Интеграция окислительного сочетания в метановые установки

Изобретение относится к способу получения пропилена. Способ включает: (a) подачу первого потока, содержащего метан (CH₄), и второго потока, содержащего окислительный агент, в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ) при температуре по меньшей мере примерно 400°С и давлении по меньшей мере примерно 3 бар (изб.) с получением потока продуктов ОСМ, содержащего этилен, пропилен, пропан и непревращенный метан (CH₄); (b) фракционирование потока продуктов ОСМ с использованием одной или более разделительных установок с получением (i) третьего потока, содержащего этилен, и (ii) четвертого потока, содержащего пропилен и пропан; (c) подачу по меньшей мере части четвертого потока в дополнительную разделительную установку с получением потока пропилена и потока пропана; (d) подачу по меньшей мере части потока пропана в установку дегидрирования пропана (PDH) с получением исходящего потока PDH, содержащего пропилен, метан и водород; (e) разделение исходящего потока PDH на пятый поток, содержащий пропилен, шестой поток, содержащий метан, и седьмой поток, содержащий водород; (f) подачу по меньшей мере части шестого потока в реактор ОСМ; (g) подачу по меньшей мере части третьего потока в реактор димеризации с получением потока бутена, причем менее примерно 50% указанного потока бутена представляет собой изобутен; и (h) подачу указанного потока бутена в реактор метатезиса с получением исходящего потока, содержащего пропилен и непревращенный бутен. Предлагаемый способ позволяет эффективно получать олефины посредством интеграции процесса окислительного сочетания метана (ОСМ) с дополнительным процессом, который может либо обеспечивать сырье для процесса ОСМ, либо может расходовать продукты процесса ОСМ. 17 з.п. ф-лы, 24 ил., 1 табл.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА

[1] В настоящей заявке заявлен приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/510065, поданной 23 мая 2017 года, по предварительной заявке на патент США № 62/536876, поданной 25 июля 2017 года, по предварительной заявке на патент США № 62/584441, поданной 10 ноября 2017 года, и по предварительной заявке на патент США № 62/644098, поданной 16 марта 2018 года, полное содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Олефины, включая этилен и пропилен, являются важным сырьем в химической промышленности. Олефины можно получать крекингом высокомолекулярных углеводородных потоков на более низкомолекулярные потоки. Кроме того, с помощью химических трансформаций олефины можно превращать друг в друга, используя соединения с различным количеством атомов углерода.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[3] В настоящем документе признается потребность в эффективных и экономически приемлемых системах и способах получения олефинов, а также в способах превращения алканов в олефины при их внедрении в процессы превращения сырья в химические продукты (C2C), такие как процессы каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC) и процессы с использованием операций димеризации и метатезиса.

[4] В настоящем изобретении предложены системы и способы получения олефинов, включая этилен и пропилен, посредством интеграции процесса окислительного сочетания метана (ОСМ) с дополнительным процессом, который может либо обеспечивать сырье для процесса ОСМ, либо может расходовать продукты процесса ОСМ.

[5] В одном аспекте настоящего изобретения предложен способ получения пропилена, включающий: (a) подачу первого потока, содержащего метан (CH₄), и второго потока, содержащего окислительный агент, в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ) при температуре по меньшей мере примерно 400°С и давлении по меньшей мере примерно 3 бар (изб.) с получением потока продуктов ОСМ, содержащего этилен, водород (H₂), диоксид углерода (CO₂), монооксид углерода (CO) и непревращенный CH₄; (b) подачу по меньшей мере части потока продуктов ОСМ в реактор димеризации с получением бутена, причем менее примерно 50% бутена представляет собой изобутен; и (c) подачу бутена в реактор метатезиса с получением исходящего потока, содержащего пропилен и непревращенный бутен.

[6] В некоторых вариантах реализации (b) и (c) осуществляют в одной емкости. В некоторых вариантах реализации димеризацию и метатезис осуществляют в одном реакторе или над одним катализатором. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 50% бутена представляет собой 1-бутен или 2-бутен. В некоторых вариантах реализации часть этилена, полученного в реакторе ОСМ, подают в реактор димеризации, а дополнительную часть этилена, полученного в реакторе ОСМ, подают в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации примерно 70% этилена, полученного в реакторе ОСМ, подают в реактор димеризации, и примерно 30% этилена, полученного в реакторе ОСМ, подают в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации в реактор метатезиса по существу не подают этилен, не введя его прежде в реактор димеризации. В некоторых вариантах реализации бутен, полученный в реакторе димеризации, содержит соединения C₅₊, и при этом соединения C₅₊ удаляют с помощью дебутанизатора до осуществления (c). В некоторых вариантах реализации этилен отделяют из компонентов C₃₊ в исходящем потоке реактора метатезиса. В некоторых вариантах реализации часть выделенного этилена возвращают в цикл в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации пропилен в исходящем потоке реактора метатезиса отделяют от непревращенного бутена. В некоторых вариантах реализации непревращенный бутен возвращают в цикл в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации этилен, который подают в реактор димеризации, имеет чистоту по меньшей мере примерно 99,5% моль. В некоторых вариантах реализации в реакторе димеризации по меньшей мере примерно 95% этилена превращается в бутены. В некоторых вариантах реализации бутен, который подают в реактор метатезиса, дополнительно содержит непревращенный этилен, и указанный непревращенный этилен проходит через реактор димеризации, не превращаясь в бутен. В некоторых вариантах реализации непревращенный этилен является единственным этиленом, который подают в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации непревращенный метан из реактора ОСМ удаляют способом вакуумной короткоцикловой адсорбции (VPSA) с получение исходящего потока VPSA, который содержит менее примерно 1% метана. В некоторых вариантах реализации исходящий поток VPSA подают в дистилляционную колонну, где удаляют соединения C₃₊ с получением исходящего потока перегонки, который имеет более высокую концентрацию этилена, чем исходящий поток VPSA. В некоторых вариантах реализации пропилен, полученный в реакторе метатезиса, также разделяют с помощью дистилляционной колонны, в которой удаляют соединения C₃₊. В некоторых вариантах реализации бутен, полученный в реакторе димеризации, подают, без предварительной очистки, в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу этана в реактор ОСМ на стадии (a). В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу пропана в реактор ОСМ на стадии (a). В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает отделение этилена, полученного в реакторе ОСМ на стадии (a), от этана, метана и водорода, содержащихся в потоке продуктов ОСМ. В некоторых вариантах реализации из потока продуктов ОСМ выделяют CO₂. В некоторых вариантах реализации CO₂ подают в реактор метанирования с получением дополнительного количества CH₄. В некоторых вариантах реализации дополнительный CH₄, полученный в реакторе метанирования, подают в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют перегонку для очистки этилена из потока продуктов ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют вакуумную короткоцикловую адсорбцию для очистки этилена из потока продуктов ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют колонну отгонки C1 для рециркуляции метана в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют колонну отгонки C2 для рециркуляции этана в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации метан, выделенный в результате вакуумной короткоцикловой адсорбции, возвращают в цикл в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации реактор димеризации содержит катализатор димеризации. В некоторых вариантах реализации реактор ОСМ содержит катализатор ОСМ. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор ОСМ содержит нанопроводники. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает разделение исходящего потока реактора метатезиса. В некоторых вариантах реализации для очистки исходящего потока используют перегонку. В некоторых вариантах реализации этилен и этан отделяют от продуктов C₃₊ в дистилляционной колонне. В некоторых вариантах реализации в дистилляционной колонне выделяют пропилен и пропан. В некоторых вариантах реализации в реакторе метатезиса осуществляют взаимодействие этилена и бутена с получением пропилена. В некоторых вариантах реализации бутен приводят во взаимодействие с бутеном с получением пропилена.

