用于减少MTO转化中的含氧化合物再循环的方法与流程

本发明整体涉及用于将甲醇转化为烯烃的方法，并且更具体地涉及减少再循环至甲醇-烯烃反应器的副产物的方法。

背景技术：

塑料和橡胶的使用很广泛。这些塑料和橡胶的制备是由通常由石油制备的单体的聚合而成的。单体通过较大分子分解为可被改性的较小分子而生成。然后使单体反应以生成包含单体链的较大分子。这些单体的一个重要示例是轻质烯烃，包括乙烯和丙烯，它们代表了石油化工行业中全球需求的大部分。轻质烯烃以及其它单体经由聚合、低聚化、烷基化和其它熟知的化学反应用于生产多种化学产物。因此，以经济型方式生产大量的轻质烯烃材料是石化工业的一个重点。这些单体是现代石化和化工行业的必不可少的重要组成部分。在当今精炼中这些材料主要来源是石油进料的蒸汽裂化。

随着需求的增加，单体的其它来源提供了供应的增加，同时变得经济。来源包括天然气和煤炭转化，其中天然气和煤炭被转化为含氧化合物，并且随后含氧化合物被转化为轻质烯烃。来自含氧化合物至烯烃转化过程的产物流需要纯化以回收轻质烯烃。由于石油原料向轻质烯烃的转化具有不同的化学性质，因此从含氧化合物至烯烃转化过程中分离和净化工艺流是不同的。

由含氧化合物，并且具体地甲醇制备轻质烯烃(例如乙烯和丙烯)，也产生各种含氧化合物副产物。虽然这些副产物中的一些可被回收并再循环至转化反应器中，但是副产物中的一些可结垢并且堵塞下游设备，并且还可导致分离问题(例如乳液、发泡、油夹带)。

在商业甲醇至烯烃(mto)设计中，含氧化合物被再循环至mto反应器，这导致在反应器再循环中含氧化合物浓度的积聚。如下文所用，通用术语甲醇至烯烃或mto意在指可由本公开涵盖的任何含氧化合物至烯烃的转化方法。虽然期望再循环二甲醚(dme)和甲醇以保持mto进料向烃产物的高利用率，但是有问题的含氧化合物(酮、醛)的再循环导致加工问题。

因此，仍然需要用于将不需要的或不期望的含氧化合物从进入mto反应器的再循环流中除去的有效且高效的方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种或多种用于以有效且高效的方式从进入mto反应器的再循环流中除去不需要的或不期望的含氧化合物的方法。具体地讲，根据本发明的方法，将作为再循环流中所期望组分之一的甲醇转化为dme。转化为dme使得所期望的含氧化合物能够更容易地与再循环流中不是所期望的含氧化合物分离。具体地讲，dme是再循环流中含氧化合物组分的最易挥发物(沸点为-24℃)，并且能够易于经由蒸馏与其它含氧化合物分离。乙醛(沸点为20.2℃)和丙酮(沸点为56℃)比甲醇(沸点为67.4℃)更具挥发性，需要单独的蒸馏步骤以从甲醇中除去丙酮和乙醛。此外，还需要从甲醇中去除较重的含氧化合物副产物(挥发性小于甲醇)，以使甲醇和dme能够再循环，需要另一个蒸馏步骤。然而，通过将甲醇转化为dme，以有效且高效的方式进行所期望的和不期望的含氧化合物之间的分离。在本发明的一些方法中，转化和分离在相同容器中进行；而在本发明的其它方法中，转化和分离在不同的容器中进行。此外，较小的含氧化合物如丙酮和乙醛可转化为较重的含氧化合物，该较重的含氧化合物更易于与dme分离。

因此，在至少一个方面，本发明的特征可在于提供用于减少mto反应区的重质含氧化合物再循环的方法，该方法通过以下步骤进行：将包含轻质烯烃、含氧化合物和水的流出物从mto反应区分离成包含轻质烯烃的烃产物流和包含含氧化合物和水的含水料流；将所述含水料流分离成具有减少量的含氧化合物的水料流和富含含氧化合物的料流；增加所述富含含氧化合物的料流中dme的量并且将所述富含含氧化合物的料流分离成富含dme的料流和重质的富含含氧化合物的料流；以及将所述富含dme的料流的至少一部分再循环至所述mto反应区。

