM que comprende los productos de hidrocarburos superiores.
En algunas realizaciones, (i) la corriente craqueada se dirige desde el reactor de craqueo a la unidad de separaciones a través de una o más unidades adicionales o (ii) la corriente que contiene metano se dirige desde la unidad de separaciones al reactor de OCM a través de una o más unidades adicionales.
Aspectos y ventajas adicionales de la presente descripción resultarán fácilmente evidentes para los expertos en esta técnica a partir de la siguiente descripción detallada, en donde solo se muestran y describen realizaciones ilustrativas de la presente descripción. Como se comprenderá, la presente descripción es susceptible de otras realizaciones diferentes, y sus diversos detalles son susceptibles de modificaciones en varios aspectos obvios, todo ello sin apartarse de la descripción. En consecuencia, los dibujos y la descripción deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.
Breve descripción de las figuras
Las nuevas características de la invención se exponen con particularidad en las reivindicaciones adjuntas. Se obtendrá una mejor comprensión de las características y ventajas de la presente invención haciendo referencia a la siguiente descripción detallada que expone realizaciones ilustrativas, en las que se utilizan los principios de la invención, y los dibujos o figuras adjuntos (también "FIG." y "FIGs." en el presente documento), de los cuales:
La FIG. 1 muestra un procedimiento de ejemplo para convertir metano en propileno usando un acoplamiento oxidativo de metano (OCM), dimerización y metátesis de etileno y butenos;
La FIG. 2 muestra un procedimiento de ejemplo para convertir metano en propileno usando un acoplamiento oxidativo de metano (OCM), dimerización y metátesis de butenos;
La FIG. 3 muestra un procedimiento de ejemplo para convertir metano en propileno usando un acoplamiento oxidativo de metano (OCM), adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA), dimerización y metátesis de butenos;
La FIG. 4 muestra un procedimiento de ejemplo de uso de una descarga gaseosa de una unidad de craqueo como materia prima para un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM);
La FIG. 5 muestra un procedimiento de ejemplo de uso de una descarga gaseosa de una unidad de craqueo como materia prima para un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) sin el uso de un compresor de gas de proceso;
La FIG. 6 muestra un procedimiento de ejemplo de uso de una descarga gaseosa de una unidad de craqueo como materia prima para un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) sin el uso de un compresor de gas de proceso o una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA);
La FIG. 7 muestra un sistema de ejemplo para usar una descarga gaseosa de un subsistema de craqueador catalítico de lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC) en tándem con un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM);
La FIG. 8 muestra un sistema de ejemplo para usar una descarga gaseosa de un subsistema de craqueador catalítico de lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC) junto con un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que usa una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA) para purificar etileno;
La FIG. 9A muestra un ejemplo de un procedimiento de deshidrogenación de propano;
La FIG. 9B muestra un ejemplo de un procedimiento de deshidrogenación de propano integrado con un procedimiento de OCM;
La FIG. 9C muestra un sistema de ejemplo para producir propileno mediante deshidrogenación de propano que se genera en un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM);
La FIG. 10 muestra un sistema de ejemplo para producir propileno mediante una integración de un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano, subsistema de dimerización y metátesis y un subsistema de deshidrogenación de propano;
La FIG. 11 es una ilustración esquemática de un procedimiento de producción de metanol;
La FIG. 12 es una ilustración esquemática del OCM integrado con un procedimiento de producción de metanol; La FIG. 13 es una ilustración esquemática de un complejo petroquímico con un procedimiento de producción de metanol y un craqueador;
La FIG. 14 es una ilustración esquemática de una integración del OCM con un procedimiento de producción de metanol y un craqueador;
La FIG. 15 es una ilustración esquemática de una integración del OCM con un procedimiento de producción de metanol y un craqueador;
La FIG. 16 es una ilustración esquemática de una integración del OCM con un procedimiento de producción de metanol y un craqueador;
La FIG. 17 es una ilustración esquemática de una integración del OCM con un procedimiento de producción de metanol y un circuito de síntesis;
La FIG. 18 es una ilustración esquemática de una integración del OCM con un procedimiento de producción de MTO; La FIG. 19 es una ilustración esquemática de un ejemplo de procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM);
La FIG. 20 es una ilustración esquemática de la adición de etano a un reactor de OCM de ejemplo;
La FIG. 21A muestra un ejemplo de una unidad de craqueador catalítico de lecho fluidizado (FCC); la FIG. 21B muestra un ejemplo de un tren de separaciones; la FIG. 21C muestra un ejemplo de tratamiento de la descarga gaseosa del FCC;
La FIG. 22 muestra un ejemplo de varias formas de preparar una alimentación de OCM y realizar una reacción de OCM usando metano y olefinas del FCC;
La FIG. 23 muestra un ejemplo de una unidad de coquización retardada (DCU); y
La FIG. 24 ilustra esquemáticamente un sistema informático que está programado o configurado de otro modo para implementar sistemas y métodos de la presente descripción.
Descripción detallada
Si bien en el presente documento se han mostrado y descrito varias realizaciones de la invención, será obvio para los expertos en la técnica que tales realizaciones se proporcionan a modo de ejemplo únicamente. A los expertos en la técnica se les pueden ocurrir numerosas variaciones, cambios y sustituciones sin apartarse de la invención. Debe entenderse que se pueden emplear varias alternativas a las realizaciones de la invención descritas en el presente documento.
Los términos "C<2>+" y “compuesto C<2>+", como se usa en el presente documento, generalmente se refieren a un compuesto que comprende dos o más átomos de carbono, p. ej., dos átomos de carbono (C<2>), tres átomos de carbono (C<3>), etc. Los compuestos C<2>+ incluyen, sin limitación, alcanos, alquenos, alquinos y compuestos aromáticos que contienen dos o más átomos de carbono. En algunos casos, los compuestos C<2>+ incluyen aldehídos, cetonas, ésteres y ácidos carboxílicos. Los ejemplos de compuestos C<2>+ incluyen etano, etileno, acetileno, propano, propeno, butano, buteno, etc.
La expresión "hidrocarburos C1-C3" se refiere a las especies moleculares que incluyen hidrocarburos con uno, dos o tres átomos de carbono. Estos incluyen metano, etano, etileno, acetileno, propano, propileno y propino.
La expresión "impurezas no C<2>+", como se utiliza en el presente documento, generalmente se refiere a material que no incluye compuestos C<2>+. Los ejemplos de impurezas no C<2>+, incluyen nitrógeno (N<2>), oxígeno (O<2>), agua (H<2>O), argón (Ar), hidrógeno (H<2>) monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO<2>) y metano (CH<4>).
La expresión "selectividad aparente", como se usa en el presente documento, generalmente se refiere al grado en que una especie de alcano con un número determinado de carbonos se convierte en una olefina con el mismo número de carbonos (p. ej., conversión de etano en etileno, conversión de propano en propileno, conversión de butano en butano, etc.), y se expresa como porcentaje.
La expresión "tiempo de residencia", como se usa en el presente documento, generalmente se refiere al periodo de tiempo promedio durante el cual una sustancia se encuentra en un lugar o condición determinada, tal como dentro de un reactor.
El término "unidad", como se usa en el presente documento, generalmente se refiere a una operación unitaria, que es una etapa básica en un procedimiento. Las operaciones unitarias implican un cambio físico o transformación química, tal como separación, cristalización, evaporación, filtración, polimerización, isomerización, transformación y otras reacciones. Un procedimiento dado puede requerir una o una pluralidad de operaciones unitarias para obtener el producto deseado a partir de los materiales de partida o materias primas.
La expresión "hidrocarburo superior", como se usa en el presente documento, generalmente se refiere a un hidrocarburo de mayor peso molecular y/o cadena superior. Un hidrocarburo superior puede tener un peso molecular y/o contenido de carbono superior que el(los) material(es) de partida en un procedimiento determinado (p. ej., OCM o ETL). Un hidrocarburo superior puede ser un producto de hidrocarburo de peso molecular y/o cadena superior que se genera en un procedimiento de OCM o ETL. Por ejemplo, el etileno es un producto de hidrocarburo superior al metano en un procedimiento de OCM. Como otro ejemplo, un hidrocarburo C<3>+ es un hidrocarburo superior con respecto al etileno en un procedimiento de ETL. Como otro ejemplo, un hidrocarburo C<5>+ es un hidrocarburo superior con respecto al etileno en un procedimiento de ETL. En algunos casos, un hidrocarburo superior es un hidrocarburo de mayor peso molecular.
La expresión "procedimiento de OCM", como se usa en el presente documento, generalmente se refiere a un procedimiento que emplea o emplea sustancialmente una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM). Una reacción de OCM puede incluir la oxidación de metano a un hidrocarburo superior y agua, y puede implicar una reacción exotérmica. En una reacción de OCM, el metano se puede oxidar parcialmente y acoplar para formar uno o más compuestos C<2>+, tales como el etileno. En un ejemplo, una reacción de OCM es<2>CH<4>+ O<2>^ C<2>H<4>+<2>H<2>O. Una reacción de OCM puede producir compuestos C<2>+. Una reacción de OCM se puede facilitar mediante un catalizador, tal como un catalizador heterogéneo. Los subproductos adicionales de las reacciones de OCM pueden incluir CO, CO<2>, H<2>, así como hidrocarburos, tales como, por ejemplo, etano, propano, propeno, butano, buteno y similares.
El término "artículo de valor", tal como se utiliza en el presente documento, generalmente se refiere a dinero, crédito, un bien o mercancía (p. ej., hidrocarburo). Un artículo de valor se puede cambiar por otro artículo de valor.
La expresión "eficiencia de carbono", como se usa en el presente documento, generalmente se refiere a la relación del número de moles de carbono presentes en todas las corrientes de entrada del procedimiento (en algunos casos, incluidas todas las materias primas de hidrocarburos, tales como, p. ej., gas natural y etano y corrientes de combustible) al número de moles de carbono presentes en todos los productos del procedimiento comercialmente (o industrialmente) utilizables o comercializables. Dichos productos pueden incluir hidrocarburos que pueden emplearse para diversos usos posteriores, tales como petroquímicos o como productos químicos básicos. Dichos productos pueden excluir CO y CO<2>. Los productos del procedimiento pueden ser productos comercializables, tales como productos de hidrocarburos C<2>+ que contienen al menos aproximadamente 99% de hidrocarburos C<2>+ y todos los productos de gas de venta o gasoductos que contengan al menos aproximadamente 90% de metano. Las corrientes de entrada del procedimiento pueden incluir corrientes de entrada que proporcionan energía para la operación del procedimiento, tal como con la ayuda de una turbina (p. ej., una turbina de vapor). En algunos casos, la energía para el funcionamiento del procedimiento se puede proporcionar mediante el calor liberado por una reacción de OCM.
Generación de propileno a partir del acoplamiento oxidativo de metano y metátesis
Un aspecto de la presente descripción proporciona métodos para integrar un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un sistema de dimerización y un sistema de metátesis. En este procedimiento, el metano se puede convertir en etileno en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano. Luego, el etileno se puede utilizar como materia prima para la dimerización en butenos, que luego se pueden sufrir metátesis en propileno. Una fracción de los butenos puede reciclarse posteriormente al reactor de metátesis.
El metano utilizado para cualquiera de los procedimientos descritos en el presente documento puede provenir de cualquier fuente adecuada. En algunos casos, la materia prima para el OCM (incluido el metano y, opcionalmente, etano) proviene de la descarga gaseosa de un craqueador catalítico fluídico (FCC). En algunos casos, proviene del carbón en un procedimiento de carbón a olefinas (CTO). El metano se puede extraer de los lechos de carbón, producirlo a partir de carbón o cualquier procedimiento que utilice carbón.
La FIG. 1 muestra la integración de un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un sistema de dimerización y un sistema de metátesis100.Las entradas y salidas en las respectivas unidades se indican con flechas. El procedimiento100muestra una fuente de metano101y una fuente de agente oxidante102que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)103en donde las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno, hidrógeno (H<2>), dióxido de carbono (CO<2>), monóxido de carbono (CO) y metano no convertido (CH<4>). El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor104que enfría la corriente de efluente y luego se puede inyectar en un compresor de gas de proceso105,en donde se puede aumentar la presión del gas. El gas de proceso presurizado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>106. Hay dos corrientes de efluente desde el sistema de eliminación de CO<2>106, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una columna de destilación107que puede generar una corriente que comprende metano, una corriente que comprende hidrocarburos C<2>y una corriente que comprende hidrocarburos C<3>+. La corriente enriquecida en CO<2>del sistema de eliminación de CO<2>106y la corriente que comprende metano de la columna de destilación107luego se pueden inyectar en un reactor de metanación108. El reactor de metanación puede convertir el CO<2>en metano. El efluente del reactor de metanación108luego se puede inyectar en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)103. La corriente que comprende hidrocarburos C<2>que puede ser un efluente de la columna de destilación107luego se puede inyectar en un divisor de C2109, que puede separar el etileno del etano. El etano del divisor de C2109luego se puede inyectar en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)103.El etileno del divisor de C2109luego se puede inyectar en un reactor de dimerización110y un reactor de metátesis112.El reactor de dimerización convierte el etileno en butenos e hidrocarburos de mayor peso molecular, incluidos 1-buteno, 2-buteno, isobuteno e hidrocarburos C<5>+. El efluente del reactor de dimerización110luego se puede inyectar en un desbutanizador111, que puede separar los componentes C<5>+ de los butenos y especies más ligeras que los butenos. Los butenos luego se pueden inyectar en el reactor de metátesis112, que hace reaccionar etileno con butenos para generar propileno. El efluente del reactor de metátesis112luego se puede inyectar en un desetanizador113, que puede separar el etileno de los componentes C<3>+. El etileno del desetanizador113luego se puede inyectar en el reactor de metátesis112o el reactor de dimerización110. Los componentes C<3>+ del desetanizador113luego se puede inyectar en un despropanizador114, que puede eliminar los componentes C<4>+ de los componentes C<3>. Los componentes C<4>+ del despropanizador114luego se pueden inyectar en el debutanizador111. Los componentes C<3>del despropanizador114luego se pueden inyectar en un divisor de C3115, que puede separar el propileno del propano.
El agente oxidante que se inyecta en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano puede ser oxígeno (O<2>).
El agente oxidante que se inyecta en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano puede ser peróxido de hidrógeno (H2O2).
La temperatura de operación del reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) puede ser al menos aproximadamente 200°C°, al menos aproximadamente 300°C°, al menos aproximadamente 400°C, al menos aproximadamente 450°C, al menos aproximadamente 500°C, al menos aproximadamente 550°C, al menos aproximadamente 600°C, al menos aproximadamente 650°C, al menos aproximadamente 700°C, al menos aproximadamente 750°C, al menos aproximadamente 800°C, al menos aproximadamente 850°C, o más.
La presión de operación del reactor de acoplamiento oxidativo de metano puede ser al menos aproximadamente 1 bar(g), al menos aproximadamente 2 bar (g), al menos aproximadamente 3 bar (g), al menos aproximadamente 4 bar (g), al menos aproximadamente 5 bar (g), al menos aproximadamente 6 bar (g), al menos aproximadamente 7 bar (g), al menos aproximadamente 8 bar (g), al menos aproximadamente 9 bar (g), al menos aproximadamente 10 bar (g), al menos aproximadamente 11 bar (g), al menos aproximadamente 12 bar (g), o más.
La concentración de etileno en el efluente del reactor de acoplamiento oxidativo de metano puede ser al menos aproximadamente 1%, al menos aproximadamente 2%, al menos aproximadamente 3%, al menos aproximadamente 4%, al menos aproximadamente 5%, al menos aproximadamente 6%, al menos aproximadamente 7%, al menos aproximadamente 8%, al menos aproximadamente 9%, al menos aproximadamente 10%, al menos aproximadamente 11%, al menos aproximadamente 12%, al menos aproximadamente 13%, al menos aproximadamente 14%, al menos aproximadamente 15%, o más.
La fracción de etileno que se genera en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que se inyecta en el reactor de dimerización puede ser al menos aproximadamente 10%, al menos aproximadamente 20%, al menos aproximadamente 30%, al menos aproximadamente 40%, al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 90% o aproximadamente 100%.
La fracción de butenos que se genera en el reactor de dimerización puede ser menor o igual a aproximadamente 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 5% (% en volumen,% en peso o % en moles) o menos.
De los butenos generados en el reactor de dimerización, el 1-buteno o 2-buteno representan al menos aproximadamente 10%, al menos aproximadamente 20%, al menos aproximadamente 30%, al menos aproximadamente 40%, al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 90% (% en volumen,% en peso o% en moles), o más de los butenos totales.
El etileno producido en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) se puede dividir entre el reactor de dimerización y el reactor de metátesis, por ejemplo, aproximadamente el 90% se inyecta en el reactor de dimerización y el 10% se inyecta en el reactor de metátesis, aproximadamente el 80% se inyecta en el reactor de dimerización y el 20% se inyecta en el reactor de metátesis, aproximadamente el 70% se inyecta en el reactor de dimerización y el 30% se inyecta en el reactor de metátesis, aproximadamente el 60% se inyecta en el reactor de dimerización y el 40% se inyecta en el reactor de metátesis, aproximadamente el 50% se inyecta en el reactor de dimerización y el 50% se inyecta en el reactor de metátesis, aproximadamente el 40% se inyecta en el reactor de dimerización y el 60% se inyecta en el reactor de metátesis, aproximadamente el 30% se inyecta en el reactor de dimerización reactor y el 70% se inyecta en el reactor de metátesis, aproximadamente el 20% se inyecta en el reactor de dimerización y el 80% se inyecta en el reactor de metátesis, o aproximadamente el 10% se inyecta en el reactor de dimerización y el 90% se inyecta en el reactor de metátesis.
