Использование технологии разделительной стенки для производства высокочистого метанола

Изобретение относится к вариантам способа совместного производства изобутилена и высокочистого метанола и к системе для производства изобутилена. Один из вариантов способ совместного производства изобутилена и высокочистого метанола включает следующие стадии: а. разделение потока подачи, содержащего сырой метил-трет-бутиловый эфир (MTBE), в первой системе фракционирования для извлечения потока продуктов, содержащего по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и извлечения потока тяжелых продуктов; b. контактирование потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен и метанол; с. контактирование выходного потока, содержащего изобутилен и метанол, с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилена; d. подачу смешанного потока изобутилена во вторую систему фракционирования для извлечения потока, содержащего по меньшей мере 95 мас.% изобутилена и содержащего менее чем 100 мас. частей на миллион нормальных углеводородов C4 и менее чем 30 мас. частей на миллион углеводородов C5 и удаление потока, содержащего MTBE/изобутилен; е. подачу потока экстрагент/метанол в третью систему фракционирования для извлечения легкой фракции, метанольного потока продуктов, содержащего по меньшей мере 95 мас.% метанола, и тяжелой фракции, содержащей экстрагент; f. рециркуляцию MTBE/изобутилена в первую систему фракционирования. Предлагаемая группа изобретений позволяет получить поток метанола высокой чистоты вместе с целевым продуктом изобутилена. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, относятся к способам и системам для совместного производства потока продуктов изобутилена и высокочистого метанола.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В условиях увеличения спроса на изобутилен разложение метил-трет-бутилового эфира (MTBE) для получения изобутилена с использованием подходящего катализатора является относительно чистым способом по сравнению с обработкой холодной кислотой, с помощью которой можно получить изобутилен высокой чистоты. Таким образом, разложение MTBE является жизнеспособным и экономичным. Кроме того, способ обработки холодной кислотой не только требует большого количества энергии, но и является весьма коррозионным из-за используемой серной кислоты. Катионные полимерные катализаторы или другие катализаторы, такие как фосфорная кислота на подложке из силикагеля, глинозем, сульфаты металлов на подложке, требуют меньшего количества энергии для разложения и по существу не подвержены коррозии.

[0003] Известно, что реакция получения MTBE является обратимой, то есть MTBE диссоциирует с образованием метанола и изобутилена, которые первоначально были объединены для получения MTBE. Например, патенты US №№ 3121124; 3170000; 3634534; 3634535; 4232177 и 4320232 раскрывают диссоциацию алкилтретичных алкиловых эфиров с использованием катализаторов на основе ионообменных смол.

[0004] Использование кислотных катионообменных смол для разложения метил-трет-бутилового эфира ранее было продемонстрировано, например, в патентах US № 3121124 (Verdol) с использованием катализатора (Dowex 50) и № 4232177 (Smith) с использованием макроретикулярного катализатора (Amberlyst 15) в способе каталитической дистилляции. Разложение MTBE будет производить поток, содержащий изобутилен, метанол, а также некоторое количество кислородсодержащих соединений и полимерных примесей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Поток продукта, получаемый при разложении MTBE, как было отмечено выше, включает в себя различные примеси. Кроме того, эти продукты могут образовывать азеотропы. Каждый из них может затруднить желаемое разделение на потоки продуктов высокой чистоты.

[0006] Варианты осуществления в настоящем документе направлены на системы и способы совместного производства потока метанола высокой чистоты вместе с целевым продуктом изобутилена.

[0007] В одном аспекте варианты осуществления в настоящем документе направлены на системы для производства изобутилена и высокочистого метанола. Эти системы могут включать в себя систему для производства изобутилена, способ который включает первую систему фракционирования, которая получает поток подачи, содержащий сырой MTBE, и которая производит продуктовый поток MTBE, содержащий по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и поток тяжелых продуктов; первый реактор, выполненный с возможностью контактирования потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходящего потока, содержащего изобутилен и метанол; экстракционный блок, выполненный с возможностью контактирования выходящего потока, содержащего изобутилен и метанол, с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилена; вторую систему фракционирования, которая получает смешанный поток изобутилена и производит поток, содержащий по меньшей мере 95 мас.% изобутилена; и третью систему фракционирования, которая получает поток экстрагент/метанол и производит метанольный поток, содержащий по меньшей мере 95 мас.% метанола, легкую фракцию и тяжелую фракцию, содержащую экстрагент.

[0008] В одном аспекте варианты осуществления в настоящем документе направлены на способы производства изобутилена и высокочистого метанола. Эти способы могут быть способом совместного производства изобутилена и высокочистого метанола, включающим разделение потока подачи, содержащего сырой MTBE, в первой системе фракционирования для извлечения потока продуктов MTBE, содержащего по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и извлечения потока тяжелых продуктов; контактирование потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен и метанол; контактирование выходного потока, содержащего изобутилен и метанол, с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилена; подачу смешанного потока изобутилена во вторую систему фракционирования для извлечения потока, содержащего по меньшей мере 95 мас.% изобутилена; и подачу потока экстрагент/метанол в третью систему фракционирования для извлечения легкой фракции, метанольного потока продуктов, содержащего по меньшей мере 95 мас.% метанола, и тяжелой фракции, содержащей экстрагент.

[0009] В другом варианте осуществления способ может быть способом совместного производства изобутилена и высокочистого метанола, включающим разделение потока подачи, содержащего сырой MTBE, в первой системе фракционирования для извлечения потока продуктов MTBE, содержащего по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и извлечения потока тяжелых продуктов; контактирование потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен и метанол; контактирование выходного потока с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилена; подачу смешанного потока изобутилена во вторую систему фракционирования для извлечения потока, содержащего по меньшей мере 95 мас.% изобутилена; и подачу потока экстрагент/метанол в третью систему фракционирования, содержащую дистилляционную колонну с разделительной стенкой, для извлечения фракции верхнего погона, метанольного потока продуктов бокового погона, содержащего по меньшей мере 95 мас.% метанола, и кубовой фракции, содержащей экстрагент.