在至少一个方面，本发明的特征还可在于提供用于减少mto反应区的重质含氧化合物再循环的方法，该方法通过以下步骤进行：将包含甲醇的进料流传递至mto反应区中，所述mto反应区包括在提供流出物流的条件下操作的反应器，所述流出物流包含轻质烯烃、含氧化合物和水；将所述流出物流传递至产物分离区，所述产物分离区被构造成将所述流出物流分离成包含轻质烯烃的产物流和包含含氧化合物和水的含水料流；将所述含水料流传递至含氧化合物汽提区，所述含氧化合物汽提区被构造成提供富含含氧化合物的料流和具有减少量的含氧化合物的水料流；将所述富含含氧化合物的料流传递至转化区，所述转化区被构造成将甲醇转化为dme，所述转化区包括容器并且被构造成提供富含dme的料流和重质的富含含氧化合物的料流；以及将所述富含dme的料流传递至所述mto反应区。

此外，在至少一个方面，本发明通常还可被表征，其中装置包括：mto反应区，所述mto反应区包括在提供流出物流的条件下操作的反应器，所述流出物流包含轻质烯烃、含氧化合物和水；产物分离区，所述产物分离区被构造成将所述流出物流分离成包含轻质烯烃的产物流和包含含氧化合物和水的含水料流；含氧化合物汽提区，所述含氧化合物汽提区被构造成提供富含含氧化合物的料流和具有减少量的含氧化合物的水料流；以及转化区，所述转化区被构造成将甲醇转化为dme，所述转化区包括容器并且被构造成提供富含dme的料流和重质的富含含氧化合物的料流；其中所述富含dme的料流再循环至所述反应区。

本发明的另外的方面、实施方案和细节(所有这些都可以任何方式组合)在本发明的以下具体实施方式中阐述。

附图说明

下面将结合以下附图来描述本发明的一个或多个示例性实施方案，其中：

图1示出了根据本发明的一个或多个实施方案的工艺流程图；

图2示出了根据本发明的一个或多个实施方案的另一个工艺流程图。

具体实施方式

如上所述，在本发明的方法中，将来自mto反应器的流出物的未反应甲醇转化为dme，然后主要将dme蒸气再循环至mto反应器。此外，丙酮和乙醛可转化为更易于与dme分离的重质含氧化合物。另选地，可在反应性蒸馏塔的底部除去液体产物，该反应性蒸馏塔将包含来自mto的大量丙酮和乙醛副产物。

术语“塔”意指用于分离不同挥发性物质的一种或多种组分的一个或多个蒸馏塔。除非另外指明，否则每个塔包括在塔的塔顶上的用于冷凝一部分塔顶馏出物料流并使其回流回塔的顶部的冷凝器，以及在塔的底部处的用于蒸发一部分塔底料流并将其送回塔的底部的再沸器。可以预热塔的进料。顶部压力是塔出口处的塔顶蒸气的压力。塔底温度是液体塔底出口温度。塔顶管线和塔底管线是指从回流或再沸的塔下游到塔的净管线。

如图所示，附图中的工艺流程线可以互换地称为例如管线、管道、分支、分配器、料流、流出物、进料、产物、部分、催化剂、抽出物、再循环、抽吸、排放和焦散。

如本文所用，术语“富含”可意指料流中的化合物或一类化合物相对于另一料流中的化合物或一类化合物的量增加。

如本文所用，术语“耗尽”可意指料流中的化合物或一类化合物相对于另一料流中的化合物或一类化合物的量减少。

如本文所用，术语“区”可指包括一个或多个装备项和/或一个或多个子区的区域。装备项可包括一个或多个反应器或反应器容器、加热器、交换器、管道、泵、压缩机和控制器。另外，装备项诸如反应器、干燥器或容器还可包括一个或多个区或子区。

