包括氧化脱氢单元的综合体的制作方法_2

文档序号:9650073阅读:来源:国知局
脱氢单元与C2分离塔整合,该单元从C2分离塔 从较低塔板提取进料,并使产物返回到(: 2分离塔中的较高塔板。
[0032] 在本发明的一个实施方案中,氧化脱氢单元与到去除乙炔的氢化单元的进料流整 合。
[0033] 在本发明的一个实施方案中,化工综合体进一步包括一个或多个选自以下的单元 操作:从乙烯吸收分离乙烷、从乙烯吸附分离乙烷、高压聚乙烯设备、气相聚乙烯设备、浆相 聚乙烯设备、溶液相聚乙烯设备、乙酸设备、乙酸乙烯酯设备、乙二醇设备、乙醇设备、卤化 乙烯设备、乙醇脱氢设备、乙酸脱氢设备。
[0034] 在一个实施方案中,氧化脱氢反应器使用选自以下的催化剂: i)下式的催化剂: NixAaBbDdOe 其中 X为0. 1至0. 9的数,优选0. 3至0. 9,最优选0. 5至0. 85,最优选0. 6至0. 8 ; a为0. 04至0. 9的数; b为0至0. 5的数; d为0至0. 5的数; e为满足催化剂价态的数; A 选自 Ti、Ta、V、Nb、Hf、W、Y、Zn、Zr、Si 和 Al 或其混合物; B 选自 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Sb、Sn、Bi、Pb、Tl、In、Te、Cr、Mn、Mo、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Pd、 Pt、Ag、Cd、Os、Ir、Au、Hg 及其混合物; D选自Ca、K、Mg、Li、Na、Sr、Ba、Cs和Rb及其混合物;且 〇为氧;和 ii)下式的催化剂: MofXgYhO1 其中 X 选自 8&、03、〇、]?11、他、了3、11、了6、¥、¥及其混合物; Y 选自 Bi、Ce、Co、Cu、Fe、K、Mg、V、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Ti、U 及其混合物; f=l ; g为0至2 ; h=0至2,其条件为,对于Co、Ni、Fe及其混合物,h的总值小于0. 5 ; i为满足催化剂价态的数;iii)下式的催化剂: VxMoyNbJenMenOp 其中Me为选自了&、11、1、^\2^313及其混合物的金属;并且 X为0. 1至3 ; y 为 0.5 至 1.5 ; z 为(λ 001 至 3 ; m 为 0.001 至5 ; η为0至2 ; 并且P为满足混合氧化物催化剂价态的数; iv)下式的催化剂: MoJbNbcTeeOn 其中,a=l. 0, b=0. 05至1. 0, c=0. 001至1. 0, e=0. 001至0. 5, η取决于其它元素的氧 化态。
[0035] V)下式的催化剂: MoJbXcYdZeMfO n 其中X为Nb和Ta至少之一;Y为Sb和Ni至少之一;Z为Te、Ga、Pd、W、Bi和Al至少之 一;]?为卩6、(:〇、〇1、0、11、〇6、2『、]\111、?13、]\%、511、?七、51、1^、1(、厶8和111至少之一 ;&=1.0(归 一化);b=0. 05 至 L 0 ;c=0. 001 至 L 0 ;d=0· 001 至 L 0 ;e=0. 001 至 0· 5 ;并且 f=0. 001 至 0. 3 ;且η取决于其它元素的氧化态。
[0036] 在本发明的一个实施方案中,在以上催化剂中,η为0。
[0037] 在本发明的一个实施方案中,乙烷氧化脱氢成乙烯在250°C至600°C (优选300°C 至550°C )温度和0· 5至IOOpsi (3· 4至689. 5kPa)压力进行,并具有不小于1000 g烯烃/ kg催化剂/小时的生产率。
