[发明专利]涉及膨胀冷却和经冷却气体再循环的热量管理方法

说明书

一种管理化学反应工艺的热量的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年6月27日提交的临时申请序号61/839,901的优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

本发明涉及化学工艺中的热量管理。

存在多个在高压下涉及氢气的化学工艺，其包括烯烃的加氢甲酰化反应、烃化反应、氢氨甲基化反应及氢氰化反应。这些反应中的每一个都必须涉及进料流杂质的存在，所述杂质可以包括N2、Ar、CO2、甲烷、高碳烷烃、水等。这些杂质典型地以排放物流从所述工艺清除。

举例来说，烯烃(如丙烯)的加氢甲酰化反应在工业上以连续工艺进行，因为烯烃、一氧化碳以及氢气在加氢甲酰化反应器中在加氢甲酰化反应催化剂的存在下发生反应。反应器的排出物包含加氢甲酰化反应产物(醛、醇)和总体上大量的未反应烯烃，所述烯烃必须经分离并且再循环到加氢甲酰化反应器。当烯烃经历加氢甲酰化反应时(即在50℃至200℃以上以及压力低至3巴和高达200巴以上时进行含氧化合物合成反应)时，除如醛及醇的液体反应产物之外还得到气体混合物。这些气体混合物由以下组成：未经转化的反应物以及来自烯烃进料的作为杂质的烷烃和来自烯烃的副反应氢化反应的烷烃。常规烯烃加氢甲酰化反应方案必须允许排放惰性物质，如N2、Ar、CH4、烷烃、CO2等。在丙烯加氢甲酰化反应的情况下，这些气体混合物已经作为废气燃烧，因为自所述废气回收烯烃、CO以及H2并无成本效益。作为异构副产物获得的这些气体混合物以及异丁醛已经部分氧化以产生加氢甲酰化反应所要的合成气(即一氧化碳和氢气)、烯烃以及氢气。然而，在丙烯的价格大涨之后，昂贵的丙烯转化为合成气不再是经济的。

一般来说，所希望的是使未反应的烯烃再循环回到反应器中以得到最大转化率。然而，这一再循环工艺又将惰性丙烷再循环，所述惰性丙烷在进料丙烯中作为杂质存在或通过加氢甲酰化反应器中的副反应形成。为防止加氢甲酰化反应器中丙烷浓度连续升高并且达到加氢甲酰化反应停止时的值，必须不断地从所述工艺中放掉经再循环的含丙烯流的子流，以去除惰性物质和丙烷。

然而，未反应丙烯也通过放出流从系统中去除了。为保持丙烯损失小，一般使用高纯度的丙烯进料。因此，通常使用纯度约99.5％的丙烯进料与基本上由丙烷组成的剩余物进行加氢甲酰化反应。这一级别的丙烯称为“聚合物级丙烯”。此类高纯度丙烯的售价明显高于较低纯度的丙烯。举例来说，含有约3重量％至7重量％的丙烷的“化学级丙烯”明显比聚合物级丙烯便宜。

由于上述原因，在未采用适当措施的情况下，具有相对高比例丙烷的丙烯进料不可以用于工业加氢甲酰化反应工艺。

反应器排放物流含有有价值的烯烃、合成气以及流失到燃料总管或燃烧塔的产物。现有技术具有多种方法回收反应物。用于使这些排放物的转化率达到最大的次级反应器的实例为已知的，参见例如GB 1,387,657、US 4,593,127、US 5,367,106、US 5,426,238、US 7,405,329、WO 2010/081526以及WO 2010/115509。然而，仍存在对惰性气体和烷烃进行排放清除。

大量先前技术集中在回收这些物流中所含的烯烃，如丙烯，但极少有注意力集中在使产物损耗达到最小。举例来说，US 4,210,426采用具有最多3个管柱的大规模吸附/去吸附方案以从排放物流中提取烯烃。这一资本密集型工艺十分复杂。并未提到回收任何所含的醛产物。