JP2025529410A - Heat-integrated process for producing C2-C4 olefins - Google Patents
Heat-integrated process for producing C2-C4 olefinsInfo
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Abstract
本発明は、ジメチルエーテルおよび場合によりメタノールからC2~C4オレフィンを製造する方法であって、A)ジメチルエーテル含有流Aを用意するステップと;B)流Aの少なくとも一部を、C2~C6炭化水素を含有する少なくとも1つの炭化水素戻り流Rおよび水蒸気流G2と混合して、供給流Bを得るステップと;C)供給流Bを1つまたは複数の熱交換器内で430~500℃の範囲の温度に加熱し、それをオレフィン固定床反応器に供給するステップであって、加熱プロセスを、ステップB)の供給流Bを形成するために、個々の副流を混合する前に行うこともできる、ステップと;D)供給流Bを、C2~C4オレフィン、さらなるC2~C6炭化水素、メタノールおよび水蒸気を含有する生成ガス流Dを形成するために、430~520℃の範囲の温度で触媒的に変換するステップと;E)生成ガス流Dを1つまたは複数の熱交換器内で供給ガス流Bと熱を交換することによって170~220℃の範囲の温度に冷却するステップと;F)生成ガス流を少なくとも1つの水含有急冷回路流Kと接触させることによって、生成ガス流Dを35~65℃の範囲の温度にさらに冷却し、水およびメタノールを生成ガス流から凝縮させ、水およびメタノールが枯渇した炭化水素生成ガス流Fを得るステップと;G)少なくとも1つの水含有急冷回路流Kの少なくとも1つの副流G1を分離し、中圧水蒸気と熱を交換することによって副流G1を1つもしくは複数の熱交換器内で加熱および蒸発させて、または電気加熱プロセスによって副流G1を加熱および蒸発させて、水蒸気流G2を得て、水蒸気流G2をステップB)に供給するステップと;H)1つまたは複数のC2~C4オレフィン含有生成物流Pを分離し、炭化水素生成ガス流FからC2~C6炭化水素を含有する少なくとも1つの炭化水素戻り流Rを得て、これをステップBに戻すステップと、を有する方法に関する。 The present invention relates to a process for producing C2 - C4 olefins from dimethyl ether and optionally methanol, comprising the steps of: A) providing a dimethyl ether-containing stream A; B) mixing at least a portion of stream A with at least one hydrocarbon return stream R containing C2 - C6 hydrocarbons and a steam stream G2 to obtain a feed stream B; C) heating feed stream B to a temperature in the range of 430-500°C in one or more heat exchangers and feeding it to an olefin fixed bed reactor, wherein the heating process can also be carried out before mixing the individual sub-streams to form feed stream B of step B); D) converting feed stream B into C2 - C4 olefins, further C2 -C6 ... catalytically converting at a temperature in the range of 430-520°C to form a product gas stream D containing 6 hydrocarbons, methanol and water vapor; E) cooling the product gas stream D to a temperature in the range of 170-220°C by exchanging heat with a feed gas stream B in one or more heat exchangers; F) further cooling the product gas stream D to a temperature in the range of 35-65°C by contacting the product gas stream with at least one water-containing quench circuit stream K to condense water and methanol from the product gas stream and obtain a water- and methanol-depleted hydrocarbon product gas stream F; G) separating at least one side stream G1 of the at least one water-containing quench circuit stream K, heating and vaporizing the side stream G1 in one or more heat exchangers by exchanging heat with medium pressure steam or by an electrical heating process to obtain a water vapor stream G2, which is fed to step B); H) separating at least one side stream G1 of the at least one water-containing quench circuit stream K from at least one of the water- and methanol-depleted hydrocarbon product gas streams C2 -C3 and separating the olefin -containing product stream P from the hydrocarbon product gas stream F to obtain at least one hydrocarbon return stream R containing C 2 -C 6 hydrocarbons, which is returned to step B.
Description
本発明は、メタノールを用いてまたは用いないで、ジメチルエーテルからC2~C4オレフィンを調製する熱統合プロセスに関する。 The present invention relates to a heat-integrated process for the preparation of C2 to C4 olefins from dimethyl ether with or without methanol.
プロピレンは、メタノール/ジメチルエーテル混合物を固定床反応器(メタノールからプロピレン、MTP反応器)で変換することによって製造できることが知られている。既知の固定床反応器は、約480℃の温度でゼオライト触媒を用いて操作される。この目的のために、反応器に入る前にメタノール/DME含有反応ガス流を高温に加熱する必要がある。 It is known that propylene can be produced by converting a methanol/dimethyl ether mixture in a fixed-bed reactor (methanol to propylene, MTP reactor). Known fixed-bed reactors are operated with a zeolite catalyst at a temperature of about 480 °C. For this purpose, the methanol/DME-containing reaction gas stream must be heated to a high temperature before entering the reactor.
L.Jiangら,Chinese Journal of Chemical Engineering 26(2018),2102~2111は、メタノールからプロピレンを調製するプロセスであって、メタノールを最初にジメチルエーテル(DME)に変換し、次いで、生成物混合物をプロピレンおよびさらなる生成物に変換する、プロセスを記載している。この刊行物の図8を参照すると、プロセスは以下のように記載されている:メタノールを予熱し、蒸発させ、熱交換器内でDME反応器からの生成ガスとの熱交換によってさらに加熱する。メタノール蒸気を270℃の温度でDME反応器に供給する。次いで、DME反応器からの生成ガスの第1の副流(substream)を、炭化水素再循環流、冷メタノールおよび循環冷却水との熱交換によって150℃の温度に冷却し、形成された気体/液体混合物を相分離器で分離する。気相を再度加熱しながら、液相をさらに冷却し、気相および液相をプロピレン固定床反応器(MTP反応器)の個々のトレイに供給する。あるいは、メタノールのみをMTP反応器の個々のトレイに供給することも可能である。DME反応器からの生成ガスの第2の副流を、炭化水素再循環流および水蒸気と混合し、バーナを用いて約460℃の温度まで加熱し、プロピレン反応器に供給し、そこで実質的に全てのメタノールおよびDMEがプロピレンおよびさらなる炭化水素に変換される。 L. Jiang et al., Chinese Journal of Chemical Engineering 26 (2018), 2102–2111, describes a process for preparing propylene from methanol, in which methanol is first converted to dimethyl ether (DME), and then the product mixture is converted to propylene and additional products. Referring to Figure 8 of this publication, the process is described as follows: Methanol is preheated, vaporized, and further heated in a heat exchanger by heat exchange with the product gas from the DME reactor. The methanol vapor is fed to the DME reactor at a temperature of 270°C. A first substream of the product gas from the DME reactor is then cooled to a temperature of 150°C by heat exchange with a hydrocarbon recycle stream, cold methanol, and circulating cooling water, and the resulting gas/liquid mixture is separated in a phase separator. While the gas phase is reheated, the liquid phase is further cooled, and the gas and liquid phases are fed to individual trays of a propylene fixed-bed reactor (MTP reactor). Alternatively, only methanol can be fed to an individual tray of the MTP reactor. A second substream of product gas from the DME reactor is mixed with a hydrocarbon recycle stream and steam, heated to a temperature of about 460°C using a burner, and fed to the propylene reactor, where substantially all of the methanol and DME are converted to propylene and additional hydrocarbons.
記載されたプロセスの欠点は、プロピレン反応器に供給される反応物流の加熱に必要な熱量の大部分が、バーナでの天然ガスまたは他の化石炭化水素の燃焼によって提供されることである。これは、プロセス全体のCO2バランスに極めて悪影響を及ぼす。しかしながら、ますます深刻化する人為的気候変動の背景に対して、大気中に少量の化石由来CO2しか排出しない、またはより好ましくは全く排出しない工業製造プロセスを実施する意欲が高まっている。 A drawback of the described process is that the majority of the heat required to heat the reactant streams fed to the propylene reactor is provided by the combustion of natural gas or other fossil hydrocarbons in the burner. This has a significant negative impact on the CO₂ balance of the entire process. However, against the backdrop of increasingly severe anthropogenic climate change, there is a growing desire to implement industrial manufacturing processes that emit only small amounts of fossil-derived CO₂ into the atmosphere, or even better, none at all.
本発明の目的は、ジメチルエーテルから進行する、C2~C4オレフィンを調製する熱統合プロセスであって、定常状態操作で外的化石炭化水素の燃焼によるプロセス熱の供給を省くことが可能なプロセスを提供することである。 The object of the present invention is to provide a heat-integrated process for preparing C2 - C4 olefins from dimethyl ether, which, in steady-state operation, makes it possible to dispense with the need for process heat provided by the combustion of external fossil hydrocarbons.
この目的は、メタノールを用いてまたは用いないで、ジメチルエーテルからC2~C4オレフィンを調製するプロセスであって、
A)ジメチルエーテルを含む流Aを用意するステップと、
B)流Aの少なくとも一部を、C2~C6炭化水素を含む少なくとも1つの炭化水素再循環流Rおよび蒸気流G2と混合して、供給流Bを得るステップと、
C)供給流Bを1つまたは複数の熱交換器内で430~500℃の範囲の温度に加熱し、それをオレフィン固定床反応器に供給するステップであって、加熱はまた、ステップB)の供給流Bを与えるために、個々の副流の混合に先行してもよい、ステップと、
D)供給流Bを、430~520℃の範囲の温度で、C2~C4オレフィン、さらなるC2~C6炭化水素、メタノールおよび水蒸気を含む生成ガス流Dに触媒的に変換するステップと、E)生成ガス流Dを1つまたは複数の熱交換器内で供給ガス流Bとの熱交換によって170~220℃の範囲の温度に冷却するステップと、
F)少なくとも1つの水含有急冷循環流Kと接触させることによって、生成ガス流Dを35~65℃の範囲の温度にさらに冷却し、水およびメタノールを凝縮させて、水およびメタノールが枯渇した炭化水素生成ガス流Fを得るステップと、
G)少なくとも1つの水含有急冷循環流Kの少なくとも1つの副流G1を分離し、中圧蒸気との熱交換によって副流G1を1つもしくは複数の熱交換器内で加熱および蒸発させて、または電気加熱によって副流G1を加熱および蒸発させて、蒸気流G2を得て、蒸気流G2をステップB)に供給するステップと、
H)C2~C4オレフィンを含む1つまたは複数の生成物流Pを分離し、炭化水素生成ガス流FからC2~C6炭化水素を含む少なくとも1つの炭化水素再循環流Rを得て、ステップB)に再循環させるステップと
を含む、プロセスによって達成される。
The object is a process for the preparation of C2 - C4 olefins from dimethyl ether with or without methanol, comprising:
A) providing a stream A comprising dimethyl ether;
B) mixing at least a portion of stream A with at least one hydrocarbon recycle stream R comprising C 2 -C 6 hydrocarbons and with a steam stream G2 to obtain a feed stream B;
C) heating feed stream B to a temperature in the range of 430-500°C in one or more heat exchangers and feeding it to an olefin fixed bed reactor, wherein heating may also precede the mixing of the individual sub-streams to provide feed stream B of step B);
D) catalytically converting feed stream B at a temperature in the range of 430-520°C to a product gas stream D comprising C2 - C4 olefins, additional C2 - C6 hydrocarbons, methanol and water vapor; and E) cooling product gas stream D to a temperature in the range of 170-220°C by heat exchange with feed gas stream B in one or more heat exchangers.