[7] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения пропилена, включающий: (a) подачу первого потока, содержащего метан, и второго потока, содержащего окислительный агент, в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ) с получением потока, содержащего этилен; (b) подачу этилена в реактор димеризации с получением бутенов, включая 1-бутен, 2-бутен и изобутен; и (c) подачу бутенов в реактор метатезиса с получением исходящего потока, содержащего пропилен и непрореагировавшие бутены, причем в реакторе метатезиса 1-бутен и 2-бутен подвергают метатезису с получением пропилена, и при этом этилен не подают непосредственно в реактор метатезиса.

[8] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает: (d) рециркуляцию части непрореагировавших бутенов в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации в реактор метатезиса возвращают менее примерно 50% непрореагировавших бутенов. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу этана в реактор ОСМ на стадии (a). В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу пропана в реактор ОСМ на стадии (a). В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает отделение этилена, полученного в реакторе ОСМ на стадии (a), от других компонентов, включая CO₂, CO, H₂ и непрореагировавший CH₄, которые содержатся в указанном потоке. В некоторых вариантах реализации из указанного потока выделяют CO₂. В некоторых вариантах реализации CO₂ подают в реактор метанирования с получением дополнительного количества CH₄. В некоторых вариантах реализации указанное дополнительное количество CH₄ подают в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют перегонку для очистки этилена из указанного потока. В некоторых вариантах реализации используют вакуумную короткоцикловую адсорбцию для очистки этилена из указанного потока. В некоторых вариантах реализации используют колонну отгонки C1 для рециркуляции метана в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют колонну отгонки C2 для рециркуляции этана в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации метан, выделенный в результате вакуумной короткоцикловой адсорбции, возвращают в цикл в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют дебутанизатор для выделения продуктов C₅₊ из реактора димеризации на стадии (b). В некоторых вариантах реализации дебутанизатор представляет собой дистилляционную колонну. В некоторых вариантах реализации реактор димеризации содержит катализатор димеризации. В некоторых вариантах реализации реактор ОСМ содержит катализатор ОСМ. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор ОСМ содержит нанопроводники. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает очистку исходящего потока реактора метатезиса. В некоторых вариантах реализации для очистки исходящего потока используют перегонку. В некоторых вариантах реализации очистка включает отделение этилена и этана от компонентов C₃₊ в дистилляционной колонне. В некоторых вариантах реализации очистка включает выделение пропилена и пропана в дистилляционной колонне. В некоторых вариантах реализации бутены не подвергают очистке перед подачей в реактор метатезиса. В некоторых вариантах реализации исходящий поток реактора метатезиса подают в дистилляционную колонну. В некоторых вариантах реализации выделенные компоненты C₃₊ подают в стабилизатор для удаления компонентов C₄₊ из пропилена и пропана. В некоторых вариантах реализации пропилен отделяют от пропана в дистилляционной колонне. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 90% пропилена, полученного в реакторе метатезиса, входят в исходящий поток дистилляционной колонны.

[9] В другом аспекте настоящего изобретения предложена система для получения пропилена, содержащая: (a) по меньшей мере одну подсистему окислительного сочетания метана (ОСМ), которая (i) содержит первый входящий поток, содержащий метан (CH₄), (ii) содержит второй входящий сырьевой поток, содержащий окислительный агент, и (iii) выполнена с возможностью получения из метана и окислительного агента потока продуктов, содержащего этилен; (b) по меньшей мере одну первую подсистему очистки, которая расположена после и сообщается по текучей среде с подсистемой ОСМ, причем указанная по меньшей мере одна первая подсистема очистки выполнена с возможностью использования потока продуктов подсистемы ОСМ для получения потока этилена, имеющего более высокую концентрацию этилена, чем поток продуктов; (c) по меньшей мере одну подсистему димеризации, расположенную после и сообщающуюся по текучей среде с по меньшей мере одной первой подсистемой очистки, причем указанная по меньшей мере одна подсистема димеризации выполнена с возможностью превращения потока этилена в поток, содержащий бутены; (d) по меньшей мере одну подсистему метатезиса, расположенную после и сообщающуюся по текучей среде с по меньшей мере одной подсистемой димеризации, причем указанная по меньшей мере одна подсистема метатезиса выполнена с возмож»остью превращения потока, содержащего бутены, включая 1-бутен и 2-бутен, в поток продуктов метатезиса, содержащий пропилен и непревращенные бутены; и (e) по меньшей мере одну вторую подсистему очистки, которая расположена после и сообщается по текучей среде с по меньшей мере одной подсистемой метатезиса, причем указанная по меньшей мере одна вторая подсистема очистки выполнена с возможностью отделения непревращенных бутенов от пропилена.

[10] В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит: контур рециркуляции, который сообщается по текучей среде с по меньшей мере одной второй подсистемой очистки и по меньшей мере одной подсистемой димеризации, причем указанный контур рециркуляции выполнен с возможностью возврата непревращенных бутенов из по меньшей мере одной второй подсистемы очистки в по меньшей мере одну подсистему димеризации. В некоторых вариантах реализации контур рециркуляции обеспечивает отвод по меньшей мере примерно 50% непревращенных бутенов из по меньшей мере одной подсистемы метатезиса. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна подсистема ОСМ содержит реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации реактор ОСМ содержит катализатор ОСМ. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор ОСМ содержит нанопроводники. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна первая подсистема очистки выполнена с возможностью удаления CO₂ из потока продуктов подсистемы ОСМ. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна первая подсистема очистки выполнена с возможностью подачи CO₂ в реактор метанирования. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна первая подсистема очистки содержит подсистему, которая обеспечивает удаление метана из потока продуктов подсистемы ОСМ. В некоторых вариантах реализации указанная подсистема содержит по меньшей мере один деметанизатор. В некоторых вариантах реализации деметанизатор представляет собой дистилляционную колонну. В некоторых вариантах реализации указанная подсистема содержит установку вакуумной короткоцикловой адсорбции. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна первая подсистема очистки содержит подсистему, которая обеспечивает удаление этана из потока продуктов подсистемы ОСМ. В некоторых вариантах реализации указанная подсистема содержит по меньшей мере одну колонну отгонки C2. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна колонна отгонки C2 содержит дистилляционную колонну. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна вторая подсистема очистки содержит дистилляционную колонну. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одна первая подсистема очистки и по меньшей мере одна вторая подсистемы очистки являются одинаковыми. В некоторых вариантах реализации указанная система не содержит подсистему очистки, которая может изменять состав потока по меньшей мере одного реактора димеризации до его подачи в по меньшей мере один реактор метатезиса.