La FIG. 2 muestra la integración de un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un sistema de dimerización y un sistema de metátesis200.Las entradas y salidas en las respectivas unidades se indican con flechas. El procedimiento200muestra una fuente de metano201y una fuente de agente oxidante202que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)203en el que las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno. El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor204que enfría la corriente de efluente y luego se puede inyectar en un compresor de gas de proceso205, en donde se puede aumentar la presión del gas. El gas de proceso presurizado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>206. Hay dos corrientes de efluente desde el sistema de eliminación de CO<2>206, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una columna de destilación207que puede generar una corriente que comprende metano, una corriente que comprende hidrocarburos C<2>, y una corriente que comprende hidrocarburos C<3>+. La corriente enriquecida en CO<2>del sistema de eliminación de CO<2>206y la corriente que comprende metano de la columna de destilación207luego se pueden inyectar en un reactor de metanación208. El reactor de metanación puede convertir el CO<2>en metano. El efluente del reactor de metanación208luego se puede inyectar en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)203. La corriente que comprende hidrocarburos C<2>que es un efluente de la columna de destilación207luego se puede inyectar en un divisor de C2209, que puede separar el etileno del etano. El etano del divisor de C2209luego se puede inyectar en el reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)203. El etileno del divisor de C2209luego se puede inyectar en un reactor de dimerización210. El reactor de dimerización convierte el etileno en butenos e hidrocarburos de mayor peso molecular, incluidos 1-buteno, 2-buteno, isobuteno e hidrocarburos C<5>+. El efluente del reactor de dimerización210luego se puede inyectar en un desbutanizador211, que puede separar los componentes C<5>+ de los butenos y especies más ligeras que los butenos. Los butenos luego se pueden inyectar en el reactor de metátesis212,que hace reaccionar el etileno con butenos para generar propileno. El efluente del reactor de metátesis212luego se puede inyectar en un desetanizador213, que puede separar el etileno de los componentes C<3>+. El etileno del desetanizador213luego se puede inyectar en el reactor de dimerización210.Los componentes C<3>+ del desetanizador213luego se puede inyectar en un despropanizador214,que puede eliminar los componentes C<4>+ de los componentes C<3>. Una fracción de los componentes C<4>+ del despropanizador214luego se puede inyectar en el debutanizador211, mientras que una fracción no se inyecta en el debutanizador. Los componentes C<3>del despropanizador214luego se puede inyectar en un divisor de C3215,que puede separar el propileno del propano.
El etileno del divisor de C2 se puede inyectar en el reactor de dimerización, en donde sustancialmente no se inyecta etileno en el reactor de metátesis.
La fracción de butenos que están en el efluente del despropanizador que se reciclan al reactor de metátesis puede ser menor o igual a aproximadamente 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 5% (% en volumen,% en peso o % en moles), o menos.
La pureza del etileno que se inyecta en el reactor de dimerización puede ser al menos aproximadamente 10% en moles, al menos aproximadamente 20% en moles, al menos aproximadamente 30% en moles, al menos aproximadamente 40% en moles, al menos aproximadamente 50% en moles, al menos aproximadamente 60% en moles, al menos aproximadamente 70% en moles, al menos aproximadamente 80% en moles, al menos aproximadamente 90% en moles, al menos aproximadamente 95% en moles, al menos aproximadamente 99% en moles, al menos aproximadamente 99,5% en moles, al menos aproximadamente 99,9% en moles, o más.
En algunas realizaciones, la conversión de etileno en butenos en el reactor de dimerización puede ser al menos aproximadamente 10%, al menos aproximadamente 20%, al menos aproximadamente 30%, al menos aproximadamente 40%, al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 90%, al menos aproximadamente 95%, al menos aproximadamente 99%, o más.
En algunas realizaciones, el etileno no convertido que está en el efluente del reactor de dimerización puede comprender sustancialmente todo el etileno que se inyecta en el reactor de metátesis.
La FIG. 3 muestra un sistema para generar propileno, que integra un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un sistema de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA), un sistema de dimerización y un sistema de metátesis300.El procedimiento300muestra una fuente de metano301y una fuente de agente oxidante302que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)303en donde las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno. El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor304que enfría la corriente de efluente y luego se puede inyectar en un compresor de gas de proceso305, en donde se puede aumentar la presión del gas. El gas de proceso presurizado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>306. Hay dos corrientes de efluente del sistema de eliminación de CO<2>306, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una unidad de adsorción por oscilación de presión al vacío307que puede generar una corriente que comprende metano y una corriente que comprende hidrocarburos C<2>+. La corriente que contiene hidrocarburos C<2>+ que pueden ser un efluente de la adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) se puede alimentar a un desetanizador309que separa componentes C<2>de los componentes C<3>+. Los componentes C<3>+ del desetanizador309se inyectan en un estabilizador310, que separa los componentes C<5>+ de los componentes C<3>y C<4>. Los componentes C<3>y C<4>que están en el efluente del estabilizador310se inyectan en un despropanizador311, que separa los componentes C<3>de los componentes C<4>. Los componentes C<3>luego se inyectan en un divisor de C3314que separa el propileno del propano. Los componentes C<2>del desetanizador309se inyectan en un reactor de dimerización312que convierte el etileno en butenos. Los butenos que se generan en el reactor de dimerización312luego se inyectan en un reactor de metátesis313que convierte los butenos en propileno. El efluente del reactor de metátesis se puede inyectar luego en el desetanizador309.
En algunas realizaciones, el sistema de adsorción por oscilación de presión al vacío produce una corriente de efluente que contiene menos de aproximadamente 10% de metano, menos de aproximadamente 8% de metano, menos de aproximadamente 5% de metano, menos de aproximadamente 3% de metano, menos de aproximadamente 1% de metano, menos de aproximadamente 0,5% de metano, menos de aproximadamente 0,1% (% en volumen,% en peso o % en moles) de metano, o menos.
La corriente de efluente del divisor de C3 puede contener al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 90%, al menos aproximadamente 95%, o al menos aproximadamente 99% (% en volumen,% en peso o % en moles) del propileno que se genera en el reactor de metátesis.
En algunas realizaciones, el reactor de acoplamiento oxidativo de metano contiene un catalizador. Los catalizadores de OCM pueden servir como iniciadores de radicalización. Se pueden encontrar ejemplos de catalizadores de OCM en la publicación de patente de EE. UU. N.° de serie 2012/0041246, patente de EE. UU. N.° 8,921,256, publicación de patente de EE. UU. N.° US 2015/0314267 o publicación de patente de EE. UU. N.° 2016/0074844.
Generación de olefinas a partir de acoplamiento oxidativo de metano y craqueo
Un aspecto de la presente descripción proporciona métodos para integrar un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un procedimiento de craqueo térmico que puede usarse para generar olefinas, incluidos etileno y etano. Se puede lograr una transformación de una corriente de hidrocarburos de alto peso molecular en una corriente con un peso molecular promedio más bajo manteniendo la corriente a una temperatura elevada durante un tiempo determinado. Esta transformación puede ocurrir sin la presencia de un catalizador sólido. Una fracción de la corriente con un peso molecular promedio reducido son los hidrocarburos C1-C3. Estos hidrocarburos C1-C3 se separan de los componentes de mayor peso molecular y se utilizan como materia prima para un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM).
La FIG. 4 muestra un sistema para producir etileno, que incorpora un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un procedimiento de craqueo térmico400. El procedimiento400muestra una fuente de metano401y una fuente de agente oxidante402que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)403en donde las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno. El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor404que enfría la corriente de efluente y luego se puede inyectar en un compresor de gas de proceso405, en donde se puede aumentar la presión del gas. El gas de proceso presurizado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>406. Hay dos corrientes de efluente del sistema de eliminación de CO<2>406, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una unidad de adsorción por oscilación de presión407que puede generar una corriente que comprende metano y una corriente que comprende hidrocarburos C<2>+. La corriente que contiene metano se puede inyectar en un reactor de metanación408. La corriente enriquecida en CO<2>del sistema de eliminación de CO<2>406también se puede inyectar en el reactor de metanación408. La corriente enriquecida en hidrocarburos que puede ser un efluente de la unidad de adsorción por oscilación de presión407se puede inyectar en un subsistema de craqueo, que incluye unidades de separación que pueden purificar aún más el etileno del gas efluente.
La FIG. 5 muestra un sistema para producir etileno, que incorpora un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un procedimiento de craqueo térmico500. El procedimiento500muestra una fuente de metano501y una fuente de agente oxidante502que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)503en donde las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno. El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor504, en donde se puede disminuir la temperatura del gas efluente del OCM. El gas de proceso enfriado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>505. Hay dos corrientes de efluente del sistema de eliminación de CO<2>505, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una unidad de adsorción por oscilación de presión506que puede generar una corriente que comprende metano y una corriente que comprende hidrocarburos C<2>+. La corriente que contiene metano se puede inyectar en un reactor de metanación507. La corriente enriquecida en CO<2>del sistema de eliminación de CO<2>507también se puede inyectar en el reactor de metanación507. La corriente enriquecida en hidrocarburos que puede ser un efluente de la unidad de adsorción por oscilación de presión506se puede inyectar en un subsistema de craqueo, que incluye unidades de separación que pueden purificar aún más el etileno del gas efluente.
La FIG. 6 muestra un sistema para producir etileno, que incorpora un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un procedimiento de craqueo térmico600. El procedimiento600muestra una fuente de metano601y una fuente de agente oxidante602que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)603en donde las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno. El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor604, en donde se puede disminuir la temperatura del gas efluente de OCM. El gas de proceso enfriado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>605. Hay dos corrientes de efluente del sistema de eliminación de CO<2>605, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una planta de craqueo606que incluye sistemas adicionales de purificación de etileno. La corriente que contiene metano se puede inyectar en un reactor de metanación607. La corriente enriquecida en CO<2>del sistema de eliminación de CO<2>605también se puede inyectar en el reactor de metanación607.
En algunas realizaciones, la temperatura de operación del craqueador térmico puede ser al menos aproximadamente 300°C°, al menos aproximadamente 400°C°, al menos aproximadamente 500°C, al menos aproximadamente 600°C, al menos aproximadamente 700°C, al menos aproximadamente 800°C, al menos aproximadamente 900°C, al menos aproximadamente 1000°C o más.
Generación de olefinas a partir del OCM y craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad
Un aspecto de la presente descripción proporciona métodos para integrar un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un sistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad que puede usarse para generar olefinas, incluidas etileno y etano. Se puede lograr una transformación de una corriente de hidrocarburos de alto peso molecular en una corriente con un peso molecular promedio más bajo manteniendo la corriente a una temperatura elevada durante un tiempo determinado. Esta transformación puede ocurrir en presencia de un catalizador sólido que fluye hacia abajo por el reactor. Se puede lograr una alta selectividad C1-C3 y una alta selectividad de olefinas mediante el uso de temperaturas altas y tiempos de residencia bajos. Una fracción de la corriente con un peso molecular promedio reducido son los hidrocarburos C1-C3. Estos hidrocarburos C1-C3 se separan de los componentes de mayor peso molecular y se utilizan como materia prima para un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM).
El craqueo catalítico fluido (FCC) de alta severidad puede utilizar la tecnología de FCC tradicional en condiciones severas (relaciones más altas de catalizador a aceite, tasas de inyección de vapor más altas, temperaturas más altas, etc.) con el fin de maximizar la cantidad de propeno y otros productos ligeros. Una unidad de FCC de alta severidad puede alimentarse con gasóleos (parafinas) y residuos, y puede producir aproximadamente 20-25% en m de propeno en la materia prima junto con mayores volúmenes de gasolina de motor y subproductos destilados.
La FIG. 7 muestra un sistema para producir etileno, que incorpora un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un sistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad700. El procedimiento700muestra una fuente de metano701y una fuente de agente oxidante702que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)703en donde las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno. El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor704que enfría la corriente de efluente y luego se puede inyectar en un compresor de gas de proceso705, en donde se puede aumentar la presión del gas. El gas de proceso presurizado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>706. Hay dos corrientes de efluente desde el sistema de eliminación de CO<2>706, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una unidad desmetanizadora707que puede generar una corriente que comprende metano y una corriente que comprende hidrocarburos C<2>+. La corriente que contiene metano se puede inyectar en un reactor de metanación708.La corriente enriquecida en CO<2>del sistema de eliminación de CO<2>706también se puede inyectar en el reactor de metanación708. La corriente enriquecida en hidrocarburos que puede ser un efluente de la unidad desmetanizadora707se puede inyectar en un subsistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC)709, que incluye unidades de separación que pueden purificar aún más el etileno del gas efluente. El subsistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC) tiene corrientes de efluente que se inyectan en el reactor de OCM703. Estas corrientes de efluente incluyen una corriente que comprende propano, una corriente que comprende etano y una corriente que comprende metano. La corriente que comprende metano se puede inyectar en una unidad de desulfuración710que elimina el azufre de la corriente de metano. El metano desulfurado luego se puede inyectar en el desmetanizador707.
La FIG. 8 muestra un sistema para producir etileno, que incorpora un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con un sistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad800.El procedimiento800muestra una fuente de metano801y una fuente de agente oxidante802que se inyectan en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)803en el que las alimentaciones se convierten parcialmente en etileno. El efluente del reactor de OCM se puede inyectar en un sistema de recuperación de calor804que enfría la corriente de efluente y luego se puede inyectar en un compresor de gas de proceso805, en donde se puede aumentar la presión del gas. El gas de proceso presurizado se puede inyectar luego en un sistema de eliminación de CO<2>806. Hay dos corrientes de efluente del sistema de eliminación de CO<2>806, que incluyen una corriente enriquecida en CO<2>y una corriente enriquecida en hidrocarburos. La corriente enriquecida en hidrocarburos se puede inyectar en una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA)807que puede generar una corriente que comprende metano y una corriente que comprende hidrocarburos C<2>+. La corriente que contiene metano se puede inyectar en un reactor de metanación808. La corriente enriquecida en CO<2>del sistema de eliminación de CO<2>806también se puede inyectar en el reactor de metanación808. La corriente enriquecida en hidrocarburos que puede ser un efluente de la unidad de PSA807se puede inyectar en un subsistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC)809, que incluye unidades de separación que pueden purificar aún más el etileno del gas efluente. El subsistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC) tiene corrientes de efluente que se inyectan en el reactor de OCM803. Estas corrientes de efluente incluyen una corriente que comprende propano, una corriente que comprende etano y una corriente que comprende metano. La corriente que comprende metano se puede inyectar en una unidad de desulfuración810que elimina el azufre de la corriente de metano. El metano desulfurado luego se puede inyectar en el desmetanizador807.
El efluente de metano de la unidad de HS-FCC puede contener sulfuro de hidrógeno (H<2>S) o disulfuro de hidrógeno (H<2>S<2>). El H<2>S y/o H<2>S<2>puede estar en una concentración de al menos aproximadamente 0,1% en peso, al menos aproximadamente 0,5% en peso, al menos aproximadamente 1% en peso, al menos aproximadamente 2% en peso, al menos aproximadamente 3% en peso, al menos aproximadamente 4% en peso, al menos aproximadamente 5% en peso, al menos aproximadamente 7% en peso, al menos aproximadamente 10% en peso, al menos aproximadamente 12% en peso o más.
En algunas realizaciones, el craqueador catalítico en lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC) opera a una temperatura de al menos aproximadamente 400°C, al menos aproximadamente 450°C, al menos aproximadamente 500°C, al menos aproximadamente 550°C, al menos aproximadamente 600°C, al menos aproximadamente 650°C, al menos aproximadamente 700°C, al menos aproximadamente 750°C, al menos aproximadamente 800°C, al menos aproximadamente 850°C, al menos aproximadamente 900°C, o más.
El craqueador catalítico de alta severidad (HS-FCC) puede contener un catalizador de HS-FCC. El catalizador de HS-FCC puede comprender una zeolita. El catalizador de zeolita de HS-FCC puede comprender un catalizador de zeolita ZSM-5. El catalizador de zeolita de HS-FCC puede comprender un alto contenido de zeolita USY.
En algunos casos, el HS-FCC contiene un catalizador que ayuda a disminuir el peso molecular de una materia prima de hidrocarburos. Esta reacción de craqueo puede tener lugar en fase gaseosa, en algunos casos de forma homogénea.
El craqueador catalítico en lecho fluidizado de alta severidad (HS-FCC) puede funcionar con un tiempo de residencia de menos de aproximadamente 10 segundos (s), menos de aproximadamente 5 segundos (s), menos de aproximadamente 4 segundos (s), menos de aproximadamente 3 segundos (s), menos de aproximadamente 2 segundos (s), menos de aproximadamente 1 segundo (s), menos de aproximadamente 0,5 segundos (s), menos de aproximadamente 0,2 segundos (s), menos de aproximadamente 0,1 segundos (s), o menos. En algunos casos, el tiempo de residencia es un periodo de tiempo que transcurre entre la corriente de alimentación que entra en el recipiente y la corriente de hidrocarburo craqueado que sale del recipiente.
En algunos casos, la unidad de HS-FCC tiene un tubo descendente por el que fluyen el reaccionante y el catalizador, al que puede seguir la recuperación del catalizador. En algunos casos, el catalizador no es fluidizado.
Integraciones de acoplamiento oxidativo de metano con una deshidrogenación de propano.
En algunos casos, un procedimiento de OCM se integra con un procedimiento de deshidrogenación de propano (PDH). El procedimiento de PDH puede convertir propano en propeno y como subproducto hidrógeno. El rendimiento de propeno a partir de propano puede ser de aproximadamente 85% en masa. Los subproductos de la reacción (principalmente hidrógeno) se pueden utilizar como combustible para la reacción de PDH. Como resultado, el propeno puede tender a ser el único producto, a menos que exista una demanda local de hidrógeno. Esta ruta se puede utilizar en varias regiones, tales como el Medio Oriente, donde puede haber una gran cantidad de propano procedente de operaciones de petróleo/gas. En esta región, se puede esperar que la producción de propano sea capaz de satisfacer no sólo las necesidades internas, sino también la demanda de otras regiones (tales como China), donde se puede programar la entrada en funcionamiento de muchos proyectos de PDH. El procedimiento de PDH se puede lograr a través de diferentes tecnologías comerciales. Las diferencias entre estas tecnologías pueden incluir los catalizadores empleados, el diseño del reactor y las estrategias para lograr tasas de conversión más altas.
La integración del procedimiento de PDH con un procedimiento de OCM como se describe en el presente documento puede aumentar la capacidad de un procedimiento de PDH en 40-100 kta en algunos casos. En algunos casos, todo el carbono contenido en la descarga gaseosa de la PDH se puede convertir en olefinas mediante el OCM y metanación, lo que lleva a una utilización de propano de casi 100%. En algunos casos, la integración de un procedimiento de OCM con el procedimiento de PDH puede conducir a una capacidad estable de la planta durante el ciclo de vida del catalizador de PDH porque un aumento la descarga gaseosa del PDH puede dar como resultado una mayor capacidad para el OCM. La unidad de OCM puede diseñarse para generar etileno y butano-1 como coproductos que se utilizarán como comonómeros en una unidad de polipropileno, lo que puede permitir la producción de todos los grados de polipropileno. En algunos casos, la exotermicidad del OCM se puede utilizar para producir vapor y reducir la combustión general en los calentadores de PDH, lo que lleva a una mayor utilización general de carbono en el procedimiento.
