用于提供氧化烴的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于提供氧化烴的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年12月22日提交的美國臨時申請序列第61/745，591號的權(quán)益，其公開內(nèi)容特此通過引用以其整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)氧化烴(特別地甲醇)的方法和設(shè)備。更特別地，各個實施方案用于將烷烴例如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷轉(zhuǎn)化成烷基含氧化合物(alkyl oxygenate),并且特別地，用于將甲烷(例如來自天然氣)直接氧化(在部分氧化條件下)成甲醇和甲醛。
[0004]背景
[0005]用于甲醇生產(chǎn)的目前的工業(yè)實踐是兩步反應(yīng)。第一步驟是將甲烷(來自天然氣)清潔并且重整成一氧化碳和氫氣。此后是由一氧化碳和氫氣在固體催化劑存在下反應(yīng)以形成甲醇組成的第二步驟。此工藝是能量密集型的且對于除了非常大規(guī)模的甲醇工廠之外的所有工廠是不經(jīng)濟的。本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)氧化烴(特別地甲醇)的方法和設(shè)備。更特別地，各個實施方案用于將烷烴例如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷轉(zhuǎn)化成烷基含氧化合物，并且特別地，用于將甲烷(例如來自天然氣)直接氧化(在部分氧化條件下)成醇和另外的氧化烴。
[0006]用于將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇的多種其他的方法和設(shè)備也是已知的。如例如在KaravaevΜ.Μ., Leonov B.Ε.等，“Technology of Synthetic Methanol”，Moscow, “Chemistry”1984，第72-125頁所公開，已知的是，將甲烷氣相重整成合成氣(一氧化碳和氫氣的混合物)，且其隨后催化轉(zhuǎn)化成甲醇。然而，為了實現(xiàn)此工藝，需要高度精密的裝備以滿足氣體純度的高要求。還消耗大量的能量以獲得合成氣且用于其純化，在工藝中伴隨著大量的間歇階段。這樣的復(fù)雜性使得工藝對于具有小于2，000噸/天的生產(chǎn)能力的中型和小型企業(yè)在經(jīng)濟上是不可行的。
[0007]俄國專利第2，162，460號包括包含烴的氣體的來源、用于壓縮并且加熱這種氣體的壓縮機和加熱器、以及帶有壓縮機的包含氧氣的氣體。所述俄國專利還包括:相繼地布置的反應(yīng)器，其具有交替的混合和反應(yīng)的區(qū)和裝置以將包含烴的氣體供應(yīng)到反應(yīng)器的第一混合區(qū)并且將包含氧氣的氣體供應(yīng)到每個混合區(qū)；用于冷卻反應(yīng)混合物的回?zé)崾綗峤粨Q器；冷卻器-冷凝器；用于分離廢氣和液體產(chǎn)物且隨后分離甲醇的部分冷凝器；用于將廢氣供應(yīng)到初始的包含烴的氣體中的管道；以及用于將廢棄的包含氧氣的產(chǎn)物供應(yīng)到反應(yīng)器的第一混合區(qū)的管道。然而，在此設(shè)備中，由于熱交換器的固有限制，從包含烴的氣體的高度放熱的氧化反應(yīng)中快速收回?zé)崾遣豢蓪崿F(xiàn)的。這導(dǎo)致對減少供應(yīng)的包含氧氣的氣體的數(shù)量的需求且其還減少包含烴的氣體的轉(zhuǎn)化程度。此外，即使使用氧氣作為氧化劑，由于碳氧化物濃度的快速增加，提供包含烴的氣體的有效再循環(huán)是不可能的。供應(yīng)的氧氣中的大部分被浪費用于將一氧化碳氧化成二氧化碳，這另外減少初始的包含烴的氣體向有用的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化程度且提供反應(yīng)混合物的進(jìn)一步過熱。因為有必要冷卻氣體-液體混合物中的這些組分以回收液體部分、伴隨著隨后在返回到反應(yīng)器之前加熱，大量能量被浪費。此外，在每次通過再循環(huán)壓縮機后，這些組分被再壓縮。因此，大體上清除非烴組分提供減少操作支出和資本支出的機會。
[0008]在專利文件2，200, 731中公開用于生產(chǎn)甲醇的另外的方法和設(shè)備，在所述專利文件2，200, 731中，壓縮的加熱的包含烴的氣體和壓縮的包含氧氣的氣體被引入至相繼布置的反應(yīng)器的混合區(qū)內(nèi)，且反應(yīng)在受控的熱提取器(heat pick-up)下通過用冷凝水冷卻反應(yīng)混合物進(jìn)行以致獲得蒸氣，且反應(yīng)混合物的冷卻程度通過在液體產(chǎn)物的精餾階段中使用的逸出蒸氣的參數(shù)調(diào)節(jié)。