如本文所用，术语“分离器”意指这样的容器，其具有一个入口和至少一个塔顶蒸气出口和一个塔底液体出口，并且还可具有来自储槽(boot)的含水料流出口。闪蒸罐是可与可在较高的压力处操作的分离器下游连通的一种类型的分离器。

考虑到这些一般原理，将在理解以下描述并非旨在进行限制的情况下描述本发明的一个或多个实施方案。

如图1和图2所示，含氧化合物进料流10被传递至具有至少一个反应器14的mto反应区12。mto反应区12的至少一个反应器14可为流化床反应器并且包括将甲醇和dme从含氧化合物进料流10转化为烯烃的mto催化剂。一般来讲，催化剂可为磷酸硅铝(sapo)，其具有四面体单元骨架，该四面体单元骨架形成许多孔以在转化为烯烃期间最佳地接触甲醇进料。此类mto反应器和催化剂在本领域中是已知的，例如，在美国专利号6,166,282、7,309,679、7,423,191和9,643,897中，这些专利全文以引用方式并入本文。

来自mto反应区12的流出物的流出物包含轻质烯烃、含氧化合物和水。在从流出物中分离催化剂之后，可将来自mto反应区12的流出物流16传递至产物分离区18，该产物分离区被构造成将流出物流16分离成包含轻质烯烃以及一些其它烃的产物流20和包含含氧化合物和水的含水料流22。另外，产物分离区18可提供废水流24。产物分离区18在本领域中是已知的，例如，在美国专利号9,452,957中，该专利全文以引用方式并入。众所周知，产物流20可被传递至分馏区段(未示出)，该分馏区段被构造成将产物流20分离成不同的组分流。

包含含氧化合物和水的含水料流22可被传递至具有含氧化合物汽提塔27的含氧化合物汽提区26，该含氧化合物汽提塔被构造成提供富含含氧化合物的料流28和含氧化合物耗尽的水料流30。水料流30的第一部分30a可被加热以部分地蒸发蒸汽并随后返回至含氧化合物汽提塔27。水料流30的第二部分30b可传递回产物分离区18。水料流30的第三部分30c可被传送用于进一步加工。

通常，富含含氧化合物的料流28将再循环至mto反应区12以允许其中的甲醇和dme反应。然而，在没有更多加工的情况下，富含含氧化合物的料流28的再循环将导致该料流中的重质和/或不期望的含氧化合物的积聚。因此，如开始时所示，根据本发明的方法，dme的量增加，然后dme与其它含氧化合物分离并再循环回mto反应区12。富含含氧化合物的料流28可为蒸气或液体，或蒸气和液体两者的组合，这取决于含氧化合物汽提区26的设计和操作。

如图1和图2所示，富含含氧化合物的料流28被传递至包括一个或多个容器34的转化区域32。根据图1中所示的实施方案，转化区包括一个容器34，其为反应性蒸馏塔34a。众所周知，反应性蒸馏塔34a包括一个或多个催化剂床36，该一个或多个催化剂床在适当的操作条件下促进化学反应，在这种情况下，甲醇转化为dme。反应性蒸馏塔34a的此类催化剂和操作条件是本领域已知的。参见例如美国专利号5,817,906和azizi等人，“dimethylether:areviewoftechnologiesandproductionschallenges(二甲基醚：技术和生产挑战的综述)”，chemicalengineeringandprocessing(化学工程和加工技术)，2014年，其全文以引用方式并入本文。此外，催化剂还可促进丙酮和乙醛向重质含氧化合物的转化。除了将甲醇转化为dme之外，反应性蒸馏塔34a还将反应性蒸馏塔34a内的组分分离成至少组分流，即富含dme的料流38和重质的富含含氧化合物的料流40。

转到图2，在本发明的另一个实施方案中，转化区32包括两个容器34，两个容器34中的第一个为反应器34b，或包括催化剂床36中的一个或多个催化剂床的反应容器。同样，催化剂促进甲醇转化为dme，并且还可促进丙酮和乙醛转化为重质含氧化合物。两个容器34中的第二个是分离容器34c，诸如分馏塔，其被构造成将来自反应器34b的流出物流42分离成富含dme的料流38和重质的富含含氧化合物的料流40。虽然据信图2的具有单独反应器34b和分离容器34c的实施方案在减少富含dme的料流38中的重质含氧化合物的量方面同样有效，但是据信图1的实施方案将提供增加的甲醇至dme的转化。

