專利名稱：用于排放控制和乙烯純化的丁烷吸收系統(tǒng)的制作方法
專利說明用于排放控制和乙烯純化的丁烷吸收系統(tǒng) 發(fā)明領域 本發(fā)明一般涉及用于含有乙烷的乙烯料流的純化的聯(lián)合工藝。這樣的料流作為在其中乙烷被氧化成乙酸和乙烯的乙烷氧化反應器的產物是常見的。

背景技術：
乙烷在氣相中在高溫下氧化脫氫生成乙酸和/或乙烯是本領域中已知的。例如，美國專利4568790號描述了利用氧化物催化劑將乙烷氧化成乙烯的方法。在乙烷轉化率為50％時，乙烯的計算的選擇性為63％-76％。美國專利4524236號描述了利用氧化物催化劑將乙烷氧化成乙烯的方法，其中在乙烷的轉化率為51％時，乙烯的選擇性高達80％。美國專利5162578號描述了由乙烷、乙烯或其混合物與氧氣選擇性制備乙酸的方法，在乙烷的轉化率為4％時，該方法得到34％的乙酸選擇性和62％的乙烯選擇性。在歐洲專利EP0407091B1號中描述了用于制備包含乙烯和/或乙酸的產物的另一種方法。按照該方法，使乙烷和/或乙烯以及含有分子氧的氣體在升高的溫度下與混合金屬氧化物催化劑接觸，在乙烷轉化率為14.3％時得到78％的最大乙酸選擇性。在乙烷的轉化率為15％時，乙烯的最高選擇性為70％。
工業(yè)上通常通過使乙酸和乙烯與分子氧在對于生產乙酸乙烯酯來說活性的催化劑存在下接觸來制備乙酸乙烯酯。用于生產乙酸乙烯酯的聯(lián)合工藝也是本領域中已知的。例如，美國專利6852877號(該專利通過引用整體結合到本文中)公開了一種制備乙酸乙烯酯的方法，包括(1)使乙烷與氧氣在催化劑存在下反應以制備乙酸(乙烷氧化)，(2)使乙烷與氧氣在催化劑存在下反應以制備乙烯(乙烷氧化脫氫)；(3)使上面制備的乙烯和乙酸與氧氣在催化劑存在下反應以制備乙酸乙烯酯產物料流；和(4)從來自步驟(3)的產物料流中分離乙酸乙烯酯。
此外，共同擁有的美國專利6790983號(該專利通過引用整體結合到本文中)公開了一種生產乙酸乙烯酯的方法，包括(1)使乙烷和氧氣在催化劑存在下反應以制備乙酸和乙烯(乙烷氧化)，(2)使上面制備的乙烯和乙酸與氧氣在催化劑存在下反應，以制備乙烯乙酸酯產物料流；和(4)從來自步驟(2)的產物料流中分離乙酸乙烯酯。


圖1顯示了一種常見的、現(xiàn)有技術的乙烯/乙酸生產方法。在這個基本系統(tǒng)中，含乙烷的料流(1)與含氧的氣體(2)一起被進料到乙烷氧化反應器(3)。該反應器可以是流化床反應器或固定床反應器。在反應器(3)中，乙烷被氧化成乙酸、乙烯和各種碳氧化物(COx)。含有這三種主要組分的氣體反應器流出物(4)被進料到循環(huán)氣體洗滌塔(5)，該循環(huán)氣體洗滌塔(5)產生包含乙烯、乙烷和COx的塔頂料流，和包含乙酸、水和重質副產物的塔底料流(6)。然后，塔底料流(6)被如本領域中已知的那樣純化，以提供用于銷售或用于下游的乙酸乙烯酯工藝(未示出)的純化的乙酸。來自循環(huán)氣體洗滌塔的塔頂料流(7)被送入從該塔頂料流中除去COx的處理步驟(8)。所述純化過的料流然后被進料到乙烷/乙烯分離器，該分離通常成本高且不易成功。乙烷料流(10)再循環(huán)至氧化反應器(3)，用于進一步轉化成乙酸，而純化的乙烯料流(11)被引入下游單元，例如乙烯乙酸酯單元，或存貯起來以便將來銷售。