[0010] В других вариантах осуществления способ может быть способом совместного производства изобутилена и высокочистого метанола, содержащим разделение потока подачи, содержащего сырой MTBE, углеводороды C4, C5, диизобутилен (DIB), трет-бутиловый спирт (TBA) и 2-метоксибутан (MSBE) в первой системе фракционирования для извлечения потока продуктов MTBE, содержащего по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и потока тяжелых продуктов, содержащего смесь MTBE, трет-бутилового спирта (TBA) и 2-метоксибутана (MSBE); контактирование потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен, метанол и остаточный MTBE; контактирование выходного потока с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилен/MTBE; подачу смешанного потока изобутилен/MTBE во вторую систему фракционирования для извлечения потока, содержащего по меньшей мере 94 мас.% изобутилена, и потока тяжелых продуктов, содержащего MTBE/изобутилен; рециркуляцию потока тяжелых продуктов, содержащего MTBE/изобутилен, в первую систему фракционирования; подачу потока экстрагент/метанол в третью систему фракционирования, содержащую дистилляционную колонну с разделительной стенкой, для извлечения фракции верхнего погона, метанольного потока продуктов бокового погона, содержащего по меньшей мере 95 мас.% метанола, и кубового потока, содержащего остаточный MTBE, метанол и экстрагент; и рециркуляцию кубового потока, содержащего остаточный MTBE, метанол и экстрагент, в первую систему фракционирования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 представляет собой упрощенную схему способа интегрированной реакторной системы в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.

[0012] Фиг. 2 представляет собой упрощенную схему способа интегрированной реакторной системы в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.

[0013] Фиг. 3 представляет собой иллюстрацию колонны с разделительной стенкой в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.

[0014] Фиг. 4 представляет собой иллюстрацию колонны с разделительной стенкой в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0015] В одном аспекте предлагаются способы и системы для производства высокочистого метанола из сырого MTBE с использованием одной или множества колонн с разделительной стенкой. Этот способ может включать в себя очистку MTBE, разложение MTBE для получения изобутилена и метанола, очистку изобутилена и извлечение/очистку метанола.

[0016] Колонны с разделительной стенкой в настоящем документе могут использоваться для разделения многокомпонентных смесей на чистые фракции. Они особенно подходят для получения высокочистых среднекипящих фракций. Разделение трехкомпонентной смеси на ее фракции в обычных системах дистилляции требует последовательной системы по меньшей мере с двумя колоннами или главными колоннами с боковыми колоннами. В случае колонны с разделительной стенкой только одна ректификационная колонна используется для отделения легких и тяжелых фракций от среднекипящего продукта. Вертикальная стенка вводится в среднюю часть колонны, создавая в этой части колонны секцию подачи и отвода. Эта компоновка позволяет обойтись без второй колонны. Корпус, внутренности, кипятильник и конденсатор для второй колонны становятся ненужными.

[0017] Используемый в настоящем документе термин «колонна с разделительной стенкой» относится к любой колонне, имеющей перегородку, подходящую для разделения смеси, содержащей два или более компонентов, имеющих отличающиеся температуры кипения. Используемый в настоящем документе термин «перегородка» относится к любой перегородке, расположенной по меньшей мере частично внутри колонны так, чтобы обеспечить по меньшей мере первую зону фракционирования с одной стороны перегородки и вторую зону фракционирования с другой стороны перегородки. Перегородка может быть сегментированной или непрерывной. Перегородка может быть параллельна или непараллельна продольной оси колонны. Первая зона фракционирования и вторая зона фракционирования могут иметь одинаковые или различные площади поперечного сечения и/или объемы. Колонна может иметь круглое поперечное сечение, и перегородка может располагаться или помещаться внутри колонны, чтобы обеспечить первую зону фракционирования и вторую зону фракционирования, имеющие равные или неравные по отношению друг к другу площади поперечного сечения. Перегородка может проходить полностью или только частично от одной стороны колонны до другой ее стороны.

[0018] Колонна с разделительной стенкой в соответствии с вариантами осуществления в настоящем документе в принципе представляет собой систему термически связанных дистилляционных колонн. В колоннах с разделительной стенкой в настоящем документе перегородка располагается во внутреннем пространстве колонны. Колонны с разделительной стенкой в настоящем документе могут использовать хордовую или кольцевую стенку (перегородку). Перегородка обычно является вертикальной. По обе стороны от разделительной стенки происходят два разных массообменных разделения, которые могут иметь разные рабочие давления и температуры, и разделительная стенка, возможно, должна выдерживать перепад давления и/или температуры.

[0019] Колонны с разделительной стенкой в настоящем документе могут включать в себя внутренности, которые содержат тарелки, вращающиеся тарелки, случайную и/или структурированную насадку. Полезными являются тарелки следующих типов: тарелки, имеющие отверстия или щели в пластине тарелки; тарелки, имеющие горловины или патрубки, накрытые колпачками или крышками; тарелки, имеющие отверстия в пластине тарелки, накрытые подвижными клапанами; а также тарелки специальной конструкции. В колоннах с вращающимися внутренними частями флегма либо распыляется вращающимися воронками, либо распределяется в виде пленки на нагретую стенку трубы с помощью ротора. Колонны могут содержать случайные насадки из тел различной формы.

[0020] могут иметь общие отпарные и ректификационные секции с разделительной стенкой, расположенной посередине. Такое конструктивное решение позволяет осуществлять различное перемещение пара и жидкости по обе стороны стенки, увеличивая таким образом чистоту продукта и минимизируя количество единиц оборудования.

