专利名称：用于排放控制和乙烯纯化的丁烷吸收系统的制作方法
专利说明用于排放控制和乙烯纯化的丁烷吸收系统 发明领域 本发明一般涉及用于含有乙烷的乙烯料流的纯化的联合工艺。这样的料流作为在其中乙烷被氧化成乙酸和乙烯的乙烷氧化反应器的产物是常见的。
背景技术：
乙烷在气相中在高温下氧化脱氢生成乙酸和/或乙烯是本领域中已知的。例如，美国专利4568790号描述了利用氧化物催化剂将乙烷氧化成乙烯的方法。在乙烷转化率为50％时，乙烯的计算的选择性为63％-76％。美国专利4524236号描述了利用氧化物催化剂将乙烷氧化成乙烯的方法，其中在乙烷的转化率为51％时，乙烯的选择性高达80％。美国专利5162578号描述了由乙烷、乙烯或其混合物与氧气选择性制备乙酸的方法，在乙烷的转化率为4％时，该方法得到34％的乙酸选择性和62％的乙烯选择性。在欧洲专利EP0407091B1号中描述了用于制备包含乙烯和/或乙酸的产物的另一种方法。按照该方法，使乙烷和/或乙烯以及含有分子氧的气体在升高的温度下与混合金属氧化物催化剂接触，在乙烷转化率为14.3％时得到78％的最大乙酸选择性。在乙烷的转化率为15％时，乙烯的最高选择性为70％。
工业上通常通过使乙酸和乙烯与分子氧在对于生产乙酸乙烯酯来说活性的催化剂存在下接触来制备乙酸乙烯酯。用于生产乙酸乙烯酯的联合工艺也是本领域中已知的。例如，美国专利6852877号(该专利通过引用整体结合到本文中)公开了一种制备乙酸乙烯酯的方法，包括(1)使乙烷与氧气在催化剂存在下反应以制备乙酸(乙烷氧化)，(2)使乙烷与氧气在催化剂存在下反应以制备乙烯(乙烷氧化脱氢)；(3)使上面制备的乙烯和乙酸与氧气在催化剂存在下反应以制备乙酸乙烯酯产物料流；和(4)从来自步骤(3)的产物料流中分离乙酸乙烯酯。
此外，共同拥有的美国专利6790983号(该专利通过引用整体结合到本文中)公开了一种生产乙酸乙烯酯的方法，包括(1)使乙烷和氧气在催化剂存在下反应以制备乙酸和乙烯(乙烷氧化)，(2)使上面制备的乙烯和乙酸与氧气在催化剂存在下反应，以制备乙烯乙酸酯产物料流；和(4)从来自步骤(2)的产物料流中分离乙酸乙烯酯。
图1显示了一种常见的、现有技术的乙烯/乙酸生产方法。在这个基本系统中，含乙烷的料流(1)与含氧的气体(2)一起被进料到乙烷氧化反应器(3)。该反应器可以是流化床反应器或固定床反应器。在反应器(3)中，乙烷被氧化成乙酸、乙烯和各种碳氧化物(COx)。含有这三种主要组分的气体反应器流出物(4)被进料到循环气体洗涤塔(5)，该循环气体洗涤塔(5)产生包含乙烯、乙烷和COx的塔顶料流，和包含乙酸、水和重质副产物的塔底料流(6)。然后，塔底料流(6)被如本领域中已知的那样纯化，以提供用于销售或用于下游的乙酸乙烯酯工艺(未示出)的纯化的乙酸。来自循环气体洗涤塔的塔顶料流(7)被送入从该塔顶料流中除去COx的处理步骤(8)。所述纯化过的料流然后被进料到乙烷/乙烯分离器，该分离通常成本高且不易成功。乙烷料流(10)再循环至氧化反应器(3)，用于进一步转化成乙酸，而纯化的乙烯料流(11)被引入下游单元，例如乙烯乙酸酯单元，或存贮起来以便将来销售。