在乙酸/乙烯生產中的一個常見的問題是純化乙烯料流以用于工業(yè)生產或用于進料到乙酸乙烯酯裝置。當乙烷和/或乙烯被氧化以生產乙酸和/或乙烯時，產物料流包含乙烷和乙烯。這兩種組分的分離是很有挑戰(zhàn)性的。因此，希望開發(fā)一種改進的方法，其中乙烯可以容易地與乙烷分離，從而生產用于銷售或用于下游工藝如乙酸乙烯酯裝置的乙烯。
發(fā)明概述 本發(fā)明描述了用于純化來自乙烷氧化工藝的乙烯產物的正丁烷吸收法。將乙烷氧化產物進料到一系列的吸收塔，所述吸收塔除去惰性組分并純化來自所述產物的乙烯。第一吸收塔使用正丁烷作為溶劑以吸收乙烷和乙烯，允許從該料流中除去惰性的氣體。來自該塔的富乙烯的塔側料流被送入第二個塔，即乙烯純化塔，在這里利用正丁烷溶劑純化乙烯。來自所述第一吸收塔的塔底料流被送入第三個塔，即中間乙烯回收塔。在該塔中，乙烯粗品被純化，其中塔頂料流被送入上述的乙烯純化塔，用于進一步的純化，并且塔底料流與乙烯純化塔的塔底料流(兩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劑。
附圖的簡要說明 圖1顯示了一種現(xiàn)有技術的乙酸生產方法。
圖2顯示了本發(fā)明的乙烯純化方法的一個實施方案。
發(fā)明詳述 本發(fā)明提供了一種使用正丁烷吸收法將乙烷氧化反應器產物中的乙烷和乙烯分離的方法。乙烷的氧化可以在流化床或固定床反應器中進行。為了在流化床中使用，催化劑通常被研磨成10-200μm范圍內的粒徑，或通過噴霧干燥制備。氣態(tài)原料和任何與所述原料氣組合的循環(huán)氣體主要含有乙烷，但可以含有一些量的乙烯，并且以純氣體或與一種或幾種其它氣體的混合物的形式進料到反應器中。這樣的附加氣體或者載體氣體的合適例子是氮氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、空氣和/或水蒸氣。含有分子氧的氣體可以是空氣或具有比空氣高或低的分子氧濃度的氣體，例如純氧氣。乙烷氧化反應通常在約400℃-約600℃下進行，優(yōu)選在約450℃-約550℃下進行，關鍵是該溫度足夠高以使乙烷氧化。適當?shù)臏囟热Q于乙烷氧化反應器中使用的催化劑。有很多種催化劑可用于該反應，并且本領域普通技術人員將知道如何通過找到適當?shù)姆磻獪囟葋韮?yōu)化催化劑性能。壓力可以是常壓或高于常壓，例如約1-約50巴，優(yōu)選約1-約30巴。
氧化反應產生氣體的混合物，所述氣體包括乙烯、醋酸、水、COx(CO和CO2)、未反應的乙烷和各種重質副產物。該產物氣體通常在在大約450-大約600℃之間的溫度下離開反應器。來自反應器的產物氣體流出物然后優(yōu)選被過濾，以除去催化劑細粉，并且然后被送入分離工藝，例如本領域已知的循環(huán)氣體洗滌塔，以從乙烷氧化反應器產物料流分離乙酸、水和其它重質副產物。在該循環(huán)氣體洗滌塔中，水、乙酸和其它重質副產物被從所述反應器產物料流中剝離出來，并且被送入另外的乙酸純化步驟。塔頂產物包含未反應的乙烷、乙烯和所有COx以及其它惰性氣體。
本領域技術人員將會明白，上面段落中提及的塔、氣體洗滌器和管路將具有與它們相關的各種熱交換器、泵和連接器，并具有由所涉及的特定氣體混合物所確定的操作參數(shù)。在本發(fā)明公開內容的教導下確定適當?shù)呐渲煤蛥?shù)在本領域普通技術人員的能力范圍之內。然而，無論如何從乙烷氧化反應器產物料流中除去水、乙酸和重組分，然后都將未反應的乙烷、乙烯和惰性氣體的剩余的氣態(tài)產物送入本發(fā)明的正丁烷吸收工藝。