F) further cooling product gas stream D to a temperature in the range of 35-65°C by contacting it with at least one water-containing quench recycle stream K to condense water and methanol to obtain a water- and methanol-depleted hydrocarbon product gas stream F;
G) separating at least one sub-stream G1 of the at least one water-containing quench circulating stream K, heating and evaporating the sub-stream G1 in one or more heat exchangers by heat exchange with medium-pressure steam or by electrical heating to obtain a vapor stream G2, which is fed to step B);
H) separating one or more product streams P comprising C2 - C4 olefins from the hydrocarbon product gas stream F to obtain at least one hydrocarbon recycle stream R comprising C2 - C6 hydrocarbons, which is recycled to step B).
本発明のプロセスの一実施形態では、ステップA)で、DMEから本質的になる(90重量%超のDME)流Aがプロセスに供給され、2つの副流に分割される。第1の副流A-1は、80重量%以下の流Aを含み、ステップB)に記載されるように使用される。第2の副流は、ステップG)で言及される水含有急冷循環流の副流G3と混合され、さらに加熱することなく、ステップC)でオレフィン固定床反応器の1つまたは複数の個々のトレイに流A-2として供給される。オレフィン固定床反応器を等温的に操作することも可能である。等温操作は、例えば、国際公開第2017/102096号パンフレットに記載される方法で行うことができる。例えば、伝熱媒体として液体塩または高圧蒸気を用いて操作されるオレフィン固定床反応器に設置された伝熱面が存在してもよい。反応器内の伝熱面を通る伝熱媒体の流れにより、発生する反応熱が反応器から除去され、したがって、これは等温的に操作される。 In one embodiment of the process of the present invention, in step A), a stream A consisting essentially of DME (greater than 90 wt. % DME) is fed to the process and split into two substreams. The first substream A-1 contains 80 wt. % or less of stream A and is used as described in step B). The second substream is mixed with the water-containing quench recycle substream G3 mentioned in step G) and fed, without further heating, as stream A-2 to one or more individual trays of the olefin fixed-bed reactor in step C). It is also possible to operate the olefin fixed-bed reactor isothermally. Isothermal operation can be achieved, for example, by the method described in WO 2017/102096. For example, a heat transfer surface installed in the olefin fixed-bed reactor can be present, operating using liquid salt or high-pressure steam as the heat transfer medium. The flow of the heat transfer medium through the heat transfer surface within the reactor removes the generated reaction heat from the reactor, which is therefore operated isothermally.
本発明のプロセスの好ましい実施形態では、ステップA)が、メタノール含有供給ガス流A1をジメチルエーテル固定床反応器に供給し、メタノールをジメチルエーテルに触媒変換して、ジメチルエーテル、メタノールおよび水蒸気を含む生成ガス流を得ることを含む。流A1がエタノールを含む場合、生成物流Aは、ジメチルエーテル、メタノールおよび水蒸気だけでなく、エタノールおよびエチレンも含む。 In a preferred embodiment of the process of the present invention, step A) comprises feeding a methanol-containing feed gas stream A1 to a dimethyl ether fixed-bed reactor for catalytic conversion of the methanol to dimethyl ether to obtain a product gas stream comprising dimethyl ether, methanol, and water vapor. When stream A1 comprises ethanol, product stream A comprises not only dimethyl ether, methanol, and water vapor, but also ethanol and ethylene.
C2~C4オレフィンは、エチレン、プロピレン、1-ブテン、2-ブテンおよびイソブテンである。本発明のプロセスによってエチレンおよび/またはプロピレンを調製することが好ましい。 C2 to C4 olefins are ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene and isobutene. It is preferred to prepare ethylene and/or propylene by the process of the present invention.
したがって、好ましい実施形態では、本発明のプロセスは、
A)メタノールを含む供給流A1をジメチルエーテル固定床反応器に供給し、メタノールをジメチルエーテルに触媒的に変換して、ジメチルエーテル、メタノールおよび水蒸気を含む生成物流Aを得るステップと、
B)生成物流Aの少なくとも一部を、C2~C6炭化水素を含む少なくとも1つの炭化水素再循環流Rおよび蒸気流G2と混合して、第2の供給流Bを得るステップと、
C)第2の供給流Bを1つまたは複数の熱交換器内で430~500℃の範囲の温度に加熱し、それをオレフィン固定床反応器に供給するステップであって、加熱はまた、ステップB)の供給流Bを与えるために、個々の副流の混合に先行してもよい、ステップと、
D)供給流Bを、430~520℃の範囲の温度で、エチレン、プロピレン、さらなるC2~C6炭化水素、メタノールおよび水蒸気を含む生成ガス流Dに触媒的に変換するステップと、
E)生成ガス流Dを1つまたは複数の熱交換器内で供給流Bとの熱交換によって170~220℃の範囲の温度に冷却するステップと、
F)少なくとも1つの水含有急冷循環流Kと接触させることによって、生成ガス流Dを35~65℃の範囲の温度にさらに冷却し、水およびメタノールを凝縮させて、水およびメタノールが枯渇した炭化水素生成ガス流Fを得るステップと、
G)少なくとも1つの水含有急冷循環流Kの少なくとも1つの副流G1を分離し、中圧蒸気との熱交換によって副流G1を1つもしくは複数の熱交換器内で加熱および蒸発させて、または電気加熱によって副流G1を加熱および蒸発させて、蒸気流G2を得て、蒸気流G2をステップB)に供給するステップと、
H)エチレンおよび/またはプロピレンを含む1つまたは複数の生成物流Pを分離し、炭化水素生成ガス流FからC2~C6炭化水素を含む少なくとも1つの炭化水素再循環流Rを得て、ステップB)に再循環させるステップと
を含む。
Thus, in a preferred embodiment, the process of the present invention comprises:
A) feeding a feed stream A1 comprising methanol to a dimethyl ether fixed bed reactor to catalytically convert the methanol to dimethyl ether to obtain a product stream A comprising dimethyl ether, methanol, and water vapor;
B) mixing at least a portion of product stream A with at least one hydrocarbon recycle stream R comprising C2 - C6 hydrocarbons and with a steam stream G2 to obtain a second feed stream B;
C) heating the second feed stream B to a temperature in the range of 430-500°C in one or more heat exchangers and feeding it to an olefin fixed bed reactor, wherein heating may also precede the mixing of the individual sub-streams to provide the feed stream B of step B);
D) catalytically converting feed stream B to a product gas stream D comprising ethylene, propylene, additional C2 - C6 hydrocarbons, methanol and water vapor at a temperature in the range of 430-520°C;
E) cooling product gas stream D to a temperature in the range of 170-220°C by heat exchange with feed stream B in one or more heat exchangers;
F) further cooling product gas stream D to a temperature in the range of 35-65°C by contacting it with at least one water-containing quench recycle stream K to condense water and methanol to obtain a water- and methanol-depleted hydrocarbon product gas stream F;
G) separating at least one sub-stream G1 of the at least one water-containing quench circulating stream K, heating and evaporating the sub-stream G1 in one or more heat exchangers by heat exchange with medium-pressure steam or by electrical heating to obtain a vapor stream G2, which is fed to step B);
H) separating one or more product streams P comprising ethylene and/or propylene from the hydrocarbon product gas stream F to obtain at least one hydrocarbon recycle stream R comprising C2 to C6 hydrocarbons for recycling to step B).
ステップA)では、好ましくは、メタノール含有供給流A1がジメチルエーテル固定床反応器に供給され、メタノールがジメチルエーテルに触媒的に変換されて、ジメチルエーテル、メタノールおよび水蒸気を含む生成物流Aが得られる。 In step A), preferably, a methanol-containing feed stream A1 is fed to a dimethyl ether fixed-bed reactor, where the methanol is catalytically converted to dimethyl ether to obtain a product stream A comprising dimethyl ether, methanol, and water vapor.
好ましくは上流のメタノール合成プラントから生じるメタノール含有供給流A1は蒸発させられ、一般に250~300℃、例えば275℃の温度まで加熱され、ジメチルエーテル固定床反応器に供給される。使用される触媒は、一般にガンマ-アルミナである。変換温度は一般に250~400℃であり、圧力は一般に1~25バール、例えば4バールである。ジメチルエーテル固定床反応器を出る第1の生成ガス流は、一般に350~400℃、例えば370℃の温度である。メタノール転化率は、一般に50%~90%、好ましくは65%~85%、例えば75%である。生成ガス流Aは、メタノール含有供給流A1との熱交換によって冷却される。熱交換後の第1の生成ガス流は、一般に180~250℃の温度である。 Methanol-containing feed stream A1, preferably originating from an upstream methanol synthesis plant, is vaporized and heated to a temperature typically between 250 and 300°C, e.g., 275°C, and fed to a dimethyl ether fixed-bed reactor. The catalyst used is typically gamma-alumina. The conversion temperature is typically between 250 and 400°C, and the pressure is typically between 1 and 25 bar, e.g., 4 bar. The first product gas stream leaving the dimethyl ether fixed-bed reactor is typically at a temperature between 350 and 400°C, e.g., 370°C. The methanol conversion is typically between 50% and 90%, preferably between 65% and 85%, e.g., 75%. Product gas stream A is cooled by heat exchange with methanol-containing feed stream A1. After heat exchange, the first product gas stream is typically at a temperature between 180 and 250°C.
ステップB)では、この流Aの少なくとも一部が、C2~C6炭化水素を含む炭化水素再循環流および蒸気流G2と混合されて、供給ガス流Bが得られる。一般に、流Aのこの部分は、少なくとも50重量%、好ましくは最大80重量%である。好ましくは少なくとも20重量%の流Aのさらなる部分A-2を、オレフィン固定床反応器の1つまたは複数のトレイに直接供給することができる。流Aのこの部分が上流のジメチルエーテル反応器から生じる場合、それは一般に、オレフィン固定床反応器のトレイに供給される前に、好ましくは30~60℃の範囲の温度に冷却される。この副流A-2は、好ましくは液体形態で反応器に供給される。 In step B), at least a portion of this stream A is mixed with a hydrocarbon recycle stream comprising C2 - C6 hydrocarbons and a vapor stream G2 to obtain a feed gas stream B. Typically, this portion of stream A is at least 50% by weight, preferably at most 80% by weight. A further portion A-2 of stream A, preferably at least 20% by weight, can be fed directly to one or more trays of the olefin fixed-bed reactor. If this portion of stream A originates from an upstream dimethyl ether reactor, it is generally cooled, preferably to a temperature in the range of 30 to 60°C, before being fed to the trays of the olefin fixed-bed reactor. This side stream A-2 is preferably fed to the reactor in liquid form.