[0021] Подача метанола, например, может быть осуществлятся в соответствии с вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, для получения наивысшей концентрации метанола в колонне с разделительной стенкой при минимизации количества метанола, выходящего с кубовым продуктом. Это приводит к почти азеотропной концентрации в продукте дистиллята и в зоне дистилляции. Метанол должен быть отделен от углеводородов так, чтобы углеводороды могли использоваться для смешивания бензина и для сохранения метанола. Разделение может быть достигнуто путем промывания смеси углеводород/метанол водой. Метанол может быть выборочно абсорбирован в водной фазе, которая затем фракционируется для отделения метанола.

[0022] Колонна с разделительной стенкой в соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе, может использоваться, например, в существующей интегрированной установке получения MTBE и изобутилена, и может производить только высокочистый изобутилен. В существующей установке весь метанол, производимый блоком изобутилена, может возвращаться в блок MTBE. Для обработки дополнительного внешнего MTBE и одновременного производства метанола экспортного качества в такой установке необходимо будет установить новую секцию очистки метанола. Такая секция очистки метанола может нуждаться в двух дистилляционных колоннах (верхней метанольной колонне и хвостовой метанольной колонне) с соответствующим оборудованием. Колонна с разделительной стенкой, раскрытая в настоящем документе, может использоваться вместо множества отдельных традиционных колонн для производства метанола товарной чистоты.

[0023] Кроме того, интегрированный способ получения MTBE и изобутилена может не иметь гибкости для производства метанола товарной чистоты. Для совместного производства метанола за счет включения дополнительного импорта MTBE в секцию изобутилена, в способ, возможно, потребуется интегрировать секцию очистки метанола. Этот способ очистки метанола может включать колонну с разделительной перегородкой или ряд дистилляционных колонн для получения метанольного продукта в соответствии со спецификацией при использовании минимального количества оборудования. Кроме того, энергозатраты на кипячение/конденсацию в этом способе могут быть приблизительно на 30% более низкими, чем в традиционной системе с двумя колоннами. Наконец, поскольку колонна с разделительной стенкой может использовать меньшее количество оборудования, достигается значительная экономия требуемой площади участка и конструкции (трубная эстакада, фундамент и т.д.).

[0024] В соответствии с одним или более вариантами осуществления в настоящем документе раскрываются колонна с разделительной стенкой или ряд дистилляционных колонн, которые могут принимать тяжелые продукты экстракционной колонны и отделять одно или более из MTBE, DIB, TBA, DME, MSBE, TAME и воды от метанола для получения метанольного продукта экспортной марки.

[0025] Далее способ производства высокочистого изобутилена будет описан со ссылкой на Фиг. 1. Для очистки MTBE сырой MTBE 1 вводится в колонну 5 фракционирования. Сырой MTBE 1 может быть получен из смеси изобутиленовых олефинов C₄, например из фракции C₄ из установок парового крекинга или установок FCC. Сырой MTBE может также включать в себя метанол, вторичный бутиловый спирт (SBA), трет-бутиловый спирт (TBA), 2-метоксибутан (MSBE), диизобутилен, трет-амилметиловый эфир (TAME) и другие высококипящие компоненты.

[0026] В некоторых вариантах осуществления поток 1 сырого MTBE может включать в себя 94-97 мас.% MTBE, например 95,9 мас.% MTBE. Поток 1 сырого MTBE может также содержать небольшие количества сильно ненасыщенных соединений, таких как 1,3-бутадиен, транс-1,3-пентадиен, цис-1,3-пентадиен, 2-метил-1,3-бутадиен, и др. Поток подачи может дополнительно содержать сырой MTBE из предшествующей реакционной зоны этерификации и дополнительный поток подачи MTBE. Такой дополнительный поток подачи MTBE может поступать с другого производства, OSBL, предшествующей системы разделения или из других источников.

[0027] Поток 1 MTBE может вводиться в колонну 5 в промежуточной точке. Поток 2 легких углеводородов может быть отведен из колонны 5 на ее первом конце или вблизи него, а боковой поток 3 может быть отведен из колонны 5 в промежуточной точке. Поток 2 легких углеводородов может быть возвращен к вершине колонны 5 в качестве флегмы. Поток 2 легких углеводородов может быть смесью MTBE, метанола, воды и сильно ненасыщенных соединений. Боковой поток может быть потоком MTBE более высокой чистоты по сравнению с потоком 1 подачи MTBE. Боковой поток может дополнительно включать в себя одну или более примесей, присутствующих в потоке подачи. Поток 4 тяжелых углеводородов может быть отведен из колонны 5 с разделительной стенкой 5 на ее нижнем конце или вблизи него. Поток 4 тяжелых углеводородов может быть смесью MTBE, трет-бутилового спирта (TBA), 2-метоксибутана (MSBE) и высших олефинов.

[0028] Колонна 5 фракционирования может функционировать при температурах от приблизительно 45°C до приблизительно 130°C и давлениях от приблизительно 0,1 до приблизительно 5 бар изб. Очистка MTBE 1 обеспечивает боковой поток (MTBE) 3, содержащий приблизительно 99,5 мас.% MTBE или больше, например 99,8 мас.% MTBE или 99,9 мас.% MTBE. Боковой поток MTBE может быть получен с помощью фракционной дистилляции во фракционной системе 5 путем разделения MTBE 1 на легкие углеводороды 2, содержащие MTBE, метанол, воду и другие низкокипящие компоненты, и тяжелые углеводороды 4, содержащие олигомеры бутилена, TBA, и другие высококипящие компоненты, с одновременным отбором побочного потока 3 высокочистого MTBE.

[0029] Для получения изобутилена побочный поток 3 MTBE можно направить в реактор 6 для производства изобутилена. Реактор 6 разлагает высокочистый MTBE 3 и производит поток 7 сырого изобутилена, содержащий изобутилен, метанол и непрореагировавший MTBE. В некоторых вариантах осуществления реактор 6 включает в себя неподвижный слой, работающий при температурах реакционного слоя в диапазоне от приблизительно 90°C до приблизительно 160°C, в других вариантах осуществления от приблизительно 120°C до приблизительно 150°C. Высокочистый MTBE 3 может подаваться при температуре на входе от приблизительно 110°C до приблизительно 150°C в некоторых вариантах осуществления, и от приблизительно 115°C до приблизительно 145°C в других вариантах осуществления. Реактор 6 может иметь LHSV (часовую объемную скорость жидкости) в диапазоне от приблизительно 7 до приблизительно 35, или от приблизительно 10 до приблизительно 30, или от приблизительно 14 до приблизительно 25. Реактор 6 может иметь перепад давления на упомянутом неподвижном слое в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 фунт/кв.дюйм изб. при реакционном давлении от приблизительно 0,5 до приблизительно 4 атм.