未反應的乙烷、乙烯和惰性氣體的氣體料流被送入用于清除隋性氣體的第一吸收塔。該氣體料流優(yōu)選被引入吸收塔的塔底，而正丁烷溶劑被引入該塔的塔頂。該吸收塔在乙烷氧化系統(tǒng)的壓力下操作，并用于清除系統(tǒng)中的惰性組分。該塔的操作在本領域普通技術人員的能力范圍之內。
從所述第一吸收塔取出富含乙烯的液體塔側料流，并將其直接送入主乙烯純化塔。在該塔中，正丁烷進料吸收乙烷并提高塔頂蒸氣料流的乙烯含量。該純化的乙烯料流然后可以被存貯起來用于銷售，或被送入用于進一步加工的下游單元，例如乙酸乙烯酯單元。如果所述乙烯被送入乙酸乙烯酯單元，則該乙烯純化塔優(yōu)選在接近乙酸乙烯酯單元的壓力的壓力下操作，以便于加工處理。如下所述，該塔的塔底料流被送入用于正丁烷溶劑回收的汽提塔。該塔的操作在本領域技術人員的能力范圍之內。
來自所述第一吸收塔的塔底液體料流被送入中間乙烯回收塔。優(yōu)選地，該塔在高壓，即超過約500psia的壓力下操作，以便減少塔頂冷凝器的需冷量。如果分離需要的話，可以向其中進料額外的正丁烷，盡管這并不必須。富含乙烯的塔頂蒸氣料流然后被送入上述的乙烯純化塔以進一步純化。然后將所述中間乙烯回收塔的塔底料流與乙烯純化塔的塔底物一起送入汽提塔和乙烷塔，以分別回收正丁烷和乙烷。來自乙烷塔的乙烷再循環(huán)至乙烷氧化工藝，而來自汽提塔的正丁烷重新用于上述吸收系統(tǒng)。
圖2提供了該方法的一個實施方案的示意圖。未反應的乙烷、乙烯和惰性氣體組成的氣體料流(1)被送入用于清除惰性氣體的第一吸收塔(3)。正丁烷溶劑(2)被引入所述塔的塔頂，以吸收乙烷和乙烯。未冷凝的惰性氣體作為塔頂料流(4)被除去，而塔底料流(10)被送入中間乙烯回收塔(11)。來自第一吸收塔(3)的富含乙烯的液體塔側料流(5)被直接送入用于純化乙烯的主乙烯純化塔(6)。在該乙烯純化塔(6)中，正丁烷進料(7)吸收乙烷并提高乙烯塔頂蒸氣料流(8)的乙烯含量。如下所述，乙烯純化塔(6)的塔底料流(13)被送入用于正丁烷溶劑回收的汽提塔(14)。
來自第一吸收塔(3)的塔底液體料流被送入中間乙烯回收塔(11)。如果分離需要的話，還可以向該塔中進料額外的正丁烷(20)。富含乙烯的塔頂蒸氣料流(9)然后被送入上述的乙烯純化塔(6)，以進一步純化。然后將中間乙烯回收塔(11)的塔底料流(12)與乙烯純化塔(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)。塔頂粗乙烷料流(16)被進料到乙烷塔(17)，在此塔頂乙烷料流(19)被回收，優(yōu)選用于再循環(huán)到乙烷氧化工藝。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統(tǒng)的正丁烷。
根據本發(fā)明公開的內容，這里所公開和要求保護的所有組合物和方法可以被制備和實施而無需過度的試驗。雖然已經就優(yōu)選的實施方案公開了本發(fā)明的組合物和方法，但對本領域技術人員來說顯而易見的是，可以在不偏離本發(fā)明的概念和范圍的情況下對本文所描述的組合物和/或方法和/或步驟和/或方法的步驟的順序進行改變。所有對本領域普通技術人員來說顯而易見的這樣的類似的替代和改變，均被視為在本發(fā)明的范圍和概念之內。
權利要求
1.一種生產乙烯的方法，該方法包括
氧化乙烷以產生包含乙烯、惰性氣體和乙烷的料流，和
在正丁烷吸收系統(tǒng)中處理該料流，以產生惰性氣體料流、再循環(huán)乙烷料流、純化的乙烯料流和正丁烷回收料流。