Dirigiendo la atención a la FIG. 9A, aquí se muestra un ejemplo de planta de PDH con producción de polipropileno (PP). El propano900se puede alimentar a una unidad de PDH902, que puede producir una fracción C<3>+904y descarga gaseosa906.La descarga gaseosa puede incluir moléculas C<1>tales como metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono, así como moléculas C<2>tales como etano y etileno, y el hidrógeno (H<2>). La descarga gaseosa se puede complementar con gas natural908y quemar para producir calor y vapor910para la unidad de PDH. El producto C<3>+ se puede fraccionar912para producir propileno914. El propileno se puede polimerizar en una planta de polipropileno916para producir polipropileno918. Una limitación de una planta de PDH puede ser que el rendimiento disminuye a lo largo de la vida útil del catalizador, lo que conduce a una caída en la capacidad de la planta antes de que se pueda reemplazar el catalizador. Aproximadamente el 90% del propano se puede utilizar cuando hay gas natural disponible como combustible, pero puede ser sustancialmente menos cuando el único combustible es la descarga gaseosa de la PDH. Además, sin un suministro exógeno de etileno, el único polímero que se puede fabricar es el homopolipropileno, que es el grado más bajo de polipropileno. Estas limitaciones pueden aliviarse integrando la PDH con un procedimiento de OCM.
Por ejemplo, la FIG. 9B muestra un ejemplo de OCM integrado con PDH. Las líneas discontinuas muestran corrientes opcionales. Se puede desviar algo de gas natural920y/o algo de propano922a un procedimiento de OCM924.La descarga gaseosa de la PDH906también se puede alimentar al OCM. El procedimiento de OCM puede ser exotérmico y producir vapor926. El procedimiento de OCM puede producir productos C<3>+ que se pueden añadir al producto de propileno928o refinar más930a propileno si es necesario. El procedimiento de OCM también puede producir etileno y/o buteno-1, que puede usarse como comonómero932en la producción de productos de polipropileno de mayor grado.
La FIG. 9C muestra un sistema de ejemplo para producir propileno mediante la deshidrogenación de propano que se genera en un procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano940.Una fuente que contiene metano941y una fuente que contiene oxígeno942se pueden inyectar en un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano943. La fuente que contiene metano puede ser de la descarga gaseosa de un craqueador catalítico en lecho fluidizado. La fuente que contiene oxígeno puede proceder de una subunidad de separación de aire. En algunas realizaciones, la fuente que contiene oxígeno es la misma que la fuente de metano. Además, la fuente de metano puede contener otros hidrocarburos, p. ej. etano y propano. El acoplamiento oxidativo del subsistema de metano puede convertir metano y oxígeno en etileno. El acoplamiento oxidativo del subsistema de metano también puede generar propileno. El acoplamiento oxidativo del subsistema de metano puede comprender un único reactor o múltiples reactores. El acoplamiento oxidativo del subsistema de metano puede comprender una o más unidades de craqueo posteriores al lecho. El efluente del subsistema de OCM947se puede inyectar en un subsistema de separaciones944que puede generar al menos una corriente que comprende etileno949y al menos una corriente que comprende propileno y propano948. El subsistema de separaciones puede incluir una o más columnas de destilación, uno o más subsistemas de adsorción o combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, se utiliza un subsistema de adsorción que comprende un material de soporte organometálico. En algunas realizaciones, se utiliza un subsistema de adsorción que comprende un material de zeolita. El subsistema de separación944también puede comprender una o más unidades para separar CO<2>gaseoso. La corriente que comprende propileno y propano948luego se puede inyectar en un subsistema de separaciones945que puede separar propileno del propano para generar una corriente que comprende propileno950y una corriente que comprende propano951. El subsistema de separaciones945puede incluir una o más torres de destilación, una o más unidades de adsorción, una o más unidades de membrana, o combinaciones de las mismas. La corriente que comprende propano951se inyecta en una unidad de deshidrogenación de propano (PDH)946que convierte propano en propileno e H<2>.
La FIG. 10 muestra un sistema de ejemplo para producir propileno mediante la integración de un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano, un subsistema de dimerización y metátesis y un subsistema de deshidrogenación de propano1000. Una fuente que contiene metano1001y una fuente que contiene oxígeno1002se inyectan en un subsistema de acoplamiento con oxígeno de metano (OCM)1003. La fuente que contiene metano puede provenir de un bucle de reciclado dentro del sistema de ejemplo1000. La fuente que contiene oxígeno puede provenir de un subsistema de separación de aire. El sistema de separación de aire puede incluir una o más columnas de destilación, uno o más subsistemas de adsorción, uno o más subsistemas de membrana o combinaciones de los mismos. La fuente que contiene metano puede provenir de un sistema de craqueador catalítico en lecho fluidizado (FCC). La fuente que contiene metano puede provenir de una corriente de descarga gaseosa dentro de una refinería. La fuente que contiene metano puede provenir del gas natural. La fuente que contiene metano también puede contener hidrocarburos más pesados, p. ej. etano, etileno, propano, propileno y también puede incluir componentes adicionales, p. ej. agua, N<2>, CO<2>o CO. La fuente que contiene metano puede ser la misma que la fuente que contiene oxígeno. La fuente que contiene oxígeno y la fuente que contiene metano se pueden mezclar dentro de un aparato mezclador separado de o dentro del subsistema de OCM. El subsistema de OCM puede incluir un catalizador de OCM. El subsistema de OCM puede incluir una unidad de craqueo posterior al lecho (PBC).
El efluente del subsistema de OCM se inyecta en el subsistema del compresor de gas de proceso (PGC)1004. El subsistema de PGC puede aumentar la presión del gas efluente del OCM para generar un gas efluente del OCM presurizado. El subsistema de PGC puede presurizar el gas a más de 1 bar, más de 2 bar, más de 3 bar, más de 4 bar, más de 5 bar, más de 6 bar, más de 7 bar, más de 10 bar o más de 15 bar. El gas efluente del OCM presurizado se puede inyectar en un subsistema de separación de CO<2>1005. El subsistema de separación de CO<2>puede comprender una o más unidades de absorbedor, una o más unidades de desorbedor, una o más unidades de adsorción, una o más unidades de membrana, o combinaciones de las mismas. El subsistema de separación de CO<2>puede producir una corriente que contiene CO<2>1017, una corriente que contiene CO<2>para reciclar1018,y una corriente que contiene metano1019. La corriente que contiene metano puede contener menos de 1% de CO<2>, menos de 0,5% de CO<2>, menos de 0,1% de CO<2>o menos de 0,05% de CO<2>. La corriente que contiene metano se inyecta en un subsistema desmetanizador1006.El subsistema desmetanizador puede incluir una o más columnas de destilación, una o más unidades de adsorción, una o más unidades de membrana o combinaciones de las mismas. El subsistema desmetanizador genera una corriente que contiene metano1020y una corriente que contiene hidrocarburos C<2>+. La corriente que contiene metano puede contener gases adicionales, p. ej. CO, CO<2>, H<2>, N<2>, Ar o C<2>H<2>. La corriente que contiene metano se puede inyectar opcionalmente en una unidad de hidrogenación que convierte el C<2>H<2>en C<2>H<4>. La corriente que contiene metano1020y la corriente que contiene CO<2>para reciclar1018se inyectan en un subsistema de metanación1007. El subsistema de metanación puede contener un catalizador de metanación. El subsistema de metanación puede convertir H<2>y CO<2>en CH<4>. El efluente del subsistema de metanación1021puede ser el mismo que la fuente de metano1001. El efluente del subsistema de metanación se inyecta al subsistema de OCM1003. El subsistema de OCM, subsistema de PGC, subsistema de eliminación de CO<2>, subsistema desmetanizador, subsistema de metanación y subsistema de hidrogenación opcional comprenden un bucle de reciclado del OCM1016.
El efluente del subsistema desmetanizador que contiene hidrocarburos C<2>+ se inyecta en un subsistema desetanizador1008que genera una corriente que contiene etileno y etano1021, y una corriente que contiene hidrocarburos C<3>+1027. La corriente que contiene etileno y etano1021se inyecta en un divisor de C21009que genera una corriente que contiene etano1022y una corriente que contiene etileno1023. La corriente que contiene etano1022se puede mezclar con la fuente que contiene metano1001. En algunas realizaciones, la corriente que contiene etano se inyecta en el subsistema de OCM1003, el subsistema de PGC1004, o ambos. En algunas realizaciones, la corriente que contiene etano se usa como gas combustible en otra unidad. La corriente que contiene etileno1023se divide, inyectándose una parte de la corriente en un subsistema de dimerización1010y otra parte de la corriente se desvía hacia un circuito de derivación1024y se inyecta en un subsistema de metátesis1011.El subsistema de dimerización1010puede convertir el etileno en una corriente que contiene butenos1025, siendo algunos de los butenos 1-buteno. La selectividad para el 1 -buteno puede ser al menos 1 %, al menos 5%, al menos 10%, al menos 20%, al menos 30%, al menos 40%, al menos 50%, al menos 60%, al menos 70%, al menos 80%, al menos 90%, al menos 95%, al menos 99% o al menos 100%. La selectividad para el 1-buteno es el caudal de 1-buteno dividido por el caudal de todos los hidrocarburos C4 en el efluente del subsistema de dimerización. El subsistema de dimerización puede contener uno o más reactores de dimerización. El uno o más reactores de dimerización pueden contener un catalizador de dimerización. El catalizador de dimerización puede ser un catalizador heterogéneo o un catalizador homogéneo disuelto. De todo el etileno en el efluente del divisor de C2, al menos 5%, al menos 10%, al menos 15%, al menos 20%, al menos 25%, al menos 30%, al menos 35%, al menos 40%%, al menos 45% o al menos 50% se puede inyectar en el subsistema de dimerización. La corriente que contiene butenos1025y el circuito de derivación de etileno1024se inyectan en un subsistema de metátesis1011que genera una corriente que contiene propileno1026. El subsistema de metátesis puede incluir uno o más reactores de metátesis. Los reactores de metátesis pueden incluir un catalizador de metátesis. La conversión de butenos en propileno en el subsistema de metátesis puede ser de al menos 10%, al menos 20%, al menos 30%, al menos 40%, al menos 50%, al menos 60%, al menos 70%, al menos 80%, al menos 90%, al menos 95% o al menos 99%.
La corriente que contiene hidrocarburos C<3>+1027se inyecta en un subsistema despropanizador1012que genera una corriente que contiene propileno y propano1028y una corriente que contiene hidrocarburos C<4>+1034.El subsistema despropanizador puede incluir una o más columnas de destilación. La corriente que contiene propileno y propano1028se inyecta en un subsistema divisor de C31013que produce una corriente que contiene propileno1029y una corriente que contiene propano1030.El subsistema divisor de C3 puede incluir una o más columnas de destilación, una o más unidades adsorbentes, una o más unidades de membrana o combinaciones de las mismas. La corriente que contiene propano1030se inyecta en un subsistema de deshidrogenación de propano (PDH)1014.El subsistema de PDH puede deshidrogenar propano para generar una corriente que contiene propileno1030, una corriente que contiene propano1031, y una corriente que contiene hidrógeno y metano1035. La corriente que contiene propileno procedente del subsistema de PDH1030se puede combinar con la corriente que contiene propileno procedente del subsistema de metátesis1026. En algunas realizaciones, el subsistema divisor de C3 está contenido dentro del subsistema de PDH. El subsistema de PDH puede incluir uno o más reactores de PDH. El uno o más reactores de PDH pueden contener un catalizador de PDH. La corriente que contiene hidrógeno y metano1035opcionalmente se puede combinar con la descarga gaseosa de un sistema de craqueo catalítico en lecho fluidizado (FCC). La corriente que contiene hidrógeno y metano1035se inyecta en un subsistema de separación1015que separa el hidrógeno del metano. El subsistema de separación1015puede comprender una o más unidades de adsorción por oscilación de presión, una o más unidades de membrana, o combinaciones de las mismas. El subsistema de separación1015genera una corriente que contiene hidrógeno1032y una corriente que contiene metano1033.La corriente que contiene hidrógeno1032puede usarse como una fuente de gas combustible, inyectado en el reactor de metanación1007, o ambos. La corriente que contiene metano1033se inyecta en el subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)1003.
La generación de hidrógeno adicional en el subsistema de PDH aumenta la eficiencia de carbono del bucle de reciclado del OCM1016. La eficiencia de carbono del bucle de reciclado del OCM puede ser mayor que 10%, mayor que 20%, mayor que 30%, mayor que 40%, mayor que aproximadamente 50%, mayor que aproximadamente 60%, mayor que aproximadamente 70%, mayor que aproximadamente 75%, mayor que aproximadamente 80%, mayor que aproximadamente 85%, mayor que aproximadamente 90%, mayor que aproximadamente 95% o mayor que aproximadamente 99%.
Integración de procedimientos de OCM con procedimientos de metanol
Existe una infraestructura para la producción química en todo el mundo. Esta infraestructura se implementa en prácticamente todos los continentes, se dirige a una amplia gama de industrias y emplea una amplia variedad de implementaciones diferentes de tecnologías similares o muy diferentes.
La presente descripción proporciona sistemas y métodos para integrar sistemas y métodos de OCM con diversos procedimientos químicos, tales como producción de metanol (MeOH), cloro (Cl<2>) y producción de hidróxido de sodio (NaOH) (p. ej., procedimiento cloro-álcali), producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM), producción de amoniaco (NH<3>), procedimientos que tienen gas de síntesis (p. ej., mezclas de hidrógeno (H<2>) y monóxido de carbono (CO) en cualquier proporción), o producción de derivados de olefinas.
Como se apreciará, los costes de capital asociados con cada uno de los tipos de instalaciones descritos anteriormente pueden oscilar entre decenas de millones y cientos de millones de dólares cada uno. Además, hay entradas y salidas de estas instalaciones, tanto en términos de energía como de materiales, que tienen costes adicionales asociados con las mismas, tanto financieros como de otro tipo, que pueden optimizarse aún más en términos de coste y eficiencia. Además, debido a que las diferentes instalaciones tienden a optimizarse para las particularidades (p. ej., productos, condiciones de procesamiento) del mercado en el que existen, tienden a operar de manera inflexible, en algunos casos sin la flexibilidad u opción para la optimización para su mercado dado. Los autores de la presente invención han reconocido sinergias sorprendentes al integrar el OCM con los procedimientos químicos antes mencionados que pueden dar como resultado una economía mejorada y/o flexibilidad operativa.
En algunos casos, los procedimientos de OCM descritos en el presente documento se integran con un procedimiento de oligomerización de olefinas, tal como un procedimiento de conversión de etileno a líquidos ("ETL") como se describe en la patente de EE. UU. N.° 9,598,328 y publicación de patente de EE. UU. N.° 2015/0232395.
En algunos casos, el procedimiento de OCM se puede dimensionar para satisfacer las necesidades de una planta de derivados de etileno. Tal sinergia puede liberar al productor de derivados de ser un comprador comercial de etileno, permitiéndole al productor tener más coste de etileno y mayor certeza en el suministro. Ejemplos de derivados de etileno incluyen polietileno, incluido polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y polietileno de alta densidad (HDPE). Los derivados de etileno adicionales incluyen etilbenceno, estireno, ácido acético, monómero de acetato de vinilo, dicloruro de etileno, monómero de cloruro de vinilo, óxido de etileno y alfa olefinas.
Los procedimientos de OCM se pueden integrar con procedimientos de producción de metanol para lograr sinergias inesperadas que potencialmente incluyen, pero no se limitan a, (a) capacidad adicional de metanol con una modificación mínima o nula de la planta de metanol y (b) capacidad adicional de etileno con baja inversión y huella ambiental.
La FIG. 11 muestra un ejemplo de un diagrama de flujo de bloques de una planta de metanol (p. ej., un procedimiento de metanol tradicional, reconociendo que se permiten realizaciones alternativas y se han emitido detalles para mayor claridad). Como se muestra, se puede utilizar gas natural300para alimentación y combustible para el procedimiento. Se pueden eliminar los compuestos que contienen azufre de la alimentación302(p. ej., gas natural que proporciona los átomos de carbono para el producto metanol) en un módulo de desulfuración304antes de ser alimentada a un reformador de metano con vapor (SMR, unidad completa sombreada en gris)306.El SMR también puede aceptar gas natural como combustible308(p. ej., gas natural que proporciona energía para la planta de metanol), que no tiene que ser desulfurado necesariamente. El efluente del reformador de metano con vapor es gas de síntesis, del que se puede recuperar calor en un módulo de recuperación de calor310y comprimir en un módulo de compresión312. El gas de síntesis comprimido se puede introducir en el módulo de síntesis314donde se produce la conversión a metanol. Un módulo de síntesis de metanol adecuado puede tener un catalizador que es una mezcla de cobre, zinc y alúmina, y funciona a una presión entre aproximadamente 50 y aproximadamente 100 atmósferas y una temperatura de aproximadamente 250°C. La producción de gas de síntesis produce 3 moles de H<2>por mol de CH<4>, mientras que la estequiometría de la formación de metanol a partir del gas de síntesis consume solo 2 moles de H<2>. Por lo tanto, el exceso de H<2>(y CH<4>sin reaccionar) se pueden purgar316del módulo de síntesis y separar en un módulo de separación de gases318(p. ej., un adsorbedor por oscilación de presión). El módulo de separación puede producir combustible adicional320para el SMR y un coproducto H<2>322.El producto metanol324puede enriquecerse (p. ej., mediante un módulo de destilación326). En algunos casos, el exceso de H<2>se utiliza como combustible (no mostrado).
Un procedimiento combinado que integra el OCM con la producción de metanol se muestra en la FIG. 4, donde números similares representan elementos similares. La parte de OCM del procedimiento combinado puede aceptar la materia prima de gas natural desulfurado414e incluye un módulo de reacción de OCM400, un módulo de compresión de gas de proceso402, un módulo de eliminación de CO<2>(p. ej., limpieza de gas de proceso)404, un módulo de secado406y un módulo de separaciones (p. ej., un desmetanizador criogénico)408. En algunos casos, el módulo de separación produce los compuestos C<2>+410.Los compuestos C<2>+ se pueden refinar aún más y/o enviar a un craqueador (p. ej., a la sección de separación de un craqueador). Hay que indicar que el procedimiento de OCM no requiere un módulo de metanación. La reacción de OCM puede producir vapor sobrecalentado a alta presión (HPSH)412que puede ser utilizado en el procedimiento y/o para producir energía mediante una turbina de vapor.
Continuando con la FIG. 12, la parte de OCM del procedimiento puede producir una corriente de metano que no se convirtió en compuestos C<2>+416en la reacción de OCM. Esta corriente416puede tener H<2>y CO además de metano y puede usarse como la alimentación para el procedimiento de producción de metanol (p. ej., en el SMR) y/o como combustible para el procedimiento (línea discontinua)418.La corriente de CO<2>420del procedimiento de OCM también se puede utilizar en el módulo de síntesis de metanol314para producir un mol de metanol y un mol de agua a partir de un mol de CO<2>y 3 moles de H<2>. El coproducto agua se puede eliminar en el módulo de destilación326.