オレフィン固定床反応器が等温的に操作および冷却される場合、副流A-2による冷却を省略することもできる。等温操作は、例えば、国際公開第2017/102096号パンフレットに記載される方法で行うことができる。例えば、伝熱媒体として液体塩または高圧蒸気を用いて操作されるオレフィン固定床反応器に設置された伝熱面が存在してもよい。反応器内の伝熱面を通る伝熱媒体の流れにより、発生する反応熱が反応器から除去され、したがって、これは等温的に操作される。生成ガス流Dにおける所望の生成物分布を確立するために、ここでは、副流A-2をオレフィン固定床反応器の中間段階に供給することも可能である。 If the olefin fixed-bed reactor is operated and cooled isothermally, cooling via side stream A-2 can be omitted. Isothermal operation can be achieved, for example, by the method described in WO 2017/102096. For example, a heat transfer surface may be installed in the olefin fixed-bed reactor, which is operated using liquid salt or high-pressure steam as the heat transfer medium. The flow of the heat transfer medium through the heat transfer surface within the reactor removes the generated reaction heat from the reactor, which is therefore operated isothermally. In this case, side stream A-2 can also be fed to an intermediate stage of the olefin fixed-bed reactor to establish the desired product distribution in product gas stream D.
さらなる実施形態では、メタノール含有流が、オレフィン固定床反応器の1つまたは複数のトレイに直接供給される。例えば上流のメタノール合成プラントから生じるメタノールを含有する第1の供給流A1の一部をオレフィン固定床反応器に直接供給することが好ましい。メタノール含有供給流A1のこの部分は、供給流A1全体の最大60重量%であり得る。 In a further embodiment, the methanol-containing stream is fed directly to one or more trays of the olefin fixed-bed reactor. For example, it is preferred to feed a portion of the first methanol-containing feed stream A1, originating from an upstream methanol synthesis plant, directly to the olefin fixed-bed reactor. This portion of the methanol-containing feed stream A1 can be up to 60 wt. % of the total feed stream A1.
C2~C4オレフィンの除去から生じる炭化水素再循環流Rは、一般に、C4~C6炭化水素を含む。エチレン、プロピレンまたはブテンがステップH)で価値のある生成物として得られるかどうかに応じて、炭化水素再循環流Rは、エチレン、プロピレンおよび/またはブテンも含み得る。ステップH)で生成物として得られるC2~C4オレフィンの量が少なくとも85重量%の程度までプロピレンを含む場合、例えば、流Rは、少なくとも50重量%の程度までC4~C6炭化水素からなる。混合前の炭化水素再循環流Rは、一般に、100~175℃の範囲、好ましくは130~160℃の範囲の温度である。炭化水素再循環流Rは、好ましくは中圧蒸気との熱交換によって加熱され、一般に30~100℃、好ましくは50~80℃の加熱前温度である。 The hydrocarbon recycle stream R resulting from the removal of C2 - C4 olefins generally comprises C4 - C6 hydrocarbons. Depending on whether ethylene, propylene or butenes are obtained as valuable products in step H), the hydrocarbon recycle stream R may also comprise ethylene, propylene and/or butenes. If the amount of C2-C4 olefins obtained as product in step H) comprises propylene to an extent of at least 85% by weight, for example, stream R consists of C4 - C6 hydrocarbons to an extent of at least 50% by weight. The hydrocarbon recycle stream R before mixing is generally at a temperature in the range of 100-175°C, preferably in the range of 130-160°C. The hydrocarbon recycle stream R is preferably heated by heat exchange with medium-pressure steam and is generally at a preheating temperature of 30-100°C, preferably 50-80°C.
ジメチルエーテル固定床反応器からの生成物流Aも、蒸気流G2と混合される。蒸気流G2は、一般に、100~200℃の範囲、好ましくは100~150℃の範囲の温度である。本発明によれば、この蒸気流は、中圧蒸気との熱交換によって加熱される。 Product stream A from the dimethyl ether fixed-bed reactor is also mixed with vapor stream G2. Vapor stream G2 generally has a temperature in the range of 100 to 200°C, preferably 100 to 150°C. According to the present invention, this vapor stream is heated by heat exchange with medium-pressure steam.
このようにして得られた供給流Bは、一般に、15重量%~50重量%、好ましくは20重量%~40重量%の水蒸気を含む。それは一般に、5重量%~10重量%のメタノール、10重量%~20重量%のジメチルエーテルおよび25重量%~50重量%のC2~C6炭化水素をさらに含む。 The feed stream B thus obtained generally contains 15% to 50% by weight, preferably 20% to 40% by weight, of steam. It generally further contains 5% to 10% by weight of methanol, 10% to 20% by weight of dimethyl ether and 25% to 50% by weight of C2 to C6 hydrocarbons.
ステップC)では、供給流Bは、1つまたは複数の熱交換器内で430~500℃の範囲の温度まで加熱され、オレフィン固定床反応器に供給される。加熱はまた、ステップB)の個々の副流の混合に先行してもよい。 In step C), feed stream B is heated in one or more heat exchangers to a temperature in the range of 430-500°C and fed to an olefin fixed-bed reactor. Heating may also precede the mixing of the individual substreams in step B).
一般に、オレフィン固定床反応器への供給時の供給流Bは、430~500℃の範囲の温度、例えば470℃である。供給流Bは、オレフィン固定床反応器からの(第2の)生成ガス流Dとの熱交換によってその温度に加熱される。中圧蒸気との熱交換による蒸気流G1の本発明の加熱は、定常状態操作においてバーナによる追加の加熱を必要とせずに、(第2の)生成ガス流Dとの熱交換によって供給流Bにおいて430~500℃の温度を達成することを可能にする。2つのガス流BとDとの間の小さな温度差は、必要な伝熱面積を増加させる。高い生産能力を有するプラントでは、これは不釣り合いに大きな熱交換器をもたらす可能性がある。このような場合、供給流Bの加熱の最後の部分を、電気熱交換器を用いて行うこともでき、それにより流Bと流Dとの間の熱交換器の温度差が増加する。これにより、必要な伝熱面積が実施可能な程度まで減少する。化石エネルギーキャリアの燃焼なしに電力が生成されている限り、流Bは依然としてCO2排出なしに加熱される。 Typically, feed stream B, when fed to the olefin fixed-bed reactor, has a temperature in the range of 430-500°C, e.g., 470°C. Feed stream B is heated to this temperature by heat exchange with the (second) product gas stream D from the olefin fixed-bed reactor. The inventive heating of steam stream G1 by heat exchange with medium-pressure steam makes it possible to achieve a temperature of 430-500°C in feed stream B by heat exchange with the (second) product gas stream D in steady-state operation without the need for additional heating by a burner. The small temperature difference between the two gas streams B and D increases the required heat transfer area. In plants with high production capacities, this can result in disproportionately large heat exchangers. In such cases, the final heating of feed stream B can also be performed using an electrical heat exchanger, thereby increasing the heat exchanger temperature difference between streams B and D. This reduces the required heat transfer area to a practical extent. As long as electricity is generated without the combustion of fossil energy carriers, stream B can still be heated without CO2 emissions.
本発明のプロセスの一実施形態では、第2の供給ガス流Bが、部分的に電気熱交換器によって、ステップC)で加熱される。 In one embodiment of the process of the present invention, the second feed gas stream B is heated in step C) in part by an electrical heat exchanger.
これに続いて、ステップD)で、オレフィン固定床反応器内で、エチレン、プロピレン、さらなるC2~C6炭化水素、メタノールおよび水蒸気を含む生成ガス流Dへの触媒変換が行われる。変換は、一般に、ゼオライト触媒、好ましくはZSM-5ゼオライトに基づく触媒で行われる。反応温度は、一般に430~500℃であり、好ましくは460~480℃である。圧力は、一般に1.3~4バールである。得られた第2の生成ガス流Dは、好ましくは以下の組成のものである:1重量%~15重量%のエチレン、1重量%~15重量%のプロピレン、35重量%~70重量%の水、20重量%~65重量%のC2~C6炭化水素、ならびにまたC6 +炭化水素ならびに0.1重量%~1.5重量%のメタノールおよびDME。 This is followed in step D) by catalytic conversion in an olefin fixed-bed reactor to a product gas stream D comprising ethylene, propylene, further C2 - C6 hydrocarbons, methanol and steam. The conversion is generally carried out over a zeolite catalyst, preferably a catalyst based on ZSM-5 zeolite. The reaction temperature is generally between 430 and 500°C, preferably between 460 and 480°C. The pressure is generally between 1.3 and 4 bar. The resulting second product gas stream D preferably has the following composition: 1% to 15% by weight of ethylene, 1% to 15% by weight of propylene, 35% to 70% by weight of water, 20% to 65% by weight of C2 - C6 hydrocarbons, and also C6 + hydrocarbons and 0.1% to 1.5% by weight of methanol and DME.
オレフィン固定床反応器は、一般にトレイ反応器の形態をとる。トレイの数は、好ましくは4~6である。一実施形態では、合計最大50重量%のガス流Aが、オレフィン固定床反応器の1つまたは複数のトレイ、好ましくはオレフィン固定床反応器の全てのトレイに直接供給される。さらなる実施形態では、メタノール含有流が、オレフィン固定床反応器の1つまたは複数のトレイ、好ましくはオレフィン固定床反応器の全てのトレイに直接供給される。 The olefin fixed-bed reactor generally takes the form of a tray reactor. The number of trays is preferably 4 to 6. In one embodiment, a total of up to 50 wt. % of gas stream A is fed directly to one or more trays of the olefin fixed-bed reactor, preferably to all of the trays of the olefin fixed-bed reactor. In a further embodiment, the methanol-containing stream is fed directly to one or more trays of the olefin fixed-bed reactor, preferably to all of the trays of the olefin fixed-bed reactor.
反応器から出るときの(第2の)生成ガス流Dは、一般に430~520℃、好ましくは460~480℃の温度である。 The (second) product gas stream D typically has a temperature of 430-520°C, preferably 460-480°C, upon exiting the reactor.
ステップE)では、生成ガス流Dが、1つまたは複数の熱交換器内で供給ガス流Bとの熱交換によって160~220℃の範囲の温度に冷却される。この冷却ステップの後、(第2の)生成ガス流Dの温度は、一般に160~220℃、好ましくは170~210℃、例えば190℃である。 In step E), product gas stream D is cooled to a temperature in the range of 160-220°C by heat exchange with feed gas stream B in one or more heat exchangers. After this cooling step, the temperature of (second) product gas stream D is generally 160-220°C, preferably 170-210°C, e.g., 190°C.