[0038] 在本发明的一个实施方案中,氧化脱氢反应对产生相应烯烃具有不小于80%选择 性。
[0039] 在本发明的一个实施方案中,氧化脱氢催化剂担载于选自钛、氧化锆、铝、镁、氧 化钇、氧化镧(Iantana)、二氧化硅及其混合组合物的氧化物的惰性多孔陶瓷膜上,以提供 0. 1至20%重量所述催化剂和99. 9至80%重量所述多孔膜。
[0040] 在本发明的一个实施方案中,氧化脱氢反应器包括外壳和一个或多个内部陶瓷 管,其在所述管内部限定乙烷的向下单独流道,和限定含氧气体流路的在反应器外壳和陶 瓷管之间的环形通道。
[0041] 在本发明的一个实施方案中,陶瓷管进一步包括内部钢网和外部钢网。
[0042] 在本发明的一个实施方案中,化工综合体进一步包括基于油的烯烃链烷烃吸收单 J L 〇
[0043] 在本发明的一个实施方案中,化工综合体进一步包括吸附烯烃链烷烃分离单元。
[0044] 在本发明的一个实施方案中,吸附剂包含一种或多种选自银和铜的+1氧化态金 属离子,但在分离含乙炔的流时由于形成爆炸混合物的可能性,在使用这些化合物中必须 小心注意。
[0045] 在本发明的一个实施方案中,吸附剂选自合成或天然沸石。
[0046] 在本发明的一个实施方案中,吸附剂选自ZSM-5、ETS-4、CTS-I和离子交换 ETS-IO0
[0047] 在本发明的一个实施方案中,吸附剂为选自下式的络合物的金属二硫纶:

其中M选自Fe、Co、Ni、Cu、Pd和Pt ;且R1、R2、R3、R4、R5和R 6独立选自氢原子、吸电子 基团(包括作为或包含杂环、氰基、羧酸根、羧酸酯、酮基、硝基和磺酰基的那些基团)和选 自C1 4烷基、C5 s烷基、C2 s烯基和C6 s芳基的烃基,所述烃基未取代或完全或部分被取代,优 选由卤素原子取代的那些烃基。
[0048] 在本发明的一个实施方案中,卤化乙烯设备使乙烯任选在氧存在下与卤化物反 应,以产生一种或多种选自氯乙烷、氯乙烯、二氯乙烯、溴乙烷、溴乙烯和二溴乙烯的产物。
[0049] 在本发明的一个实施方案中,乙酸设备使来自氧化脱氢过程、蒸汽裂化器或两者 的乙烯氧化/水合,以产生乙酸。
[0050] 在本发明的一个实施方案中,使来自乙酸设备的乙酸与乙烯反应,以产生乙酸乙 稀酯。
[0051] 在本发明的一个实施方案中,紧接在氧化脱氢反应器下游有低温(一般低于氧化 脱氢反应的温度)反应器,以消耗残余氧,而不消耗产生的乙烯的大于3%重量。
[0052] 在本发明的一个实施方案中,用于所述低温反应器的燃料选自甲烷、氢、一氧化碳 及其混合物,并以足以消耗残余氧的量加到来自氧化脱氢反应器的产物流。
[0053] 在本发明的一个实施方案中,所述低温反应器使用作为Mn2O3和CuMn 204的混合物 的催化剂,其中所述混合物具有经验式Cu-MnxO p,其中X为0. 1至8, p为满足混合催化剂价 态的数。
[0054] 附图简述 图1为本发明的一个实施方案的示意图; 图2为常规C2分离塔(基本情况)的示意图。
[0055] 图3为与(:2分离塔的塔顶乙烯产物流整合的氧化脱氢单元的示意图。
[0056] 图4为与来自(:2分离塔的塔底乙烷循环流整合的氧化脱氢单元的示意图。
[0057] 图5为显示氧化脱氢反应器进料中温度和乙烯含量对生成乙烯的选择性的影响 的图解,输出混合物包含61. 9%C2H6+17. 6%C2H4+20. 5%02。
[0058] 图6为与(:2分离塔内部整合的氧化脱氢单元的示意图。
[0059] 图7为与(:2分离塔上游的进料整合的氧化脱氢单元的示意图。
[0060] 图8为在乙炔氢化单元上游整合的氧化脱氢单元的示意图。