[11] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения олефинов, включающий: (a) подачу сырьевого потока, содержащего смесь углеводородов, имеющих первую среднюю молекулярную массу, в емкость, работающую при температуре по меньшей мере примерно 500°С, с получением потока крекированных углеводородов, содержащего смесь углеводородов, имеющих вторую среднюю молекулярную массу, причем вторая средняя молекулярная масса меньше, чем первая средняя молекулярная масса; (b) выделение одного или более легких углеводородов из потока крекированных углеводородов; и (c) подачу одного или более легких углеводородов, выделенных на стадии (b), в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ), где осуществляют превращение по меньшей мере части одного или более легких углеводородов в этилен.

[12] В некоторых вариантах реализации один или более легких углеводородов содержат сероводород (H₂S). В некоторых вариантах реализации H₂S составляет по меньшей мере примерно 5% по массе (% мас.) легких углеводородов. В некоторых вариантах реализации указанная емкость представляет собой установку термического крекинга. В некоторых вариантах реализации указанная емкость представляет собой установку каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем (FCC). В некоторых вариантах реализации FCC эксплуатируют как установку каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем в жестких условиях (HS-FCC). В некоторых вариантах реализации HS-FCC эксплуатируют при температуре по меньшей мере примерно 500°С. В некоторых вариантах реализации HS-FCC содержит катализатор, который движется относительно реактора. В некоторых вариантах реализации катализатор вводят в верхней части реактора, откуда он падает в нижнюю часть реактора. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор содержит цеолит. В некоторых вариантах реализации цеолит представляет собой ZSM-5. В некоторых вариантах реализации HS-FCC эксплуатируют при времени пребывания в реакторе менее примерно 1 секунды (с), и при этом время пребывания представляет собой период времени, которое проходит с момента введения сырьевого потока в реактор до выхода потока крекированных углеводородов из реактора. В некоторых вариантах реализации один или более легких углеводородов содержат углеводороды, содержащие от одного до трех атомов углерода (C1-C3 углеводороды). В некоторых вариантах реализации один или более легких углеводородов содержат метан. В некоторых вариантах реализации один или более легких углеводородов содержат этан. В некоторых вариантах реализации один или более легких углеводородов содержат пропан. В некоторых вариантах реализации метан из HS-FCC подают в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации этан из HS-FCC подают в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации пропан из HS-FCC подают в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации этилен входит в поток продуктов из реактора ОСМ, и при этом указанный поток продуктов используют для получения потока этилена, который имеет более высокую концентрацию этилена, чем поток продуктов. В некоторых вариантах реализации в реакторе ОСМ получают CO₂, причем указанный CO₂ отделяют от этилена. В некоторых вариантах реализации CO₂ подают в реактор метанирования с получением дополнительного количества CH₄. В некоторых вариантах реализации указанное дополнительное количество CH₄ подают в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют вакуумную короткоцикловую адсорбцию для получения потока этилена из реактора ОСМ. В некоторых вариантах реализации используют колонну отгонки C1 для рециркуляции метана в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации метан, выделенный в результате вакуумной короткоцикловой адсорбции, возвращают в цикл в реактор ОСМ. В некоторых вариантах реализации установку термического крекинга эксплуатируют при давлении по меньшей мере примерно 3 бар (изб.). В некоторых вариантах реализации FCC содержит катализатор. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор содержит цеолит. В некоторых вариантах реализации цеолит содержит цеолит в ультрастабильной форме (USY). В некоторых вариантах реализации цеолит содержит цеолит в ультрастабильной форме (USY). В некоторых вариантах реализации реактор ОСМ содержит катализатор ОСМ. В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор ОСМ содержит нанопроводники.

[13] В другом аспекте настоящего изобретения предложена система для получения олефинов, содержащая: установку каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем (FCC), содержащую катализатор, который может двигаться вниз по установке FCC; первую разделительную подсистему, сообщающуюся по текучей среде с установкой FCC, причем первая разделительная подсистема выполнена с возможностью отделения компонентов, которые имеют температуру кипения выше температуры кипения пропана, от компонентов с температурой кипения ниже температуры кипения пропана; вторую разделительную подсистему, сообщающуюся по текучей среде с установкой FCC, причем вторая разделительная подсистема выполнена с возможностью удаления сероводорода (H₂S); и установку окислительного сочетания метана (ОСМ), сообщающуюся по текучей среде с установкой FCC и выполненную с возможностью превращения компонентов, которые имеют температуру кипения ниже температуры кипения пропана, в этилен.

[14] В некоторых вариантах реализации установка FCC представляет собой установку FCC с жесткими условиями (HS-FCC). В некоторых вариантах реализации установку FCC эксплуатируют при температуре по меньшей мере примерно 500 °С. В некоторых вариантах реализации установку FCC эксплуатируют, используя время пребывания менее примерно 1 секунды (с). В некоторых вариантах реализации изобретения катализатор в установке FCC содержит цеолит. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит подсистему рекуперации тепла, которая расположена после и сообщается по текучей среде с установкой ОСМ, причем указанная система рекуперации тепла выполнена с возможностью передачи тепла от установки ОСМ к другой теплообменной среде. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит компрессор технологического газа, который расположен после и сообщается по текучей среде с системой рекуперации тепла, причем указанный компрессор технологического газа выполнен с возможностью повышения давления газа ОСМ, выходящего из установки ОСМ. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит подсистему выделения CO₂, которая расположена после и сообщается по текучей среде с компрессором технологического газа, причем указанная подсистема выделения CO₂ выполнена с возможностью удаления CO₂ из газа ОСМ, выходящего из установки ОСМ. В некоторых вариантах реализации подсистема выделения CO₂ содержит абсорбционную установку. В некоторых вариантах реализации подсистема выделения CO₂ содержит установку вакуумной короткоцикловой адсорбции. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит подсистему деметанизации, которая расположена после и сообщается по текучей среде с подсистемой выделения CO₂, причем указанная подсистема деметанизации выполнена с возможностью удаления метана из газа ОСМ, выходящего из установки ОСМ. В некоторых вариантах реализации указанная подсистема деметанизации содержит установку вакуумной короткоцикловой адсорбции. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит установку метанирования, которая выполнена с возможностью превращения CO₂ в метан.