ステップF)では、生成ガス流Dが、1つまたは複数の水含有急冷循環流と接触させることによって、35~60℃の範囲の温度にさらに冷却され、水およびメタノールが凝縮されて、水およびメタノールが枯渇した炭化水素生成ガス流Fが得られる。このようにして得られた炭化水素生成ガス流Fは、本質的にエチレン、プロピレンおよびさらなるC2~C6炭化水素を含む。 In step F), product gas stream D is further cooled to a temperature in the range of 35-60°C by contacting it with one or more water-containing quench recycle streams to condense the water and methanol, resulting in a water- and methanol-depleted hydrocarbon product gas stream F. The hydrocarbon product gas stream F thus obtained essentially comprises ethylene, propylene and additional C2 - C6 hydrocarbons.
ステップG)では、少なくとも1つの急冷循環流K中の水の一部が分離され、この副流G1が、1つもしくは複数の熱交換器内で中圧蒸気との熱交換によって本発明に従って加熱および蒸発させられる、またはこの副流G1が、電気加熱によって加熱および蒸発させられて加熱蒸気流G2が得られる。この加熱蒸気流G2は、ステップB)で、ジメチルエーテル固定床反応器から生じる第1の生成物流A(または供給流A)と混合される。 In step G), a portion of the water in at least one quench recycle stream K is separated, and this substream G1 is heated and evaporated in accordance with the present invention by heat exchange with medium-pressure steam in one or more heat exchangers, or this substream G1 is heated and evaporated by electrical heating to obtain heated vapor stream G2. This heated vapor stream G2 is mixed in step B) with the first product stream A (or feed stream A) coming from the dimethyl ether fixed-bed reactor.
一般に、水含有急冷循環流が、中圧蒸気との熱交換によってまたは電気加熱を介して、供給される熱量に基づいて、少なくとも50%の程度までステップG)で加熱される。さらに、水含有急冷循環流の副流G1は、生成ガス流Dとの熱交換によって、ステップG)でさらに加熱および蒸発させられ得る。 Typically, the water-containing quench recycle stream is heated in step G) by heat exchange with medium-pressure steam or via electrical heating to an extent of at least 50% based on the amount of heat supplied. Additionally, a substream G1 of the water-containing quench recycle stream can be further heated and evaporated in step G) by heat exchange with product gas stream D.
加熱される前に、急冷循環流Kから分離除去された副流G1は液体形態であり、一般に70~100℃の範囲の温度である。加熱および蒸発させられた後、蒸気流G1は、100~150℃、好ましくは120~140℃の範囲の温度であり、それに対応して1~6バール、好ましくは2~4バールの圧力である。 Before being heated, the side stream G1 separated off from the quench recycle stream K is in liquid form and generally has a temperature in the range of 70 to 100°C. After being heated and evaporated, the vapor stream G1 has a temperature in the range of 100 to 150°C, preferably 120 to 140°C, and a corresponding pressure of 1 to 6 bar, preferably 2 to 4 bar.
第1の実施形態では、急冷回路から引き出された水流G1が、中圧蒸気との熱交換によって加熱される。本発明の文脈における中圧蒸気は、少なくとも150℃の温度および少なくとも5バールの圧力、好ましくは150~250℃、好ましくは150~200℃の範囲の温度およびそれに対応して5~17バール、好ましくは5~11バールの範囲の圧力の蒸気である。 In a first embodiment, the water stream G1 withdrawn from the quench circuit is heated by heat exchange with medium-pressure steam. Medium-pressure steam in the context of the present invention is steam at a temperature of at least 150°C and a pressure of at least 5 bar, preferably at a temperature in the range from 150 to 250°C, preferably from 150 to 200°C, and correspondingly at a pressure in the range from 5 to 17 bar, preferably from 5 to 11 bar.
明記される全ての圧力は絶対圧力である。 All pressures stated are absolute pressures.
ステップG)で使用される中圧蒸気流は、好ましくはステップA)の上流でのメタノール合成および/または前記メタノール合成の上流での合成ガス調製から生じる。中圧蒸気流は、空間的に隣接する別個の製造プラントから生じてもよい。 The medium-pressure vapor stream used in step G) preferably originates from methanol synthesis upstream of step A) and/or synthesis gas preparation upstream of said methanol synthesis. The medium-pressure vapor stream may also originate from a separate, spatially adjacent production plant.
第2の実施形態では、急冷回路から引き出された水流G1が、電気加熱によって加熱される。電気加熱は、例えば、電気加熱要素が設置されたタンク内で行うことができる。 In a second embodiment, the water flow G1 drawn from the quenching circuit is heated by electrical heating. This can be done, for example, in a tank in which an electrical heating element is installed.
本発明によれば、電気加熱に供給される電気エネルギーは、主に再生可能な方法で、すなわち化石エネルギーキャリアの燃焼なしで生成される。したがって、電気加熱に供給される電気エネルギーは、大部分が気候的に有害なCO2排出なしに供給される。 According to the invention, the electrical energy supplied for the heating is generated primarily in a renewable manner, i.e. without the combustion of fossil energy carriers. The electrical energy supplied for the heating is therefore supplied largely without climatically harmful CO2 emissions.
中圧蒸気も同様に、電気加熱によって生成され得る。電気加熱は、例えば、電気加熱要素が設置されたタンク内で行うことができる。 Medium-pressure steam can also be generated by electrical heating, for example, in a tank equipped with an electric heating element.
ステップH)では、C2~C4オレフィンを含む1つまたは複数の生成物流Pが炭化水素生成ガス流Fから分離され、C2~C6炭化水素を含む少なくとも1つの再循環流Rが得られる。全体的な再循環流Rは、一般に、複数の個々の再循環流で構成される。一般に、C2~C6炭化水素を含む再循環流R全体は、本質的に、すなわち95重量%超の程度までC2~C6炭化水素を含む。 In step H), one or more product streams P comprising C2 - C4 olefins are separated from the hydrocarbon product gas stream F to obtain at least one recycle stream R comprising C2 - C6 hydrocarbons. The overall recycle stream R is typically made up of multiple individual recycle streams. Typically, the overall recycle stream R comprising C2 - C6 hydrocarbons comprises essentially, i.e., to an extent of greater than 95% by weight, C2 - C6 hydrocarbons.
C2~C6炭化水素を含む炭化水素再循環流Rも同様に、中圧蒸気との熱交換によって加熱することができる。 The hydrocarbon recycle stream R, which comprises C2 to C6 hydrocarbons, may also be heated by heat exchange with medium pressure steam.
C2~C6炭化水素を含む炭化水素再循環流Rは、供給流Bを得るために流Aと混合する前に、生成ガス流Dとの熱交換によって加熱され得る。 Hydrocarbon recycle stream R, comprising C 2 -C 6 hydrocarbons, may be heated by heat exchange with product gas stream D before being mixed with stream A to obtain feed stream B.
一般に、ステップH)は、ステップH1)~H7):
H1)炭化水素生成ガス流Fを圧縮して、プロピレンとC4、C5およびC6
+炭化水素とを含む液体炭化水素流H11、ならびにエタン、エテンおよびプロピレン含有ガス状炭化水素流H12を得るステップと、
H2)相分離によって液体炭化水素流H11から水を分離して、液体炭化水素流H21を得るステップと、
H3)液体炭化水素流H21からプロピレン含有流H31を分離して、C4、C5およびC6
+炭化水素を含む流H32を得る;またはプロピレンおよびC4炭化水素を含む流H31を分離して、C4、C5およびC6
+炭化水素を含む流H32を得るステップと、
H4)C4、C5およびC6
+炭化水素を含む流H32からC6
+炭化水素を含む流H41を分離して、C4、C5およびC6炭化水素を含む流H42を得るステップであって、流H41は場合により芳香族C6炭化水素を含み、流H42は脂肪族C6炭化水素を含む、ステップと、H5)エタン、エテンおよびプロピレン含有ガス状炭化水素流H12からプロピレン含有流H51を分離して、エタンおよびエテン含有流H52を得るステップと、
H6)C4、C5およびC6炭化水素を含む流H42からブテンを含む流H61を分離して、C5およびC6炭化水素を含む流H62を得る;ならびに/または流H31からプロピレン含有流H63を分離して、ブテンを含む流H64を得るステップと、
H7)C4、C5およびC6炭化水素を含む流H42、C5およびC6炭化水素を含む流H62、プロピレン含有流H31、プロピレン含有流H51、プロピレン含有流H63、ブテンを含む流H61、ブテンを含む流H64、ならびにエタンおよびエテン含有流H52から選択される流のうちの1つまたは複数から少なくとも1つの再循環流Rを得るステップと
を含む。
Generally, step H) comprises steps H1) to H7):
H1) compressing the hydrocarbon product gas stream F to obtain a liquid hydrocarbon stream H11 comprising propylene and C4 , C5 and C6 + hydrocarbons, and an ethane, ethene and propylene containing gaseous hydrocarbon stream H12;
H2) Separating water from the liquid hydrocarbon stream H11 by phase separation to obtain a liquid hydrocarbon stream H21;
H3) Separating a propylene-containing stream H31 from the liquid hydrocarbon stream H21 to obtain a stream H32 containing C 4 , C 5 and C 6 + hydrocarbons; or separating a stream H31 containing propylene and C 4 hydrocarbons to obtain a stream H32 containing C 4 , C 5 and C 6 + hydrocarbons;
H4) separating a stream H41 containing C6 + hydrocarbons from a stream H32 containing C4 , C5 and C6 + hydrocarbons to obtain a stream H42 containing C4 , C5 and C6 hydrocarbons, wherein stream H41 optionally contains aromatic C6 hydrocarbons and stream H42 contains aliphatic C6 hydrocarbons; H5) separating a propylene-containing stream H51 from an ethane-, ethene- and propylene-containing gaseous hydrocarbon stream H12 to obtain an ethane- and ethene-containing stream H52;
H6) separating a butene-containing stream H61 from a stream H42 containing C 4 , C 5 and C 6 hydrocarbons to obtain a stream H62 containing C 5 and C 6 hydrocarbons; and/or separating a propylene-containing stream H63 from stream H31 to obtain a butene-containing stream H64;
H7) obtaining at least one recycle stream R from one or more of the streams selected from stream H42 comprising C4, C5 and C6 hydrocarbons, stream H62 comprising C5 and C6 hydrocarbons, propylene-containing stream H31, propylene-containing stream H51, propylene-containing stream H63, butene-containing stream H61, butene-containing stream H64, and ethane- and ethene-containing stream H52.