[0009]美國專利第7，179，843 號、第 7，456，327 號、第 7，578，981 號、第 7，642，293 號和第7，687，669號和公布的美國專利申請第20060204413號、第20060223892號、第200638283號、第20070100005號和第20070166212號(其通過引用并入本文)，描述用于在不使用催化劑的情況下將甲烷直接部分氧化為甲醇的高效且低成本的方法和設(shè)備。然而，因為再循環(huán)系統(tǒng)被懷疑積聚在烴氣體中或在包含氧氣的氣體中天然存在的惰性氣體、以及部分氧化反應(yīng)的產(chǎn)物氣體，通過從再循環(huán)系統(tǒng)中選擇性地除去這些部分，效率可以被明顯地改進(jìn)且耗氧量被減少。
[0010]可以看出，該方法和設(shè)備可以在最小加工濱岸氣體(on-shore gas)和凝析氣沉積物的情況下使用，并且可以與任何氣體消費者整合，例如發(fā)電廠、氣體分配站和氣體減少站、化學(xué)品生產(chǎn)設(shè)施等或小型甲烷生產(chǎn)商(例如煤礦、石油生產(chǎn)(照明彈)、垃圾填埋地、農(nóng)場等)。
[0011]因此，存在對允許在離岸鉆探設(shè)備(rig)上將包含烴的氣體安全轉(zhuǎn)化為液體的改進(jìn)的方法和設(shè)備的需求，并且還存在對使得閉合循環(huán)系統(tǒng)能夠用于生產(chǎn)甲醇和其他氧化烴的改進(jìn)的效率和簡單化的需求。
[0012]概述
[0013]因此，本發(fā)明的目的是提供作為現(xiàn)有的方法和設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)的用于生產(chǎn)氧化烴(特別地甲醇)的方法和設(shè)備。
[0014]為了與此目的和在下文中將變得明顯的其他目的保持一致，本發(fā)明的一個特征是用于生產(chǎn)氧化烴例如甲醇的方法。方法包括將第一加熱的包含烴的氣體流供應(yīng)到反應(yīng)器的步驟。包含氧氣的氣體流(oxygen-containing gas stream)被單獨地供應(yīng)到反應(yīng)器以部分地氧化包含烴的氣體流。包含氧氣的氣體任選地通過使空氣經(jīng)過一種或更多種膜以增加氧氣含量(oxygen content)來制備。從產(chǎn)生的產(chǎn)物流中冷凝和/或分離一種或更多種期望的液體氧化烴。使用吸收性洗滌器和/或膜從產(chǎn)物流中選擇性地除去非烴氣體以富集氣態(tài)烴部分。在一個反應(yīng)循環(huán)后，將來自產(chǎn)物流的剩下的氣態(tài)烴產(chǎn)物與新鮮的、任選地加熱的包含烴的氣體流混合。典型地，工藝使用至少一種膜以增加包含氧氣的氣體的氧氣含量和/或以從上文陳述的產(chǎn)物流中除去非烴氣體。在精制中，多種膜被串聯(lián)使用。在另外的精制中，多種膜被并行使用。在又其他的精制中，第一組膜被并行使用，同時第二組膜被串聯(lián)使用。
[0015]在另一個實施方案中，提供用于制備氧化烴的方法。方法包括將第一加熱的包含烴的氣體流供應(yīng)到反應(yīng)器的步驟。包含氧氣的氣體流被單獨地供應(yīng)到反應(yīng)器以形成反應(yīng)混合物。包含氧氣的氣體流任選地通過使空氣經(jīng)過一種或更多種氧氣富集膜以增加氧氣含量來制備，以在部分氧化反應(yīng)中部分地氧化包含烴的氣體流。從產(chǎn)物流中分離和/或冷凝一種或更多種氧化烴。使用洗滌器和/或烴富集膜從產(chǎn)物流中除去非烴氣體以富集氣態(tài)烴部分。在一個反應(yīng)循環(huán)后，將來自產(chǎn)物流的剩下的氣態(tài)烴產(chǎn)物與新鮮的第一加熱的包含烴的氣體流混合。典型地，使用至少一種膜以增加包含氧氣的氣體流的氧氣含量和/或以從產(chǎn)物流中除去非烴氣體。
[0016]在又一個實施方案中，提供用于生產(chǎn)甲醇的方法。方法包括將第一加熱的包含烴的氣體流供應(yīng)至反應(yīng)器的步驟。包含氧氣的氣體流被單獨地供應(yīng)到反應(yīng)器中。任選地通過使空氣經(jīng)過一種或更多種膜以增加氧氣含量來制備，以氧化包含烴的氣體流以形成產(chǎn)物流。從產(chǎn)物流中分離和/或冷凝包括甲醇的一種或更多種氧化烴。使用洗滌器和膜從包含一種或更多種氧化烴的產(chǎn)物流中除去一氧化碳和/或二氧化碳。在一個反應(yīng)循環(huán)后，將來自產(chǎn)物流的剩下的氣態(tài)烴產(chǎn)物與第一包含烴的氣體流混合。
[0017]本教導(dǎo)的另一個特征是用于生產(chǎn)氧化烴例如甲醇的設(shè)備。設(shè)備包括:反應(yīng)器；第一包含烴的氣體供應(yīng)裝置，其將加熱的包含烴的氣體供應(yīng)到所述反應(yīng)器內(nèi)；用于將包含氧氣的氣體供應(yīng)到反應(yīng)器內(nèi)的裝置；任選地一種或更多種膜，其增加被供應(yīng)至反應(yīng)器內(nèi)的包含氧氣的氣體的氧氣含量；用于從產(chǎn)生的產(chǎn)物流中冷凝和/或分離一種或更多種期望的液體氧化烴的裝置；洗滌器和/或膜，其從產(chǎn)物流中選擇性地除去非烴氣體；和用于在一個反應(yīng)循環(huán)后混合來自產(chǎn)物流的剩下的氣態(tài)烴產(chǎn)物與新鮮的第一加熱的包含烴