用于制備二甲醚的方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請日為2010年08月02日、申請?zhí)枮?01010243618.2且發(fā)明名稱為"用 于制備二甲醚的方法"的申請之分案申請。
技術領域
[0002] 本文中公開的實施方案涉及用于從甲醇制備二甲醚(DME)的方法。更具體地，本文 中公開的實施方案涉及用于從原料氣例如來自甲醇合成反應器的流出物分離甲醇、其中使 甲醇反應制備二甲醚的方法。甲醇從原料氣的分離優(yōu)選在足以將用于將氣態(tài)產(chǎn)物流再循環(huán) 到甲醇合成反應器的加熱和壓縮要求最小化的條件進行。
【背景技術】
[0003] DME是商購上有價值的產(chǎn)品。例如，DME起到用于制備眾多化學品的構成單元 (bui 1 ding block)的作用。DME可以例如用作化學反應的組分，用作液化石油氣中的添加 劑，并且還用作清潔燃燒或柴油替代燃料。
[0004] 作為原料的甲醇可以從天然氣制備。DME因而可以由甲烷通過首先將天然氣中的 甲烷轉化成甲醇制備。天然氣典型含有約60至100摩爾％的甲烷，余量主要是較重質烷烴。 遞增碳數(shù)的烷烴通常以遞減的量存在。二氧化碳、硫化氫、氮氣和其它氣體也可以以相對低 的濃度存在。天然氣是用于制備甲醇的普通和經(jīng)濟的原料，盡管也可以使用其它原料。
[0005] 典型的甲醇合成反應器（用于合成氣至甲醇的轉化)在單程中將僅轉化供給到反 應器中的合成氣中的約20%至60%。為了得到較高轉化率，典型將未反應的合成氣與產(chǎn)物 甲醇分離并且再循環(huán)回到反應器中，或引導到第二反應器中，以制備另外的甲醇。甲醇合成 反應器例如公開于美國專利4,968,722、5,219,891、5,449,696、6,723,886和5，177，114和 GB 2092172A中，所述專利中的每一個都通過引用結合在此，達到了它們不與本文中公開的 實施方案矛盾的程度。
[0006] 甲醇合成反應器典型在相對高的溫度和壓力運行，例如約400°F至約600°F和約 lOOOpsig至約1500psig運行。在能量和資本支出方面，高的溫度和壓力的要求增加了該方 法的成本。與將到甲醇反應器的原料氣預熱和加壓相關的能量成本和資本成本的節(jié)約對于 該方法而言是有利的。歸因于相對于每程的低轉化率和高的再循環(huán)要求，顯著的成本與在 從甲醇合成反應器流出物中的未反應氣體中分離出甲醇產(chǎn)物以后壓縮并加熱再循環(huán)氣體 相關。
[0007] 因此，需要一種用于從甲醇合成反應器流出物制備二甲醚的方法，所述方法提供 了優(yōu)于常規(guī)方法的能量節(jié)約和更高的效率。

【發(fā)明內容】

[0008] 在一個方面中，本文中公開的實施方案涉及一種用于制備二甲醚的方法。該方法 可以包括:將包含水的水性萃取劑與來自甲醇合成反應器的流出物接觸，所述來自甲醇合 成反應器的流出物處于部分的或全部的汽相并且包含甲醇以及甲烷、水、一氧化碳、二氧化 碳、氫氣和氮氣中的一種或多種，從而甲醇的至少一部分分配到所述水性萃取劑中；回收包 含所述水性萃取劑和甲醇的萃取部分；回收包含甲烷、水、一氧化碳、二氧化碳、氫氣和氮氣 中的所述一種或多種的萃余部分;將所述萃取部分進料到催化蒸餾反應器系統(tǒng)中；在所述 催化蒸餾反應器系統(tǒng)中同時地;將所述甲醇與在蒸餾反應區(qū)中的催化劑接觸，從而使甲醇 的至少一部分催化反應以形成二甲醚和水;和將得到的二甲醚和水分餾，以回收包含二甲 醚的第一塔頂餾分和包含水的第一塔底餾分。
[0009] 在另一個方面中，本文中公開的實施方案涉及一種用于制備二甲醚的方法。該方 法可以包括:將包含水的水性萃取劑與來自甲醇合成反應器的流出物接觸，所述來自甲醇 合成反應器的流出物處于部分的或全部的汽相并且包含甲醇以及甲烷、水、一氧化碳、二氧 化碳、氫氣和氮氣中的一種或多種，從而甲醇的至少一部分分配到所述水性萃取劑中；回收 包含所述水性萃取劑和甲醇的萃取部分；回收包含甲烷、水、一氧化碳、二氧化碳、氫氣和氮 氣中的所述一種或多種的萃余部分;將所述萃余部分以間接熱交換方式與來自所述甲醇反 應器的流出物接觸;將熱交換的萃余部分再循環(huán)到所述甲醇反應器;將所述萃取部分進料 到催化蒸餾反應器系統(tǒng)中；在所述催化蒸餾反應器系統(tǒng)中同時地;將甲醇與在蒸餾反應區(qū) 中的催化劑接觸，從而使甲醇的至少一部分催化反應以形成二甲醚和水;和將得到的二甲 醚和水分餾，以回收包含二甲醚以及C2至C4烯烴、一氧化碳、氮氣和二氧化碳中的至少一種 的第一塔頂餾分，和包含水的第一塔底餾分;經(jīng)由分餾將所述第一塔頂餾分分離，以回收包 含氮氣、一氧化碳、二氧化碳和C2至C4烯烴中的所述至少一種的第二塔頂餾分，和包含二甲 醚的第二塔底餾分。
[0010] 從下列描述和后附權利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將是顯然的。