[0030] Поток 7 сырого изобутилена направляется на очистку продукта. Сырой изобутилен 7 можно направить в экстракционную колонну 8 для извлечения метанола и непрореагировавшего МТВЕ из изобутилена. В экстракционной колонне 8 используется экстрагент 9, подаваемый противотоком к сырому изобутилену 7, в результате чего производится промытый выходной поток 10 реактора в виде верхнего погона и кубовый продукт 11. Промытый выходной поток 10 реактора, который может включать в себя изобутилен, MTBE и остаточные легкие компоненты, может подаваться в систему 12 фракционирования изобутилена, а кубовый продукт 11, который может включать в себя воду, метанол, MTBE и остаточные тяжелые компоненты, может подаваться в систему 13 фракционирования метанола. Экстрагент 9 может быть водой или другим подходящим экстрагентом, используемым для отделения метанола от изобутилена.

[0031] В различных вариантах осуществления по меньшей мере часть сырого изобутилена 7 может быть возвращена в первую систему 5 фракционирования в виде дополнительной флегмы, отобрана в виде продукта, и/или объединена с тяжелыми углеводородами 4 и отправлена потребителям как побочный продукт.

[0032] Для извлечения изобутилена способ может включать в себя введение промытого выходного потока 10 реактора в систему 12 фракционирования изобутилена, аналогично описанному выше для очистки MTBE. Промытый выходной поток 10 реактора может вводиться в промежуточной точке колонны 12 фракционирования изобутилена. Верхний погон 14 легких фракций может быть отведен из колонны 12 фракционирования изобутилена на ее верхнем конце или рядом с ним и может быть сброшен или возвращен в систему 12 фракционирования изобутилена в виде флегмы. Боковой поток высокочистого изобутилена 16 может быть отведен из промежуточной точки колонны 12 фракционирования изобутилена для использования в последующих способах, или может быть извлечен как продукт и отправлен потребителям. Такой поток высокочистого изобутилена может иметь чистоту изобутилена 95 мас.%, 97 мас.%, 98 мас.%, 99 мас.%, 99,5 мас.%, 99,6 мас.%, 99,7 мас.%, 99,8 мас.%, или даже 99,85 мас.%. В некоторых вариантах осуществления поток изобутилена содержит менее чем 100 мас. частей на миллион нормальных углеводородов C4 и менее чем 30 мас. частей на миллион углеводородов C5. Изобутиленовая колонна 12 может также производить кубовый продукт 15, который может быть смесью изобутилена, MTBE и/или воды и может быть возвращен в систему 5 фракционирования. Изобутиленовая колонна 12 может функционировать при температурах от приблизительно 45°C до приблизительно 150°C и давлениях от приблизительно 3 до приблизительно 15 бар изб.

[0033] Для извлечения/очистки метанольного потока продуктов кубовый продукт 11 из экстракционной колонны 8 может подаваться в промежуточную точку системы 13 фракционирования метанола. Система фракционирования метанола может представлять собой ряд ректификационных колонн, таких как колонна с метанольным верхним продуктом, за которой следует колонна с метанольным нижним продуктом, или может быть колонной с разделительной стенкой, как будет описано ниже. Система 13 фракционирования метанола может обеспечивать высокочистый метанольный продукт 17, отводимый как боковой поток из промежуточной точки метанольной колонны 13, нижний поток 18 и верхний поток 19. Легкий верхний поток 19 может содержать метанол и другие легкие компоненты, и может сбрасываться или возвращаться в систему 13 фракционирования метанола в виде флегмы. Нижний поток 18 может включать в себя воду, TBA, MTBE и/или метанол. Нижний поток 18 может быть возвращен в экстракционную колонну 8 или в систему 5 фракционирования. Метанольная колонна 13 может функционировать при температурах от приблизительно 45°C до приблизительно 180°C и давлениях от приблизительно 01 до приблизительно 5 бар изб.

[0034] В вариантах осуществления, раскрытых в настоящем документе, как проиллюстрировано на Фиг. 2, первая система 5 фракционирования может извлекать MTBE в верхних продуктах. Общая схема способа будет действовать аналогичным образом, при этом остаточный MTBE, вода и изобутилен рециркулируют в кубовом потоке 15. Кроме того, метанол, остаточный изобутилен и другие легкие компоненты могут быть возвращены в первую систему фракционирования через линию 19.

[0035] Общие схемы обработки, раскрытые в настоящем документе, могут быть выполнены с использованием одиночных фракционных колонн, ряда фракционных колонн или колонны с разделительной стенкой. Получаемые преимущества использования колонн с разделительной стенкой могут включать в себя, среди других преимуществ: уменьшение капиталовложений; а также устранение или значительное сокращение потребности в дополнительных колоннах для обеспечения того же самого уровня чистоты продуктов.

[0036] В одном аспекте варианты осуществления в настоящем документе относятся к использованию дистилляционной колонны с разделительной стенкой. Подача в колонну с разделительной стенкой может поступать из предшествующей колонны или реактора, в котором реагенты прореагировали неполностью. Подача содержит реагенты и продукт и подается секцию предварительного разделения колонны с разделительной стенкой. Затем в секции последующего разделения получается метанольный продукт в качестве бокового погона. Между секциями предварительного и последующего разделения находится общая нижняя секция, которая извлекает как можно больше метанола, одновременно концентрируя воду и TBA в кубовом продукте. Верхний погон колонны служит для орошения секции предварительного разделения, служит в качестве подачи/флегмы в секции последующего разделения, а часть его отбирается в виде верхнего продукта, который может быть отправлен обратно в секцию синтеза MTBE. При необходимости может быть добавлен добавочный материал. Ниже разделительной стенки может находиться общая отпарная секция.