ステップH3)、H4)、H5)およびH6)は、標準的な蒸留装置で行われる。有用な蒸留装置は、原則として、このような分離作業のための当業者に公知の装置を含む。内部を有する実際の塔本体と同様に、蒸留塔は、通常通り、上部凝縮器およびリボイラも備える。塔本体は、例えば、構造化パッキン、ランダムパッキンまたはトレイを備えていてもよい。蒸留装置は、当業者の通常の知識によって設計および操作され得る。 Steps H3), H4), H5), and H6) are carried out in standard distillation equipment. Useful distillation equipment includes, in principle, equipment known to those skilled in the art for such separation operations. As well as the actual column body with its internals, the distillation column also typically comprises an overhead condenser and a reboiler. The column body may, for example, be equipped with structured packing, random packing, or trays. The distillation equipment can be designed and operated according to the common knowledge of those skilled in the art.
メタノールを用いてまたは用いないで、ジメチルエーテルからC2~C4オレフィンを調製する本発明のプロセスは、好ましくはメタノールを調製するプロセスであって、以下のステップ:
(a)合成ガス生成ユニット内で炭化水素系供給原料(I)から一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む合成ガス(II)を生成するステップと、
(b)段階(a)からの合成ガス(II)をメタノール合成ユニットに供給し、これを、メタノール合成触媒の存在下、150~300℃の温度および5~10MPa absの圧力で、メタノール、水、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、ジメチルエーテルおよびメタンを含む反応混合物に変換し、前記反応混合物からメタノールおよび水が濃縮された粗メタノール流(III)を凝縮し、メタノール合成ユニットから粗メタノール流(III)ならびに一酸化炭素、二酸化炭素、水素およびメタンを含むガス流(IV)を導くステップと、
(c)段階(b)からの粗メタノール流(III)を膨張ユニット内で0.1~2MPa absの圧力まで膨張させ、二酸化炭素およびメタンを含む膨張ガス(V)ならびにメタノールおよび水が濃縮された脱気粗メタノール流(VI)を得るステップと、
(d)蒸留装置内で、段階(c)からの脱気粗メタノール流(VI)からの蒸留によって二酸化炭素およびジメチルエーテル含有低ボイラ流(VII)を分離し、メタノールおよび水が濃縮された塔底流(VIII)を得るステップと、
(e)場合により、さらなる蒸留装置内で、段階(d)からの塔底流(VIII)から水含有高ボイラ流(IX)を分離し、流(X)として蒸留によってメタノールを得るステップと
を含む、プロセスに続く。無水メタノールを必要としないので、ステップ(e)を省略することもできる。
The process of the present invention for preparing C2 - C4 olefins from dimethyl ether with or without methanol is preferably a process for preparing methanol, comprising the following steps:
(a) producing a synthesis gas (II) comprising carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen from a hydrocarbonaceous feedstock (I) in a synthesis gas production unit;
(b) feeding the synthesis gas (II) from step (a) to a methanol synthesis unit and converting it into a reaction mixture containing methanol, water, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, dimethyl ether and methane in the presence of a methanol synthesis catalyst at a temperature of 150-300°C and a pressure of 5-10 MPa abs, condensing a crude methanol stream (III) enriched in methanol and water from the reaction mixture, and leading the crude methanol stream (III) and a gas stream (IV) containing carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and methane from the methanol synthesis unit;
(c) expanding the crude methanol stream (III) from step (b) in an expansion unit to a pressure of 0.1-2 MPa abs to obtain an expanded gas (V) comprising carbon dioxide and methane and a degassed crude methanol stream (VI) enriched in methanol and water;
(d) separating the carbon dioxide and dimethyl ether-containing low boiler stream (VII) by distillation from the degassed crude methanol stream (VI) from step (c) in a distillation apparatus to obtain a methanol and water-enriched bottoms stream (VIII);
(e) optionally separating the water-containing high boiler stream (IX) from the bottoms stream (VIII) from step (d) in a further distillation apparatus and obtaining methanol by distillation as stream (X). Since anhydrous methanol is not required, step (e) can also be omitted.
メタノールおよび水が濃縮された塔底流(VIII)、または場合によっては、純粋なメタノール流(X)が本発明のプロセスで使用され得る。 The methanol and water-enriched bottoms stream (VIII), or in some cases the pure methanol stream (X), can be used in the process of the present invention.
プロピレン調製のステップG)で本発明に従って使用される中圧蒸気流は、好ましくはメタノール調製のステップ(a)における合成ガス生成ユニットからおよび/またはメタノール調製のステップ(b)におけるメタノール合成ユニットから生じる。 The medium-pressure vapor stream used according to the present invention in step G) of the propylene preparation preferably originates from a synthesis gas production unit in step (a) of the methanol preparation and/or from a methanol synthesis unit in step (b) of the methanol preparation.
メタノールを調製するプロセスは、好ましくは以下のステップ:
(f)流(IV)ならびに2つの流(V)および(VII)の少なくとも1つの中の価値のある一酸化炭素、二酸化炭素、ジメチルエーテルおよびメタン成分を燃焼ユニットに供給し、その中でそれらを酸素含有量が30体積%~100体積%の酸素ガス(XI)の供給により燃焼させて、二酸化炭素含有煙道ガス(XII)を形成するステップと、
(g)二酸化炭素回収ユニット内で段階(f)からの二酸化炭素含有煙道ガス(XII)から二酸化炭素濃縮流(XIV)を分離して、オフガス流(XIII)を形成するステップと、
(h)段階(g)の二酸化炭素回収ユニットで分離された二酸化炭素濃縮流(XIV)を段階(a)の合成ガス生成ユニットおよび/または段階(b)のメタノール合成ユニットに再循環させるステップと
も含む。
The process for preparing methanol preferably comprises the following steps:
(f) feeding the valuable carbon monoxide, carbon dioxide, dimethyl ether and methane components in stream (IV) and at least one of the two streams (V) and (VII) to a combustion unit in which they are combusted with a supply of oxygen gas (XI) having an oxygen content of between 30% and 100% by volume to form a carbon dioxide-containing flue gas (XII);
(g) separating the carbon dioxide enriched stream (XIV) from the carbon dioxide containing flue gas (XII) from step (f) in a carbon dioxide recovery unit to form an off-gas stream (XIII);
(h) recycling the carbon dioxide enriched stream (XIV) separated in the carbon dioxide recovery unit of step (g) to the synthesis gas production unit of step (a) and/or the methanol synthesis unit of step (b).
ステップ(f)、(g)および(h)を含むこのようなプロセスは、国際公開第2020/048809号パンフレットに記載されている。 Such a process, including steps (f), (g) and (h), is described in WO 2020/048809.
C2~C4オレフィンの調製のステップG)で使用される中圧蒸気流は、好ましくはメタノール調製のステップ(a)における合成ガス生成ユニットからおよび/またはメタノール調製のステップ(b)におけるメタノール合成ユニットから生じる。 The medium pressure vapor stream used in step G) of the preparation of C 2 -C 4 olefins preferably originates from a synthesis gas production unit in step (a) of the methanol preparation and/or from a methanol synthesis unit in step (b) of the methanol preparation.
このプロセスで使用され得る合成ガス生成供給原料は、それらが固体、液体または気体の形態であるかどうかにかかわらず、およびそれらの化学的性質にかかわらず、多種多様な異なる炭素質供給原料である。例えば、合成ガスは、石炭または炭化水素、ならびに炭素および水素を含む化合物を使用して生成することができる。好ましい炭素質供給原料には、天然ガス、バイオガス、石炭、木材、プラスチック、鉱油、バイオナフサ、または鉱油もしくは天然ガス処理からの、化学生産方法からの、再生可能原料からの、もしくはプラスチックリサイクルからの炭素質流が含まれる。石炭または木材の場合、合成ガスは、例えば、石炭ガス化または木材ガス化とも呼ばれるガス化プロセスによって生成される。鉱油または天然ガス処理からの適切な供給原料は、例えば、ナフサ、LPG、ガソリン、重油または減圧残油である。化学的生成プロセスからの炭素質流によって意味されるものは、例えば、副生成物として得られる炭素質流であり、純粋に熱的利用のためのものではなく、合成ガスの生成のための供給原料として使用することもできる。 The synthesis gas-producing feedstocks that can be used in this process are a wide variety of different carbonaceous feedstocks, regardless of their chemical nature, whether they are in solid, liquid, or gaseous form. For example, synthesis gas can be produced using coal or hydrocarbons and compounds containing carbon and hydrogen. Preferred carbonaceous feedstocks include natural gas, biogas, coal, wood, plastics, mineral oil, bionaphtha, or carbonaceous streams from mineral oil or natural gas processing, chemical production processes, renewable raw materials, or plastic recycling. In the case of coal or wood, synthesis gas is produced, for example, by a gasification process, also known as coal gasification or wood gasification. Suitable feedstocks from mineral oil or natural gas processing are, for example, naphtha, LPG, gasoline, heavy oil, or vacuum residue. Carbonaceous streams from chemical production processes, for example, carbonaceous streams obtained as by-products and not intended for purely thermal use, can also be used as feedstocks for synthesis gas production.
メタン含有流の使用が特に好ましく、天然ガスまたはバイオガスの使用が極めて特に好ましい。合成ガス生成ユニットと同様に、天然ガス、特にバイオガス中に存在する二酸化炭素を供給することがここでは可能であり、さらに有利である。 The use of a methane-containing stream is particularly preferred, and the use of natural gas or biogas is very particularly preferred. As with a synthesis gas production unit, it is possible and even advantageous here to supply carbon dioxide present in natural gas, in particular biogas.
合成ガス生成ユニットでは、まず、炭化水素系供給原料(I)から一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む合成ガス(II)が生成される。天然ガスは、典型的には、75体積%~100体積%のメタンを含む。メタンに付随する物質には、特に高級炭化水素エタン、プロパン、ブタンが含まれるが、エテンも含まれる。バイオガスは、典型的には、40体積%~75体積%のメタン、ならびに付随物質として、本質的に二酸化炭素、水、窒素および酸素を含む。 In the synthesis gas production unit, synthesis gas (II) containing carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen is first produced from the hydrocarbon feedstock (I). Natural gas typically contains 75% to 100% by volume of methane. Substances associated with methane include the higher hydrocarbons ethane, propane, and butane, among others, but also ethene. Biogas typically contains 40% to 75% by volume of methane, and accompanying substances essentially carbon dioxide, water, nitrogen, and oxygen.
典型的には、合成ガス(II)は、工業規模で慣習的に使用される生成方法によって生成されるが、炭素質供給原料(I)の性質もここで役割を果たす。メタン含有供給原料の場合、例えば天然ガスまたはバイオガスの場合、合成ガス(II)は、好ましくは、水蒸気改質、自己熱改質、水蒸気改質と自己熱改質の組み合わせ、または部分酸化によって段階(a)で生成される。 Typically, synthesis gas (II) is produced by production methods customarily used on an industrial scale, although the nature of the carbonaceous feedstock (I) also plays a role here. In the case of methane-containing feedstocks, such as natural gas or biogas, synthesis gas (II) is preferably produced in step (a) by steam reforming, autothermal reforming, a combination of steam reforming and autothermal reforming, or partial oxidation.