在乙酸/乙烯生产中的一个常见的问题是纯化乙烯料流以用于工业生产或用于进料到乙酸乙烯酯装置。当乙烷和/或乙烯被氧化以生产乙酸和/或乙烯时，产物料流包含乙烷和乙烯。这两种组分的分离是很有挑战性的。因此，希望开发一种改进的方法，其中乙烯可以容易地与乙烷分离，从而生产用于销售或用于下游工艺如乙酸乙烯酯装置的乙烯。
发明概述 本发明描述了用于纯化来自乙烷氧化工艺的乙烯产物的正丁烷吸收法。将乙烷氧化产物进料到一系列的吸收塔，所述吸收塔除去惰性组分并纯化来自所述产物的乙烯。第一吸收塔使用正丁烷作为溶剂以吸收乙烷和乙烯，允许从该料流中除去惰性的气体。来自该塔的富乙烯的塔侧料流被送入第二个塔，即乙烯纯化塔，在这里利用正丁烷溶剂纯化乙烯。来自所述第一吸收塔的塔底料流被送入第三个塔，即中间乙烯回收塔。在该塔中，乙烯粗品被纯化，其中塔顶料流被送入上述的乙烯纯化塔，用于进一步的纯化，并且塔底料流与乙烯纯化塔的塔底料流(两者都主要包含乙烷和正丁烷)一起被送入汽提塔，以回收乙烷和回收正丁烷溶剂。
附图的简要说明 图1显示了一种现有技术的乙酸生产方法。
图2显示了本发明的乙烯纯化方法的一个实施方案。
发明详述 本发明提供了一种使用正丁烷吸收法将乙烷氧化反应器产物中的乙烷和乙烯分离的方法。乙烷的氧化可以在流化床或固定床反应器中进行。为了在流化床中使用，催化剂通常被研磨成10-200μm范围内的粒径，或通过喷雾干燥制备。气态原料和任何与所述原料气组合的循环气体主要含有乙烷，但可以含有一些量的乙烯，并且以纯气体或与一种或几种其它气体的混合物的形式进料到反应器中。这样的附加气体或者载体气体的合适例子是氮气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、空气和/或水蒸气。含有分子氧的气体可以是空气或具有比空气高或低的分子氧浓度的气体，例如纯氧气。乙烷氧化反应通常在约400℃-约600℃下进行，优选在约450℃-约550℃下进行，关键是该温度足够高以使乙烷氧化。适当的温度取决于乙烷氧化反应器中使用的催化剂。有很多种催化剂可用于该反应，并且本领域普通技术人员将知道如何通过找到适当的反应温度来优化催化剂性能。压力可以是常压或高于常压，例如约1-约50巴，优选约1-约30巴。
氧化反应产生气体的混合物，所述气体包括乙烯、醋酸、水、COx(CO和CO2)、未反应的乙烷和各种重质副产物。该产物气体通常在在大约450-大约600℃之间的温度下离开反应器。来自反应器的产物气体流出物然后优选被过滤，以除去催化剂细粉，并且然后被送入分离工艺，例如本领域已知的循环气体洗涤塔，以从乙烷氧化反应器产物料流分离乙酸、水和其它重质副产物。在该循环气体洗涤塔中，水、乙酸和其它重质副产物被从所述反应器产物料流中剥离出来，并且被送入另外的乙酸纯化步骤。塔顶产物包含未反应的乙烷、乙烯和所有COx以及其它惰性气体。
本领域技术人员将会明白，上面段落中提及的塔、气体洗涤器和管路将具有与它们相关的各种热交换器、泵和连接器，并具有由所涉及的特定气体混合物所确定的操作参数。在本发明公开内容的教导下确定适当的配置和参数在本领域普通技术人员的能力范围之内。然而，无论如何从乙烷氧化反应器产物料流中除去水、乙酸和重组分，然后都将未反应的乙烷、乙烯和惰性气体的剩余的气态产物送入本发明的正丁烷吸收工艺。