[0037] Секция предварительного разделения отвечает за отделение метанола/MTBE от воды и TBA. Эта секция может дефлегмироваться таким образом, чтобы выполнялось разделение между метанолом и водой/TBA. Секция последующего разделения колонны с разделительной стенкой может отделять MTBE от части метанола. Боковой погон может извлекать метанольный продукт из секции последующего разделения. Достаточное количество флегмы может подаваться в эту секцию для максимизации извлечения метанола при минимизации количества примесей в продукте бокового погона. Секция колонны ниже перегородки может включать в себя достаточное количество массообменной насадки или катализатора для дополнительного извлечения метанола из воды/TBA, выходящих снизу секции предварительного разделения. Жидкость, поступающая из секций предварительного и последующего разделения и собирающаяся в общей нижней секции, служит в качестве внутреннего орошения для этой части колонны.

[0038] Кроме того, вспомогательное оборудование для этой колонны может быть аналогичным использующемуся на любой дистилляционной колонне. Например, система может включать в себя общую систему верхнего погона, извлекающую верхний погон из каждой из секций предварительного и последующего разделения колонны с разделительной стенкой. Конденсатор может быть конденсатором полной конденсации, который конденсирует пар, поступающий из секций предварительного и последующего разделения. Конденсированный верхний погон затем может быть направлен в накопитель орошения или верхний барабан, выходящий поток из которого может быть поделен между продуктом верхнего погона и орошением (флегмой) для колонны. Флегма может подаваться в секцию предварительного разделения, в секцию последующего разделения, или в обе, в равном или неравном количестве, в зависимости от динамики разделения колонны. Колонна может использовать единственный общий кипятильник для обеспечения требуемую для разделения кипения.

[0039] Дополнительно к этому, продуктовый поток, отводимый из бокового отвода, может подаваться в холодильник продукта, который доводит метанол до транспортных температур.

[0040] В соответствии с одним или более вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе, дистилляционная колонна может иметь по меньшей мере две вертикальные секции дистилляции, включая секцию предварительного разделения с входным потоком и секцию последующего разделения с боковым отводом. Колонна с разделительной стенкой может также иметь по меньшей мере одна стенку, разделяющую по меньшей мере две вертикальные секции дистилляции. Эта стенка может проходить через вертикальную часть дистилляционной колонны, причем длина стенки меньше, чем общая высота колонны. Колонна с разделительной стенкой может также быть оборудована общей отпарной секцией ниже по меньшей мере двух вертикальных секций дистилляции. Общая отпарная секция может сообщаться по текучей среде вокруг нижнего вертикального окончания стенки. Стенка, проходящая через вертикальную часть дистилляционной колонны, может проходить от верха колонны до приблизительно верха отпарной секции.

[0041] Дополнительно к этому колонна с разделительной стенкой может иметь общую систему верхнего конденсатора. Общая система верхнего конденсатора может принимать верхний продукт по меньшей мере из двух вертикальных секций дистилляции, и может подавать эти верхние продукты в общий барабан верхнего погона. Общий барабан верхнего погона может быть оборудован всеми необходимыми трубопроводами и клапанами для рециркуляции сконденсированного верхнего продукта каждой из по меньшей мере двух вертикальных секций дистилляции.

[0042] Секции предварительного и последующего разделения могут быть расположены полностью или частично в ректификационной секции дистилляционной колонны. Колонна с разделительной стенкой может использовать боковой отбор, расположенный в ректификационной секции в секции последующего разделения, и может быть выполнена с возможностью извлечения продукта. Дополнительно к этому, колонна с разделительной стенкой может использовать общий кипятильник кубовых продуктов, который может обеспечивать полный нагрев для кипячения и отдельный поток кубового продукта. Барабан верхнего погона может также иметь поток продуктов верхнего погона.

[0043] Как показано на Фиг. 3, способ очистки метанола может осуществляться в колонне с разделительной стенкой, и в целом может работать следующим образом.

[0044] Исходное сырье 102, которое может включать в себя один или более из следующих компонентов: MTBE, DIB, TBA, DME, MSBE, TAME, воду и метанол, подается в секцию A предварительного разделения. Как проиллюстрировано, секция A предварительного разделения может отделять один или более компонентов подачи для производства метанола. Жидкость движется вниз по колонне с разделительной стенкой в общую отпарную секцию С. Пар выходит из верхней части секции A потоком 104A верхнего погона и входит в конденсатор 106 общего верхнего погона.

[0045] Первая часть жидкостей из общей отпарной секции C подается в общий кипятильник 110 через первое нижнее выходное отверстие 108. Вторая часть жидкостей из общей отпарной секции C извлекается через выходное отверстие 112. Обе части могут включать в себя воду, TBA, другие тяжелые компоненты, а также некоторое количество остаточного метанола. Часть пара, движущаяся вверх из общей отпарной секции C, может течь в секцию A предварительного разделения и секцию B последующего разделения.

[0046] Во всех случаях пар, движущийся вверх по колонне, может быть преднамеренно разделен на самом нижнем конце разделительной стенки в заданном соотношении, заранее определенном с помощью строгого моделирования дистилляции, совмещенной с реакцией, в конфигурации с разделительной стенкой. Такое разделение потока может обеспечиваться с помощью способов инженерного проектирования, включающих активные или пассивные средства. Опять же, такое разделение потока может поддерживаться на заданных значениях с использованием способов инженерного проектирования, включающих активные или пассивные средства. Такие средства включают в себя обеспечение большего нижнего отверстия в секции A или в секции B, смещение перегородки или изменение соотношения количеств флегмы, подаваемой в секцию A или в секцию B.

