用于制备一种或多种反应产物的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于制备一种或多种反应产物的方法和设备
[0001]本发明涉及用于制备一种或多种反应产物的方法和设备，根据独立权利要求的前序部分，特别是二甲醚或其他含氧化合物。
【背景技术】
[0002]二甲醚(DME)是结构最简单的醚。二甲醚包含两个甲基作为有机基。二甲醚是极性的并且通常以液体形式作为溶剂使用。此外二甲醚能够作为冷却剂并且因此取代传统的氯氟烃。最近，二甲醚也越来越多地用于取代燃料气体(液化气)和传统燃料，例如柴油。由于二甲醚具有55至60的相对高的十六烷值，例如传统的柴油引擎在用于二甲醚操作时，仅需要进行轻微的改进，如果需要的话。二甲醚燃烧起来相对清洁并且不产生烟灰。
[0003]例如在theDME HandbookJapan DME Forum,Tokyο 2007，ISBN 978-4-9903839-0-9的第4章中所描述的，可以通过来自合成气体的两步合成方法，经由甲醇中间物来制备二甲醚。两步合成的特征为:首先通过从未转化的合成气中分离甲醇来从合成气中制备甲醇，然后在接下来的步骤中分别脱水甲醇以得到二甲醚和水。
[0004]本发明不仅适用于从合成气来制备二甲醚，也适用于其他含氧化合物。在本发明的情况下，该合成气或相应的集合合成气体流可以进行任何已知的增加分子量的反应，例如Fischer-Tropsch 合成。
[0005]根据在此也适用的标准定义，含氧化合物为具有至少一个与氧原子共价键相连的烷基的化合物。所述至少一个烷基可以具有至多5个、至多4个或至多3个碳原子。更特别地，本发明感兴趣的环氧化合物具有含有一个或两个碳原子的烷基，特别是甲基。更特别地，它们是一元醇和二烷基醚，例如甲醇和二甲醚或其混合物。
[0006]早在1973年，诸如DE236 29 44 Al的专利文献已描述了从合成气直接合成二甲醚。在这种情况下，使用了结合的反应步骤，其中从氢、一氧化碳和二氧化碳中形成甲醇和二甲醚。从合成气到二甲醚的“直接”合成的特征为，通常没有甲醇的分离和其分开地进一步转化为二甲酿。可以在例如来自Nexant Technology，Inc.的“Dimethyl Ether(DME)Technology and Markets”，PERP07/08_S3，2008年 12月和前面提到过的来自 the JapanDME Forum的the DME Handbook的出版物中找到相应的方法。
[0007]在表征合成气的专门领域中，化学计量数(SN)是广泛使用的。其定义为
[0008]SN = (XH2-XCO2)/(xC0+xC02),
[0009]其中X在不同情况下为氢气(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)组分的摩尔含量。在相应的两步合成中，通常使用化学计量数为2-2.05的合成气作为新鲜进料(组分)用于甲醇合成;相反，在直接合成中，经常使用小很多的化学计量数。
[0010]在传统的二甲醚一步合成法中，例如要求1-1.5的化学计量数，并且在通常该情况下实施相应方法应该先从合成气中分离二氧化碳。与之相反，申请人开发了一种从富含甲烷的天然气中直接合成二甲醚的方法，包含使用化学计量数为2-5的合成气。其通过例如下述方法来达成:化学计量数为约2.05的合成气的新鲜进料(组分)以及循环在不同情况下未转化的合成气，这导致在所述方法中的氢气富集，并且因此增加该化学计量数。所述2-5的化学计量数在进入使用的合成反应器入口处获得。
[0011]存在不同的已知方法来从富集甲烷的天然气中提供化学计量数为2-2.05的合成气。例如US 2009/0105356 Al提出通过蒸气重整和自热重整的串联结合来生产合成气，其中部分进料绕过蒸气重整而直接进入自热重整。例如US 7，485，767 B2公开了一种方法，其中天然气一方面送去部分氧化或者自热重整，而另一方面送去蒸气重整。因此该一方面部分氧化或者自热重整而另一方面送去蒸气重整被并联设置。分别获得的合成气结合起来以得到具有所期望的化学计量数的集合合成气。
[0012]此处的部分氧化或自热重整被控制在比蒸气重整更高的压力下，因此蒸气重整中获得的合成气在与部分氧化或自热重整中存在的合成气结合之前必须被再压缩。替代的方法也是已知的，并且描述在例如W01993/01 5999 Al和EP O 522 744 A2中。
[0013]工艺计算显示特别是一方面部分氧化或自热重整而另一方面蒸气重整的并联将导致特别高的能量效率。特别是当一方面部分氧化或自热重整控制在相对较高的压力下(例如35-80bar)并且另一方面蒸气重整在相对较低压力下(例如约10-35bar)时，可以增强该能量效率。
[0014]在二甲醚的直接合成中，如果未转化的合成气再循环进合成中，那么在合成气中会建立高的二氧化碳浓度。这会导致降低反应速率和较低的转化率。此外，二甲醚的直接合成可能导致较大量的副产物，例如甲烷，乙烷和丙烷，其必须通过昂贵并且不方便的方法进行去除。
[0015]本发明要解决的问题是改进相应方法，特别是关于后者。
【发明内容】
[0016]所述问题通过用于制备一种或多种反应产物的，特别是二甲醚或其他含氧化合物的，具有独立权利要求特征的方法和设备来解决。优选配置如从属权利要求和下面的说明书所述。
[0017]在阐明本发明的特征和优势之前，将阐明其基本原理和使用的术语。
[0018]关于制备合成气的方法和设备，特别是在部分氧化、自热重整(ATR)和蒸气甲烷重整(SMR)方面，参考相关教科书的章节，例如，Ullmann’ s Encyclopedia of IndustrialChemistry 中的 “Gas Product1n” 一章，线上版本，2006年12 月 15 日，DOI 10.1002/14356007.al2_169.pub2，或者DME Handbook中 “Synthesis gas product1n technology”的第4.2节。
[0019]本申请使用术语“压力水平”和“温度水平”表征压力和温度，其意味表示如下事实:为了实现本发明构思，在相应装置中的相应压力和温度不必以准确的压力和温度值的形式使用。然而，这种压力和温度通常在特殊的范围内变化，例如± I %、5 %、1 %、20 %或者甚至50%的大约平均值。相应的压力水平和温度水平可以在分离的范围内或在相互重叠的范围内。更特别地，例如，压力水平包括不可避免的或所预期的压力下降，例如由于冷却效果。其也相同地适用于温度水平。此处记载的以bar为单位的压力水平是绝对压力。
[0020]在本文使用的术语中，液体和气体流可以富集或缺乏一种或多种组分，其中“富集”可以指至少50%、75%、90%、95%、99%、99.5%、99.9%或99.99%的含量，并且“缺乏”可以指至多50%、25%、10%、5%、1%、0.1%或0.01%的含量，以摩尔，重量或体积计。术语“显著地”相当