El procedimiento combinado de OCM-metanol tiene considerables beneficios económicos y ambientales. En algunos casos, el CO<2>del OCM420se puede utilizar para reequilibrar el gas de reposición al módulo de síntesis y convertir parte o todo el exceso de H<2>en metanol (p. ej., el caudal de la corriente322puede ser cero o muy pequeño en comparación con el caudal sin integración de OCM). Además, la capacidad del reformador306se puede aumentar automáticamente debido a la naturaleza "preformada" de la corriente416de la parte superior del desmetanizador del OCM (p. ej., ya contiene algo de H<2>y CO). Esto puede resultar útil para reemplazar una bobina de alimentación mixta. En algunos casos, el único coste asociado con la producción de metanol adicional debido a la integración del OCM es la pérdida en valor del coproducto H<2>322en situaciones donde esa corriente está realmente monetizada o es monetizable. Dichos esquemas de integración pueden dar como resultado una mayor eficiencia de un sistema de metanol existente, por ejemplo, mediante el uso de exceso de H<2>haciéndolo reaccionar con CO<2>producido a partir de una unidad de OCM para producir un producto de metanol más valioso. Dependiendo de la capacidad del procedimiento de OCM, un sistema integrado OCM-metanol puede llevarse a un procedimiento de bajas emisiones y alta eficiencia de carbono.
Cuando se modifica una planta de metanol existente, el procedimiento de OCM se puede dimensionar según la cantidad deseada de producción adicional de metanol. Desde la perspectiva del OCM, construir un procedimiento de OCM para integrarlo con una planta de metanol puede requerir significativamente menos capital que construir un procedimiento de OCM independiente, p. ej., debido a la reducción o eliminación de la necesidad de equipos de fraccionamiento y metanación. El procedimiento de OCM también puede utilizar los servicios de las plantas de metanol existentes, como el vapor. En algunos casos, el procedimiento combinado produce cero o una cantidad mínima de compuestos NO<x>y SO<x>.
El procedimiento combinado de OCM-metanol puede tener una eficiencia de carbono de aproximadamente 100% (p. ej., con referencia a la FIG. 13, todos los átomos de carbono aportados al procedimiento300terminan en el metanol324o los compuestos C<2>+410). En algunos casos, el procedimiento combinado tiene una eficiencia de carbono inferior a 100%, p. ej., mayor o igual a aproximadamente 99%, mayor o igual a aproximadamente 98%, mayor o igual a aproximadamente 97%, mayor o igual a aproximadamente 96%, mayor o igual a aproximadamente 95%, mayor o igual a aproximadamente 93%, mayor o igual a aproximadamente 90%, mayor o igual a aproximadamente 85%, mayor o igual a aproximadamente 80%, o mayor que o igual a aproximadamente 75% de eficiencia de carbono.
En algunos casos, con referencia a la FIG. 5, las plantas de metanol500están situadas próximas a craqueadores502y/u otros procedimientos504que utilizan gas natural (p. ej., dentro de 1,8, 8, 16,1, 32,2, 80,5, 160,9, 321,9 km (1, 5, 10, 20, 50, 100, 200 millas) o más). En algunos casos, estos procedimientos comparten una infraestructura de tuberías y/o pueden acceder a una infraestructura de tuberías para transportar gas natural, etileno, hidrógeno y otros productos químicos. Estos procedimientos pueden convertir el gas natural506en una combinación de metanol508, hidrógeno510, etileno512y otros productos514.El OCM se puede integrar con cualquier combinación de estos procedimientos (p. ej.,500,502y504) de varias maneras como se muestra en FIG. 6, FIG. 7 y FIG. 8.
La FIG. 14 muestra un "caso de remodelación mínima" donde un procedimiento de OCM600acepta gas natural506y proporciona CO<2>602a un procedimiento de metanol500y etileno bruto604a una craqueador502. El etileno se puede refinar hasta un producto terminado (p. ej., etileno de grado polímero)512utilizando la capacidad de fraccionamiento del craqueador. En este caso, el procedimiento de OCM se puede dimensionar para aceptar una cantidad de gas natural que sea sustancialmente equivalente a la entrada de gas natural de la planta de metanol (p. ej., aproximadamente 70.800 a 82.600 m3/h (60 a 70 MMSCFD)). Esta capacidad de OCM puede dar como resultado aproximadamente 25-30 kTa adicionales de etileno y aproximadamente 15% a 20% de metanol adicional producido. En algunos casos, para el caso de remodelación mínima, la única inversión de capital es para la unidad de OCM600y en algunos casos reemplazo de bobinas de alimentación mixta en el SMR.
La FIG. 15 muestra un "caso de remodelación media" donde un procedimiento de OCM700acepta gas natural506y proporciona CO<2>702a un procedimiento de metanol500y etileno bruto704a un craqueador502. En este caso, el procedimiento de OCM se puede dimensionar para aceptar una cantidad de gas natural que sea sustancialmente equivalente a la entrada de gas natural de la planta de metanol706y entrada de combustible al craqueador708(p. ej., aproximadamente 165.200 a 177.000 m3/h (140 a 150 MMSCFD)). Esta capacidad de OCM puede dar como resultado aproximadamente 60-80 kTa adicionales de etileno y aproximadamente 30% a 40% de metanol adicional. En algunos casos, para el caso de remodelación media, se necesita inversión de capital para la unidad de OCM700y eliminación de cuellos de botella de metanol (p. ej., reformador, compresor de gas de síntesis, módulo de síntesis y columna de destilación atmosférica).
La FIG. 16 muestra un "caso de remodelación de máxima eficiencia" donde el tamaño del procedimiento de OCM no está restringido. Por ejemplo, todo el gas natural que entra en un complejo petroquímico puede ser desnatado. Un procedimiento de OCM800acepta gas natural506y proporciona CO<2>802a un nuevo módulo de síntesis de metanol804. En algunos casos, el nuevo módulo de síntesis de metanol804acepta H<2>806de diversas fuentes, que incluyen un procedimiento de metanol existente500y/o un craqueador502.El nuevo módulo de síntesis de metanol804puede proporcionar metanol bruto808al procedimiento de metanol existente para refinarlo a un producto de metanol508. Como en los otros escenarios de remodelación, el etileno bruto810se puede refinar en una craqueador502. En algunos casos, el OCM produce aproximadamente 150-200 kTa de etileno adicional, la integración da como resultado aproximadamente de 60% a 70% de metanol adicional producido. En algunos casos, para la remodelación de máxima eficiencia, se necesita inversión de capital para la unidad de OCM, un nuevo módulo de síntesis de metanol (alimentado con el exceso de H<2>en todo el complejo y CO<2>del OCM) y, en algunos casos, eliminar el cuello de botella de la destilación de metanol. Los distintos casos de remodelación no son mutuamente excluyentes y pueden diseñarse como fases sucesivas del proyecto. Además, se pueden combinar plantas de mayor capacidad con plantas de producción de metanol de mayor tamaño.
La FIG. 17 muestra una ilustración esquemática de una integración de OCM con un procedimiento de producción de metanol y un circuito de síntesis(synloop)1700.Una corriente que contiene metano1701se inyecta en un subsistema de desulfuración1702que elimina el azufre de la corriente que contiene metano. La corriente que contiene metano puede ser gas natural. El subsistema de desulfuración puede incluir uno o más reactores de hidrodesulfuración. El subsistema de desulfuración puede incluir una o más unidades de adsorbente. El efluente del subsistema de desulfuración y una corriente que contiene oxígeno1703se inyectan en un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM)1704. El subsistema de acoplamiento oxidativo de metano puede contener un catalizador de acoplamiento oxidativo de metano (OCM). El subsistema de acoplamiento oxidativo de metano puede comprender una o más unidades de craqueo posteriores al lecho (PBC). El subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) puede generar una corriente de efluente de OCM que contiene etileno, CO<2>y/o CO, y metano no convertido. La corriente de efluente de OCM se inyecta en un subsistema de compresor de gas de proceso (PGC)1705que eleva la presión del gas para producir un efluente de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) presurizado. El efluente de OCM presurizado se inyecta en un subsistema de separación1706que elimina el CO<2>del efluente del OCM presurizado para generar una corriente que contiene CO<2>y una corriente que contiene etileno y metano. El subsistema de separación puede comprender una o más unidades de absorbedor, una o más unidades de adsorbedor, una o más columnas de destilación o combinaciones de las mismas. La corriente que contiene etileno y metano se inyecta en un subsistema de purificación1707que genera una corriente que contiene metano y una corriente que contiene etileno. El subsistema de purificación puede comprender una o más columnas de destilación, una o más unidades de adsorbente, una o más unidades de membrana o combinaciones de las mismas. La corriente que contiene etileno también puede incluir etano e hidrocarburos con tres o más átomos de carbono (hidrocarburos C<3>+). La corriente que contiene etileno se inyecta en un subsistema de separación1708que genera una corriente que contiene etileno1713.
La corriente que contiene metano que es el efluente del subsistema de purificación1707se inyecta en un subsistema de hidrogenación1715.El subsistema de hidrogenación puede contener uno o más reactores de hidrogenación. El uno o más reactores de hidrogenación pueden contener un catalizador de hidrogenación. El subsistema de hidrogenación puede hidrogenar acetileno. El efluente del subsistema de hidrogenación contiene CO y/o CO<2>. El efluente del subsistema de hidrogenación se inyecta en un subsistema de reformador de metano con vapor (SMR)1709, sin ser inyectado en un pre-reformador. De lo contrario, el pre-reformador puede generar CO e H<2>a partir de hidrocarburos antes de entrar en el subsistema de reformador de metano con vapor (SMR). El subsistema de reformador de metano con vapor puede convertir agua y metano en una corriente de gas de síntesis que comprende CO e H<2>. La corriente de gas de síntesis se inyecta en un subsistema de recuperación de calor1710que elimina el calor de la corriente de gas de síntesis. El efluente del subsistema de recuperación de calor se inyecta en un subsistema compresor de gas de síntesis1711que aumenta la presión de la corriente de gas de síntesis para producir una corriente de gas de síntesis presurizada. La corriente de gas de síntesis presurizada se inyecta en un subsistema de síntesis de metanol1712que convierte al menos parcialmente el CO e H<2>en metanol. El CO<2>que se genera en el subsistema de separación1706también se inyecta en el subsistema de síntesis de metanol. El subsistema de síntesis de metanol también puede incluir uno o más reactores de desplazamiento de gas de agua. El uno o más reactores de desplazamiento de gas de agua pueden convertir el CO<2>e H<2>en CO y agua. El subsistema de síntesis de metanol puede producir una descarga gaseosa. La descarga gaseosa puede estar compuesta de metano, CO, CO<2>, H<2>o combinaciones de los mismos. La descarga gaseosa se inyecta en el subsistema de reformador de metano con vapor. La descarga gaseosa puede usarse como un combustible para calentar el subsistema de reformador de metano con vapor, o puede usarse como materia prima para el subsistema de reformador de metano con vapor, o ambos. El subsistema de síntesis de metanol también puede producir impurezas distintas del metanol. Al menos una parte del efluente del subsistema de síntesis de metanol se inyecta en un subsistema de recuperación de producto1712para producir una corriente de metanol1714. El subsistema de recuperación de producto puede incluir una o más columnas de destilación.
La fuente de oxígeno1703también se puede utilizar en un subsistema de reformador autotérmico (ATR) que convierte metano y oxígeno en CO e H<2>. El subsistema de ATR puede utilizar el efluente del subsistema de reformador de metano con vapor (SMR) como una fuente de metano, o puede utilizar una fuente separada de metano, o ambas.
Integración de procedimientos de OCM con procedimientos de metanol a olefinas (MTO)
El metanol a olefinas/metanol a propeno puede convertir el gas de síntesis (sintegas) en metanol y luego convertir el metanol en etileno y/o propeno. El procedimiento puede producir agua como subproducto. El gas de síntesis puede producirse a partir del reformado de gas natural o por reformado inducido por vapor de productos derivados del petróleo tales como la nafta, o por gasificación de carbón.
La aplicación de un procedimiento de MTO puede utilizar catalizadores de zeolitas ácidas. La conversión de metanol en olefinas sobre zeolitas ácidas puede tener lugar mediante una compleja red de reacciones químicas. La distribución de los productos y, por tanto, la "selectividad" puede depender, entre otros factores, de la temperatura. La selectividad puede ser una medida de la cantidad de un producto producido en relación con otros cuando existe la posibilidad de formar múltiples productos. La selectividad puede depender de la temperatura por la ley de Arrhenius para las diferentes constantes de velocidad.
En algunos casos, a temperaturas más bajas, el metanol reacciona para formar éter dimetílico (DME). A temperaturas más altas, se pueden producir los productos deseados (olefinas) y la selectividad por DME puede disminuir.
En algunos casos, el metanol se puede convertir en olefinas usando un procedimiento de metanol a olefinas (MTO). El procedimiento de OCM se puede integrar con un procedimiento de MTO para lograr ciertas sinergias. La eficiencia de carbono del procedimiento combinado puede ser mayor que la de cualquiera de los procedimientos individualmente. Por ejemplo, en el procedimiento combinado, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 85%, al menos aproximadamente 90%, al menos aproximadamente 95%, al menos aproximadamente 98%, al menos aproximadamente 99%, al menos aproximadamente 99,5%, o al menos aproximadamente 99,9% del carbono de materia prima se puede convertir en productos finales. En algunos casos, se puede utilizar una sola unidad de separación de aire (ASU) tanto para el procedimiento de metanol/MTO como para el procedimiento de OCM. En algunos casos, se puede utilizar un único tren de separaciones y/o purificación de olefinas tanto para el procedimiento de metanol/MTO como para el procedimiento de OCM. En algunos casos, se puede utilizar un único tren de servicios para los procedimientos de metanol/MTO y OCM (es decir, con una estrecha integración energética).
En algunas realizaciones, el procedimiento combinado de OCM y metanol/MTO puede compartir un tren de separaciones (p. ej., destilación criogénica). Debido a esta sinergia, el procedimiento combinado puede lograr una mayor capacidad esencialmente con el mismo equipo. En el MTO, el tren de gas de síntesis representa el área del procedimiento que requiere más capital. El reformado combinado se puede utilizar para lograr la composición de gas de síntesis ideal para la síntesis de metanol. En algunos casos, se necesita un reformado combinado para lograr una capacidad de metanol superior a 5.000 toneladas métricas por día (MTD) en un solo tren. En algunos casos, la tecnología de conversión de olefinas (OCT), que implica convertir C<4>+ en etileno y propileno, se puede utilizar para aumentar el rendimiento de carbono de las olefinas ligeras.
Refiriéndose a la FIG. 18, el gas natural1800y oxígeno1802se pueden alimentar a un reactor de OCM1804, opcionalmente con alimentación adicional de C<2>-C<4>1806.Parte del oxígeno también se puede alimentar en el procedimiento de metanol, p. ej., en el ATR o SMR1808.Un primer módulo de separación1810puede separar gases ligeros1812(que tienen, p. ej., CH<4>, CO e H<2>) de una corriente rica en etileno1814. El primer módulo de separación no necesita producir pureza o etileno enriquecido. En algunos casos, el primer módulo de separación incluye una PSA. El módulo de separaciones también puede producir una corriente de CO<2>1816, que se puede enviar al módulo de síntesis de MeOH1818.El MeOH luego se puede alimentar a una unidad de MTO1820para producir olefinas1822. Las olefinas del procedimiento de MTO1822y del procedimiento de OCM1814se pueden combinar y recuperar en un módulo de recuperación de olefinas1824. El módulo de recuperación de olefinas puede producir una corriente de producto de etileno1826, una corriente de producto de propileno1828, y gas combustible1830. En algunos casos, los productos C<4>+ se pueden enviar a una unidad de tecnología de conversión de olefinas1832para ser convertidos en etileno y propileno adicionales y, en algunos casos, un subproducto1834.
En otro aspecto, en el presente documento se proporciona un método para producir olefinas, que comprende: (a) dirigir metano (CH<4>) y oxígeno (O<2>) a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+ que incluyen olefinas, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>), y CH<4>sin reaccionar; (b) enriquecer el CO y/o el CO<2>de la corriente de producto para generar una corriente enriquecida en CO y/o CO<2>; (c) dirigir la corriente enriquecida en CO y/o CO<2>a un reactor de MeOH para producir MeOH; (d) dirigir al menos parte del MeOH a un reactor de metanol a olefinas (MTO) para producir una segunda corriente de olefinas; (e) enriquecer el CH<4>sin reaccionar de la corriente de producto para producir una corriente enriquecida en CH<4>; y (f) dirigir al menos una parte de la corriente enriquecida en CH<4>a un reformador de metano con vapor (SMR) que produce hidrógeno (H<2>) y CO y/o CO<2>. En algunas realizaciones, el método comprende además (g) recuperar olefinas de la corriente de producto y la segunda corriente de olefinas. En otro aspecto, en el presente documento se proporciona un sistema para producir olefinas, que comprende: (a) un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH<4>) y oxígeno (O<2>) y (ii) hace reaccionar el CH<4>y O<2>para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C<2>+ que incluyen olefinas, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>), y CH<4>sin reaccionar; (b) un reactor de MeOH que (i) recibe CO y/o CO<2>enriquecido a partir de la corriente de producto y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO<2>para producir MeOH; (c) un reactor de metanol a olefinas (MTO) que convierte al menos parte del MeOH en olefinas para producir una segunda corriente de olefinas; y (d) un reformador de metano con vapor (SMR) que (i) recibe CH<4>sin reaccionar enriquecido a partir de la corriente de producto y (ii) proporciona hidrógeno (H<2>) y al menos uno de monóxido de carbono (CO) y CO<2>al reactor de MeOH para producir MeOH. En algunas realizaciones, el sistema comprende además un módulo de separaciones que enriquece las olefinas de la corriente de producto y la segunda corriente de olefinas.
Procedimiento de acoplamiento oxidativo de metano
En un procedimiento de OCM, el metano (CH<4>) puede reaccionar con un agente oxidante sobre un lecho de catalizador para generar compuestos C<2>+. Por ejemplo, el metano puede reaccionar con oxígeno sobre un catalizador adecuado para generar etileno, p. ej., 2 CH<4>+O<2>^ C<2>H<4>+ 2 H<2>O (Véase, p. ej., Zhang, Q.,Journalof Natural Gas Chem.,12:81, 2003; Olah, G. "Hydrocarbon Chemistry", 2a Ed., John Wiley & Sons (2003)). Esta reacción puede ser exotérmica (AH = -280 kJ/mol) y ocurrir a temperaturas muy altas (p. ej., >450°C o >700°C). Las reacciones no selectivas que pueden ocurrir incluyen (a) CH<4>+2 O<2>^ CO<2>+ 2 H<2>O y (b) CH<4>+ 1/2 O<2>^ CO 2 H<2>. Estas reacciones no selectivas también pueden ser exotérmicas, con calores de reacción de -891 kJ/mol y -36 kJ/mol respectivamente. La conversión de metano en productos COx puede ser indeseable debido a preocupaciones tanto sobre el manejo del calor como sobre la eficiencia de carbono.