[0047] Секция B последующего разделения может включать в себя боковой отбор 114 продукта. Отбираемый продукт бокового погона может быть по существу чистым метанолом. Как определено в настоящем документе, «по существу чистый» продукт может иметь чистоту по меньшей мере 95 мас.%, 97 мас.%, 98 мас.%, 99 мас.%, 99,5 мас.%, 99,6 мас.%, 99,7 мас.%, 99,8 мас.%, или даже 99,85 мас.%. Продуктовый метанол может проходить через продуктовый холодильник 115 для подготовки к транспортировке.

[0048] Как и в случае секции предварительного разделения, секция B последующего разделения может отделять один или более компонентов подачи для производства метанола. Жидкость движется вниз по колонне с разделительной стенкой в общую отпарную секцию С. Пар выходит из верхней части секции В потоком 104B верхнего погона и входит в конденсатор 106 общего верхнего погона. Верхние потоки 104A и 104B объединяются в общий поток 104 верхнего погона.

[0049] Объединенный сконденсированный верхний погон 116 может подаваться в сборный барабан 118 верхнего погона. Часть пара 124, выходящая из барабана верхнего погона, может выпускаться из колонны для увеличения движения пара через секции A, B, и C. Часть пара 124 может быть направлена в предшествующие или последующие процессы или сожжена в факеле по мере необходимости.

[0050] Жидкая часть 120, выходящая из сборного барабана 118 верхнего погона может подаваться в качестве флегмы в секцию В последующего разделения как поток 121, в секцию А предварительного разделения как поток 122, или в обе секции. Часть этой жидкой части 120, которая не используется в качестве флегмы, может быть извлечена как поток 123 и направлена в предшествующие или последующие процессы или сожжена в факеле по мере необходимости.

[0051] Разделение флегмы между зонами А и B может быть преднамеренно разработано и может быть управляемым. Подходящие клапаны могут использоваться для изменения количества флегмы, подаваемой в зону A или в зону B в любой момент времени. Например, колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 124 не удаляется, и все количество флегмы может подаваться в зону A или в зону B. Альтернативно колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 124 не удаляется, и все количество флегмы может подаваться в зону A и в зону B в равном или неравном количестве. Альтернативно колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 124 удаляется, и все количество жидкой флегмы может подаваться в зону A или в зону B. Альтернативно колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 124 удаляется, и все количество жидкой флегмы может подаваться в зону A и в зону B в равном или неравном количестве.

[0052] В одном или более вариантах осуществления в настоящем документе легкие компоненты могут быть сконцентрированы и удалены в виде верхнего погона. Удаление легких компонентов необходимо для управления температурами в колоннах каталитической дистилляции.

[0053] Секция A параллельна секции B и питается жидкой флегмой из системы верхнего конденсатора и паром из отпарной секции C и кипятильника. Разделением пара между секцией A и секцией B можно целенаправленно управлять с помощью активных или пассивных средств инженерного проектирования.

[0054] В другом варианте осуществления, раскрытом в настоящем документе, дистилляционная колонна может иметь по меньшей мере две вертикальные секции дистилляции, включая секцию предварительного разделения с входным потоком и секцию последующего разделения с боковым отводом. Колонна с разделительной стенкой может также иметь по меньшей мере одна стенку, разделяющую по меньшей мере две вертикальные секции дистилляции. Эта стенка может проходить через среднюю часть дистилляционной колонны, причем длина стенки меньше, чем общая высота колонны. Колонна с разделительной стенкой может также быть оборудована общей отпарной секцией ниже по меньшей мере двух вертикальных секций дистилляции. Общая отпарная секция может сообщаться по текучей среде вокруг нижнего вертикального окончания стенки.

[0055] Дополнительно к этому колонна с разделительной стенкой может иметь общую систему верхнего конденсатора. Общая система верхнего конденсатора может принимать верхний продукт по меньшей мере из двух вертикальных секций дистилляции, и может подавать эти верхние продукты в общий барабан верхнего погона. Общий барабан верхнего погона может быть оборудован всеми необходимыми трубопроводами и клапанами для рециркуляции сконденсированного верхнего продукта на верхнюю тарелку каждой из по меньшей мере двух вертикальных секций дистилляции.

[0056] Секции предварительного и последующего разделения могут быть расположены полностью или частично в ректификационной секции дистилляционной колонны. Колонна с разделительной стенкой может использовать боковой отбор, расположенный в ректификационной секции в секции последующего разделения, и может быть выполнена с возможностью извлечения продукта. Дополнительно к этому, колонна с разделительной стенкой может использовать общий кипятильник кубовых продуктов, который может обеспечивать полный нагрев для кипячения и отдельный поток кубового продукта. Барабан верхнего погона может также иметь поток продуктов верхнего погона.

[0057] Как показано на Фиг. 4, способ очистки метанола может осуществляться в колонне с разделительной стенкой, и в целом может работать следующим образом.

[0058] Исходное сырье 202, которое может включать в себя один или более из следующих компонентов: MTBE, DIB, TBA, DME, MSBE, TAME, воду и метанол, подается в секцию A предварительного разделения. Как проиллюстрировано, секция A предварительного разделения может отделять один или более компонентов подачи для производства метанола. Жидкость движется вниз по колонне с разделительной стенкой в общую отпарную секцию С. Пар выходит из верхней части секции A потоком 204 верхнего погона и входит в конденсатор 206 общего верхнего погона.

[0059] Первая часть жидкостей из общей отпарной секции C подается в общий кипятильник 210 через первое нижнее выходное отверстие 208. Вторая часть жидкостей из общей отпарной секции C извлекается через выходное отверстие 212. Обе части могут содержать воду, TBA, другие тяжелые компоненты, а также некоторое количество остаточного метанола. Часть пара, движущаяся вверх из общей отпарной секции C, может течь в секцию A предварительного разделения и секцию B последующего разделения.