[15] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения пропилена, включающий: (a) подачу потока, содержащего метан, и потока, содержащего окислительный агент, в установку окислительного сочетания метана (ОСМ) с получением исходящего потока ОСМ, содержащего этилен, пропилен и пропан; (b) фракционирование исходящего потока ОСМ с использованием одной или более разделительных установок с получением (i) первого потока, содержащего этилен, и (ii) второго потока, содержащего пропилен и пропан; (с) подачу по меньшей мере части второго потока в дополнительную разделительную установку с получением потока пропилена и потока пропана; и (d) подачу по меньшей мере части потока пропана в установку дегидрирования пропана (PDH) с получением исходящего потока PDH, содержащего пропилен и водород.

[16] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части исходящего потока PDH в одну или более дополнительных разделительных установок с получением первого исходящего потока, содержащего водород и C₁-C₂ углеводороды, и второго исходящего потока, содержащего C₃₊ углеводороды. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части первого исходящего потока в одну или более дополнительных разделительных установок с получением потока водорода и сырьевого потока ОСМ. В некоторых вариантах реализации сырьевой поток ОСМ содержит водород, метан и этан. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере часть сырьевого потока ОСМ подают в контур рециркуляции ОСМ. В некоторых вариантах реализации контур рециркуляции ОСМ состоит из любой комбинации i) компрессора технологического газа, ii) установки метанирования, iii) установки удаления CO₂, iv) установки деметанизации и v) установки ОСМ. В некоторых вариантах реализации контур рециркуляции ОСМ состоит из i)-v). В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает выработку тепла с использованием водорода из потока водорода. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части этилена, полученного в установке ОСМ, в установку димеризации с получением потока, содержащего бутен. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части потока, содержащего бутен, в установку димеризации с получением потока, содержащего пропилен. В некоторых вариантах реализации одна или более дополнительных разделительных установок содержат дистилляционные колонны. В некоторых вариантах реализации одна или более дополнительных разделительных установок содержат установку вакуумной короткоцикловой адсорбции (PSA).

[17] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения метанола (MeOH) и углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊), включающий: (a) выделение CO и/или CO₂ из потока продуктов с получением потока CO и/или CO₂; (b) подачу потока CO stream CO₂ в реактор MeOH с полулчением MeOH; (c) выделение непрореагировавшего CH₄ из потока продуктов с получением потока CH₄; и (d) подачу по меньшей мере части потока CH₄ в установку парового риформинга метана (SMR) с получением водорода (H₂) и CO и/или CO₂, причем поток CH₄ подают в SMR без пропускания через установку предриформинга.

[18] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу MeOH, полученного на стадии (c), в установку превращения метанола в олефины (MTO) с получением первого потока олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает объединение первого потока олефинов и соединений C₂₊ с получением объединенного потока олефинов и обогащение олефинов из объединенного потока олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу CO и/или CO₂, полученного в SMR, в реактор MeOH. В некоторых вариантах реализации весь CO и/или CO₂ из потока продуктов и весь CO и/или CO₂ из SMR превращают в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ подают в качестве топлива для SMR. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ подают в качестве сырья в SMR, и при этом в SMR осуществляют превращение непрореагировавшего CH₄ в H₂ и CO и/или CO₂ для превращения в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или соединения C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу соединений C₂₊ в крекинг-установку, где осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, обеспечено из потока CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу части потока CH₄ в крекинг-установку. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR и крекинг-установке, обеспечено из потока CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части потока CH₄ в процесс, расходующий метан. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, крекинг-установке и процессе, расходующем метан, обеспечено из потока CH₄. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[19] В другом аспекте настоящего изобретения предложена система для получения метанола (MeOH) и углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊), содержащая: реактор окислительного сочетания метана (OCM), в который (i) подают метан (CH₄) и окислительный агент, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CH₄ и окислительный агент с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, монооксид углерода (CO) и/или диоксид углерода (CO₂) и непрореагировавший CH₄; реактор MeOH, в который (i) подают CO и/или CO₂, выделенный из потока продуктов, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CO и/или CO₂ с получением MeOH; и установку парового риформинга метана (SMR), в которую (i) подают непрореагировавший CH₄, выделенный из потока продуктов без применения установки предриформинга, расположенной перед SMR, и в которой (ii) получают водород (H₂) и по меньшей мере один из монооксида углерода (CO) и CO₂ для реактора MeOH для получения MeOH.

[20] В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит реактор превращения метанола в олефины (MTO), в котором осуществляют превращение MeOH в олефины. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительный модуль, обеспечивающий обогащение олефинов из соединений C₂₊ и олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительную установку, расположенную после реактора ОСМ и до реактора MeOH, причем указанная разделительная установка обеспечивает выделение CO и/или CO₂ из потока продуктов. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительную установку, расположенную после реактора ОСМ и до SMR, причем указанная разделительная установка обеспечивает выделение непрореагировавшего CH₄ из потока продуктов. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ используют в качестве топлива для SMR. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ используют в качестве сырья для SMR, где осуществляют превращение непрореагировавшего CH₄ в H₂ и по меньшей мере один из CO и/или CO₂ для превращения в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации в реакторе MeOH осуществляют превращение в MeOH всего CO и/или CO₂ из потока продуктов и всего CO и/или CO₂ из SMR. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или соединения C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую (i) подают соединения C₂₊, и в которой (ii) осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄, подаваемый в SMR, обеспечивает по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую подают по меньшей мере часть непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR и крекинг-установке, обеспечено из непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит модуль, расходующий метан, в который подают непрореагировавший CH₄. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, крекинг-установке и модуле, расходующем метан, обеспечено из непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[21] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения метанола (MeOH) и углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊), включающий: (a) подачу метана (CH₄) и окислительного агента в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ) с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, монооксид углерода (CO) и/или диоксид углерода (CO₂), и непрореагировавший CH₄; (b) выделение CO и/или CO₂ из потока продуктов с получением потока CO и/или CO₂; и (c) подачу потока CO и/или CO₂ в реактор MeOH с получением MeOH, причем потока CO и/или CO₂ подают в реактор MeOH, не пропуская его через установку автотермического риформинга (ATR).