La evidencia experimental sugiere que puede estar implicada la química de radicales libres. (Lunsford,J. Chem. Soc, Chem. Comm.,1991; H. Lunsford,Angew. Chem., Int. Ed. Engl.,34:970, 1995). En la reacción, el metano (CH<4>) puede activarse en la superficie del catalizador, formando radicales metilo que luego se acoplan en la superficie o en fase gaseosa para formar etano (C<2>H<6>), seguido de deshidrogenación a etileno (C<2>H<4>). La vía de reacción de OCM puede tener un mecanismo heterogéneo/homogéneo, que implica química de radicales libres. La evidencia experimental ha demostrado que un sitio activo de oxígeno en el catalizador activa el metano, elimina un solo átomo de hidrógeno y crea un radical metilo. Los radicales metilo pueden reaccionar en la fase gaseosa para producir etano que puede deshidrogenarse oxidativa o no oxidativamente a etileno. Las principales reacciones en esta vía pueden ser las siguientes: (a) CH<4>+ O- ^ CH<3>* OH-; (b) 2 CH3*^ C<2>H<6>; (c) C<2>H<6>+ O- ^ C<2>H<4>+ H<2>O. En algunos casos, para mejorar el rendimiento de la reacción, se puede introducir etano aguas abajo del lecho de catalizador del OCM y deshidrogenarlo térmicamente mediante la siguiente reacción: C<2>H<6>^ C<2>H<4>+H<2>. Esta reacción es endotérmica (□H = 144 kJ/mol), la cual puede utilizar el calor de la reacción exotérmica producido durante la conversión del metano. La combinación de estas dos reacciones en un recipiente puede aumentar la eficiencia térmica y al mismo tiempo simplificar el procedimiento.
Los catalizadores para OCM pueden incluir, p. ej., diversas formas de óxido de hierro, V<2>O<5>, MoO3, Co3O4, Pt-Rh, Li/ZrO<2>, Ag-Au, Au/Co3O4, Co/Mn, CeO<2>, MgO, La2O3, Mn3O4, Na2WO4, MnO, ZnO y/o combinaciones de los mismos, sobre diversos soportes. Se pueden usar varios elementos dopantes en combinación con los catalizadores mencionados anteriormente.
Varias limitaciones del enfoque convencional para la activación del enlace C-H pueden limitar el rendimiento de la reacción de OCM en condiciones operativas prácticas. Por ejemplo, publicaciones de laboratorios industriales y académicos han mostrado un rendimiento característico de alta selectividad con baja conversión de metano, o baja selectividad con alta conversión (J.A. Labinger,Cat. Lett.,1:371, 1988). Limitado por este umbral de conversión/selectividad, ningún catalizador de OCM ha podido superar 20-25% de rendimiento de C<2>combinado (es decir, etano y etileno). Además, casi todos los rendimientos descritos requirieron temperaturas de entrada al reactor extremadamente altas (> 800°C). Los catalizadores y procedimientos adaptados para realizar la reacción de OCM a temperaturas, presiones y actividades catalíticas sustancialmente más practicables se han descrito en las publicaciones de patente de EE. UU. N.2 2012/0041246, 2013/0023709, 2013/0165728, 2013/0158322, 2014/0121433, 2014/0274671 y 2015/0314267.
Un reactor de OCM puede incluir un catalizador que facilite un procedimiento de OCM. El catalizador puede incluir un compuesto que incluye al menos uno de un metal alcalino, un metal alcalinotérreo, un metal de transición y un metal de tierras raras. El catalizador puede tener forma de panal, lecho empaquetado o lecho fluidizado. En algunas realizaciones, al menos una parte del catalizador de OCM en al menos una parte del reactor de OCM puede incluir uno o más catalizadores de OCM y/o composiciones, formas y formulaciones de catalizadores de OCM basadas en nanoestructuras. Ejemplos de reactores de OCM, separaciones para OCM y diseños de procedimientos de OCM se describen en las publicaciones de patente de E<e>. UU. N.° 2013/0225884, 2014/0107385, 2014/0012053 y 2015/0152025. Un reactor de OCM puede ser adiabático o sustancialmente adiabático (incluyendo, por ejemplo, una unidad de craqueo posterior al lecho). Un reactor de OCM puede ser isotérmico o sustancialmente isotérmico.
Con referencia a la FIG. 19, pueden entrar gas natural1900y etano1902en el procedimiento a través de un módulo (o unidad) de desulfuración1904,que puede fluir hacia un módulo de compresión de gas de proceso1906donde se puede eliminar el agua. El gas producto del OCM también se puede añadir al módulo de compresión de gas de proceso1906. Un módulo de limpieza de gases de proceso1908puede eliminar el dióxido de carbono (CO<2>), algunos o todos los cuales pueden llevarse a un módulo de metanación1910. Después de la limpieza, el gas de proceso puede fluir hacia un primer módulo de separación1912que elimina compuestos C<2>+ de la corriente de gas de proceso. El gas de proceso restante puede fluir hacia el módulo de metanación1910y/o un calentador de combustión (p. ej., para calentar las corrientes de gas del OCM entrantes1914). Los compuestos C<2>+ se pueden fraccionar en un segundo módulo de separaciones1916para producir etileno (C<2>H<4>)1918, compuestos C<3>1920, y compuestos C<4>+1922, por ejemplo. El segundo módulo de separaciones1916puede producir una corriente de etano (C<2>H<6>)1926que puede ser devuelta al reactor de OCM1928.En el reactor de OCM1928, el oxígeno1930puede reaccionar con metano del módulo de metanación1932.Los sistemas de límites del borde exterior (OSBL) pueden incluir un sistema de vapor, un sistema de agua de alimentación de caldera y un sistema de agua de refrigeración.
El reactor de OCM puede realizar la reacción de OCM y una reacción de craqueo posterior al lecho (PBC), como se describe en la publicación de patente de EE. UU. N.° 2015/0152025. Con referencia a la FIG. 20, el reactor de OCM2000puede tener una sección de reacción de OCM2002y una sección de PBC2004. Se puede inyectar metano2006(p. ej., de gas natural) y oxígeno2008(a través de un mezclador) en la región de reacción de OCM (que comprende un catalizador de OCM). La reacción de OCM puede ser exotérmica y el calor de la reacción puede usarse para craquear etano adicional2010que se puede inyectar en la región de PBC2004. En algunos casos, también se puede inyectar incluso más etano2012en la región de reacción de OCM2002y/o la alimentación de metano se complementa con etano u otro alcanos C<2>+ (p. ej., propano o butano). El reactor de OCM puede producir un efluente de OCM2014.
Las cantidades relativas de etano suplementario2010y2012pueden variarse para lograr una variedad de resultados de productos del sistema. En algunos casos, no se inyecta etano en la región de reacción del OCM2002(denominado en el presente documento Caso-1). Otro ejemplo presentado en el presente documento tiene 3,5% en moles de etano inyectado en la región de OCM (denominado en el presente documento Caso-2). Algunos resultados del diseño de procedimientos se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1: Ejemplos de diversas cantidades de etano en la alimentación de OCM
En algunos casos, una cantidad de hidrógeno (H<2>) que sale del reactor de OCM es relativamente mayor para los casos que tienen relativamente más inyección de etano (p. ej., 8% de H<2>para el Caso-1 y aproximadamente 10% de H<2>para el Caso-2). La cantidad de etano que se puede inyectar puede estar limitada por la temperatura deseada en la salida de la región de reacción de OCM2002o el reactor de OCM2014.
El metano se puede combinar con una corriente de reciclado de unidades de separación aguas abajo antes o durante la introducción en un reactor de OCM. En el reactor de OCM, el metano puede reaccionar catalíticamente con un agente oxidante para producir compuestos C<2>+. El agente oxidante puede ser oxígeno (O<2>), que puede proporcionarse mediante aire o aire enriquecido. El oxígeno se puede extraer del aire, por ejemplo, en una unidad criogénica de separación de aire.
Para llevar a cabo una reacción de OCM junto con algunos sistemas catalíticos, es posible que sea necesario llevar los gases que contienen metano y oxígeno a temperaturas de reacción apropiadas, p. ej., superiores a 450°C para algunos procedimientos catalíticos de OCM, antes de introducirlos en el catalizador, con el fin de permitir el inicio de la reacción de OCM. Una vez que esa reacción comienza o se "enciende", entonces el calor de la reacción puede ser suficiente para mantener la temperatura del reactor en niveles apropiados. Alternativa o adicionalmente, estos procedimientos pueden operar a una presión superior a la presión atmosférica, tal como en el intervalo de aproximadamente 1 a 30 bares (absolutos).
Una vez formados, los compuestos C<2>+ pueden someterse a procesamiento adicional para generar uno o más productos químicos deseados o predeterminados de otro modo. En algunas situaciones, los componentes alcanos de los compuestos C<2>se someten a craqueo en un reactor de OCM o en un reactor aguas abajo del reactor de OCM para producir otros compuestos, tales como alquenos (u olefinas). Véase, p. ej. la publicación de patente de EE. UU. N.° 2015/0152025.
El efluente del OCM se puede enfriar después de que haya tenido lugar la conversión en etileno. El enfriamiento puede tener lugar dentro de una parte del reactor de OCM y/o aguas abajo del reactor de OCM (p. ej., usando al menos aproximadamente 1,2, 3, 4, 5 o más intercambiadores de calor). En algunos casos, un intercambiador de calor es un generador de vapor de recuperación de calor (HRSG), tal como el aparato descrito en el presente documento. Enfriar el efluente de OCM de forma adecuadamente rápida y a una temperatura adecuadamente baja puede evitar que se produzcan reacciones indeseables con el efluente del OCM, incluyendo, pero no limitadas a, la formación de coque u otros subproductos.
En algunas realizaciones, el efluente de OCM se enfría a una temperatura objetivo menor o igual a aproximadamente 700°C, 650°C, 600°C, 550°C, 500°C, 450°C, 400°C, 350°C, 300°C,°C, 200°C o menos. En algunos casos, el efluente del OCM se enfría a la temperatura objetivo menos de o igual a aproximadamente 1 segundo, 900 milisegundos (ms), 800 ms, 700 ms, 600 ms, 500 ms, 400 ms, 300 ms, 200 ms, 100 ms, 80 ms, 60 ms, 40 ms, 20 ms, o menos de la producción de la concentración deseada o predeterminada de otro modo de un compuesto (p. ej., etileno) en la reacción de OCM.
En algunas situaciones, un sistema de OCM genera etileno que puede someterse a un procesamiento adicional para producir diferentes hidrocarburos con la ayuda de uno o más procedimientos (o sistemas) de conversión. Tal procedimiento puede ser parte de un flujo de procedimiento de etileno a líquidos (ETL) que comprende uno o más reactores de OCM, unidades de separación y uno o más procedimientos de conversión para generar hidrocarburos de mayor peso molecular. Los procedimientos de conversión se pueden integrar de una manera conmutable o seleccionable en donde al menos una parte o todo el producto que contiene etileno se puede dirigir selectivamente a al menos aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más rutas de procedimiento diferentes para producir otros tantos productos de hidrocarburos diferentes. Se proporciona un ejemplo de OCM y ETL (colectivamente "OCM-ETL" en el presente documento) en la publicación de patente de EE. UU. N.° 2014/0171707.
Un aspecto de la presente descripción proporciona procedimientos de OCM que están configurados para generar olefinas (o alquenos), tales como etileno, propileno (o propeno), butilenos (o butenos), etc. Un procedimiento de OCM puede ser un procedimiento independiente o puede estar integrado en un procedimiento que no sea de OCM, tal como un sistema de procesamiento de gas(es) natural(es) licuado(s) (NGL o los NGL) o gas.
Ahora se hará referencia a las figuras, en donde números iguales se refieren a partes iguales en todas partes. Se apreciará que las figuras y características en las mismas no están necesariamente dibujadas a escala. En las figuras, la dirección del flujo de fluido entre unidades se indica mediante flechas. El fluido se puede dirigir de una unidad a otra con la ayuda de válvulas y un sistema de flujo de fluido. En algunos ejemplos, un sistema de flujo de fluido puede incluir compresores y/o bombas, así como un sistema de control para regular el flujo de fluido, como se describe en otra parte del presente documento.
En algunos casos, el equipo del procedimiento está dimensionado para acomodar un intervalo de cantidades de etano adicional de manera que el procedimiento sea flexible. Por ejemplo, se puede inyectar más etano en el procedimiento cuando el precio del etano es relativamente barato en comparación con el precio del gas natural (p. ej., distribución de equipos de fractura baja).
El etano se puede mezclar con el gas natural y reciclar a la unidad de OCM. El etano puede ir directamente al reactor de OCM, opcionalmente a través de un módulo de desulfuración separado. La inyección de etano a través de un módulo de desulfuración separado puede reducir la carga en el bucle de reciclado del procedimiento y/o dar capacidad de producción adicional manteniendo la misma tasa de recirculación. El gas de purga del procedimiento se puede utilizar como gas combustible para el calentador de combustión o como gas de venta.
La concentración de etano en la alimentación al reactor de OCM puede ser cualquier valor adecuado, que incluye mayor que o igual a aproximadamente 0,0% en moles, 0,25% en moles, 0,5% en moles, 0,75% en moles, 1,0% en moles, 1,25% en moles, 1,5% en moles.%, 1,75% en moles, a2,0% en moles, 2,25% en moles, 2,5% en moles, 2,75% en moles, 3,0% en moles, 3,25% en moles, 3,5% en moles, 3,75% en moles, 4,0% en moles, 4,25% en moles, 4,5% en moles, 4,75% en moles, 5,0% en moles, 0,25% en moles, 5,5% en moles, 5,75% en moles, 6,0% en moles, 7,0% en moles, 8,0% en moles, 9,0% en moles, 10,0% en moles o más. En algunos casos, la concentración de etano en la alimentación al reactor de OCM es menor que o igual a aproximadamente 25% en moles, 20% en moles, 15% en moles, 10% en moles, 9% en moles, 8% en moles, 7% en moles, 6% en moles, 5% en moles, 4% en moles, 3% en moles, 2% en moles, 1% en moles, 0,8% en moles, 0,6% en moles, 0,4% en moles, 0,2% en moles, 0,1% en moles o menos. En algunos casos, la concentración de etano en la alimentación al reactor de OCM está entre cualquiera de los dos valores descritos anteriormente, por ejemplo, entre aproximadamente 0,01% en moles y aproximadamente 5% en moles.
Los sistemas y métodos de la presente descripción pueden ser eficientes en carbono y/o energéticamente eficientes. En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción tienen una eficiencia de carbono de al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 55%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 65%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 75%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 85%, al menos aproximadamente 90%, o más. En algunos casos, un sistema de la presente descripción o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que entran al sistema de al menos aproximadamente 0,40, al menos aproximadamente 0,50, al menos aproximadamente 0,55, al menos aproximadamente 0,60, al menos aproximadamente 0,65, al menos aproximadamente 0,70, al menos aproximadamente 0,75, al menos aproximadamente 0,80, al menos aproximadamente 0,85, al menos aproximadamente 0,90, al menos aproximadamente 0,95 o más.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción tienen una eficiencia de carbono de entre aproximadamente 50% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 55% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 60% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 80%, o entre aproximadamente 70% y aproximadamente 80%. En algunos casos, un sistema de la presente descripción o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que entran al sistema de entre aproximadamente 0,50 y aproximadamente 0,85, entre aproximadamente 0,55 y aproximadamente 0,80, entre aproximadamente 0,60 y aproximadamente 0,80, entre aproximadamente 0,65 y aproximadamente 0,85, entre aproximadamente 0,65 y aproximadamente 0,80, o entre aproximadamente 0,70 y aproximadamente 0,80.
En algunos casos, los sistemas y métodos combinan la reacción de OCM, craqueo posterior al lecho (PBC), separaciones y reacciones de metanación. Las separaciones pueden incluir oligomerización de etileno a compuestos C<3>+, que se separan más fácilmente como se describe en la publicación de patente PCT N.° WO/2015/105911. Se pueden encontrar detalles adicionales del reactor de OCM y el diseño del procedimiento en las publicaciones de patentes PCT N.2 WO/2015/081122 y WO/2015/106023.
En un aspecto, en el presente documento se proporciona un método para realizar el acoplamiento oxidativo de metano (OCM). El método puede comprender (a) hacer reaccionar oxígeno (O<2>) con metano (CH<4>) para formar calor, etileno (C<2>H<4>) y opcionalmente etano (C<2>H<6>), hidrógeno (H<2>), monóxido de carbono (CO) o dióxido de carbono (CO<2>); (b) hacer reaccionar el calor producido en (a) con etano (C<2>H<6>) para formar etileno (C<2>H<4>) e hidrógeno (H<2>); (c) realizar al menos uno de (i) enriquecer el etileno (C<2>H<4>) producido en (a) y (b) o (ii) oligomerizar el etileno (C<2>H<4>) producido en (a) y (b) para producir compuestos C<3>+ y enriquecer los compuestos C<3>+; y (d) hacer reaccionar el hidrógeno (H<2>) producido en (a) y (b) con monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>) para formar metano (CH<4>).
En otro aspecto, en el presente documento se proporciona un sistema para realizar el acoplamiento oxidativo de metano (OCM). El sistema puede comprender un reactor de OCM que permite que el oxígeno (O<2>) y metano (CH<4>) reaccionen en un procedimiento de OCM para formar calor, etileno (C<2>H<4>) y opcionalmente etano (C<2>H<6>), hidrógeno (H<2>), monóxido de carbono (CO) o dióxido de carbono (CO<2>). El sistema puede comprender además un recipiente de craqueo en comunicación fluida con el reactor de OCM, cuyo recipiente de craqueo puede utilizar el calor producido en el reactor de OCM para convertir etano (C<2>H<6>) en etileno (C<2>H<4>) e hidrógeno (H<2>). El sistema puede comprender además un módulo de separaciones en comunicación fluida con el recipiente de craqueo. El módulo de separaciones puede (i) enriquecer el etileno (C<2>H<4>) producido en el reactor de OCM y el recipiente de craqueo o (ii) oligomerizar el etileno (C<2>H<4>) producido en el reactor de OCM y el recipiente de craqueo para producir compuestos C<3>+ y enriquecer los compuestos C<3>+. El sistema puede comprender además un reactor de metanación en comunicación fluida con el módulo de separaciones. El reactor de metanación puede permitir que el hidrógeno (H<2>) producido en el reactor de OCM y el recipiente de craqueo reaccione con monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>) para formar metano (CH<4>).