部分酸化の特定の利点は、合成ガス生成ユニットに別個の燃料ガスを供給する必要がなく、したがって、二酸化炭素含有煙道ガスの形成もないことである。部分酸化では、合成ガスの生成に必要なエネルギーは、メタン含有供給原料からの部分酸化によって直接得られ、形成された燃焼ガス、二酸化炭素および一酸化炭素も同様にメタノール合成に使用される。したがって、メタン含有流、例えば天然ガスまたはバイオガスの部分酸化が好ましい。 A particular advantage of partial oxidation is that no separate fuel gas supply is required to the synthesis gas production unit, and therefore no carbon dioxide-containing flue gas is formed. In partial oxidation, the energy required to produce synthesis gas is obtained directly by partial oxidation from a methane-containing feedstock, and the resulting combustion gases, carbon dioxide, and carbon monoxide are also used in methanol synthesis. Therefore, partial oxidation of methane-containing streams, such as natural gas or biogas, is preferred.
部分酸化からの生成物流は冷却されなければならない。これは、冷却媒体として水を用いる熱交換器によって達成される。これにより、水が蒸発して過熱され、高圧蒸気(p=100~130バール、T=300~450℃)が形成される。この高圧蒸気を、150~250℃および5~17バールの範囲の中圧蒸気の必要な圧力および温度レベルまで膨張させることができる。あるいは、メタノール合成反応器から熱を除去すると、5~17バールの圧力範囲の加熱蒸気が生じる。 The product stream from the partial oxidation must be cooled. This is accomplished by a heat exchanger using water as the cooling medium. This evaporates and superheats the water, forming high-pressure steam (p = 100-130 bar, T = 300-450°C). This high-pressure steam can be expanded to the required pressure and temperature levels of medium-pressure steam, ranging from 150-250°C and 5-17 bar. Alternatively, heat removal from the methanol synthesis reactor produces superheated steam in the pressure range of 5-17 bar.
生成される合成ガス(II)は、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含み、その合計濃度は、典型的には50体積%~100体積%、好ましくは80体積%以上、より好ましくは90体積%以上である。可能性のある付随物質には、特に、使用される炭素質供給原料の未変換成分およびその変換からの副生成物、例えば窒素、アルゴン、水またはメタンが含まれる。典型的には、合成ガス(II)は、一酸化炭素、二酸化炭素および水素と同様に、調製の結果として、メタン、ならびに例えば合成ガス生成における空気の使用によって導入された窒素およびアルゴンも含む。 The synthesis gas (II) produced contains carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen, the total concentration of which is typically 50% to 100% by volume, preferably 80% by volume or more, and more preferably 90% by volume or more. Possible accompanying substances include, in particular, unconverted components of the carbonaceous feedstock used and by-products from its conversion, such as nitrogen, argon, water, or methane. Typically, synthesis gas (II) contains, in addition to carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen, methane as a result of its preparation, as well as nitrogen and argon introduced, for example, by the use of air in synthesis gas production.
合成ガス(II)の変換は、メタノール合成ユニット内で、メタノール合成触媒の存在下、150~300℃の温度および5~10 MPa absの圧力で行われる。この目的のために、合成ガス(II)は、典型的には、圧縮機によって所望の圧力に圧縮され、指定された条件下で、反応器内で変換される。 The conversion of synthesis gas (II) is carried out in a methanol synthesis unit in the presence of a methanol synthesis catalyst at temperatures of 150-300°C and pressures of 5-10 MPa abs. For this purpose, synthesis gas (II) is typically compressed to the desired pressure by a compressor and converted in a reactor under specified conditions.
変換は、好ましくは170℃以上、より好ましくは190℃以上、および好ましくは280℃以下、より好ましくは260℃以下の温度で行われる。変換は、好ましくは6 MPa abs以上、好ましくは9 MPa abs以上で行われる。 The conversion is preferably carried out at a temperature of 170°C or higher, more preferably 190°C or higher, and preferably 280°C or lower, more preferably 260°C or lower. The conversion is preferably carried out at a pressure of 6 MPa abs or higher, preferably 9 MPa abs or higher.
使用される反応器は、原則として、指定されたプロセス条件下での合成ガスのメタノールへの発熱変換に適した任意の反応器であり得る。合成ガスからメタノールを合成するための反応器は、当業者の通常の知識である。これらの例としては、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,「Methanol」チャプター,セクション5.2.1「Reactor Design」,2012 Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,Weinheim,Germanyで言及されている、断熱および準等温反応器、variobar反応器、ならびにいわゆる二重壁スーパーコンバータが挙げられる。 The reactor used can, in principle, be any reactor suitable for the exothermic conversion of synthesis gas to methanol under the specified process conditions. Reactors for synthesizing methanol from synthesis gas are common knowledge to those skilled in the art. Examples include adiabatic and quasi-isothermal reactors, variobar reactors, and so-called double-walled superconverters, as mentioned in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Chapter "Methanol," Section 5.2.1 "Reactor Design," 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany.
メタノール合成触媒は、当業者の通常の知識である。例としては、銅および亜鉛を含む不均一触媒が挙げられる。一般に、これらは、さらなる元素、例えばアルミニウム、希土類またはクロムも含む。 Methanol synthesis catalysts are common knowledge to those skilled in the art. Examples include heterogeneous catalysts containing copper and zinc. Typically, these also contain additional elements, such as aluminum, rare earths, or chromium.
一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む合成ガス(II)の変換は、メタノールおよび水を形成する。 Conversion of synthesis gas (II), which contains carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen, forms methanol and water.
形成される典型的な副生成物はジメチルエーテルである。さらに、一酸化炭素または二酸化炭素の完全水素化が、さらなる副生成物としてメタンも生じる。したがって、反応器内で生成される反応混合物は、メタノール、水、ジメチルエーテル、一酸化炭素、二酸化炭素、水素およびメタンを含む。しかしながら、言及された反応条件下でさらに形成されるのは、典型的にはさらなる副生成物、例えばギ酸メチル、酢酸、2個を超える炭素数を有する高級アルコール、2個を超える炭素数を有するエステルおよびエーテル、ならびにパラフィンでもある。 A typical by-product formed is dimethyl ether. Furthermore, complete hydrogenation of carbon monoxide or carbon dioxide also produces methane as a further by-product. The reaction mixture produced in the reactor therefore contains methanol, water, dimethyl ether, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and methane. However, under the reaction conditions mentioned, further by-products are typically also formed, such as methyl formate, acetic acid, higher alcohols with more than two carbon atoms, esters and ethers with more than two carbon atoms, and paraffins.
複雑な反応混合物を分離するために、メタノールおよび水が濃縮された粗メタノール流(III)が最初に凝縮される。この目的のために、反応器内で生成された反応混合物は、典型的には凝縮器に供給される。使用される凝縮器は、本条件下での制御された冷却によってメタノールおよび水が濃縮された凝縮物を得るのに適した当業者に公知の装置であり得る。一般に、反応混合物は、メタノールの露点未満の温度まで冷却される。反応混合物中に存在する成分の溶解度および蒸気圧に応じて、メタノールおよび水が濃縮された粗メタノール流(III)は、その中に溶解した気体、例えば、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、ジメチルエーテル、メタン、およびメタノールよりも高沸点の成分を依然として含む。次いで、凝縮された粗メタノール流(III)は、さらなる後処理のためにメタノール合成ユニットから排出され、段階(c)に導かれる。 To separate the complex reaction mixture, the methanol- and water-enriched crude methanol stream (III) is first condensed. For this purpose, the reaction mixture produced in the reactor is typically fed to a condenser. The condenser used can be any device known to those skilled in the art that is suitable for obtaining a methanol- and water-enriched condensate by controlled cooling under these conditions. Generally, the reaction mixture is cooled to a temperature below the dew point of methanol. Depending on the solubilities and vapor pressures of the components present in the reaction mixture, the methanol- and water-enriched crude methanol stream (III) still contains dissolved gases, such as hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, dimethyl ether, methane, and components with higher boiling points than methanol. The condensed crude methanol stream (III) is then discharged from the methanol synthesis unit and directed to step (c) for further workup.
未凝縮ガス流は、特に、未変換の一酸化炭素、二酸化炭素および水素供給原料、ならびにメタンを含む。合成ガス成分の高い分圧を得るために、水素、一酸化炭素および二酸化炭素、未凝縮ガス流の一部が典型的に排出される。必要に応じて、この排出ガス流は、反応器内の水素分圧を高めるために水素の除去に送られる。反応器内の水素分圧が高いと、二次成分の形成が減少し、特にフィッシャー・トロプシュ反応も抑制される。未凝縮ガス流の大部分は、サイクルガスとしてメタノール合成ユニットに再循環され、合成ガスの最大限の利用、したがって、メタノールの高収率を達成するためにメタノール合成触媒上に導かれる。 The uncondensed gas stream contains, among other things, unconverted carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen feedstock, as well as methane. To achieve high partial pressures of the synthesis gas components, a portion of the hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide uncondensed gas stream is typically vented. If necessary, this vented gas stream is sent to a hydrogen removal facility to increase the hydrogen partial pressure in the reactor. High hydrogen partial pressure in the reactor reduces the formation of secondary components and, in particular, inhibits the Fischer-Tropsch reaction. The majority of the uncondensed gas stream is recycled to the methanol synthesis unit as cycle gas and directed over a methanol synthesis catalyst to maximize utilization of the synthesis gas and, therefore, achieve a high methanol yield.
したがって、段階(b)のメタノール合成ユニットは、有利には、合成ガス(II)を圧縮するための圧縮機と、合成ガス(II)を変換するための反応器と、粗メタノール流(III)を凝縮するための凝縮器と、未凝縮ガスを反応器に再循環させるための導管とを備える。 The methanol synthesis unit of step (b) therefore advantageously comprises a compressor for compressing the synthesis gas (II), a reactor for converting the synthesis gas (II), a condenser for condensing the crude methanol stream (III) and a conduit for recycling the uncondensed gas to the reactor.
合成サイクルガスとして再循環されなかった未凝縮ガス流は、ガス流(IV)としてメタノール合成ユニットから排出され、場合により段階(f)に導かれる。 The uncondensed gas stream not recycled as synthesis cycle gas is discharged from the methanol synthesis unit as gas stream (IV) and optionally conducted to step (f).
プロセスの段階(c)では、段階(b)で凝縮され、メタノール合成ユニットから排出された粗メタノール流(III)が、膨張ユニット内で0.1~2 MPa absの圧力まで膨張され、二酸化炭素およびメタンを含む膨張ガス(V)ならびにメタノールおよび水が濃縮された脱気粗メタノール流(VI)が得られる。膨張は、典型的には、気相および液相を互いに効率的に分離することができる装置で行われる。典型的には、この装置は液体分離器である。この目的に適した装置は、当業者に公知である。 In step (c) of the process, the crude methanol stream (III) condensed in step (b) and discharged from the methanol synthesis unit is expanded in an expansion unit to a pressure of 0.1 to 2 MPa abs to obtain an expanded gas (V) containing carbon dioxide and methane and a degassed crude methanol stream (VI) enriched in methanol and water. The expansion is typically carried out in a device capable of efficiently separating the gas and liquid phases from each other. Typically, this device is a liquid separator. Devices suitable for this purpose are known to those skilled in the art.