[0061] 图9为具有膜管束的氧化脱氢反应器的一个实施方案的示意图。
[0062] 图10为在分离的陶瓷管之上具有氧集管的氧化脱氢反应器的一个实施方案的示 意图。
[0063] 图11为具有多个床的氧化脱氢反应器的示意图。
[0064] 图12为用于到氧化脱氢反应器的进料的混合集管。
[0065] 实施发明的最佳方式 催化剂系统 有一些可根据本发明使用的催化剂。可单独或组合使用以下催化剂系统。本领域的普 通技术人员应了解,应当以实验室规模试验这些组合,以确定是否在使用催化剂组合时有 任何对抗效应。
[0066] 本发明的氧化脱氢催化剂可选自以下催化剂: i) 下式的催化剂: NixAaBbDdOe 其中 X为0. 1至0. 9的数,优选0. 3至0. 9,最优选0. 5至0. 85,最优选0. 6至0. 8 ; a为0. 04至0. 9的数; b为0至0. 5的数; d为0至0. 5的数; e为满足催化剂价态的数; A 选自 Ti、Ta、V、Nb、Hf、W、Y、Zn、Zr、Si 和 Al 或其混合物; B 选自 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Sb、Sn、Bi、Pb、Tl、In、Te、Cr、Mn、Mo、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Pd、 Pt、Ag、Cd、Os、Ir、Au、Hg 及其混合物; D选自Ca、K、Mg、Li、Na、Sr、Ba、Cs和Rb及其混合物;且 〇为氧;和 ii) 下式的催化剂: MofXgYhO1 其中 X 选自 8&、03、〇、]?11、他、了3、11、了6、¥、¥及其混合物; Y 选自 Bi、Ce、Co、Cu、Fe、K、Mg、V、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Ti、U 及其混合物; f=l ; g为0至2 ; h为0至2,其条件为,对于Co、Ni、Fe及其混合物,h的总值小于0. 5 ; i为满足催化剂价态的数;及其混合物。
[0067] 在一个实施方案中,催化剂为式i)的催化剂,其中X为0. 5至0. 85, a为0. 15至 〇· 5, b 为 0 至(λ 1,且 d 为 0 至(λ 1。在催化剂 i)中,A-般选自 Ti、Ta、V、Nb、Hf、W、Zr、 Si、Al 及其混合物,B 选自 La、Ce、Nd、Sb、Sn、Bi、Pb、Cr、Μη、Mo、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Pd、Pt、 Ag、Cd、0s、Ir及其混合物,且D选自Ca、K、Mg、Li、Na、Ba、Cs、Rb及其混合物。
[0068] 在一个供选的实施方案中,催化剂为催化剂ii)。在本发明此方面的一些实施方 案中,一般乂选自8&、0&、0、]\111、他、11、丁6、¥、¥及其混合物,¥选自扮、〇6、(:〇、(:11、卩6、1(、 Mg、V、Ni、P、Pb、Sb、Sn、Ti 及其混合物。
[0069] -个另外的特别有用的催化剂族iii)包括一种或多种选自下式的混合氧化物催 化剂的催化剂 VxMoyNbzTenMenO p, 其中 Me 为选自 Ti、Ta、Sb、Hf、W、Y、Zn、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Sn、Bi、Pb、Cr、Μη、Fe、 Co、Cu、Ru、Rh、Pd、Pt、Ag、Cd、Os、Ir、Au 及其混合物的金属;并且 x为〇· 1至3,优选0· 5至2· 0,最优选0· 75至I. 5 ; y为0· 5至L 5,优选(λ 75至L 0 ; ζ为0· 001至3,优选0· 1至2,最优选0· 5至L 5 ; m为0.001至5,优选1至4 ; η为0至2,优选η为0,然而,当Me存在时,η优选为0. 5至1. 5 ;并且 P为满足混合氧化物催化剂价态的数。