[0060] Во всех случаях пар, движущийся вверх по колонне, может быть преднамеренно разделен на самом нижнем конце разделительной стенки в заданном соотношении, заранее определенном с помощью строгого моделирования дистилляции, совмещенной с реакцией, в конфигурации с разделительной стенкой. Такое разделение потока может обеспечиваться с помощью способов инженерного проектирования, включающих активные или пассивные средства. Опять же, такое разделение потока может поддерживаться на заданных значениях с использованием способов инженерного проектирования, включающих активные или пассивные средства. Такие средства включают в себя обеспечение большего нижнего отверстия в секции A или в секции B, смещение перегородки или изменение соотношения количеств флегмы, подаваемой в секцию A или в секцию B.

[0061] Секция B последующего разделения может включать в себя боковой отбор 214 продукта. Отбираемый продукт бокового погона может быть по существу чистым метанолом. Как определено в настоящем документе, «по существу чистый» продукт может иметь чистоту по меньшей мере 95 мас.%, 97 мас.%, 98 мас.%, 99 мас.%, 99,5 мас.%, 99,6 мас.%, 99,7 мас.%, 99,8 мас.%, или даже 99,85 мас.%. Продуктовый метанол может проходить через продуктовый холодильник 215 для подготовки к транспортировке.

[0062] Как и в случае секции предварительного разделения, секция B последующего разделения может отделять один или более компонентов подачи для производства метанола. Жидкость движется вниз по колонне с разделительной стенкой в общую отпарную секцию С. Пар выходит из верхней части секции В потоком 204 верхнего погона и входит в конденсатор 206 общего верхнего погона.

[0063] Объединенный сконденсированный верхний погон 216 может подаваться в сборный барабан 218 верхнего погона. Часть пара 224, выходящая из барабана верхнего погона, может выпускаться из колонны для увеличения движения пара через секции A, B, и C. Часть пара 224 может быть направлена в предшествующие или последующие процессы или сожжена в факеле по мере необходимости.

[0064] Жидкая часть 220, выходящая из сборного барабана 218 верхнего погона может подаваться в качестве флегмы в область, близкую к верхней тарелке в секции В последующего разделения как поток 221, в область, близкую к верхней тарелке в секции А предварительного разделения как поток 222, или в обе секции. Часть этой жидкой части 220, которая не используется в качестве флегмы, может быть извлечена как поток 223 и направлена в предшествующие или последующие процессы или сожжена в факеле по мере необходимости.

[0065] Разделение флегмы между зонами А и B может быть преднамеренно разработано и может быть управляемым. Подходящие клапаны могут использоваться для изменения количества флегмы, подаваемой в зону A или в зону B в любой момент времени. Например, колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 224 не удаляется, и все количество флегмы может подаваться в зону A или в зону B. Альтернативно колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 224 не удаляется, и все количество флегмы может подаваться в зону A и в зону B в равном или неравном количестве. Альтернативно колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 224 удаляется, и все количество жидкой флегмы может подаваться в зону A или в зону B. Альтернативно колонна с разделительной стенкой может работать таким образом, что часть пара 224 удаляется, и все количество жидкой флегмы может подаваться в зону A и в зону B в равном или неравном количестве.

[0066] В одном или более вариантах осуществления в настоящем документе легкие компоненты могут быть сконцентрированы и удалены в виде верхнего погона. Удаление легких компонентов необходимо для управления температурами в колоннах каталитической дистилляции.

[0067] Секция A параллельна секции B и питается жидкой флегмой из системы верхнего конденсатора и паром из отпарной секции C и кипятильника. Разделением пара между секцией A и секцией B можно целенаправленно управлять с помощью активных или пассивных средств инженерного проектирования. Управление подачей флегмы в секции A и B может осуществляться над верхней тарелкой для каждой секции или может осуществляться внутренними устройствами в колонне.

[0068] В обычном реакторе дистилляционной колонны обычно используется обратный поток конденсированных головных погонов для облегчения отделения более летучих непрореагировавших компонентов от продукта. В случае очистки метанола верхний погон может содержать метанол и другие более легкие материалы, которые могут присутствовать в подаче. Конденсируемый верхний погон извлекается, и метанол может быть отделен от углеводородов промывкой водой, причем метанол селективно удаляется в водной фазе. Метанол и вода могут быть затем возвращены в виде флегмы, и метанол затем может быть отделен в дистилляционной колонне.

[0069] Кроме того, в других вариантах осуществления метанольная дистилляционная колонна может представлять собой ряд дистилляционных колонн, работающих параллельно, так что может быть получен поток метанола высокой чистоты.

[0070] В то время как настоящее раскрытие включает в себя ограниченное количество вариантов осуществления, специалисту в данной области техники, обладающему преимуществом этого раскрытия, будет понятно, что могут быть разработаны и другие варианты осуществления, которые не выходят за пределы области охвата настоящего раскрытия. Соответственно, область охвата должна быть ограничена только прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ совместного производства изобутилена и высокочистого метанола, включающий:

а. разделение потока подачи, содержащего сырой метил-трет-бутиловый эфир (MTBE), в первой системе фракционирования для извлечения потока продуктов MTBE, содержащего по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и извлечения потока тяжелых продуктов;

b. контактирование потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен и метанол;

с. контактирование выходного потока, содержащего изобутилен и метанол, с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилена;

d. подачу смешанного потока изобутилена во вторую систему фракционирования для извлечения потока, содержащего по меньшей мере 95 мас.% изобутилена и содержащего менее чем 100 мас. частей на миллион нормальных углеводородов C4 и менее чем 30 мас. частей на миллион углеводородов C5 и удаление потока, содержащего MTBE/изобутилен;

е. подачу потока экстрагент/метанол в третью систему фракционирования для извлечения легкой фракции, метанольного потока продуктов, содержащего по меньшей мере 95 мас.% метанола, и тяжелой фракции, содержащей экстрагент;

f. рециркуляцию MTBE/изобутилена в первую систему фракционирования.