膨張は、好ましくは0.2 MPa abs以上、より好ましくは0.4 MPa abs以上、および好ましくは1.5 MPa abs以下、より好ましくは1 MPa abs以下の圧力まで行われる。一般に、膨張した混合物の温度は、0~150℃、好ましくは10℃以上、より好ましくは20℃以上、および好ましくは120℃以下、より好ましくは60℃以下である。 Expansion is preferably carried out to a pressure of at least 0.2 MPa abs, more preferably at least 0.4 MPa abs, and preferably at most 1.5 MPa abs, more preferably at most 1 MPa abs. Generally, the temperature of the expanded mixture is 0 to 150°C, preferably at least 10°C, more preferably at least 20°C, and preferably at most 120°C, more preferably at most 60°C.
脱気粗メタノール流(VI)は、メタノールおよび水がさらに濃縮されているが、粗メタノール流(III)中に存在する成分の溶解度および蒸気圧に応じたさらなる成分、例えば、その中に溶解した気体、例えば水素、一酸化炭素、二酸化炭素、ジメチルエーテル、メタンまたはメタノールよりも高沸点の成分も含む。 The degassed crude methanol stream (VI) is further enriched in methanol and water, but also contains further components depending on the solubility and vapor pressure of the components present in the crude methanol stream (III), such as gases dissolved therein, such as hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, dimethyl ether, methane, or components with a higher boiling point than methanol.
二酸化炭素およびメタンを含む膨張ガス(V)は、好ましくは段階(f)に導かれる。しかしながら、代わりに、膨張ガス(V)はまた、メタノール合成プラントから排出され、例えば、熱的に利用されても、または何らかの他の方法で処分されてもよい。しかしながら、段階(f)における燃焼ユニットへの供給流としてのメタノール合成プラント内でのその利用が好ましい。 The expansion gas (V), which comprises carbon dioxide and methane, is preferably conducted to step (f). However, alternatively, the expansion gas (V) may also be discharged from the methanol synthesis plant and, for example, utilized thermally or disposed of in some other way. However, its utilization within the methanol synthesis plant as a feed stream to the combustion unit in step (f) is preferred.
本プロセスの段階(d)では、段階(c)で得られた脱気粗メタノール流(VI)が、蒸留装置内で、蒸留によって、二酸化炭素およびジメチルエーテルを含む低ボイラ流(VII)と、メタノールおよび水が濃縮された塔底流(VIII)とに分離される。 In step (d) of the process, the degassed crude methanol stream (VI) obtained in step (c) is separated by distillation in a distillation apparatus into a low boiler stream (VII) containing carbon dioxide and dimethyl ether and a bottoms stream (VIII) concentrated in methanol and water.
蒸留によって分離された低ボイラ流(VII)は、主に、分離された低ボイラとしての二酸化炭素およびジメチルエーテル、ならびに脱気粗メタノール流(VI)の組成に基づいて、さらなる低ボイラ、例えばメタン、ならびにまた蒸留装置の分離性能および操作モードに応じて、メタノールまたはメタノールよりも高沸点の成分、例えば水を含む。二酸化炭素およびジメチルエーテルを含む低ボイラ流(VII)も同様に、好ましくは段階(f)に導かれる。膨張ガス(V)が段階(f)の燃焼ユニットに導かれ、したがって、メタノール合成プラント内で直接再利用される場合、低ボイラ流(VII)は、代わりに、メタノール合成プラントから排出され、例えば、熱的に利用されても、または何らかの他の方法で処分されてもよい。しかしながら、段階(f)における燃焼ユニットへの供給流としてのメタノール合成プラント内でのその利用が好ましい。 The distillation-separated low-boiler stream (VII) mainly contains carbon dioxide and dimethyl ether as the separated low-boiler streams, and, depending on the composition of the degassed crude methanol stream (VI), further low-boiler streams, such as methane, and, depending on the separation performance and operating mode of the distillation apparatus, methanol or components with higher boiling points than methanol, such as water. The low-boiler stream (VII) containing carbon dioxide and dimethyl ether is also preferably conducted to step (f). If the expanded gas (V) is conducted to the combustion unit of step (f) and thus directly reused in the methanol synthesis plant, the low-boiler stream (VII) may instead be discharged from the methanol synthesis plant and, for example, utilized thermally or disposed of in some other way. However, its use in the methanol synthesis plant as a feed stream to the combustion unit in step (f) is preferred.
メタノールおよび水が濃縮された塔底流(VIII)はまた、メタノールよりも高沸点のさらなる成分、例えばメタノール合成からのメタノールよりも高沸点の副生成物、例えば酢酸、高級アルコール、高級エステル、高級エーテルまたはパラフィンをさらに含む。 The methanol and water-enriched bottoms stream (VIII) also contains further components with a boiling point higher than methanol, such as by-products from the methanol synthesis with a boiling point higher than methanol, such as acetic acid, higher alcohols, higher esters, higher ethers or paraffins.
メタノールを得るために、最後に、段階(e)で、水含有高ボイラ流(IX)が、さらなる蒸留装置内で、段階(d)で得られた塔底流(VIII)から分離され、メタノールが、流(X)として蒸留によって得られる。 Finally, in step (e), the water-containing high boiler stream (IX) is separated from the bottoms stream (VIII) obtained in step (d) in a further distillation apparatus to obtain methanol, which is obtained by distillation as stream (X).
高ボイラ流(IX)は、水、ならびにまたメタノールよりも高沸点のさらなる成分、例えばメタノール合成からのメタノールよりも高沸点の副生成物、例えば酢酸、高級アルコール、高級エステル、高級エーテルまたはパラフィンを含む。この流を、例えば、廃水処理に送ることができる。 The high boiler stream (IX) contains water and also further components with a boiling point higher than methanol, such as by-products from methanol synthesis with a boiling point higher than methanol, such as acetic acid, higher alcohols, higher esters, higher ethers or paraffins. This stream can be sent, for example, to wastewater treatment.
流(X)を介して、メタノールを、95重量%以上、好ましくは98重量%以上、より好ましくは99重量%以上の高純度で得ることができる。付随する物質には、残存量の蒸留によって完全には除去されていない低ボイラおよび高ボイラ、特に水、ならびに非常に少量のエタノール、エステルおよびエーテルが含まれる。 Via stream (X), methanol can be obtained with a high purity of at least 95% by weight, preferably at least 98% by weight, more preferably at least 99% by weight. Concomitant substances include residual amounts of low- and high-boiler matter that have not been completely removed by distillation, especially water, as well as very small amounts of ethanol, esters, and ethers.
流(X)としてメタノールを得るための反応混合物の段階的後処理において、流(IV)、(V)および(VII)が分離される。しかしながら、これらは依然として価値のある成分、例えば一酸化炭素、二酸化炭素、メタンおよびジメチルエーテルを含有する。目的は、主に、二酸化炭素排出を同時に回避する、メタノールのさらなる合成のための価値のあるこれらの成分中の炭素の物理的再利用である。追加のプロセスステップ(f)、(g)および(h)によって、特にメタノールのさらなる合成のために価値のある成分中の炭素を再利用する、すなわち、さらなる価値のある生成物を生成すると同時に、メタノール合成からの二酸化炭素の排出を回避することが可能である。ステップ(f)、(g)および(h)は、国際公開第2020/048809号パンフレットに詳細に記載されている。 In the stepwise workup of the reaction mixture to obtain methanol as stream (X), streams (IV), (V), and (VII) are separated. However, these still contain valuable components, such as carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and dimethyl ether. The aim is primarily to physically recycle the carbon in these valuable components for the further synthesis of methanol, while simultaneously avoiding carbon dioxide emissions. Additional process steps (f), (g), and (h) make it possible to recycle the carbon in the valuable components, particularly for the further synthesis of methanol, i.e., to produce further valuable products while simultaneously avoiding carbon dioxide emissions from the methanol synthesis. Steps (f), (g), and (h) are described in detail in WO 2020/048809.
本発明は、図1~図10によってより詳細に説明される。 The present invention is explained in more detail with reference to Figures 1 to 10.
実施例
エチレンおよびブチレンの生成を最小限に抑えながら60 t/hのプロピレンを生成するために、例として、図1~図15の手順による熱流Q1~Q11を計算した。
EXAMPLES As an example, the heat flows Q1 to Q11 were calculated according to the procedures of Figures 1 to 15 to produce 60 t/h of propylene while minimizing the production of ethylene and butylene.
結果を以下の表にまとめる。 The results are summarized in the table below.