[22] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу MeOH, полученного на стадии (c), в установку превращения метанола в олефины (MTO) с получением первого потока олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает объединение первого потока олефинов и соединений C₂₊ с получением объединенного потока олефинов и обогащение олефинов из объединенного потока олефинов. В некоторых вариантах реализации весь CO и/или CO₂ из потока продуктов превращают в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или соединения C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу соединений C₂₊ в крекинг-установку, где осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[23] В другом аспекте настоящего изобретения предложена система для получения метанола (MeOH) и углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊), содержащая: реактор окислительного сочетания метана (OCM), в который (i) подают метан (CH₄) и окислительный агент, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CH₄ и окислительный агент с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, монооксид углерода (CO) и/или диоксид углерода (CO₂), и непрореагировавший CH₄; и реактор MeOH, в который (i) подают CO и/или CO₂, выделенный из потока продуктов, без использования установки предриформинга, расположенной до реактора MeOH, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CO и/или CO₂ с получением MeOH.

[24] В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит реактор превращения метанола в олефины (MTO), в котором осуществляют превращение MeOH в олефины. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительный модуль, обеспечивающий обогащение олефинов из соединений C₂₊ и олефинов. В некоторых вариантах реализации реактор MeOH обеспечивает превращение всего CO и/или CO₂ из потока продуктов в MeOH. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительную установку, расположенную после реактора ОСМ и до реактора MeOH, причем указанная разделительная установка обеспечивает выделение CO и/или CO₂ из потока продуктов. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или соединения C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую (i) подают соединения C₂₊, и в которой (ii) осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую подают по меньшей мере часть непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[25] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения метанола (MeOH) и углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊), включающий: (a) подачу метана (CH₄) и окислительного агента в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ) с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊ и непрореагировавший CH₄; (b) выделение непрореагировавшего CH₄ из потока продуктов с получением потока CH₄; (c) подачу по меньшей мере части потока CH₄ в установку парового риформинга метана (SMR) с получением водорода (H₂) и CO и/или CO₂, причем поток CH₄ подают в SMR без пропускания через установку предриформинга; и (d) подачу CO и/или CO₂, полученного на стадии (c), в реактор MeOH, с получением MeOH.

[26] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу MeOH, полученного на стадии (d), в установку превращения метанола в олефины (MTO) с получением первого потока олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает объединение первого потока олефинов и соединений C₂₊ с получением объединенного потока олефинов и обогащение олефинов из объединенного потока олефинов. В некоторых вариантах реализации весь CO и/или CO₂ из SMR превращают в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ обеспечивают в качестве топлива для SMR. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ подают в качестве сырья в SMR, и при этом в SMR осуществляют превращение непрореагировавшего CH₄ в H₂ и CO и/или CO₂ для превращения в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или соединения C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу соединений C₂₊ в крекинг-установку, где осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, обеспечено из потока CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу части потока CH₄ в крекинг-установку. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR и крекинг-установке, обеспечено из потока CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части потока CH₄ в процесс, расходующий метан. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, крекинг-установке и процессе, расходующем метан, обеспечено из потока CH₄. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[27] В другом аспекте настоящего изобретения предложена система для получения метанола (MeOH) и углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊), содержащая: реактор окислительного сочетания метана (OCM), в который (i) подают метан (CH₄) и окислительный агент, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CH₄ и окислительный агент с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊ и непрореагировавший CH₄; установку парового риформинга (SMR), в которую (i) подают непрореагировавший CH₄, выделенный из потока продуктов без применения установки предриформинга, расположенной перед SMR, и в которой (ii) получают водород (H₂) и монооксид углерода CO и/или CO₂; и реактор MeOH, в который (i) подают CO и/или CO₂, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CO и/или CO₂ с получением MeOH.

[28] В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит реактор превращения метанола в олефины (MTO), в котором осуществляют превращение MeOH в олефины. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительный модуль, обеспечивающий обогащение олефинов из соединений C₂₊ и олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительную установку, расположенную после реактора ОСМ и до SMR, причем указанная разделительная установка обеспечивает выделение непрореагировавшего CH₄ из потока продуктов. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ используют в качестве топлива для SMR. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ используют в качестве сырья и осуществляют превращение непрореагировавшего CH₄ в H₂ и CO и/или CO₂ для превращения в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации в реакторе MeOH осуществляют превращение в MeOH всего CO и/или CO₂ из потока продуктов и всего CO и/или CO₂ из SMR. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или соединения C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую (i) подают соединения C₂₊, и в которой (ii) осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄, подаваемый в SMR, обеспечивает по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую подают по меньшей мере часть непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR и крекинг-установке, обеспечено из непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит модуль, расходующий метан, в который подают непрореагировавший CH₄. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, крекинг-установке и модуле, расходующем метан, обеспечено из непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[29] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения этилена и метанола, включающий: (a) подачу сырьевого потока метана и сырьевого потока, содержащего окислительный агент, в подсистему окислительного сочетания метана (ОСМ), в которой получают исходящий поток ОСМ, содержащий этилен, CO₂ и/или CO и непрореагировавший метан; (b) подачу исходящего потока ОСМ в подсистему выделения CO₂, в которой получают поток, содержащий CO₂, и поток, содержащий метан и этилен; (c) подачу по меньшей мере части потока, содержащего CO₂, в подсистему синтеза метанола; (d) подачу по меньшей мере части потока, содержащего метан и этилен, в подсистему очистки, в которой получают поток, содержащий метан, и поток, содержащий этилен; и (e) подачу по меньшей мере части потока, содержащего метан, в подсистему установки парового риформинга метана (SMR), причем по меньшей мере часть потока, содержащего метан, подают в подсистему SMR без пропускания через установку предриформинга.

[30] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает, перед стадией (e), подачу по меньшей мере части потока, содержащего метан, в подсистему гидрирования. В некоторых вариантах реализации подсистема гидрирования содержит реактор гидрирования. В некоторых вариантах реализации в реакторе гидрирования осуществляют гидрирование ацетилена. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу потока, содержащего кислород, и потока, содержащего метан, в установку автотермического риформинга (ATR), в которой получают поток, содержащий CO и H₂. В некоторых вариантах реализации поток, содержащий метан, представляет собой исходящий поток подсистемы SMR. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу исходящего потока подсистемы SMR в подсистему рекуперации тепла. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу исходящего потока подсистемы рекуперации тепла в подсистему компрессора синтез-газа. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу исходящего потока подсистемы компрессора синтез-газа в подсистему синтеза метанола. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу исходящего потока подсистемы синтеза метанола в подсистему выделения продукта. В некоторых вариантах реализации подсистема выделения продукта содержит одну или более дистилляционных колонн. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части исходящего потока подсистемы синтеза метанола в подсистему SMR. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу сырьевого потока метана в подсистему десульфуризации перед стадией (a). В некоторых вариантах реализации производительность получения метанола увеличена по меньшей мере на примерно 10% по сравнению со способом, не включающим подачу потока, содержащего метан, в подсистему окислительного сочетания метана (ОСМ). В некоторых вариантах реализации CO₂, подаваемый в подсистему синтеза метанола, приводят во взаимодействие с H₂ с получением метанола. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает нагревание подсистемы SMR с применением по меньшей мере части потока, содержащего метан, полученного на стадии (d). В некоторых вариантах реализации сырьевой поток, содержащий окислительный агент, содержит кислород.

