[发明专利]用于获得一种或多种烯烃的方法和系统

说明书

本发明涉及获得一种或多种烯烃的方法(100、200)，其中使用甲烷(10)的氧化偶联形成包含氢气、甲烷、一氧化碳和沸点比甲烷高的烃的气体混合物，并对该气体混合物进行低温分离(1‑5。本发明特征在于，低温分离(1‑5)使用具有第一分离区域(21)、第二分离区域(22)和冷凝器‑蒸发器(23)的精馏塔(2)进行，所述第二分离区域(22)布置在第一分离区域(21)上方，其中将气体混合物冷却，作为第一分离进料至少部分地输入到第一分离区域(21)中，并在第一分离区域(21)中进行第一精馏过程，由此形成第一顶部气体和第一底部液体，在冷凝器‑蒸发器(23)中使用第一部分的第一顶部气体形成再循环到第一分离区域的冷凝物，并且使用第二部分的顶部气体形成输入到第二分离区域(22)中的第二分离进料。第二分离进料在第二分离区域(22)中进行第二精馏过程，由此形成第二顶部气体和第二底部液体。

技术领域

本发明根据各自的独立权利要求的前序，涉及获得一种或多种烯烃的方法，并且涉及相应的设备。

背景技术

甲烷的氧化偶联在文献中有描述，例如在：J.D.Idol et al.,Natural Gas,in:J.A.Kent(ed.),Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology,volume 2,12th edition,Springer,New York 2012。

根据目前的知识水平，甲烷的氧化偶联包括甲烷与氧气的催化气相反应，其中一个氢原子从两个甲烷分子的每一个中分出。得到的甲基自由基首先反应形成乙烷分子。该反应还形成水分子。给定合适的甲烷与氧气的比例、合适的反应温度和合适的催化条件的选择，随后将乙烷氧化脱氢得到乙烯(甲烷氧化偶联中的目标化合物)。在此形成另外的水分子。所用的氧气通常在上述反应中完全转化。

甲烷的氧化偶联中的反应条件通常包括500至900℃的温度、5至10bar的压力和高空速。最近的发展尤其是在使用较低温度的方向上。该反应可以在固定床或流化床中在均相和非均相催化下进行。在甲烷的氧化偶联中，也可能形成具有多达六个或八个碳原子的较高级烃，但是重点在于乙烷/乙烯、以及丙烷/丙烯(视情况而定)。

尤其是由于甲烷分子中碳和氢之间的结合能高，甲烷的氧化偶联的产率相对较低。通常，不超过所用甲烷的10％至15％被转化。此外，断开这些键所需的相对苛刻的反应条件和温度也促进了甲基自由基和其他中间体的进一步氧化，从而产生一氧化碳和二氧化碳。

尽管可以通过选择优化的催化剂和调整反应条件来部分抵消低产率以及一氧化碳和二氧化碳的形成，但是在甲烷的氧化偶联中形成的气体混合物以及目标化合物(例如乙烯和可能的丙烯)主要包含未转化的甲烷，以及二氧化碳、一氧化碳和水。由于可能发生的非催化裂解反应，也可能存在相当量的氢。在此使用的这种气体混合物的术语也称为甲烷氧化偶联的“产物混合物”，即使它在很大程度上不包含所需的产物，但也包含刚才所阐明的未转化的甲烷反应物和副产物。

在甲烷的氧化偶联中，可以使用催化区在下游跟随有非催化区的反应器。从催化区流出的气体混合物转移到非催化区，在该处，它首先仍处于催化区所使用的较高温度下。特别是由于在甲烷的氧化偶联中形成的水的存在，此处的反应条件类似于常规蒸汽裂化方法中的那些。因此，在这里有可能将乙烷和较高级链烷烃转化为烯烃。也可以将其他链烷烃供入非催化区，从而可以通过特别有利的方式利用来自甲烷的氧化偶联的残余热量。在连接于催化区下游的非催化区中的这种受控的蒸汽裂化也称为“床后裂化”。在下文中，这也称为术语“催化后蒸汽裂化”。

关于蒸汽裂化中存在的反应条件，同样参考专业文献，例如Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry,Online Edition,15April 2007,DOI 10.1002/14356007.a10_045.pub2中的文章“Ethylene”。蒸汽裂化例如用于获得短链烯烃例如乙烯和丙烯，二烯烃例如丁二烯或芳族化合物，但不限于此。