在任一实施方案中，可将重质的富含含氧化合物的料流40的第一部分40a加热，然后传递回反应性蒸馏塔34a或分离容器34c。重质的富含含氧化合物的料流40的第二部分40b可传递至下游处理。

另外，在图1和图2两者中所示，富含dme的料流38的第一部分38a在冷却后回流回反应性蒸馏塔34a或分离容器34c。富含dme的料流38的第二部分38b再循环回mto反应区12的反应器14。如图1和图2所示，使富含dme的料流38冷却，然后分流成两部分38a、38b。还设想首先将富含dme的料流38分流成两部分38a、38b，然后可仅冷却第一部分38a(即，回流部分)。因此，富含dme的料流38可作为液体料流或蒸气料流再循环回mto反应区12的反应器14。

富含dme的料流38还将包含甲醇、丙酮、乙醛、以及一些重质含氧化合物。可进行组分的分离以允许一些较重的含氧化合物滑入富含dme的料流38中。然而，本发明的方法减少了再循环至mto反应区12的重质含氧化合物的量。

上述管线、导管、单元、设备、容器、周围环境、区或类似物中的任一者可配备一个或多个监测部件，包括传感器、测量设备、数据捕获设备或数据传输设备。信号、工艺或状态测量以及来自监测部件的数据可用于监测工艺设备中、周围和与其有关的条件。由监测部件生成或记录的信号、测量和/或数据可通过一个或多个网络或连接收集、处理和/或传输，所述网络或连接可以是私有或公共的，通用的或专用的，直接的或间接的，有线的或无线的，加密的或未加密的，和/或它们的组合；本说明书并非旨在在这方面进行限制。

由监测部件生成或记录的信号、测量和/或数据可被传输到一个或多个计算设备或系统。计算设备或系统可包括至少一个处理器以及存储计算机可读指令的存储器，该计算机可读指令当由至少一个处理器执行时，使一个或多个计算设备执行可包括一个或多个步骤的工艺。例如，可配置一个或多个计算设备以从一个或多个监测部件接收与至少一件与该工艺相关联的设备相关的数据。一个或多个计算设备或系统可被配置为分析该数据。根据数据分析，一个或多个计算设备或系统可被配置为确定对本文所述的一个或多个工艺的一个或多个参数的一种或多种推荐调整。一个或多个计算设备或系统可被配置为传输加密或未加密的数据，其包括对本文所述的一个或多个工艺的一个或多个参数的一种或多种推荐调整。

例如，可由于已确定mto反应区12中的重质含氧化合物的量低于阈值量的传感器来调节转化区32的条件。因此，可调节转化区32的条件以利用较少的能量(并因此提供较少的转化和较不严格的分离)。

因此，在本发明的方法中，有效且高效地减少再循环流中重质含氧化合物的量用于mto转化方法。

本领域普通技术人员应当认识且应当理解，各种其它部件诸如阀、泵、过滤器、冷却器等未在附图中示出，因为据信，它们的具体内容完全在本领域普通技术人员的知识范围内并且它们的描述对于本发明的实施方案的实施或理解并不是必需的。

具体的实施方案

虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。

本发明的第一实施方案是用于减少mto反应区的重质含氧化合物再循环的方法，该方法包括将包含轻质烯烃、含氧化合物和水的流出物从mto反应区分离成包含轻质烯烃的烃产物流和包含含氧化合物和水的含水料流；将所述含水料流分离成具有减少量的含氧化合物的水料流和富含含氧化合物的料流；增加所述富含含氧化合物的料流中dme的量并且将所述富含含氧化合物的料流分离成富含dme的料流和重质的富含含氧化合物的料流；以及将所述富含dme的料流的至少一部分再循环至所述mto反应区。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中增加所述富含含氧化合物的料流中dme的量包括将甲醇转化为dme。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中在反应性蒸馏塔中将甲醇转化为dme。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括将所述富含dme的料流的一部分回流至所述反应性蒸馏塔。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括在将所述富含dme的料流的所述部分回流回所述反应性蒸馏塔之前冷却所述富含dme的料流。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中甲醇在反应容器中转化为dme，并且其中所述富含含氧化合物的料流在分离容器中分离成富含dme的料流和重质的富含含氧化合物的料流，所述分离容器与反应容器分离。