En algunos casos, el etano (C<2>H<6>) que se craquea en el recipiente de craqueo se produce en el reactor de OCM. En algunos casos, al menos parte del etano (C<2>H<6>) que se craquea es además del etano (C<2>H<6>) que se produjo en el reactor de OCM. En algunos casos, el reactor de OCM produce etano (C<2>H<6>), hidrógeno (H<2>), monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO<2>). En algunos casos, el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO<2>) producidos en el reactor de OCM son metanizados. El módulo de separaciones puede separar etileno (C<2>H<4>) o compuestos C<3>+ de metano (CH<4>), etano (C<2>H<6>), hidrógeno (H<2>), monóxido de carbono (CO) o dióxido de carbono (CO<2>). En algunos casos, el recipiente de craqueo es una parte del reactor de OCM.
El metano formado en el reactor de metanación se puede devolver al reactor de OCM o vender como gas de venta. En algunas realizaciones, el reactor de OCM tiene un catalizador de OCM. En algunas realizaciones, el reactor de metanación tiene un catalizador de metanación. En algunas realizaciones, el módulo de separaciones comprende un reactor de etileno a líquidos (ETL) que comprende un catalizador de oligomerización. Al menos parte del calor producido en el reactor de OCM se puede convertir en energía.
En otro aspecto, en el presente documento se describe un método para producir compuestos C<2>+ a partir de metano (CH<4>). El método puede comprender: (a) realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que convierte el metano (CH<4>) y oxígeno (O<2>) en etileno (C<2>H<4>) y opcionalmente etano (C<2>H<6>); (b) opcionalmente oligomerizar el etileno (C<2>H<4>) para producir compuestos C<3>+; y (c) aislar los compuestos C<2>+, en donde los compuestos C<2>+ pueden comprender el etileno (C<2>H<4>), el etano (C<2>H<6>) y/o los compuestos C<3>+. En algunos casos, el método tiene una eficiencia de carbono de al menos aproximadamente 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% o más. En algunos casos, los compuestos C<2>+ aislados no son puros. En algunos casos, los compuestos C<2>+ aislado comprenden metano, CO, H<2>, CO<2>y/o agua.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción consumen menos o igual a aproximadamente 158,3, 147,7, 137,2, 126,6, 116,1, 105,5, 100,2, 95,0, 89,7, 84,4, 79,1, 73,9, 68,6, 63,3, 58,0, 52,8 o menos millones de kilojulios (150, 140, 130, 120, 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55 o 50, o menos millones de unidades térmicas británicas) (MMBtu) de energía por tonelada de etileno (C<2>H<4>) o compuestos C<3>+ enriquecidos (1 Btu equivale a 1055 J).
En algunos casos, la cantidad de energía consumida por el sistema incluye el contenido de energía de la materia prima utilizada para producir etileno (C<2>H<4>) o compuestos C<3>+.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción han consumido entre aproximadamente 68,6 (65) y aproximadamente 105,5 (100), entre aproximadamente 73,9 (70) y aproximadamente 116,1 (110), entre aproximadamente 79,1 (75) y aproximadamente 126,6 (120), entre aproximadamente 89,7 (85) y aproximadamente 137,2 (130), entre aproximadamente 42,2 (40) y aproximadamente 84,4 (80), o entre aproximadamente 52,8 (50) y aproximadamente 84,4 (80) millones de kJ (MMBtu) (1 Btu equivale a 1055 J) de energía por tonelada de etileno (C<2>H<4>) o compuestos C<3>+ enriquecidos. En algunos casos, la cantidad de energía consumida por el sistema incluye el contenido de energía de la materia prima utilizada para producir etileno (C<2>H<4>) o compuestos C<3>+.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción tienen un consumo específico de oxígeno mayor o igual a aproximadamente 1,2, aproximadamente 1,3, aproximadamente 1,4, aproximadamente 1,5, aproximadamente 1,6, aproximadamente 1,7, aproximadamente 1,8, aproximadamente 1,9, aproximadamente 2,0. aproximadamente 2,1, aproximadamente 2,2, aproximadamente 2,3, aproximadamente 2,4, aproximadamente 2,5, aproximadamente 2,6, aproximadamente 2,7, aproximadamente 2,8, aproximadamente 2,9, aproximadamente 3, aproximadamente 3,2, aproximadamente 3,4, aproximadamente 3,6, aproximadamente 3,8, aproximadamente 4,0 o más.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción tienen un consumo específico de oxígeno de entre aproximadamente 1,2 y aproximadamente 2,7, entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 2,5, entre aproximadamente 1,7 y aproximadamente 2,3 o entre aproximadamente 1,9 y aproximadamente 2,1.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción tienen una emisión específica de CO<2>mayor o igual a aproximadamente 0,5, aproximadamente 0,6, aproximadamente 0,7, aproximadamente 0,8, aproximadamente 0,9, aproximadamente 1,0, aproximadamente 1,1, aproximadamente 1,2, aproximadamente 1,3, aproximadamente 1.4, aproximadamente 1,5, aproximadamente 1,6, aproximadamente 2,0, aproximadamente 2,2, aproximadamente 2.4, aproximadamente 2,6, aproximadamente 2,8, aproximadamente 3,0, aproximadamente 3,2, aproximadamente 3.4, aproximadamente 3,6 o más.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción tienen una emisión específica de CO<2>de entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 1,7, entre aproximadamente 0,7 y aproximadamente 1,4, entre aproximadamente 0,8 y aproximadamente 1,3 o entre aproximadamente 0,9 y aproximadamente 1,1.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción producen productos C<2>+, y los productos C<2>+ comprenden al menos aproximadamente 1%, 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5%, 15%, 17,5%, 20% (% en peso o % en moles) o más hidrocarburos C<3>+.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente descripción producen productos C<2>y productos C<3>+ y una relación molar de los productos C<2>a los productos C<3>+ es al menos o igual a aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 o más. En algunos casos, la relación molar de los productos C<2>a los productos C<3>+ es menor que o igual a aproximadamente 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 8, 6, 4, 2 o menos. En algunos casos, la relación molar de los productos C<2>a los productos C<3>+ está entre cualquiera de los dos valores descritos anteriormente, por ejemplo, de aproximadamente 5 a aproximadamente 20.
En otro aspecto, en el presente documento se proporciona un método para producir compuestos C<2>+ a partir de metano (CH<4>), comprendiendo el método: (a) realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que puede convertir metano (CH<4>) y oxígeno (O<2>) en etileno (C<2>H<4>) y opcionalmente etano (C<2>H<6>); (b) opcionalmente oligomerizar el etileno (C<2>H<6>) para producir compuestos C<3>+; y (c) aislar los compuestos C<2>+, en donde los compuestos C<2>+ pueden comprender el etileno (C<2>H<4>), el etano (C<2>H<6>) y/o los compuestos C<3>+. En algunos casos, la cantidad de energía consumida por el sistema incluye el contenido de energía de la materia prima utilizada para producir los compuestos C<2>+ aislados. En algunos casos, los compuestos C<2>+ aislados no son puros. En algunos casos, los compuestos C<2>+ aislados comprenden metano, CO, H<2>, CO<2>y/o agua.
En algunos casos, el método consume menos de o igual a aproximadamente 158,3, 147,7, 137,2, 126,6, 116,1, 105,5, 100,2, 95,0, 89,7, 84,4, 79,1,73,9, 68,6, 63,3, 58,0, 52,8 o menos millones de kilojulios (150, 140, 130, 120, 110, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50 o menos MMBtu) de energía por tonelada de compuestos C<2>+ aislados. En algunos casos, el método consume más de o igual a aproximadamente 21,1, 31,7, 42,2, 52,8, 63,3, 73,9, 84,4, 95,0, 105,5 o más millones de kJ (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 o más MMBtu) de energía por tonelada de compuestos C<2>+ aislados (1 Btu equivale a 1055 J). En algunos casos, el método consume entre aproximadamente 68,6 (65) y aproximadamente 105,5 (100), entre aproximadamente 73,9 (70) y aproximadamente 116,1 (110), entre aproximadamente 79,1 (75) y aproximadamente 126,6 (120), entre aproximadamente 89,7 (85) y aproximadamente 137,2 (130), entre aproximadamente 42,2 (40) y aproximadamente 84,4 (80), o entre aproximadamente 52,8 (50) y aproximadamente 84,4 (80) millones de kJ (MMBtu) de energía por tonelada de compuestos C<2>+ aislados (1 Btu equivale a 1055 J).
En otro aspecto, en el presente documento se proporciona un método para producir compuestos C<2>+ a partir de metano (CH<4>). El método puede comprender realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) usando un catalizador de OCM. La reacción de OCM se puede realizar en un conjunto de condiciones de reacción para convertir una cantidad de metano (CH<4>) en etileno (C<2>H<4>) con una eficiencia de carbono. El catalizador de OCM puede tener una selectividad de C<2>+ en el conjunto de condiciones de reacción que es menor que la eficiencia de carbono en el conjunto de condiciones de reacción. El conjunto de condiciones de reacción puede incluir una temperatura, una presión, una relación de metano a oxígeno y una velocidad espacial por hora del gas (GHSV).
En otro aspecto, en el presente documento se proporciona un método para producir compuestos C<2>+ a partir de metano (CH<4>). El método puede comprender (a) realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) usando un catalizador de OCM en un conjunto de condiciones de reacción para convertir una cantidad de metano (CH<4>) en etileno (C<2>H<4>) y etano (C<2>H<6>); y (b) craquear el etano (C<2>H<6>) para producir etileno (C<2>H<4>) adicional. La eficiencia de carbono combinada de (a) y (b) puede ser mayor que la selectividad de C<2>+ del catalizador de OCM en el conjunto de condiciones de reacción. El conjunto de condiciones de reacción puede incluir una temperatura, una presión, una relación de metano a oxígeno y una velocidad espacial por hora del gas (GHSV).
En algunos casos, la selectividad de C<2>+ es menor o igual a aproximadamente 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30% o menos. En algunos casos, la selectividad de C<2>+ es mayor o igual a aproximadamente 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% o más. En algunos casos, la selectividad de C<2>+ está entre cualquiera de los dos valores descritos en el presente documento, por ejemplo, de aproximadamente 25% a aproximadamente 50%.
En otro aspecto, en el presente documento se proporciona un método para producir compuestos C<2>+. El método puede comprender a) proporcionar una primera materia prima que comprende metano (CH<4>) y opcionalmente una primera cantidad de etano (C<2>H<6>); (b) realizar una reacción de OCM en la primera materia prima para producir un producto de OCM que comprende una primera cantidad de etileno (C<2>H<4>); (c) combinar el producto de OCM con una segunda materia prima que comprende una segunda cantidad de etano (C<2>H<6>) para producir una tercera materia prima; y (d) craquear la tercera materia prima para producir una segunda cantidad de etileno (C<2>H<4>). En algunos casos, la segunda cantidad de etileno incluye etileno producido en (b) y (d).
En algunos casos, la fracción de la segunda cantidad de etileno (C<2>H<4>) que se deriva de la primera o segunda cantidad de etano (C<2>H<6>) es al menos aproximadamente 1%, al menos aproximadamente 3%, al menos aproximadamente 5%, al menos aproximadamente 7%, al menos aproximadamente 10%, al menos aproximadamente 15%, al menos aproximadamente 20%, al menos aproximadamente 25%, al menos aproximadamente 30%, al menos aproximadamente 35%, al menos aproximadamente 40%, al menos aproximadamente 45%, al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 55%, o más.
En algunos casos, los moles combinados de la primera cantidad y la segunda cantidad de etano (C<2>H<6>) dividido por los moles combinados de la primera materia prima y la segunda materia prima es mayor que o igual a aproximadamente 1%, 3%, 5%, 7%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% o más. En algunos casos, los moles combinados de la primera cantidad y la segunda cantidad de etano (C<2>H<6>) dividido por los moles combinados de la primera materia prima y la segunda materia prima es menor que o igual a aproximadamente 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% o menos.
En algunos casos, los moles combinados de la primera cantidad y la segunda cantidad de etano (C<2>H<6>) dividido por los moles combinados de la primera materia prima y la segunda materia prima está entre aproximadamente 1% y aproximadamente 50%, entre aproximadamente 1% y aproximadamente 40%, entre aproximadamente 1% y aproximadamente 30%, entre aproximadamente 1% y aproximadamente 20%, entre aproximadamente 1% y aproximadamente 15%, entre aproximadamente 1% y aproximadamente 10%, o entre aproximadamente 10% y aproximadamente 50%.
En algunos casos, la primera materia prima es gas natural. En algunos casos, la primera materia prima es gas natural suplementado con la primera cantidad de etano (C<2>H<6>). En algunos casos, la primera materia prima es gas natural que ha pasado a través de un sistema de separaciones para eliminar sustancialmente los hidrocarburos distintos del metano.
En algunos casos, el porcentaje molar de etano (C<2>H<6>) en el metano (CH<4>) en la primera materia prima es mayor o igual a aproximadamente 1%, 3%, 5%, 7%, 10%, 15%, 20% o más.
En algunos casos, parte o la totalidad de una corriente de alimentación que contiene metano (p. ej., gas natural) se puede procesar en un sistema de separación antes de dirigirla a un reactor de OCM. Dirigir una corriente de alimentación que contiene metano a un reactor de OCM a través de un sistema o subsistema de separación en lugar de directamente a un reactor de OCM puede proporcionar ventajas, que incluyen, pero no se limitan a, aumentar la eficiencia de carbono del procedimiento, optimizar el procedimiento de OCM para el procesamiento de metano y optimizar el procedimiento de craqueo posterior al lecho (PBC) para el procesamiento de etano. Dicha configuración puede dar como resultado un mayor tamaño de etapa final para el sistema. En algunos casos (p. ej., cuando se utiliza gas natural por tubería de alta presión como materia prima, alta relación de reciclado), el aumento del tamaño de etapa final se puede reducir o moderar. El sistema o subsistema de separación puede comprender una variedad de operaciones que incluyen cualquiera comentada en la presente descripción, tal como eliminación de CO<2>mediante un sistema de aminas, lavado cáustico, secadores, desmetanizadores, desetanizadores y divisores de C<2>. En algunos casos, todo el metano y el etano en la corriente de alimentación que contiene metano (p. ej., gas natural) pasa a través de un sistema de separaciones o subsistema de separaciones antes de pasar a través de un reactor de OCM. Parte o todo el etano de la corriente de alimentación puede dirigirse desde el sistema o subsistema de separación a la entrada de un reactor de OCM o a una unidad de craqueo posterior al lecho (PBC).
En algunas configuraciones, un sistema de OCM se puede operar en un ciclo, donde al menos algunos de los productos de una unidad o subsistema se procesan o se hacen reaccionar en la siguiente unidad o subsistema. Por ejemplo, se puede proporcionar alimentación de oxígeno (O<2>) y metano (CH<4>) a un reactor de OCM, que produce una corriente de producto de OCM que comprende etano (C<2>H<6>), etileno (C<2>H<4>), monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO<2>), y calor. La corriente de producto del OCM puede entonces alimentarse a un subsistema de conversión de etano (p. ej., un recipiente de craqueo o un craqueador de etano) en comunicación fluida con el reactor de OCM. El subsistema de conversión de etano también puede recibir una corriente de C<2>H<6>adicional. El subsistema de conversión de etano puede convertir el C<2>H<6>(p. ej., C<2>H<6>de craqueo a C<2>H<4>) con la ayuda del calor liberado por la reacción de OCM. El calor también se puede utilizar para el craqueo del C<2>H<6>en la corriente de C<2>H<6>adicional. Una corriente de producto de C<2>H<4>luego puede dirigirse desde el subsistema de conversión de etano a un módulo de separaciones en comunicación fluida con el subsistema de conversión de etano. El módulo de separaciones puede enriquecer productos tales como el C<2>H<4>en la corriente de producto. El módulo de separaciones también puede oligomerizar el C<2>H<4>para formar compuestos que comprenden tres o más átomos de carbono (compuestos C<3>+). Se puede recuperar una corriente de productos enriquecida en C<2>H<4>y/o compuestos C<3>+ del módulo de separaciones. Se puede recuperar una corriente de compuestos ligeros que comprende componentes tales como hidrógeno (H<2>) (p. ej., hidrógeno generado a partir del craqueo de C<2>H<6>) y CO y/o CO<2>del módulo de separaciones y dirigir a un reactor de metanación en comunicación fluida con el módulo de separaciones. El reactor de metanación puede hacer reaccionar H<2>con CO y/o CO<2>para formar una corriente metanizada que comprende CH<4>. Luego, la corriente metanizada se puede dirigir al reactor de OCM para proporcionar metano adicional para el procedimiento de OCM. En algunos casos, la energía generada en la sección de conversión de metano en forma de vapor a alta presión, vapor a alta temperatura, calor, electricidad, calor transferido a través de un intercambiador de calor gas-gas, calor transferido a través de un intercambiador de calor gas-líquido u otras formas, puede utilizarse para proporcionar toda la energía y potencia necesarias para hacer funcionar toda la planta o sistema.
En algunos casos, un sistema o procedimiento cíclico puede operar con una eficiencia de carbono tal como las analizadas en esta descripción. Por ejemplo, dicho sistema o procedimiento puede operar con una eficiencia de carbono mayor o igual a aproximadamente 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% o más. En algunos casos, dicho sistema o procedimiento puede operar con una eficiencia de carbono de entre aproximadamente 50% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 55% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 60% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 80%, o entre aproximadamente 70% y aproximadamente 80%.
En algunos casos, dicho sistema o procedimiento (o método) puede operar de manera que una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que entran al sistema es mayor que o igual a aproximadamente 0,50, 0,55, 0,60, 0,65, 0,70, 0,75, 0,80, 0,85, 0,90 o más. En algunos casos, dicho sistema o procedimiento puede operar de manera que una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que entran al sistema es entre aproximadamente 0,50 y aproximadamente 0,85, entre aproximadamente 0,55 y aproximadamente 0,80, entre aproximadamente 0,60 y aproximadamente 0,80, entre aproximadamente 0,65 y aproximadamente 0,85, entre aproximadamente 0,65 y aproximadamente 0,80, o entre aproximadamente 0,70 y aproximadamente 0,80.