1 DMEプレ反応器
2 オレフィン固定床反応器
3 生成ガス急冷
4 バーナ
5 生成物分離部
6 圧縮機
HE1~HE9 熱交換器
EH1 電気熱交換器
A1 メタノール含有流
A1-1、A1-2 A1の副流
A DME含有流
A-1、A-2 Aの副流
B オレフィン固定床反応器へのDME、再循環炭化水素および水蒸気を含む供給流
D オレフィン固定床反応器からの生成ガス流
F 炭化水素を含む生成ガス流
G1、G2、G3 水流
H1 炭化水素再循環流
K 急冷水循環流
P 生成物炭化水素
W 廃水流
Q1~Q12 熱流
1 DME pre-reactor
2. Olefin fixed bed reactor
3. Rapid cooling of produced gas
4 Burner
5 Product separation section
6. Compressor
HE1~HE9 Heat exchanger
EH1 Electric Heat Exchanger
A1 methanol-containing stream
A1-1, A1-2 A1 sidestream
A DME-containing stream
A-1, A-2 A sidestream
B. Feed stream to olefin fixed bed reactor containing DME, recycled hydrocarbons and steam
D Product gas stream from olefin fixed bed reactor
F hydrocarbon-containing product gas stream
G1, G2, G3 water flow
H1 Hydrocarbon recycle stream
K quenching water circulation flow
P Product hydrocarbons
W wastewater stream
Q1~Q12 Heat flow
Claims (13)
A)ジメチルエーテルを含む流Aを用意するステップと、
B)流Aの少なくとも一部を、C2~C6炭化水素を含む少なくとも1つの炭化水素再循環流Rおよび蒸気流G2と混合して、供給流Bを得るステップと、
C)供給流Bを1つまたは複数の熱交換器内で430~500℃の範囲の温度に加熱し、それをオレフィン固定床反応器に供給するステップであって、前記加熱はまた、ステップB)の供給流Bを与えるために、個々の副流の前記混合に先行してもよい、ステップと、
D)供給流Bを、430~520℃の範囲の温度で、C2~C4オレフィン、さらなるC2~C6炭化水素、メタノールおよび水蒸気を含む生成ガス流Dに触媒的に変換するステップと、
E)生成ガス流Dを1つまたは複数の熱交換器内で供給ガス流Bとの熱交換によって170~220℃の範囲の温度に冷却するステップと、F)少なくとも1つの水含有急冷循環流Kと接触させることによって、生成ガス流Dを35~65℃の範囲の温度にさらに冷却し、水およびメタノールを凝縮させて、水およびメタノールが枯渇した炭化水素生成ガス流Fを得るステップと、
G)前記少なくとも1つの水含有急冷循環流Kの少なくとも1つの副流G1を分離し、中圧蒸気との熱交換によって副流G1を1つもしくは複数の熱交換器内で加熱および蒸発させて、または電気加熱によって副流G1を加熱および蒸発させて、蒸気流G2を得て、蒸気流G2をステップB)に供給するステップと、
H)C2~C4オレフィンを含む1つまたは複数の生成物流Pを分離し、炭化水素生成ガス流FからC2~C6炭化水素を含む少なくとも1つの炭化水素再循環流Rを得て、ステップB)に再循環させるステップと
を含む、プロセス。 A process for preparing C2 - C4 olefins from dimethyl ether with or without methanol, comprising:
A) providing a stream A comprising dimethyl ether;
B) mixing at least a portion of stream A with at least one hydrocarbon recycle stream R comprising C 2 -C 6 hydrocarbons and with a steam stream G2 to obtain a feed stream B;
C) heating feed stream B in one or more heat exchangers to a temperature in the range of 430-500°C and feeding it to an olefin fixed bed reactor, said heating may also precede said mixing of the individual sub-streams to give feed stream B of step B);
D) catalytically converting feed stream B to a product gas stream D comprising C2 - C4 olefins, additional C2 - C6 hydrocarbons, methanol and water vapor at a temperature in the range of 430-520°C;
E) cooling product gas stream D to a temperature in the range of 170-220°C by heat exchange with feed gas stream B in one or more heat exchangers; F) further cooling product gas stream D to a temperature in the range of 35-65°C by contacting it with at least one water-containing quench recycle stream K to condense water and methanol to obtain a water- and methanol-depleted hydrocarbon product gas stream F;
G) separating at least one sub-stream G1 of said at least one water-containing quench recycle stream K, heating and evaporating said sub-stream G1 in one or more heat exchangers by heat exchange with medium pressure steam or by electrical heating to obtain a vapor stream G2, which is fed to step B);
H) separating one or more product streams P comprising C2 - C4 olefins from the hydrocarbon product gas stream F to obtain at least one hydrocarbon recycle stream R comprising C2 - C6 hydrocarbons, which is recycled to step B).
H1)炭化水素生成ガス流Fを圧縮して、プロピレンとC4、C5およびC6 +炭化水素とを含む液体炭化水素流H11、ならびにエタン、エテンおよびプロピレン含有ガス状炭化水素流H12を得るステップと、
H2)相分離によって前記液体炭化水素流H11から水を分離して、液体炭化水素流H21を得るステップと、
H3)前記液体炭化水素流H21からプロピレン含有流H31を分離して、C4、C5およびC6 +炭化水素を含む流H32を得る;またはプロピレンおよびC4炭化水素を含む流H31を分離して、C4、C5およびC6 +炭化水素を含む流H32を得るステップと、H4)前記C4、C5およびC6 +炭化水素を含む流H32からC6 +炭化水素を含む流H41を分離して、C4、C5およびC6炭化水素を含む流H42を得るステップであって、流H41は場合により芳香族C6炭化水素を含み、流H42は脂肪族C6炭化水素を含む、ステップと、
H5)前記エタン、エテンおよびプロピレン含有ガス状炭化水素流H12からプロピレン含有流H51を分離して、エタンおよびエテン含有流H52を得るステップと、
H6)前記C4、C5およびC6炭化水素を含む流H42からブテンを含む流H61を分離して、C5およびC6炭化水素を含む流H62を得る;ならびに/または流H31からプロピレン含有流H63を分離して、ブテンを含む流H64を得るステップと、
H7)C4、C5およびC6炭化水素を含む流H42、C5およびC6炭化水素を含む流H62、前記プロピレン含有流H31、前記プロピレン含有流H51、前記プロピレン含有流H63、ブテンを含む流H61、ブテンを含む流H64、ならびに前記エタンおよびエテン含有流H52から選択される流のうちの1つまたは複数から少なくとも1つの再循環流Rを得るステップと
を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のプロセス。 Step H)
H1) compressing the hydrocarbon product gas stream F to obtain a liquid hydrocarbon stream H11 comprising propylene and C4 , C5 and C6 + hydrocarbons, and an ethane, ethene and propylene containing gaseous hydrocarbon stream H12;
H2) separating water from said liquid hydrocarbon stream H11 by phase separation to obtain a liquid hydrocarbon stream H21;
H3) separating a propylene-containing stream H31 from said liquid hydrocarbon stream H21 to obtain a stream H32 containing C4 , C5 and C6 + hydrocarbons; or separating a stream H31 containing propylene and C4 hydrocarbons to obtain a stream H32 containing C4 , C5 and C6 + hydrocarbons; H4) separating a stream H41 containing C6 + hydrocarbons from said stream H32 containing C4, C5 and C6+ hydrocarbons to obtain a stream H42 containing C4 , C5 and C6 hydrocarbons, wherein stream H41 optionally contains aromatic C6 hydrocarbons and stream H42 contains aliphatic C6 hydrocarbons;
H5) separating a propylene-containing stream H51 from said ethane-, ethene- and propylene-containing gaseous hydrocarbon stream H12 to obtain an ethane- and ethene-containing stream H52;
H6) separating a butene-containing stream H61 from the C4 , C5 and C6 hydrocarbon-containing stream H42 to obtain a C5 and C6 hydrocarbon-containing stream H62; and/or separating a propylene-containing stream H63 from the stream H31 to obtain a butene-containing stream H64;
H7) obtaining at least one recycle stream R from one or more of the streams selected from stream H42 comprising C4, C5 and C6 hydrocarbons, stream H62 comprising C5 and C6 hydrocarbons, said propylene-containing stream H31, said propylene-containing stream H51, said propylene-containing stream H63, stream H61 comprising butenes, stream H64 comprising butenes, and said ethane- and ethene-containing stream H52.
(a)合成ガス生成ユニット内で炭化水素系供給原料(I)から一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む合成ガス(II)を生成するステップと、
(b)段階(a)からの前記合成ガス(II)をメタノール合成ユニットに供給し、これを、メタノール合成触媒の存在下、150~300℃の温度および5~10MPa absの圧力で、メタノール、水、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、ジメチルエーテルおよびメタンを含む反応混合物に変換し、前記反応混合物からメタノールおよび水が濃縮された粗メタノール流(III)を凝縮し、前記メタノール合成ユニットから前記粗メタノール流(III)ならびに一酸化炭素、二酸化炭素、水素およびメタンを含むガス流(IV)を導くステップと、
(c)段階(b)からの前記粗メタノール流(III)を膨張ユニット内で0.1~2MPa absの圧力まで膨張させ、二酸化炭素およびメタンを含む膨張ガス(V)ならびにメタノールおよび水が濃縮された脱気粗メタノール流(VI)を得るステップと、
(d)蒸留装置内で、段階(d)からの前記脱気粗メタノール流(VI)からの蒸留によって二酸化炭素およびジメチルエーテル含有低ボイラ流(VII)を分離し、メタノールおよび水が濃縮された塔底流(VIII)を得るステップと、
(e)場合により、さらなる蒸留装置内で、段階(d)からの前記塔底流(VIII)から水含有高ボイラ流(IX)を分離し、流(X)として蒸留によってメタノールを得るステップと
を含む、上流メタノール調製で生成される、請求項10に記載のプロセス。 The methanol provided in step A)
(a) producing a synthesis gas (II) comprising carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen from a hydrocarbonaceous feedstock (I) in a synthesis gas production unit;
(b) feeding the synthesis gas (II) from step (a) to a methanol synthesis unit and converting it into a reaction mixture containing methanol, water, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, dimethyl ether and methane in the presence of a methanol synthesis catalyst at a temperature of 150-300°C and a pressure of 5-10 MPa abs, condensing a crude methanol stream (III) enriched in methanol and water from the reaction mixture, and leading the crude methanol stream (III) and a gas stream (IV) containing carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and methane from the methanol synthesis unit;
(c) expanding the crude methanol stream (III) from step (b) in an expansion unit to a pressure of 0.1-2 MPa abs to obtain an expanded gas (V) comprising carbon dioxide and methane and a degassed crude methanol stream (VI) enriched in methanol and water;
(d) separating a carbon dioxide and dimethyl ether-containing low boiler stream (VII) by distillation from said degassed crude methanol stream (VI) from step (d) in a distillation apparatus to obtain a methanol and water-enriched bottoms stream (VIII);
and (e) optionally separating, in a further distillation apparatus, a water-containing high boiler stream (IX) from the bottoms stream (VIII) from step (d) and obtaining methanol by distillation as stream (X).
(f)流(IV)ならびに前記2つの流(V)および(VII)の少なくとも1つの中の価値のある一酸化炭素、二酸化炭素、ジメチルエーテルおよびメタン成分を燃焼ユニットに供給し、その中でそれらを酸素含有量が30体積%~100体積%の酸素ガス(XI)の供給により燃焼させて、二酸化炭素含有煙道ガス(XII)を形成するステップと、
(g)二酸化炭素回収ユニット内で段階(f)からの前記二酸化炭素含有煙道ガス(XII)から二酸化炭素濃縮流(XIV)を分離して、オフガス流(XIII)を形成するステップと、
(h)段階(g)の前記二酸化炭素回収ユニットで分離された前記二酸化炭素濃縮流(XIV)を段階(a)の前記合成ガス生成ユニットおよび/または段階(b)の前記メタノール合成ユニットに再循環させるステップと
も含む、請求項11に記載のプロセス。 The methanol preparation comprises steps (f) to (h):
(f) feeding stream (IV) and the valuable carbon monoxide, carbon dioxide, dimethyl ether and methane components in at least one of said two streams (V) and (VII) to a combustion unit in which they are combusted with a supply of oxygen gas (XI) having an oxygen content of between 30% and 100% by volume to form a carbon dioxide-containing flue gas (XII);
(g) separating a carbon dioxide enriched stream (XIV) from said carbon dioxide containing flue gas (XII) from step (f) in a carbon dioxide recovery unit to form an off-gas stream (XIII);
12. The process of claim 11, further comprising the step of: (h) recycling the carbon dioxide enriched stream (XIV) separated in the carbon dioxide recovery unit of step (g) to the synthesis gas production unit of step (a) and/or the methanol synthesis unit of step (b).
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