2.權利要求1的方法，其中所述正丁烷吸收系統(tǒng)的操作壓力為約500psia或更高。
3.權利要求1的方法，其中在約400℃-約600℃下氧化所述乙烷。
4.權利要求1的方法，其中所述正丁烷吸收系統(tǒng)包括溶劑吸收塔。
5.一種生產乙烯的方法，該方法包括
氧化乙烷以產生包含乙烯、惰性氣體和未反應的乙烷的流出物料流；
使用溶劑從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產生；和
在溶劑吸收塔中加工所述流出物料流，以至少產生包含乙烷、乙烯和溶劑的塔底料流，和富含乙烯的塔側料流。
6.權利要求5的方法，還包括在塔中加工所述塔底料流，以至少產生富含乙烯的塔頂料流。
7.權利要求6的方法，還包括在塔中加工所述富含乙烯的塔側料流和所述富含乙烯的塔頂料流，以產生乙烯產物料流。
8.權利要求7的方法，其中所述富含乙烯的料流的溶劑濃度是
9.權利要求5的方法，其中所述溶劑是正丁烷。
10.權利要求5的方法，其中所述塔是溶劑吸收塔。
11.權利要求9的方法，其中所述溶劑是正丁烷。
12.權利要求5的方法，其中，將從使用溶劑從流出物料流中吸收乙烷和乙烯的步驟得到的塔頂料流與富含乙烯的塔側料流合并，然后將合并的料流引入乙烯純化塔。
13.權利要求5的方法，其中，將使用溶劑從流出物料流中吸收乙烷和乙烯的步驟得到的塔底料流與塔合并，然后將合并的料流引入乙烷塔。
14.一種生產乙烯的方法，該方法包括
氧化乙烷以產生包含乙烯、惰性氣體和未反應的乙烷的流出物料流；
使用溶劑從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產；
在溶劑吸收塔中加工所述流出物料流，以至少產生包含乙烷、乙烯和溶劑的塔底料流，和富含乙烯的塔側料流；和
在溶劑吸收塔中加工所述塔底料流，以至少產生富含乙烯的塔頂料流。
15.權利要求14的方法，還包括在塔中加工所述富含乙烯的塔側料流和富含乙烯的塔頂料流，以產生乙烯產物料流。
16.權利要求15的方法，其中所述富含乙烯的料流的溶劑濃度比乙烷的濃度高。
18.權利要求14的方法，其中所述塔是溶劑吸收塔。
19.權利要求18的方法，其中所述溶劑是正丁烷。
20.權利要求14的方法，其中，將使用溶劑從流出物料流中吸收乙烷和乙烯的步驟得到的塔頂料流與富含乙烯的塔側料流合并，然后將合并的料流引入乙烯純化塔。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于純化來自乙烷氧化工藝的乙烯產物的正丁烷吸收法。將乙烷氧化產物進料到一系列的使用正丁烷溶劑的吸收塔，所述吸收塔除去惰性組分并純化來自所述產物的乙烯。第一吸收塔使用正丁烷作為溶劑以吸收乙烷和乙烯，允許從該料流中除去惰性的氣體。來自該塔的富含乙烯的塔側料流被送入乙烯純化塔，在這里利用正丁烷溶劑純化乙烯。來自所述第一吸收塔的塔底料流然后被送入中間乙烯回收塔，在該塔中乙烯粗品被純化，并且塔頂乙烯料流被送入乙烯純化塔。塔底料流與乙烯純化塔的塔底料流(兩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劑。
文檔編號C07C2/00GK101421206SQ200780004745
公開日2009年4月29日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權日2006年2月7日
發(fā)明者C·V·麥克斯旺, G·C·西曼 申請人:國際人造絲公司