未反应的乙烷、乙烯和惰性气体的气体料流被送入用于清除隋性气体的第一吸收塔。该气体料流优选被引入吸收塔的塔底，而正丁烷溶剂被引入该塔的塔顶。该吸收塔在乙烷氧化系统的压力下操作，并用于清除系统中的惰性组分。该塔的操作在本领域普通技术人员的能力范围之内。
从所述第一吸收塔取出富含乙烯的液体塔侧料流，并将其直接送入主乙烯纯化塔。在该塔中，正丁烷进料吸收乙烷并提高塔顶蒸气料流的乙烯含量。该纯化的乙烯料流然后可以被存贮起来用于销售，或被送入用于进一步加工的下游单元，例如乙酸乙烯酯单元。如果所述乙烯被送入乙酸乙烯酯单元，则该乙烯纯化塔优选在接近乙酸乙烯酯单元的压力的压力下操作，以便于加工处理。如下所述，该塔的塔底料流被送入用于正丁烷溶剂回收的汽提塔。该塔的操作在本领域技术人员的能力范围之内。
来自所述第一吸收塔的塔底液体料流被送入中间乙烯回收塔。优选地，该塔在高压，即超过约500psia的压力下操作，以便减少塔顶冷凝器的需冷量。如果分离需要的话，可以向其中进料额外的正丁烷，尽管这并不必须。富含乙烯的塔顶蒸气料流然后被送入上述的乙烯纯化塔以进一步纯化。然后将所述中间乙烯回收塔的塔底料流与乙烯纯化塔的塔底物一起送入汽提塔和乙烷塔，以分别回收正丁烷和乙烷。来自乙烷塔的乙烷再循环至乙烷氧化工艺，而来自汽提塔的正丁烷重新用于上述吸收系统。
图2提供了该方法的一个实施方案的示意图。未反应的乙烷、乙烯和惰性气体组成的气体料流(1)被送入用于清除惰性气体的第一吸收塔(3)。正丁烷溶剂(2)被引入所述塔的塔顶，以吸收乙烷和乙烯。未冷凝的惰性气体作为塔顶料流(4)被除去，而塔底料流(10)被送入中间乙烯回收塔(11)。来自第一吸收塔(3)的富含乙烯的液体塔侧料流(5)被直接送入用于纯化乙烯的主乙烯纯化塔(6)。在该乙烯纯化塔(6)中，正丁烷进料(7)吸收乙烷并提高乙烯塔顶蒸气料流(8)的乙烯含量。如下所述，乙烯纯化塔(6)的塔底料流(13)被送入用于正丁烷溶剂回收的汽提塔(14)。
来自第一吸收塔(3)的塔底液体料流被送入中间乙烯回收塔(11)。如果分离需要的话，还可以向该塔中进料额外的正丁烷(20)。富含乙烯的塔顶蒸气料流(9)然后被送入上述的乙烯纯化塔(6)，以进一步纯化。然后将中间乙烯回收塔(11)的塔底料流(12)与乙烯纯化塔(6)的塔底料流(13)一起送入汽提塔(14)，以回收所述塔底料流中的正丁烷(15)。塔顶粗乙烷料流(16)被进料到乙烷塔(17)，在此塔顶乙烷料流(19)被回收，优选用于再循环到乙烷氧化工艺。乙烷塔(17)的塔底物被送回汽提塔(14)，以回收重新用于上述吸收系统的正丁烷。
根据本发明公开的内容，这里所公开和要求保护的所有组合物和方法可以被制备和实施而无需过度的试验。虽然已经就优选的实施方案公开了本发明的组合物和方法，但对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不偏离本发明的概念和范围的情况下对本文所描述的组合物和/或方法和/或步骤和/或方法的步骤的顺序进行改变。所有对本领域普通技术人员来说显而易见的这样的类似的替代和改变，均被视为在本发明的范围和概念之内。
权利要求
1.一种生产乙烯的方法，该方法包括
氧化乙烷以产生包含乙烯、惰性气体和乙烷的料流，和