[31] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения олефинов, включающий: (a) подачу метана (CH₄) и окислительного агента в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ) с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, включая олефины, монооксид углерода (CO) и/или диоксид углерода (CO₂) и непрореагировавший CH₄; (b) обогащение CO и/или CO₂ из потока продуктов с получением потока с повышенным содержанием CO и/или CO₂; (c) подачу потока с повышенным содержанием CO и/или CO₂ в реактор MeOH с получением MeOH; (d) подачу по меньшей мере части MeOH в реактор превращения метанола в олефины (MTO) с получением второго потока олефинов; (e) обогащение непрореагировавшего CH₄ из потока продуктов с получением потока с повышенным содержанием CH₄; и (f) подачу по меньшей мере части потока с повышенным содержанием CH₄ в установку парового риформинга метана (SMR) с получением водорода (H₂) и CO и/или CO₂.

[32] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает выделение олефинов и потока продуктов и второго потока олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу CO и/или CO₂, полученного в SMR, в реактор MeOH. В некоторых вариантах реализации весь CO и/или CO₂ из потока продуктов и весь CO и/или CO₂ из SMR превращают в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ обеспечивают в качестве топлива для SMR. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ подают в качестве сырья в SMR, и при этом в SMR осуществляют превращение непрореагировавшего CH₄ в H₂ и по меньшей мере один из CO и CO₂ для превращения в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или продукты C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу соединений C₂₊ в крекинг-установку, где осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, обеспечено из потока с повышенным содержанием CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу части потока с повышенным содержанием CH₄ в крекинг-установку. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR и крекинг-установке, обеспечено из потока с повышенным содержанием CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает подачу по меньшей мере части потока с повышенным содержанием CH₄ в процесс, расходующий метан. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, крекинг-установке и процессе, расходующем метан, обеспечено из потока с повышенным содержанием CH₄. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[33] В другом аспекте настоящего изобретения предложена система для получения олефинов, содержащая: реактор окислительного сочетания метана (OCM), в который (i) подают метан (CH₄) и окислительный агент, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CH₄ и окислительный агент с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, включая олефины, монооксид углерода (CO) и/или диоксид углерода (CO₂) и непрореагировавший CH₄; реактор MeOH, в который (i) подают CO и/или CO₂, обогащенный из потока продуктов, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CO и/или CO₂ с получением MeOH; реактор превращения метанола в олефины (MTO), в котором осуществляют превращение по меньшей мере части MeOH в олефины с получением второго потока олефинов; и установку парового риформинга метана (SMR), в которую (i) подают непрореагировавший CH₄, обогащенный из потока продуктов, и в которой (ii) получают водород (H₂) и по меньшей мере один из монооксида углерода (CO) и CO₂ для реактора MeOH для получения MeOH.

[34] В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительный модуль, обеспечивающий обогащение олефинов из потока продуктов и второго потока олефинов. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительную установку, расположенную после реактора ОСМ и до реактора MeOH, причем указанная разделительная установка обеспечивает обогащение CO и/или CO₂ из потока продуктов. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительную установку, расположенную после реактора ОСМ и до SMR, причем указанная разделительная установка обеспечивает обогащение непрореагировавшего CH₄ из потока продуктов. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ используют в качестве топлива для SMR. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄ используют в качестве сырья для SMR, где осуществляют превращение непрореагировавшего CH₄ в H₂ и по меньшей мере один из CO и/или CO₂ для превращения в MeOH в реакторе MeOH. В некоторых вариантах реализации в реакторе MeOH осуществляют превращение в MeOH всего CO₂ из потока продуктов и всего CO₂ из SMR. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере примерно 95% метана превращается в MeOH или продукты C₂₊. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую (i) подают соединения C₂₊, и в которой (ii) осуществляют крекинг или рафинирование соединений C₂₊. В некоторых вариантах реализации непрореагировавший CH₄, подаваемый в SMR, обеспечивает по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит крекинг-установку, в которую подают по меньшей мере часть непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR и крекинг-установке, обеспечено из непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит модуль, расходующий метан, в который подают обогащенный CH₄. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 80% метана, расходуемого в SMR, крекинг-установке и модуле, расходующем метан, обеспечено из непрореагировавшего CH₄. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO₂. В некоторых вариантах реализации поток продуктов содержит CO и CO₂. В некоторых вариантах реализации окислительный агент содержит кислород.

[35] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения пропилена, включающий: (a) подачу пропана в процесс дегидрирования пропана (PDH), причем в указанном процессе PDH осуществляют превращение пропана в углеводородные соединения, содержащие три или более атомов углерода (соединения C₃₊), включая пропилен, и отходящий газ PDH, причем указанный отходящий газ PDH содержит углеводородные соединения, содержащие один атом углерода (соединения C₁), углеводородные соединения, содержащие два атома углерода (соединения C₂), и водород (H₂); (b) подачу отходящего газа PDH в процесс окислительного сочетания метана (ОСМ), причем в указанном процессе ОСМ осуществляют превращение соединений C₁ в этилен, и в таком процессе ОСМ выделяется тепло; и (c) обеспечение тепла для процесса PDH.

[36] В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает превращение H₂ в метан в реакторе метанирования в процессе ОСМ. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает получение из соединений C₃₊ потока пропилена, содержащего пропилен, причем концентрация пропилена в потоке пропилена выше, чем концентрация пропилена в потоке, содержащем соединения C₃₊. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает полимеризацию пропилена с получением полипропилена. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает сополимеризацию пропилена с этиленом, полученным в процессе ОСМ, с получением поли(этилен-со-полипропилена). В некоторых вариантах реализации в процессе ОСМ также получают пропилен или 1-бутен. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает получение полипропилена и/или поли(пропилен-со-1-бутена) с использованием пропилена или 1-бутена из процесса ОСМ и/или пропилена из процесса PDH. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает отвод по меньшей мере части пропана из процесса PDH в процесс ОСМ. В некоторых вариантах реализации процесс PDH интегрирован с процессом ОСМ, и при этом такая интеграция уменьшает количество природного газа, необходимого для обеспечения тепла для процесса PDH, по сравнению с количеством природного газа, необходимого для процесса PDH в отсутствие интеграции. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере 85% атомов углерода, подаваемых в процесс PDH и ОСМ, превращаются в пропилен, этилен или полипропилен.