【附圖說明】
[0011] 圖1是根據(jù)本文中公開的實施方案的簡化工藝流程圖。
[0012] 圖2是根據(jù)本文中公開的實施方案的簡化工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0013] 在本申請的范圍之內，表述"催化蒸餾反應器系統(tǒng)"是醇縮合反應和產(chǎn)物分離至少 部分地同時在其中發(fā)生的設備。該設備可以包括:常規(guī)催化蒸餾塔反應器，其中反應和蒸餾 在沸點條件同時發(fā)生;或與至少一個側線反應器(side reactor)組合的蒸餾塔，其中所述 側線反應器可以作為液相反應器或沸點反應器運行；或這些的組合。盡管兩種催化蒸餾方 法與常規(guī)的液相反應隨后分離的方法相比都可以是優(yōu)選的，但是催化蒸餾塔反應器可以具 有下列優(yōu)點：減少的件數(shù)(piece count)、有效的熱移除（反應熱可以被吸收到混合物的蒸 發(fā)熱中），和移動平衡的可能性。
[0014] 在一個方面中，本文中公開的實施方案涉及用于制備二甲醚的方法。更具體地，本 文中公開的實施方案涉及用于從甲醇制備二甲醚(DME)的方法。更特別地，本文中公開的實 施方案涉及用于從原料氣例如來自甲醇合成反應器的流出物分離甲醇、其中使回收的甲醇 隨后反應以制備二甲醚的方法。
[0015] 用于根據(jù)本文中公開的實施方案的用于制備二甲醚的方法的原料可以包括來自 甲醇合成反應器的流出物流。如在本文中使用的，甲醇合成反應器被定義為用于從合成氣、 裂解氣或其它含有氫氣、一氧化碳和二氧化碳的流制備甲醇的反應器。甲醇合成反應器流 出物可以包括甲醇以及未反應氣體，包括氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氮氣等。原料可 以在相對高的溫度和壓力離開這些工藝，例如在約400°F至600°F的溫度和在約500psig至 約2000psig的壓力離開。
[0016]可以將可以處于部分的或全部的汽相的甲醇合成反應器流出物進料到甲醇回收 系統(tǒng)中，在所述甲醇回收系統(tǒng)中，將流出物與具有包括水、甲醇和二甲醚中的至少一種的水 性萃取劑的系統(tǒng)接觸，以從存在的未反應氣體分離甲醇的至少一部分。這樣的接觸可以例 如在萃取蒸餾塔、吸收塔或本領域技術人員已知的用于將組分從汽相分配到液相中的其它 裝置中進行。包括水性萃取劑和甲醇的萃取部分以及包括未反應氣體和任何余下甲醇的萃 余部分可以各自被回收用于進一步的處理。
[0017]萃余部分可以被再循環(huán)到甲醇合成反應器中或到甲醇合成反應器上游的合成氣 反應器，用于制備另外的甲醇。備選地，可以將萃余部分引導到第二甲醇合成反應器。為了 提高用于進料到甲醇合成反應器的萃取部分的壓力和/或溫度，可能需要熱交換和/或壓 縮。在一些實施方案中，可以將萃余部分以間接熱交換方式與甲醇合成反應器流出物接觸， 以提高用于在高溫供給到甲醇合成反應器的萃余部分的溫度。
[0018] 甲醇回收系統(tǒng)中的運行條件可以包括在約200° F至約500° F范圍內的溫度；在約 500psig至約2000psig范圍內的壓力；約2至約10，例如約4至約6的氣體與水性萃取劑的摩 爾比。在一些實施方案中，甲醇回收系統(tǒng)中的運行壓力可以在甲醇合成反應器的運行壓力 的約20 %以內；在其它實施方案中，在約15 %以內；在其它實施方案中，在約10 %以內；并且 在其它實施方案中，在約5%以內。在與甲醇合成反應器的運行壓力相當?shù)膲毫\行甲醇回 收系統(tǒng)導致萃余部分具有與用于將反應物進料到甲醇合成反應器的壓力類似的壓力，從而 減小壓縮要求。未反應氣體的再循環(huán)可以改進整個工藝的總效率，將另外的甲烷轉化成甲 醇，降低原料成本，并且改進該工藝至甲醇和/或二甲醚的總轉化率。
[0019] 然后可以將萃取部分進料到用于將甲醇轉化成二甲醚的反應系統(tǒng)，所述反應系統(tǒng) 可以包括催化蒸餾反應器系統(tǒng)，或固定床反應器和催化蒸餾反應器系統(tǒng)的組合。在所述催 化蒸餾反應器系統(tǒng)中同時地，i)將所述甲醇與在蒸餾反應區(qū)中的催化劑接觸，從而使甲醇 的至少一部分催化反應以形成二甲醚和水;和ii)將得到的二甲醚、產(chǎn)物水和水性萃取劑分 離，以回收包括二甲醚的塔頂餾分和包括水的塔底餾分。
[0020] 催化蒸餾反應器系統(tǒng)用于將甲醇轉化成二甲醚的使用是有利的，因為催化蒸餾反 應器系統(tǒng)將制備二甲醚的反應與作為分離流的產(chǎn)物水的分離組合。如上所述，水作為用于 甲醇的選擇性吸收劑是有用的，并且因而催化蒸餾反應器系統(tǒng)可以同時處理吸收劑水和產(chǎn) 物水。
[0021] 催化蒸餾反應器系統(tǒng)可以包括一個或多個含有用于促進甲醇至二甲醚的轉化的 催化劑的反應區(qū)，其中所述反應區(qū)可以位于催化蒸餾反應器系統(tǒng)的精