[发明专利]用于生产烯烃的方法

说明书

本发明涉及用于生产烯烃的方法、用于生产烯烃的集成系统。

近年来，对全球范围天然气资源的勘探和利用给予了越来越多的注意。相对于油来说，天然气的缺点是难以将大量天然气从源头运输到市场。高效运输天然气的一种方式是将天然气液化并运输液化天然气(LNG)。另一种方式是使用气制油过程(GtL)将天然气中的甲烷转化成液体烃类。GtL产物一般为液体，并可以以与传统的油或油制品类似的方式运输。

除了甲烷之外，天然气一般还含有其他烃类，例如乙烷、丙烷和丁烷。这样的天然气被称为湿气。后两者可以添加到LPG合并物中，但是乙烷不能。此外，出于各种原因，供应到LNG或GtL过程的天然气中的乙烷含量受到限制，因此在向LNG或GtL过程提供天然气之前，必须将显著部分的乙烷从天然气中移除。

尽管乙烷的用途有限，但一般地乙烷在燃烧炉中燃烧提供热量；它的相应烯烃乙烯是具有广泛用途的基础化学品，具有极大的商业利益。可以使用例如热裂化方法将乙烷转化成乙烯。随后，乙烯可用于生产例如聚乙烯、苯乙烯、环氧乙烷或单乙二醇。乙烷向乙烯的转化高度吸热并需要大量能量输入。此外，用于乙烷到乙烯过程、特别是后端整理(work-up)区段和随后的乙烯转化过程的资本支出高，需要最小化乙烯的生产能力，才能使其在经济上有利。当天然气中的乙烷含量太低，因此没有足够的乙烷可用时，乙烷/乙烯路线变得没有吸引力。

在天然气从相对小的气层、特别是位于边远隔离地区的气层抽取，也称为被困的天然气的情况下，这个问题变得更加显著。当然，这种被困的天然气可以转化成LNG或GtL产品。然而，这要求被困的天然气层维持每日最小生产水平以便使投资合算。一般地，这种被困的天然气层不能实现足够的生产水平以维持GtL或LNG工厂。此外，联产的乙烷不足以维持乙烷到乙烯过程和随后的乙烯转化过程。

已经提议将乙烷蒸汽裂化器与能够生产额外乙烯的含氧化合物(oxygenate)-至-烯烃(OTO)方法相组合。例如，C.N.Eng等(C.Eng，E.Arnold，E Vora，T.Fuglerud，S.Kvisle，H.Nilsen，Integration of the UOP/HYDRO MTO Process into Ethylene plants，10th Annual Ethylene Producers′Conference，New Orleans，USA，1998)建议将UOP的甲醇到烯烃(MTO)过程与石脑油或乙烷进料的蒸汽裂化器合并。提到了通过将两个过程合并能够生产足够的乙烯，同时联产有价值的丙烯。C.Eng等提到的缺点是甲醇的价格波动，而甲醇是MTO反应的主要进料。

在WO 2009/039948A2中，提出了将蒸汽裂化和MTP过程组合来制备乙烯和丙烯。根据WO 2009/039948A2，在该方法中，特别的优点是通过整理两个过程的后段获得的。甲醇进料从甲烷生产，需要足够的甲烷供应。

在US2005/0038304中，公开了用于从OTO系统和蒸汽裂化系统生产乙烯和丙烯的集成系统。根据US2005/0038304，在该方法中，特别的优点是通过整理两个过程的后段获得的。通往OTO过程的甲醇进料从合成气生产。然而根据US2005/0038304，由于合成气生产过程的吸热性质，从合成气生产甲醇具有高能量要求，这样的吸热合成气生产过程一般是蒸汽甲烷重整。

甲醇可以从氢和一氧化碳或二氧化碳生产。一般地，甲醇从氢、一氧化碳和二氧化碳的混合物生产。为了合成甲醇，氢、一氧化碳和二氧化碳应该以至少2的摩尔比提供，所述摩尔比由下式计算：

摩尔比＝(H₂摩尔数-CO₂摩尔数)/(CO摩尔数+CO₂摩尔数)

通往甲醇合成的进料一般为合成气。然而，这样的合成气当然需要含有摩尔比为至少2的氢、一氧化碳和二氧化碳。然而，大多数放热合成气过程产生缺少氢的合成气。例如，将缺少氢的合成气通过水煤气变换反应器，不足以将合成气中的一部分一氧化碳与水转变成氢和二氧化碳。正如可以在上文中摩尔比的定义中看到的，这样的转化不影响获得的摩尔比。正如在US2005/0038304中描述的，从吸热过程例如蒸汽甲烷重整获得富含足够氢的合成气。为了降低制备合成气所需的能量消耗，将合成气与例如从放热的非催化部分氧化过程获得的缺少氢的合成气混合。然后将所述混合物用于合成甲醇。