[37] В другом аспекте настоящего изобретения предложена система, содержащая: реактор крекинга, в который подают сырьевой поток углеводородов, содержащий сырьевые углеводороды, и в котором с помощью катализатора крекинга осуществляют крекинг сырьевых углеводородов с получением крекированного потока, содержащего крекированные углеводороды, причем крекированные углеводороды имеют более низкую молекулярную массу, чем сырьевые углеводороды; разделительную установку, сообщающуюся по текучей среде с реактором крекинга, причем в первую разделительную установку подают крекированный поток и разделяют крекированные углеводороды крекированного потока на множество потоков, включая метансодержащий поток, содержащий метан; реактор окислительного сочетания метана (ОСМ), сообщающийся по текучей среде с разделительной установкой, причем в реактор ОСМ подают метансодержащий поток и с помощью катализатора ОСМ осуществляют превращение метана из метансодержащего потока в более высокомолекулярные углеводородные продукты с получением потока продуктов ОСМ, содержащего более высокомолекулярные углеводородные продукты.

[38] В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит одну или более дополнительных установок между реактором крекинга и разделительной установкой или между разделительной установкой и реактором ОСМ.

[39] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ, включающий: (a) подачу сырьевого потока углеводородов, содержащего сырьевые углеводороды, в реактор крекинга, содержащий катализатор крекинга, который облегчает крекинг сырьевых углеводородов, с получением крекированного потока, содержащего крекированные углеводороды, причем крекированные углеводороды имеют более низкую молекулярную массу, чем сырьевые углеводороды; (b) подачу крекированного потока в разделительную установку, в которой разделяют крекированные углеводороды из крекированного потока на множество потоков, включая метансодержащий поток, содержащий метан; и (c) подачу метансодержащего потока в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ), содержащий катализатор ОСМ, который облегчает превращение метана из метансодержащего потока в более высокомолекулярные углеводородные продукты, с получением потока продуктов ОСМ, содержащего более высокомолекулярные углеводородные продукты.

[40] В некоторых вариантах реализации (i) крекированный поток подают из реактора крекинга в разделительную установку через одну или более дополнительных установок, или (ii) метансодержащий поток подают из разделительной установки в реактор ОСМ через одну или более дополнительных установок.

[41] Дополнительные аспекты и преимущества настоящего изобретения станут понятны специалистам в данной области техники из следующего подробного описания, где представлены и описаны лишь иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения. Следует понимать, что настоящее изобретение допускает другие и различные варианты реализации, и его некоторые детали могут быть модифицированы в различных очевидных аспектах, без отступления от сущности настоящего изобретения. Соответственно, графические материалы и описание следует рассматривать как иллюстративные по своей сути, но не ограничивающие.

ВКЛЮЧЕНИЕ ПОСРЕДСТВОМ ССЫЛКИ

[42] Все публикации, патенты и патентные заявки, упомянутые в данном описании, включены в данный документ посредством ссылки в том же объеме, как если бы каждая отдельная публикация, патент или патентная заявка были специально и по отдельности указаны как включенные посредством ссылки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[43] Далее описаны новые признаки настоящего изобретения, в частности, в прилагаемой формуле изобретения. Для лучшего понимания признаков и преимуществ настоящего изобретения ниже представлено подробное описание, в котором изложены иллюстративные варианты реализации, в которых использованы принципы настоящего изобретения, и сопроводительные фигуры (в данном контексте также «фиг.»), где:

[44] На фиг. 1 представлен иллюстративный процесс превращения метана в пропилен с применением окислительного сочетания метана (ОСМ), димеризации и метатезиса этилена и бутенов;

[45] На фиг. 2 представлен иллюстративный процесс превращения метана в пропилен с применением окислительного сочетания метана (ОСМ), димеризации и метатезиса бутенов;

[46] На фиг. 3 представлен иллюстративный процесс превращения метана в пропилен с применением окислительного сочетания метана (ОСМ), вакуумной короткоцикловой адсорбции (VPSA), димеризации и метатезиса бутенов;

[47] На фиг. 4 представлен иллюстративный процесс применения отходящего газа крекинг-установки в качестве сырья для системы окислительного сочетания метана (ОСМ);

[48] На фиг. 5 представлен иллюстративный процесс применения отходящего газа крекинг-установки в качестве сырья для системы окислительного сочетания метана (ОСМ) без применения компрессора технологического газа;

[49] На фиг. 6 представлен иллюстративный процесс применения отходящего газа крекинг-установки в качестве сырья для системы окислительного сочетания метана (ОСМ) без применения компрессора технологического газа или установки короткоцикловой адсорбции (PSA);

[50] На фиг. 7 представлена иллюстративная система для применения отходящего газа подсистемы каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC) в тандеме с подсистемой окислительного сочетания метана (OCM);

[51] На фиг. 8 представлена иллюстративная система для применения отходящего газа подсистемы каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC) в тандеме с подсистемой окислительного сочетания метана (OCM), в которой используют установку короткоцикловой адсорбции (PSA) для очистки этилена;

[52] На фиг. 9A представлен пример процесса дегидрирования пропана;

[53] На фиг. 9B представлен пример процесса дегидрирования пропана, интегрированный с процессом OCM;

[54] На фиг. 9C представлена иллюстративная система для получения пропилена дегидрированием пропана, который получен в процессе окислительного сочетания метана (ОСМ);

[55] На фиг. 10 представлена иллюстративная система для получения пропилена посредством интеграции подсистемы окислительного сочетания метана, подсистемы димеризации и метатезиса и подсистемы дегидрирования пропана;

[56] На фиг. 11 представлено схематическое изображение процесса получения метанола;

[66] На фиг. 12 представлено схематическое изображение ОСМ, интегрированного с процессом получения метанола;

[58] На фиг. 13 представлено схематическое изображение нефтехимического комплекса с установкой получения метанола и установкой крекинга;

[59] На фиг. 14 представлено схематическое изображение интеграции ОСМ с установкой получения метанола и установкой крекинга;

[60] На фиг. 15 представлено схематическое изображение интеграции ОСМ с установкой получения метанола и установкой крекинга;

[61] На фиг. 16 представлено схематическое изображение интеграции ОСМ с установкой получения метанола и установкой крекинга;

[62] На фиг. 17 представлено схематическое изображение интеграции ОСМ с установкой получения метанола и контуром синтез-газа;

[63] На фиг. 18 представлено схематическое изображение интеграции ОСМ с производственным процессом MTO;

[64] На фиг. 19 представлено схематическое изображение иллюстративного процесса окислительного сочетания метана (ОСМ);

[65] На фиг. 20 представлено схематическое изображение добавления этана в иллюстративный реактор ОСМ;

[66] На фиг. 21A представлен пример установки каталитического крекинга в псевдоожиженном слоем (FCC); на фиг. 21B представлен пример разделительной технологической линии; на фиг. 21C представлен пример очистки отходящего газа FCC;

[67] На фиг. 22 представлен пример различных способов получения сырья ОСМ и осуществления реакции ОСМ с применением метана и олефинов из FCC;

[68] На фиг. 23 представлен пример установки замедленного коксования (DCU); и

[69] На фиг. 24 схематически изображена компьютерная система, запрограммированная или иным образом выполненная с возможностью приведения в исполнение систем и способов согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[70] Несмотря на то, что в настоящем документе представлены и описаны различные варианты реализации настоящего изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что такие варианты реализации приведены лишь в качестве примеров. Специалистам в данной области техники понятны многочисленные варианты, изменения и замены без отступления от сущности настоящего изобретения. Следует понимать, что можно использовать различные альтернативы вариантов реализации настоящего изобретения, описанных в настоящем документе.