2. Способ по п. 1, в котором поток подачи содержит сырой MTBE, полученный из реакционной зоны этерификации, и дополнительный поток подачи MTBE.

3. Способ по п. 2, дополнительно включающий подачу легкой фракции из третьей системы фракционирования в реакционную зону этерификации.

4. Способ по п. 1, в котором поток подачи дополнительно содержит углеводороды C4, C5, диизобутилен (DIB), трет-бутиловый спирт (TBA) и 2-метоксибутан (MSBE).

5. Способ по п. 1, в котором экстрагент содержит воду.

6. Способ по п. 1, в котором третья система фракционирования содержит дистилляционную колонну с разделительной стенкой.

7. Способ по п. 1, в котором каждая из первой, второй и третьей систем фракционирования содержит дистилляционную колонну с разделительной стенкой.

8. Способ по п. 1, дополнительно включающий рециркуляцию по меньшей мере части легкой фракции из третьей системы фракционирования в первую колонну фракционирования.

9. Способ по п. 1, в котором метанольный поток содержит по меньшей мере 99,8 мас.% метанола.

10. Способ для совместного производства изобутилена и высокочистого метанола, включающий:

а. разделение потока подачи, содержащего сырой метил-трет-бутиловый эфир (MTBE), в первой системе фракционирования для извлечения потока продуктов MTBE, содержащего по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и извлечения потока тяжелых продуктов;

b. контактирование потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен и метанол;

с. контактирование выходного потока с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилена;

d. подачу смешанного потока изобутилена во вторую систему фракционирования для извлечения потока, содержащего по меньшей мере 95 мас.% изобутилена и содержащего менее чем 100 мас. частей на миллион нормальных углеводородов C4 и менее чем 30 мас. частей на миллион углеводородов C5 и удаление потока, содержащего MTBE/изобутилен;

е. подачу потока экстрагент/метанол в третью систему фракционирования, содержащую дистилляционную колонну с разделительной стенкой, для извлечения фракции верхнего погона, метанольного потока продуктов бокового погона, содержащего по меньшей мере 95 мас.% метанола, и кубового потока, содержащего экстрагент;

f. рециркуляцию MTBE/изобутилена в первую систему фракционирования.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий рециркуляцию по меньшей мере части легкой фракции из третьей системы фракционирования в первую колонну фракционирования.

12. Система для производства изобутилена, содержащая:

а. первую систему фракционирования, которая получает поток подачи, содержащий сырой метил-трет-бутиловый эфир (MTBE), и которая производит продуктовый поток MTBE, содержащий по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и поток тяжелых продуктов;

b. первый реактор, выполненный с возможностью контакта потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен и метанол;

с. экстракционный блок, выполненный с возможностью контактирования выходного потока, содержащего изобутилен и метанол, с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилена;

d. вторую систему фракционирования, которая получает смешанный поток изобутилена и производит поток, содержащий по меньшей мере 95 мас.% изобутилена и содержащий менее чем 100 мас. частей на миллион нормальных углеводородов C4 и менее чем 30 мас. частей на миллион углеводородов C5, и производит поток, содержащий MTBE/изобутилен;

е. третью систему фракционирования, которая получает поток экстрагент/метанол и производит метанольный поток, содержащий по меньшей мере 95 мас.% метанола, легкую фракцию и тяжелую фракцию, содержащую экстрагент;

f. рециркуляцию MTBE/изобутилена в первую систему фракционирования.

13. Система по п. 12, в которой поток подачи дополнительно содержит углеводороды C4, C5, диизобутилен (DIB), трет-бутиловый спирт (TBA) и 2-метоксибутан (MSBE).

14. Система по п. 12, в которой третья система фракционирования содержит по меньшей мере две колонны фракционирования, работающие последовательно.

15. Система по п. 12, в которой третья колонна фракционирования содержит колонну с разделительной стенкой, содержащую:

по меньшей мере две вертикальных секции дистилляции;

по меньшей мере одну стенку, разделяющую по меньшей мере две вертикальные секции дистилляции, проходящую через вертикальную часть упомянутой дистилляционной колонны на высоту меньшую, чем общая высота упомянутой колонны, а также общую отпарную секцию ниже упомянутых по меньшей мере двух вертикальных секций дистилляции, находящуюся в связи по текучей среде вокруг нижнего вертикального конца упомянутой стенки.

16. Способ совместного производства изобутилена и высокочистого метанола, включающий:

а. разделение потока подачи, содержащего сырой метил-трет-бутиловый эфир (MTBE), углеводороды C4, C5, диизобутилен (DIB), трет-бутиловый спирт (TBA) и 2-метоксибутан (MSBE), в первой системе фракционирования для извлечения потока продуктов, содержащего по меньшей мере 94 мас.% MTBE, и извлечения потока тяжелых продуктов, содержащего смесь MTBE, трет-бутилового спирта (TBA) и 2-метоксибутана (MSBE);

b. контактирование потока продуктов MTBE с катализатором для получения выходного потока, содержащего изобутилен, метанол и остаточный MTBE;

с. контактирование выходного потока с одним или более экстрагентами для получения потока экстрагент/метанол и смешанного потока изобутилен/MTBE;

d. подачу смешанного потока изобутилен/MTBE во вторую систему фракционирования для извлечения потока, содержащего по меньшей мере 94 мас.% изобутилена, и потока тяжелых продуктов, содержащего MTBE/изобутилен;

е. рециркуляцию потока тяжелых продуктов, содержащего MTBE/изобутилен, в первую систему фракционирования;

f. подачу потока экстрагент/метанол в третью систему фракционирования, содержащую дистилляционную колонну с разделительной стенкой, для извлечения фракции верхнего погона, метанольного потока продуктов бокового погона, содержащего по меньшей мере 95 мас.% метанола, и кубового потока, содержащего остаточный MTBE, метанол и экстрагент; и

g. рециркуляцию кубового потока, содержащего остаточный MTBE, метанол и экстрагент, в первую систему фракционирования.