Un procedimiento de ejemplo puede comprender una unidad de OCM, un compresor de gas de proceso, una unidad de limpieza de gas de proceso, una unidad de separaciones criogénicas, una unidad de fraccionamiento, una unidad de metanación y una unidad de eliminación de azufre. Se puede alimentar una corriente de oxígeno en la unidad de OCM, junto con una corriente de reciclado de C<1>de la unidad de metanación y una corriente de reciclado de C<2>de la unidad de fraccionamiento. Se puede alimentar una corriente de gas natural y una corriente de etano en la unidad de eliminación de azufre. La salida de la unidad de OCM y la unidad de eliminación de azufre se puede dirigir al compresor de gas de proceso y luego a la unidad de limpieza de gas de proceso, que elimina una corriente de CO<2>. La corriente de producto restante se puede dirigir a la unidad de separaciones criogénicas, donde los componentes ligeros, que incluyen H<2>y CO o CO<2>se pueden dirigir a la unidad de metanación, y la corriente de producto restante, que incluye etileno y otros compuestos C<2>+, se puede dirigir a la unidad de fraccionamiento. La unidad de fraccionamiento puede configurarse para separar una corriente de etileno y una corriente de compuestos C<3>+ que comprende compuestos C<3>, compuestos C<4>y compuestos C<5>+, así como el reciclado de C<2>que se puede dirigir de regreso a la unidad de OCM. La unidad de metanación puede convertir los componentes ligeros en metano, una primera parte del cual puede reciclarse a la unidad de OCM y una segunda parte puede salir como gas de venta. Los caudales operativos para las corrientes de entrada pueden ser los siguientes: 20,3 MT/h de oxígeno, 16,0 MT/h de gas natural y 2,9 MT/h de etano. Los caudales operativos para las corrientes de salida pueden ser los siguientes: 9,0 MT/h de etileno, 1,4 MT/h de compuestos C<3>+, 4,3 TM/h de gas de venta y 8,2 TM/h de CO<2>. El contenido de carbono correspondiente de las corrientes de entrada puede ser 972 kmol/h de carbono en la corriente de gas natural y 194 kmol/h de carbono en la corriente de etano. El contenido de carbono correspondiente de las corrientes de salida puede ser 642 kmol/h de carbono en la corriente de etileno, 96 kmol/h de carbono en la corriente de compuestos C<3>+, 247 kmol/h de carbono en la corriente de gas de venta y 181 kmol/h de carbono en la corriente de CO<2>. La cantidad de carbono que entra al sistema puede ser 1166 kmol/h, y la cantidad de carbono que sale del sistema en productos de hidrocarburos (p. ej., excluyendo CO<2>) es 985 kmol/h, para una eficiencia de carbono resultante de 84,5%.
El calor de reacción (p. ej., calor de reacción de OCM) se puede usar para suministrar parte, la mayor parte o toda la energía utilizada para operar sistemas y realizar procedimientos de la presente descripción. En algunos ejemplos, se puede usar calor de reacción para suministrar más de o igual a aproximadamente 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% o 100% de la energía para los sistemas operativos y la realización de procedimientos de la presente descripción. Por ejemplo, el calor de reacción se puede utilizar para suministrar al menos aproximadamente 80% o 90% de toda la energía para los sistemas o procedimientos operativos de la presente descripción. Esto puede proporcionar un sistema eficiente, sustancialmente autónomo, con una entrada de energía externa reducida o incluso mínima.
Integración del OCM con un FCC
Los sistemas y métodos descritos en el presente documento se pueden implementar en varios escenarios, incluido el uso de materias primas de refinerías (p. ej., descarga gaseosa de FCC).
Las Figs. 21A-21C muestra un sistema de refinería que comprende una unidad de craqueo catalítico fluido (FCC)2101y una unidad de separaciones2130.La unidad de FCC puede comprender un reactor de FCC2102,y en algunos casos una unidad de regeneración de catalizador2114, como se muestra por ejemplo en la FIG. 21A. En el reactor de FCC, una corriente de alimentación de hidrocarburos (p. ej., petróleo crudo) se puede poner en contacto con un catalizador de craqueo regenerado que entra desde una bajante de catalizador regenerado2104. La corriente de alimentación de hidrocarburos puede ponerse en contacto con el catalizador en un tubo ascendente, que puede extenderse hasta el fondo de un recipiente del reactor. La alimentación y el catalizador se pueden fluidizar, por ejemplo mediante gas procedente de una línea de fluidización2107.
En algunos casos, el calor del catalizador vaporiza la alimentación de hidrocarburos, que luego se craquea en presencia del catalizador para producir productos de hidrocarburos de peso molecular más ligero a medida que el catalizador y la alimentación de hidrocarburos se transfieren hacia arriba por el tubo ascendente al recipiente del reactor. Pueden ocurrir reacciones secundarias en el tubo ascendente, depositando coque sobre el catalizador y reduciendo la actividad del catalizador.
Los productos de hidrocarburos ligeros luego se pueden separar del catalizador coquizado, por ejemplo usando separadores ciclónicos. Los separadores ciclónicos pueden incluir un separador primario y una, dos o más etapas de ciclones en el recipiente del reactor. Después de la separación del catalizador, los productos gaseosos de hidrocarburos ligeros craqueados salen del recipiente del reactor a través de una salida de producto por una corriente2111y son transportados aguas abajo a la unidad de separaciones2130,como se muestra en la FIG. 21B.
El catalizador gastado o coquizado se puede regenerar para su uso posterior. Por ejemplo, el catalizador de craqueo coquizado, después de la separación de los productos de hidrocarburos gaseosos, puede enviarse a una sección de extracción(stripping),donde se inyecta vapor (p. ej., a través de un inyector) para purgar el vapor de hidrocarburo residual. Después de la operación de extracción, el catalizador coquizado se puede transportar a la unidad de regeneración del catalizador2114a través de una bajante de catalizador gastado2113.La unidad de regeneración de catalizador puede comprender una cámara de combustión u otros tipos de regeneradores. En la unidad de regeneración de catalizador, se puede introducir una corriente de gas que contiene oxígeno, tal como aire, a través de un distribuidor de aire para poner en contacto con el catalizador coquizado, quemando así el coque del catalizador coquizado para producir catalizador regenerado y gas de combustión. El procedimiento de regeneración del catalizador puede añadir calor al catalizador, lo que puede proporcionar energía para las reacciones de craqueo endotérmico.
El catalizador y el aire pueden fluir juntos hacia arriba por un tubo ascendente de la cámara de combustión ubicado dentro del regenerador del catalizador. Después de la regeneración, el catalizador y el aire pueden separarse inicialmente mediante descarga a través de un desacoplador. Se puede lograr una recuperación adicional del catalizador regenerado y de los gases de combustión que salen del desacoplador utilizando ciclones separadores de primera y segunda etapa dentro de la unidad de regeneración del catalizador. El catalizador separado de los gases de combustión se puede dispensar a través de losdiplegsde los ciclones separadores de primera y segunda etapa. El catalizador regenerado se puede llevar de vuelta al tubo ascendente a través de la bajante del catalizador regenerado. Los gases de combustión, relativamente más ligeros en catalizador, pueden salir secuencialmente de los ciclones y del recipiente regenerador a través de una salida de gases de combustión por la corriente de gases de combustión2121. Los gases de combustión pueden contener componentes que incluyen CO, CO<2>, N<2>y H<2>O, y otras especies.
La unidad de separaciones2130puede estar en comunicación aguas abajo con la salida del producto2110. En la unidad de separaciones2130, los productos de FCC ligeros craqueados gaseosos en línea2111puede dirigirse a una sección inferior de una columna de fraccionamiento principal2131, que puede estar en comunicación aguas abajo con la salida del producto2110. Se pueden separar y recoger de la columna de fraccionamiento principal varias fracciones diferentes del producto de FCC, que incluyen, pero no se limitan a, una corriente de aceite en suspensión pesado2132del fondo, una corriente de aceite cíclico pesado2133, una corriente de aceite cíclico ligero2134, y una corriente de nafta pesada2135. Cualquiera o todas las corrientes2132,2133,2134y2135se pueden enfriar y bombear de regreso a la columna de fraccionamiento principal2131, normalmente en una ubicación más alta, para enfriar la columna principal.
La gasolina y los hidrocarburos ligeros gaseosos se pueden eliminar en la corriente de cabeza2136de la columna de fraccionamiento principal2131y condensar antes de entrar en un receptor de columna principal2137. El receptor de la columna principal2137puede estar en comunicación aguas abajo con la salida del producto2110, y la columna principal2131puede estar en comunicación aguas arriba con el receptor de la columna principal2137. Se puede eliminar una corriente acuosa de un depósito en el receptor de la columna principal2137. Se puede eliminar una corriente de nafta ligera condensada en la corriente2138y también se puede eliminar una corriente de cabeza2139. La corriente de cabeza2139puede contener hidrocarburos ligeros gaseosos, que pueden comprender una corriente de etileno diluida.
Las corrientes2138y2139se pueden dirigir a una sección de recuperación de vapor2142de la unidad de separaciones. La sección de recuperación de vapor2142puede comprender un sistema basado en absorción, o cualquier otro sistema de recuperación de vapor tal como un sistema de caja fría. La corriente gaseosa2139se puede comprimir en un compresor2140, lo que puede mejorar la separación de los componentes de gas ligero. Se puede utilizar más de una etapa de compresor, tal como por ejemplo una compresión de doble etapa. La corriente de hidrocarburos ligeros comprimidos2141se puede unir por las corrientes2121y2144, luego se enfría y se suministra a un receptor de alta presión2145. Una corriente acuosa del receptor de alta presión2145luego se puede dirigir al receptor de la columna principal2137. Una corriente de hidrocarburos gaseosos2146que comprende la corriente de etileno diluido se puede dirigir desde el receptor de alta presión a un absorbedor primario2147en el que puede ponerse en contacto con gasolina no estabilizada2138del receptor de la columna principal2137para efectuar una separación entre hidrocarburos C<3>+ y C<2>-. El absorbedor primario2147puede estar en comunicación aguas abajo con el receptor de la columna principal2137.Una corriente de C<3>+ líquida2143puede regresar a la corriente de hidrocarburos comprimidos2141antes del enfriamiento.
Una corriente primaria de descarga gaseosa2148del absorbedor primario2147puede comprender la corriente de etileno diluida. Para concentrar aún más la corriente de etileno y recuperar los componentes más pesados, la corriente primaria de descarga gaseosa2148se puede dirigir a un absorbedor secundario2149,donde una corriente circulante de aceite cíclico ligero2150desviado de la corriente2134puede absorber la mayor parte del material C<5>+ restante y algo de C<3>-C<4>en la corriente primaria de descarga gaseosa. El absorbedor secundario2149puede estar en comunicación aguas abajo con el absorbedor primario2147. El aceite cíclico ligero de la parte inferior del absorbedor secundario2151,más rico en material C<3>+, se puede devolver a la columna de fraccionamiento principal2131mediante la bomba cercana para la corriente2134. La corriente de cabeza del absorbedor secundario2149puede comprender un gas seco predominantemente de hidrocarburos C<2>- con sulfuro de hidrógeno, amoniaco, óxidos de carbono e hidrógeno, y pueden eliminarse en una corriente secundaria de descarga gaseosa2152para comprender una corriente de etileno diluida. Una corriente de producto que contiene etileno de la unidad de separaciones2130, tal como la corriente2152, puede procesarse mediante diversas técnicas, incluidas las comentadas más adelante en el presente documento.
El líquido2153del receptor de alta presión2145puede ser enviado a una extractor2154. La mayoría de los C<2>- se pueden eliminar en la parte superior del extractor2154y devolver la corriente de hidrocarburo comprimido2141a través de la corriente de cabeza2144. Una corriente de fondos líquidos2155se puede enviar desde el extractor2154a una columna desbutanizadora2156. Una corriente de cabeza2157del desbutanizador puede comprender producto olefínico C<3>-C<4>, mientras que una corriente de fondos2158puede comprender gasolina estabilizada y puede tratarse adicionalmente y enviarse a almacenamiento de gasolina.
La corriente de etileno diluido y/o la corriente de gas seco del FCC se pueden usar como materia prima para el OCM como se describe en el presente documento, que incluye el OCM integrado con otro procedimiento. La corriente de etileno diluido puede comprender una corriente de gas seco del FCC, que comprende entre 5 por ciento en peso (% en peso) y 50% en peso de etileno (en algunos casos, de 10% en peso a 30% en peso de etileno). La corriente de etileno diluida puede comprender metano, por ejemplo, en una concentración entre 25% en peso y 55% en peso. La corriente de etileno diluido puede comprender etano, por ejemplo, en una concentración entre 5% en peso y 45% en peso. La corriente de etileno diluido puede comprender propileno, por ejemplo, en una concentración entre 0,1% en peso y 20% en peso de propileno (en algunos casos, de 0,5% en peso a 6% en peso). La corriente de etileno diluido puede comprender hidrógeno y/o nitrógeno, por ejemplo, en una concentración entre 1 % en peso y 25% en peso cada uno (en algunos casos, entre 5% en peso y 20% en peso cada uno). También pueden estar presentes niveles de saturación de agua en la corriente de etileno diluido. En algunos casos, si se utiliza un absorbedor secundario2149, no puede estar presente más de 5% en peso de compuestos C<3>+, normalmente con menos de 0,5% en peso de propileno. Además del hidrógeno, en la corriente de etileno diluido también pueden estar presentes otras impurezas tales como sulfuro de hidrógeno, amoniaco, óxidos de carbono y acetileno.
Muchas impurezas en una corriente de gas seco de etileno pueden envenenar un catalizador. La corriente secundaria de descarga gaseosa2152, que comprende una corriente de etileno diluido, se puede introducir en una unidad de absorbedor de amina2160para reducir las concentraciones de sulfuro de hidrógeno (véase, p. ej., FIG. 21C). Una solución acuosa de amina pobre2161, por ejemplo, que comprende monoetanolamina o dietanolamina, se puede introducir en la unidad de absorbedor de amina2160y poner en contacto con la corriente secundaria de descarga gaseosa que fluye para absorber el sulfuro de hidrógeno y se pueden eliminar una solución acuosa de absorción de amina rica2162que contienen sulfuro de hidrógeno de la unidad de absorbedor de amina2160, recuperar y, en algunos casos, posteriormente procesar.
La corriente de etileno diluido tratado con amina2163se puede introducir en una unidad de lavado con agua2164para eliminar la amina residual del absorbedor de amina2160y reducir la concentración de amoniaco y dióxido de carbono en la corriente de etileno diluido2167. Se puede introducir agua2165en la unidad de lavado con agua. El agua se puede acidificar ligeramente para mejorar la captura de moléculas básicas como la amina. Una corriente acuosa2166rica en aminas y potencialmente en amoniaco y dióxido de carbono puede salir de la unidad de lavado con agua2164y puede procesarse adicionalmente, por ejemplo, como se comenta en el presente documento.
La FIG. 22 muestra varios enfoques para preparar una alimentación de OCM y realizar una reacción de OCM utilizando metano y parafinas de un FCC. Una corriente que contiene metano o que contiene parafinas2200puede ser el producto de la unidad de separaciones. La corriente que contiene metano o que contiene olefinas2200puede ser el gas de cabeza del FCC con el H<2>S y CO<2>eliminado o metanizado y puede comprimirse en un compresor2201. Se pueden utilizar compresores adicionales. La corriente que contiene metano o que contiene parafinas2200puede ser el gas de cabeza del FCC con el H<2>S y CO<2>eliminado y reducido aún más en una unidad de lavado con agua. La corriente que contiene metano o que contiene parafinas2200se puede comprimir en un compresor2201. En tales casos, esto puede dar como resultado la misma corriente que contiene metano o que contiene parafinas (una primera corriente de producto) con la misma composición, pero a una presión más alta. En algunos casos, uno o más lechos protectores2205están situados aguas arriba y/o aguas abajo del compresor. En algunos casos, se pueden añadir corrientes que tienen metano o parafinas ligeras (p. ej., etano y/o propano) a la corriente de cabeza del FCC2200. Ejemplos de dicha corriente que contiene metano o que contiene parafinas pueden ser de una unidad de cumeno, de un desetanizador o de un despropanizador en una planta insaturada. En algunos casos. La corriente que contiene metano o que contiene parafinas se puede mezclar con la corriente de cabeza del FCC antes del compresor2210o después del compresor2215. La corriente que contiene metano o que contiene parafinas se puede mezclar con la corriente de cabeza del FCC antes de2215o después2220del(los) lecho(s) protector(es)2205.
Se pueden añadir una o más corrientes de reciclado a la alimentación del OCM2225. Las corrientes de reciclado se pueden añadir aguas arriba del compresor2230o aguas abajo de los lechos protectores2235. La composición de la corriente2225puede ser diferente a la composición de la corriente2200. Esta diferencia de composición puede ser el resultado de la eliminación de componentes en los lechos protectores2205, adición de corrientes2210,2215,2220,2230,2235,2240,2245,2250, o combinaciones de los mismos. Esta diferencia de composición puede ser el resultado de la eliminación de componentes en los lechos protectores2205, adición de corrientes2210,2215,2220,2230, 2235, 2240, 2245, 2250,o combinaciones de los mismos.
El flujo de alimentación del OCM2225se puede enviar a un procedimiento de OCM2260y convertir en olefinas como se describe en el presente documento.
Integración del OCM con una DCU
Una unidad de coquización retardada (DCU) es un tipo de coquizador cuyo procedimiento consiste en calentar una alimentación de aceite residual hasta su temperatura de craqueo térmico en un horno con múltiples pasos paralelos. Esto puede romper las moléculas de hidrocarburos pesados de cadena larga del aceite residual en gasóleo de coquización y coque de petróleo. La DCU es una de las unidades de operación utilizadas en muchas refinerías de petróleo. Una DCU a escala mundial puede tener 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 o más tambores (p. ej., teniendo cada uno diámetros de hasta aproximadamente 10 metros y alturas totales de hasta aproximadamente 43 metros). En algunos casos, el rendimiento de coque del procedimiento de la DCU varía de aproximadamente 18% a aproximadamente 30% en peso del aceite residual de la materia prima. Algunas refinerías producen tanto como de 2.000 a 3.000 toneladas o más de coque de petróleo por día. El betún (p. ej., de arenas bituminosas) es un ejemplo de aceite residual. Por lo tanto, la presente descripción proporciona sistemas y métodos para convertir arenas bituminosas en olefinas mediante reacciones de OCM de la descarga gaseosa de la DCU.
Con referencia a la FIG. 23, el aceite residual2300(p. ej., desde la unidad de destilación al vacío, que a veces incluye aceites de alto punto de ebullición de otras fuentes dentro de la refinería) se puede bombear al fondo de la columna de destilación llamada fraccionador principal2302.Desde allí se puede bombear, junto con algo de vapor inyectado2304, al horno de combustión por combustible2306y calentar hasta su temperatura de craqueo térmico (p. ej., aproximadamente 480°C). El craqueo térmico puede comenzar en la tubería entre el horno2306y los tambores de coque2308, y terminar en el(los) tambor(es) de coque que están en marcha (los tambores de coque se llenan y vacían alternativamente de coque). El vapor inyectado2304puede ayudar a minimizar la deposición de coque dentro de los tubos del horno.