[0070] 在另一个实施方案中,在催化剂中,x:m之比为0. 3至10,最优选0. 5至8,期望0. 5 至6〇
[0071] 适用于乙烷氧化脱氢成乙烯的另一族催化剂包括下式的催化剂 MoJbNbcTeeOn 其中,a=l. 0, b=0. 05至1. 0, c=0. 001至1. 0, e=0. 001至0. 5, η取决于其它元素的氧 化态。
[0072] 适用于乙烷氧化脱氢成乙烯的另一族催化剂包括下式的催化剂 MoJbXcYdZeMfO n 其中X为Nb和Ta至少之一;Y为Sb和Ni至少之一;Z为Te、Ga、Pd、W、Bi和Al至少之 一;]?为卩6、(:〇、〇1、0、11、〇6、2『、]\111、?13、]\%、511、?七、51、1^、1(、厶8和111至少之一 ;&=1.0(归 一化);b=0. 05 至 I. 0 ;c=0. 001 至 I. 0 ;d=0· 001 至 I. 0 ;e=0. 001 至 0· 5 ;并且 f=0. 001 至 〇. 3 ;n取决于其它元素的氧化态。
[0073] 可单独或组合使用以上催化剂。本领域的普通技术人员应了解进行常规实验以确 定是否在研究的两种或更多种催化剂之间有对抗作用。
[0074] 制备催化剂的方法为本领域的技术人员已知。
[0075] 例如,可通过混合可溶金属化合物的水溶液制备催化剂,例如,氢氧化物、硫酸盐、 硝酸盐、卤化物、低级(C 15)单或二羧酸和铵盐或金属酸本身。例如,可通过混合溶液制备 催化剂,例如,偏钒酸铵、草酸铌、钼酸铵、碲酸等。然后一般在空气中在100至150°C干燥 所得溶液,并在200至600°C (优选在300至500°C )在惰性气流中煅烧,例如,选自N2、He、 Ar、Ne及其混合物的那些惰性气体。煅烧步骤可进行1至20小时,一般5至15小时,通常 约10小时。所得氧化物为一般不溶于水的易碎固体。
[0076] 载体 有数种方式可担载氧化脱氢催化剂。
[0077] 在一个实施方案中,载体可具有优选小于50m2/g的低表面积,更优选小于20m 2/g。 载体可通过压缩模塑制备。在较高压力下,陶瓷前体内的间隙被压塌。根据对载体前体施 加的压力,载体的表面积可以为约20至5m 2/g,优选18至10m2/g。
[0078] 使用低表面积载体的安全性优势在于,间隙空间可能只用提供燃烧源的氧化剂填 充的可能性降低。
[0079] 低表面积载体可以为任何常规形状,例如球、环、鞍等。这些类型载体用于更常规 的反应器,其中气体反应物的混合流或顺序流通过负载型催化剂,并使乙烷转化成乙烯。在 现有技术中有一些其它方法,例如,可使负载型催化剂和可逆金属氧化物的混合床一起通 过反应区域,以使氧化物释放到反应,然后再生氧化物。在一些实施方案中,可逆金属氧化 物可与乙烷流一起接触在另一侧具有负载型催化剂的筛网或可透膜,以使氧释放到反应。
[0080] 在下述一个供选的实施方案中,催化剂可担载于限定一种反应物的至少部分流路 的可透膜的表面上,另一种反应物流动通过陶瓷的相反表面,以允许氧化剂和乙烷在陶瓷 表面上反应。
[0081] 重要的是载体在使用前干燥。一般可在至少200°C温度加热载体最多24小时,一 般在500°C至800°C温度加热约2至10小时,优选4至10小
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