本发明的第二实施方案是用于减少mto反应区的重质含氧化合物再循环的方法，该方法包括：将包含甲醇的进料流传递至mto反应区中，所述mto反应区包括在提供流出物流的条件下操作的反应器，所述流出物流包含轻质烯烃、含氧化合物和水；将所述流出物流传递至产物分离区，所述产物分离区被构造成将所述流出物流分离成包含轻质烯烃的产物流和包含含氧化合物和水的含水料流；将所述含水料流传递至含氧化合物汽提区，所述含氧化合物汽提区被构造成提供富含含氧化合物的料流和具有减少量的含氧化合物的水料流；将所述富含含氧化合物的料流传递至转化区，所述转化区被构造成将甲醇转化为dme，所述转化区包括容器并且被构造成提供富含dme的料流和重质的富含含氧化合物的料流；以及将所述富含dme的料流传递至所述mto反应区。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述转化区的容器包括反应性蒸馏塔。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述转化区包括至少两个容器，第一容器包括反应器，并且第二容器包括分离容器。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括将所述富含含氧化合物的料流传递至所述转化区中的所述反应器；以及将流出物流从所述反应器传递至所述分离容器。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括使所述水料流从所述含氧化合物汽提区传递至所述产物分离区。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括将所述富含dme的料流的一部分传递回所述转化区。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括在使所述富含dme的料流的所述部分传递回所述转化区之前，冷却所述富含dme的料流。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其还包括以下项中的至少一者：感测所述方法的至少一个参数并且从所述感测生成信号或数据；生成并传输信号；或者生成并传输数据。

本发明的第三实施方案是用于将甲醇转化为烯烃的装置，该装置包括mto反应区，所述mto反应区包括在提供流出物流的条件下操作的反应器，所述流出物流包含轻质烯烃、含氧化合物和水；产物分离区，所述产物分离区被构造成将所述流出物流分离成包含轻质烯烃的产物流和包含含氧化合物和水的含水料流；含氧化合物汽提区，所述含氧化合物汽提区被构造成提供富含含氧化合物的料流和具有减少量的含氧化合物的水料流；以及转化区，所述转化区被构造成将甲醇转化为dme，所述转化区包括容器并且被构造成提供富含dme的料流和重质的富含含氧化合物的料流；其中所述富含dme的料流再循环至所述反应区。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述转化区还包括第二容器，所述第二容器包括分离容器。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述转化区的容器包括反应性蒸馏塔。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中将所述富含dme的料流的一部分冷却，然后回流回所述反应性蒸馏塔。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中将所述富含dme的料流的一部分冷却，然后传递回所述转化区。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述水料流再循环至所述产物分离区。

尽管没有进一步的详细说明，但据信，本领域的技术人员通过使用前面的描述可最大程度利用本发明并且可容易地确定本发明的基本特征而不脱离本发明的实质和范围以作出本发明的各种变化和修改，并且使其适合各种使用和状况。因此，前述优选的具体的实施方案应理解为仅例示性的，而不以无论任何方式限制本公开的其余部分，并且旨在涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效布置。

在前述内容中，所有温度均以摄氏度示出，并且所有份数和百分比均按重量计，除非另外指明。

虽然在本发明的前述具体实施方式中已呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解存在大量的变型形式。还应当理解，一个示例性实施方案或多个示例性实施方案仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供便利的路线图以实施本发明的示例性实施方案，应当理解，在不脱离如所附权利要求书以及其法律等同形式所阐述的本发明的范围的情况下，可对示例性实施方案中所描述的元件的功能和布置进行各种改变。