Bombear el aceite residual que entra al fondo del fraccionador principal, en lugar de directamente al horno, puede precalentar el aceite residual al hacer que entre en contacto con los vapores calientes en el fondo del fraccionador. Al mismo tiempo, algunos de los vapores calientes pueden condensar en un líquido de alto punto de ebullición, que puede reciclarse nuevamente al horno junto con el aceite residual caliente.
A medida que tiene lugar el craqueo en el tambor, el gasóleo y los componentes más ligeros2310pueden generarse en fase de vapor y separarse del líquido y los sólidos. El efluente del tambor es vapor, excepto cualquier arrastre de líquido o sólidos, y puede dirigirse al fraccionador principal donde se separa en las fracciones de punto de ebullición deseadas (p. ej., gasóleo pesado2312, gasóleo ligero2314, nafta de coquizador2316y descarga gaseosa de la DCU2318).
El coque sólido puede depositarse y permanecer en el tambor de coque en una estructura porosa que puede permitir el flujo a través de los poros. Dependiendo del ciclo general del tambor de coque que se utilice, un tambor de coque puede llenarse en aproximadamente de 16 a 24 horas.
Después de que el tambor se llene de coque solidificado, la mezcla caliente del horno se puede cambiar a otro tambor. Mientras se llena el otro tambor, el tambor lleno se puede tratar con vapor2320para reducir el contenido de hidrocarburos del coque de petróleo y luego se apaga con agua2322para enfriarlo. Se pueden quitar las cabezas superior e inferior del tambor de coque lleno y luego se puede cortar el coque de petróleo sólido del tambor de coque con un inyector de agua a alta presión2324, donde puede caer en un pozo, plataforma o canal de descarga para su recuperación y almacenamiento2326.En algunas realizaciones, los tambores de coque2308operan a una presión de aproximadamente 3 a aproximadamente 8 bar, el agua de corte del coque2324se inyecta a aproximadamente 140 bar, y la descarga gaseosa de la DCU2318se retira a aproximadamente 2 a 3 bar (presiones absolutas).
Con el fin de simplificar la presente descripción, el procesamiento de la descarga gaseosa de la DCU a la alimentación del OCM se describe con referencia a las realizaciones descritas para la descarga gaseosa del FCC. Sin limitación, la corriente de descarga gaseosa de la DCU2318se pueden comprimir, añadir a la misma varias corrientes o componentes y/o eliminar de la misma varias corrientes o componentes antes de la oligomerización de olefinas según los sistemas y métodos de ETL descritos en la FIG. 22. Por ejemplo, la corriente de descarga gaseosa del FCC2200de la FIG. 22 puede sustituirse o combinarse con la corriente de descarga gaseosa de la DCU2318de la FIG. 23.
Sistemas de control
La presente descripción también proporciona sistemas de control por ordenador que pueden emplearse para regular o controlar de otro modo los métodos y sistemas proporcionados en el presente documento. Un sistema de control de la presente descripción se puede programar para controlar parámetros de procedimiento, por ejemplo, temperaturas, presiones en un sistema dado tal como subsistemas de OCM, ATR y/o SMR.
La FIG. 24 muestra un sistema informático2401que está programado o configurado de otro modo para regular reacciones o condiciones de reacción en diversos sistemas/subsistemas tales como subsistemas de OCM, hidrogenación, ATR y/o SMR. El sistema informático2401puede regular, por ejemplo, caudales ("corriente") de corrientes de fluido, temperaturas de corrientes, presiones de corrientes, temperaturas de la unidad de reacción, presiones de la unidad del reactor, relación molar entre reaccionantes, tiempo de contacto del reaccionante (o compuestos) y catalizador(es) de reacción y la cantidad de productos que se reciclan o se dirigen hacia o desde un sistema/unidad determinado.
El sistema informático2401incluye una unidad central de procesamiento (CPU, también "procesador" y "procesador de ordenador" en el presente documento)2405, que puede ser un procesador de un solo núcleo o de múltiples núcleos, o una pluralidad de procesadores para procesamiento en paralelo. El sistema informático2401también incluye memoria o ubicación de memoria2410(p. ej., memoria de acceso aleatorio, memoria de sólo lectura, memoria flash), unidad de almacenamiento electrónico2415(p. ej., disco duro), interfaz de comunicación2420(p. ej., adaptador de red) para comunicarse con uno o más sistemas distintos y dispositivos periféricos2425, tales como caché, otra memoria, almacenamiento de datos y/o adaptadores de pantalla electrónica. La memoria2410, unidad de almacenamiento2415, interfaz2420y dispositivos periféricos2425están en comunicación con la CPU2405a través de un bus de comunicación (líneas continuas), tal como una placa base. La unidad de almacenamiento2415puede ser una unidad de almacenamiento de datos (o repositorio de datos) para almacenar datos.
La CPU2405puede ejecutar una secuencia de instrucciones legibles por máquina, que pueden incorporarse en un programa o software. Las instrucciones pueden almacenarse en una ubicación de memoria, tal como la memoria2410. Ejemplos de operaciones realizadas por la CPU2405pueden incluir recuperación, decodificación, ejecución y reescritura. La CPU2405puede ser parte de un circuito, tal como un circuito integrado. Uno o más componentes del sistema2401pueden estar incluidos en el circuito. En algunos casos, el circuito es un circuito integrado de aplicación específica (ASIC).
La unidad de almacenamiento2415puede almacenar archivos, tales como controladores, bibliotecas y programas guardados. La unidad de almacenamiento2415puede almacenar programas generados por usuarios y sesiones grabadas, así como el(los) resultado(s) asociado(s) con los programas. La unidad de almacenamiento2415puede almacenar datos del usuario, p. ej., preferencias del usuario y programas del usuario. El sistema informático2401en algunos casos puede incluir una o más unidades de almacenamiento de datos adicionales que son externas al sistema informático2401, tales como ubicadas en un servidor remoto que está en comunicación con el sistema informático2401a través de una intranet o Internet. El sistema informático2401puede comunicarse con uno o más sistemas informáticos remotos a través de la red2430.
Los métodos como se describen en el presente documento se pueden implementar mediante un código ejecutable por la máquina (p. ej., procesador de computadora) almacenado en una ubicación de almacenamiento electrónico del sistema informático2401, tal como por ejemplo en la memoria2410o unidad de almacenamiento electrónico2415. El código ejecutable por máquina o legible por máquina puede proporcionarse en forma de software. Durante el uso, el código puede ser ejecutado por el procesador2405. En algunos casos, el código se puede recuperar de la unidad de almacenamiento2415y almacenar en la memoria2410para el acceso fácil por el procesador2405. En algunas situaciones, la unidad de almacenamiento electrónico2415puede estar imposibilitada y las instrucciones ejecutables por máquina se almacenan en la memoria2410.
El código se puede precompilar y configurar para su uso con una máquina que tiene un procesador adaptado para ejecutar el código, o se puede compilar durante el tiempo de ejecución. El código se puede suministrar en un lenguaje de programación que se puede seleccionar para permitir que el código se ejecute de forma precompilada o tal como está compilada.
Aspectos de los sistemas y métodos proporcionados en el presente documento, tales como el sistema informático2401,pueden estar incorporados en la programación. Varios aspectos de la tecnología pueden considerarse "productos" o "artículos de fabricación", en algunos casos en forma de código ejecutable por máquina (o procesador) y/o datos asociados que se llevan o incorporan en un tipo de medio legible por máquina. El código ejecutable por máquina se puede almacenar en una unidad de almacenamiento electrónico, tal como una memoria (p. ej., memoria de sólo lectura, memoria de acceso aleatorio, memoria flash) o un disco duro. Los medios de tipo "almacenamiento" pueden incluir cualquiera o toda la memoria tangible de las computadoras, procesadores o similares, o módulos asociados de los mismos, tales como diversas memorias de semiconductores, lectores de cinta, unidades de disco y similares, que pueden proporcionar almacenamiento no transitorio en cualquier momento para la programación del software. En ocasiones, todo o parte del software puede comunicarse a través de Internet o de otras redes de telecomunicaciones. Tales comunicaciones, por ejemplo, pueden permitir la carga del software desde una computadora o procesador a otro, por ejemplo, desde un servidor de administración o computadora central a la plataforma informática de un servidor de aplicaciones. Por lo tanto, otro tipo de medios que pueden soportar los elementos de software incluyen ondas ópticas, eléctricas y electromagnéticas, tales como las utilizadas a través de interfaces físicas entre dispositivos locales, a través de redes terrestres cableadas y ópticas y a través de diversas conexiones aéreas. Los elementos físicos que transportan dichas ondas, tales como conexiones cableadas o inalámbricas, conexiones ópticas o similares, también pueden considerarse medios que llevan el software. Tal como se utiliza en el presente documento, a menos que se restrinja a medios de "almacenamiento" tangibles no transitorios, expresiones tales como "medio legible" por computadora o máquina se refieren a cualquier medio que participe en el suministro de instrucciones a un procesador para su ejecución.
Por lo tanto, un medio legible por máquina, tal como un código ejecutable por ordenador, puede adoptar muchas formas, incluyendo, pero no limitadas a, un medio de almacenamiento tangible, un medio de onda portadora o un medio de transmisión física. Los medios de almacenamiento no volátiles incluyen, por ejemplo, discos ópticos o magnéticos, tales como cualquiera de los dispositivos de almacenamiento en cualquier ordenador o similares, tales como los que pueden usarse para implementar las bases de datos, etc., que se muestran en los dibujos. Los medios de almacenamiento volátiles incluyen memoria dinámica, tal como la memoria principal de dicha plataforma informática. Los medios de transmisión tangibles incluyen cables coaxiales; alambre de cobre y fibra óptica, incluidos los alambres que componen un bus dentro de un sistema informático. Los medios de transmisión de ondas portadoras pueden tener la forma de señales eléctricas o electromagnéticas, u ondas acústicas o luminosas tales como las generadas durante las comunicaciones de datos por radiofrecuencia (RF) e infrarrojos (IR). Por lo tanto, las formas comunes de medios legibles por ordenador incluyen, por ejemplo: un disquete, un disco flexible, disco duro, cinta magnética, cualquier otro medio magnético, un CD-ROM, DVD o DVD-ROM, cualquier otro medio óptico, tarjetas perforadas, cinta de papel, cualquier otro medio de almacenamiento físico con patrones de agujeros, una RAM, una ROM, una PROM y EPROM, una FLASH-EPROM, cualquier otro chip o cartucho de memoria, una onda portadora que transporta datos o instrucciones, cables o conexiones que transporten dicha onda portadora, o cualquier otro medio desde el cual un ordenador pueda leer códigos y/o datos de programación. Muchas de estas formas de medios legibles por ordenador pueden estar implicadas en llevar una o más secuencias de una o más instrucciones a un procesador para su ejecución.
El sistema informático2401puede incluir o estar en comunicación con una pantalla electrónica2435que comprende una interfaz de usuario (UI)2440para proporcionar, por ejemplo, señales desde un chip en el tiempo. Ejemplos de UI incluyen, sin limitación, una interfaz gráfica de usuario (GUI) y una interfaz de usuario basada en web.
Los métodos y sistemas de la presente descripción se pueden implementar mediante uno o más algoritmos. Se puede implementar un algoritmo mediante software tras su ejecución por la unidad central de procesamiento2405.
Se apreciará que los sistemas y métodos descritos en el presente documento se proporcionan como ejemplos y que se pueden emplear diversas alternativas. Se apreciará además que los componentes de los sistemas descritos en el presente documento son intercambiables.
De lo anterior se debe entender que, si bien se han ilustrado y descrito implementaciones particulares, se pueden realizar varias modificaciones y están contempladas en el presente documento. Tampoco se pretende que la invención esté limitada por los ejemplos específicos proporcionados en la memoria descriptiva. Si bien la invención se ha descrito con referencia a la memoria descriptiva antes mencionada, las descripciones e ilustraciones de las realizaciones preferibles en el presente documento no deben interpretarse en un sentido limitante. Además, se entenderá que todos los aspectos de la invención no se limitan a las representaciones, configuraciones o proporciones relativas específicas establecidas en el presente documento que dependen de una variedad de condiciones y variables. Varias modificaciones en la forma y los detalles de las realizaciones de la invención serán evidentes para un experto en la técnica. Se pretende que las siguientes reivindicaciones definan el alcance de la invención y que los métodos y estructuras dentro del alcance de estas reivindicaciones estén cubiertos de este modo.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método para producir propileno, comprendiendo el método:
a) inyectar una corriente que contiene metano y una corriente que contiene un agente oxidante en una unidad de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para generar una corriente de efluente del OCM que contiene etileno, propileno y propano;
b) fraccionar la corriente de efluente del OCM usando una o más unidades de separación para generar (i) una primera corriente que comprende etileno y (ii) una segunda corriente que comprende propileno y propano;
c) inyectar al menos una parte de la segunda corriente en una unidad de separación adicional para generar una corriente de propileno y una corriente de propano; y
d) inyectar al menos una parte de la corriente de propano en una unidad de deshidrogenación de propano (PDH) para generar un efluente de la PDH que contiene propileno e hidrógeno.
2. El método de la reivindicación 1, que comprende además inyectar al menos una parte del efluente de la PDH en una o más unidades de separación adicionales para generar una primera corriente de efluente que comprende hidrógeno e hidrocarburos C<1>-C<2>, y una segunda corriente de efluente que comprende hidrocarburos C<3>+.
3. El método de la reivindicación 1, en donde dicho agente oxidante comprende oxígeno.
4. El método de la reivindicación 2, que comprende además inyectar al menos una parte de la primera corriente de efluente en una o más unidades de separación adicionales para generar una corriente de hidrógeno y una corriente de alimentación del OCM que comprende hidrógeno, metano y etano.
5. El método de la reivindicación 4, en donde al menos una parte de la corriente de alimentación del OCM se inyecta en un bucle de reciclado del OCM, y en donde el bucle de reciclado del OCM comprende cualquier combinación de: i) un compresor de gas de proceso; ii) una unidad de metanación; iii) una unidad de eliminación de CO<2>; iv) una unidad de desmetanación; y v) la unidad de OCM.
6. El método de la reivindicación 5, en donde el bucle de reciclado del OCM comprende i) un compresor de gas de proceso; ii) una unidad de metanación; iii) una unidad de eliminación de CO<2>; iv) una unidad de desmetanación; y v) la unidad de OCM.
7. El método de la reivindicación 4, que comprende además generar calor usando hidrógeno de la corriente de hidrógeno.
8. El método de la reivindicación 1, que comprende además inyectar al menos una parte del etileno producido en la unidad de OCM en una unidad de dimerización para generar una corriente que contiene buteno.
9. El método de la reivindicación 8, que comprende además inyectar al menos una parte de la corriente que contiene buteno en un reactor de metátesis para generar una corriente que contiene propileno.
10. El método de la reivindicación 4, en donde la una o más unidades de separación adicionales comprenden torres de destilación.
11. El método de la reivindicación 4, en donde la una o más unidades de separación adicionales comprenden una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA).
12. El método de la reivindicación 9, que comprende además inyectar al menos una parte del etileno producido en la unidad de OCM en el reactor de metátesis.
13. El método de la reivindicación 1, que comprende además polimerizar la corriente de propileno para producir polipropileno.
14. El método de la reivindicación 1, que comprende además copolimerizar la corriente de propileno con al menos una parte del etileno producido en la unidad de OCM para producir poli(etileno-co-propileno).
15. Un sistema para producir propileno que comprende:
a) un subsistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) tiene una primera corriente de entrada que comprende metano (CH<4>), (ii) tiene una segunda corriente de alimentación de entrada que comprende un agente oxidante, y (iii) está configurado para generar a partir del metano y el agente oxidante un efluente del OCM;
b) un subsistema compresor de gas de proceso aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema de OCM, en donde el subsistema compresor de gas de proceso está configurado para aumentar la presión del efluente del OCM para generar un efluente del OCM presurizado;
c) un subsistema de separación de dióxido de carbono (CO<2>) aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema compresor de gas de proceso, en donde el subsistema de separación de CO<2>está configurado para recibir el efluente del OCM presurizado y para generar al menos una corriente que comprende CO<2>y una corriente que comprende metano;
d) un subsistema desmetanizador aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema de separación de CO<2>, en donde el sistema desmetanizador está configurado para recibir la corriente que comprende metano del subsistema de separación de CO<2>y para generar un efluente del desmetanizador que comprende hidrocarburos C<2>+;
e) un subsistema desetanizador aguas abajo y acoplado de manera fluida al sistema desmetanizador, en donde el sistema desetanizador está configurado para recibir el efluente del desmetanizador y generar una primera corriente del desetanizador que comprende etileno y etano y una segunda corriente del desetanizador que comprende hidrocarburos C<3>+;
f) un subsistema divisor de C2 aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema desetanizador, en donde el subsistema divisor de C2 está configurado para recibir la primera corriente del desetanizador y para generar una primera corriente del divisor de C2 que comprende etileno y una segunda corriente del divisor de C2 que comprende etano;
g) un subsistema de dimerización aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema divisor de C2, en donde el subsistema de dimerización está configurado para recibir una parte de la primera corriente del divisor de C2 que comprende etileno y para generar un efluente del subsistema de dimerización que comprende butenos;
h) un subsistema de metátesis aguas abajo y acoplado de manera fluida tanto al subsistema divisor de C2 como al subsistema de dimerización, en donde el subsistema de metátesis está configurado para recibir una parte de la primera corriente del divisor de C2 que comprende etileno y el efluente del subsistema de dimerización que comprende butenos y para generar un efluente de metátesis que comprende propileno;
i) un subsistema despropanizador aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema desetanizador, en donde el subsistema despropanizador está configurado para recibir la segunda corriente del desetanizador que comprende hidrocarburos C<3>+ y para generar una primera corriente del despropanizador que comprende propileno y propano y una segunda corriente del despropanizador que comprende hidrocarburos C<4>+;
j) un subsistema divisor de C3 aguas abajo y acoplado de manera fluida al subsistema despropanizador, en donde el subsistema divisor de C3 está configurado para recibir la primera corriente del despropanizador que comprende propileno y propano y para generar una primera corriente del divisor de C3 que comprende propileno y una segunda corriente del divisor de C3 que comprende propano; y
k) un subsistema de deshidrogenación de propano (PDH) aguas abajo de y acoplado de manera fluida al subsistema divisor de C3, en donde el subsistema de PDH está configurado para recibir la segunda corriente del divisor de C3 que comprende propano y para generar una primera corriente del subsistema de PDH que comprende propileno.
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