在正丁烷吸收系统中处理该料流，以产生惰性气体料流、再循环乙烷料流、纯化的乙烯料流和正丁烷回收料流。
2.权利要求1的方法，其中所述正丁烷吸收系统的操作压力为约500psia或更高。
3.权利要求1的方法，其中在约400℃-约600℃下氧化所述乙烷。
4.权利要求1的方法，其中所述正丁烷吸收系统包括溶剂吸收塔。
5.一种生产乙烯的方法，该方法包括
氧化乙烷以产生包含乙烯、惰性气体和未反应的乙烷的流出物料流；
使用溶剂从所述流出物料流中吸收乙烷和乙烯，其中富含乙烯的料流被产生；和
在溶剂吸收塔中加工所述流出物料流，以至少产生包含乙烷、乙烯和溶剂的塔底料流，和富含乙烯的塔侧料流。
6.权利要求5的方法，还包括在塔中加工所述塔底料流，以至少产生富含乙烯的塔顶料流。
7.权利要求6的方法，还包括在塔中加工所述富含乙烯的塔侧料流和所述富含乙烯的塔顶料流，以产生乙烯产物料流。
8.权利要求7的方法，其中所述富含乙烯的料流的溶剂浓度是
9.权利要求5的方法，其中所述溶剂是正丁烷。
10.权利要求5的方法，其中所述塔是溶剂吸收塔。
11.权利要求9的方法，其中所述溶剂是正丁烷。
12.权利要求5的方法，其中，将从使用溶剂从流出物料流中吸收乙烷和乙烯的步骤得到的塔顶料流与富含乙烯的塔侧料流合并，然后将合并的料流引入乙烯纯化塔。
13.权利要求5的方法，其中，将使用溶剂从流出物料流中吸收乙烷和乙烯的步骤得到的塔底料流与塔合并，然后将合并的料流引入乙烷塔。
14.一种生产乙烯的方法，该方法包括
氧化乙烷以产生包含乙烯、惰性气体和未反应的乙烷的流出物料流；
使用溶剂从所述流出物料流中吸收乙烷和乙烯，其中富含乙烯的料流被生产；
在溶剂吸收塔中加工所述流出物料流，以至少产生包含乙烷、乙烯和溶剂的塔底料流，和富含乙烯的塔侧料流；和
在溶剂吸收塔中加工所述塔底料流，以至少产生富含乙烯的塔顶料流。
15.权利要求14的方法，还包括在塔中加工所述富含乙烯的塔侧料流和富含乙烯的塔顶料流，以产生乙烯产物料流。
16.权利要求15的方法，其中所述富含乙烯的料流的溶剂浓度比乙烷的浓度高。
18.权利要求14的方法，其中所述塔是溶剂吸收塔。
19.权利要求18的方法，其中所述溶剂是正丁烷。
20.权利要求14的方法，其中，将使用溶剂从流出物料流中吸收乙烷和乙烯的步骤得到的塔顶料流与富含乙烯的塔侧料流合并，然后将合并的料流引入乙烯纯化塔。
全文摘要
本发明描述了用于纯化来自乙烷氧化工艺的乙烯产物的正丁烷吸收法。将乙烷氧化产物进料到一系列的使用正丁烷溶剂的吸收塔，所述吸收塔除去惰性组分并纯化来自所述产物的乙烯。第一吸收塔使用正丁烷作为溶剂以吸收乙烷和乙烯，允许从该料流中除去惰性的气体。来自该塔的富含乙烯的塔侧料流被送入乙烯纯化塔，在这里利用正丁烷溶剂纯化乙烯。来自所述第一吸收塔的塔底料流然后被送入中间乙烯回收塔，在该塔中乙烯粗品被纯化，并且塔顶乙烯料流被送入乙烯纯化塔。塔底料流与乙烯纯化塔的塔底料流(两者都主要包含乙烷和正丁烷)然后一起被送入汽提塔，以回收乙烷和回收正丁烷溶剂。
文档编号C07C2/00GK101421206SQ200780004745
公开日2009年4月29日 申请日期2007年1月30日 优先权日2006年2月7日
发明者C·V·麦克斯旺, G·C·西曼 申请人:国际人造丝公司