[71] Термины «C₂₊» и «соединение C₂₊» в данном контексте обычно относятся к соединению, содержащему два или более атомов углерода, например, два атома углерода (C₂), три атома углерода (C₃) и т.д. Соединения C₂₊ включают, без ограничения, алканы, алкены, алкины и ароматические соединения, содержащие два или более атомов углерода. В некоторых случаях соединения C₂₊ включают альдегиды, кетоны, сложные эфиры и карбоновые кислоты. Примеры соединений C₂₊ включают этан, этилен, ацетилен, пропан, пропен, бутан, бутен и т.д.

[72] Термин «C1-C3 углеводороды» относится к молекулярным соединениям, которые включают углеводороды, содержащие один, два или три атома углерода. Они включают метан, этан, этилен, ацетилен, пропан, пропилен и пропин.

[73] Термин «примеси, не являющиеся C₂₊» в данном контексте обычно относится к веществу, которое не содержит соединения C₂₊. Примеры примесей, не являющихся C₂₊, включают азот (N₂), кислород (O₂), воду (H₂O), аргон (Ar), водород (H₂), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO₂) и метан (CH₄).

[74] Термин «очевидная селективность» в данном контексте обычно относится к степени, в которой алкановое соединение с данным количеством атомов углерода, превращается в олефин с таким же количеством атомов углерода (например, превращение этана в этилен, превращение пропана в пропилен, превращение бутана в бутилен и т.д.), и выражается в процентах.

[75] Термин «время пребывания» в данном контексте обычно относится к средней продолжительности времени, в течение которого вещество находится в данном положении или состоянии, например, внутри реактора.

[76] Термин «элементарная операция» в данном контексте обычно относится к отдельной операции, которая является основным этапом какого-либо процесса. Элементарные операции включают физическое изменение или химическое превращение, такое как выделение, кристаллизация, выпаривание, фильтрование, полимеризация, изомеризация, трансформирование и другие реакции. Для данного процесса может потребоваться одна или множество элементарных операций для получения требуемого продукта из исходных материалов или сырья.

[77] Термин «более высокомолекулярный углеводород» в данном контексте обычно относится к более высокомолекулярному и/или более длинноцепочечному углеводороду. Более высокомолекулярный углеводород может иметь более высокую молекулярную массу и/или содержание углерода, чем исходный материал(ы) в данном процессе (например, ОСМ или ETL). Более высокомолекулярный углеводород может быть более высокомолекулярным и/или длинноцепочечным углеводородным продуктом, полученным в процессе ОСМ или ETL. Например, этилен является более высокомолекулярным углеводородным продуктом по сравнению с метаном в процессе ОСМ. В качестве другого примера, C₃₊ углеводород является более высокомолекулярным углеводородом по сравнению с этиленом в процессе ETL. В качестве другого примера, C₅₊ углеводород является более высокомолекулярным углеводородом по сравнению с этиленом в процессе ETL. В некоторых случаях более высокомолекулярный углеводород представляет собой углеводород с более высокой молекулярной массой.

[78] Термин «процесс ОСМ» в данном контексте обычно относится к процессу, в котором используют или по существу используют реакцию окислительного сочетания метана (ОСМ). Реакция ОСМ может включать окисление метана до более высокомолекулярного углеводорода и воды и может подразумевать экзотермическую реакцию. В реакции ОСМ метан может подвергаться частичному окислению и сочетанию с образованием одного или более соединений C₂₊, таких как этилен. Например, реакция ОСМ представляет собой 2CH₄ + O₂ → C₂H₄ + 2H₂O. В реакции ОСМ могут образовываться соединения C₂₊. Протеканию реакции ОСМ может способствовать катализатор, такой как гетерогенный катализатор. Дополнительные побочные продукты реакций ОСМ могут включать CO, CO₂, H₂, а также углеводороды, такие как, например, этан, пропан, пропен, бутан, бутен и т.п.

[79] Термин «предмет ценности» в данном контексте обычно относится к деньгам, кредитам, товарам или предметам потребления (например, углеводородам). Предмет ценности можно обменять на другой предмет ценности.

[80] Термин «эффективность по углероду» в данном контексте обычно относится к отношению количества моль углерода, содержащегося во всех технологических входящих потоках (в некоторых случаях включая все углеводородное сырье, такое как, например, природный газ и этан, а также топливные потоки), к количеству моль углерода, содержащегося во всех применимых с точки зрения торговли (или промышленности) или пригодных для продажи продуктах указанного процесса. Такие продукты могут включать углеводороды, которые можно использовать для различного последующего применения, например, в нефтехимической промышленности, или в качестве химических продуктов общего производственного назначения. Такие продукты могут не включать CO и CO₂. Продукты указанного процесса могут представлять собой пригодные для продажи продукты, такие как углеводородные продукты C₂₊, содержащие по меньшей мере примерно 99% C₂₊ углеводородов, и весь товарный газ или газовые продукты, подаваемые по трубопроводу, содержащие по меньшей мере примерно 90% метана. Технологические входящие потоки могут включать входящие потоки, обеспечивающие энергию для эксплуатации процесса, например, с помощью турбины (например, паровой турбины). В некоторых случаях энергию для эксплуатации процесса можно обеспечивать с использованием тепла, высвобождаемого в результате реакции ОСМ.

Получение пропилена окислительным сочетанием метана и метатезисом

[81] В одном аспекте настоящего изобретения предложены способы интеграции системы окислительного сочетания метана (ОСМ) с системой димеризации и системой метатезиса. В указанном процессе метан можно превращать в этилен в реакторе окислительного сочетания метана. Затем этилен можно использовать в качестве сырья для димеризации в бутены, который затем можно подвергать метатезису с получением пропилена. Часть бутенов можно впоследствии возвращать в реактор метатезиса.

[82] Метан, используемые для любых способов, описанных в настоящем документе, может поступать из любого подходящего источника. В некоторых случаях сырье для ОСМ (включая метан и необязательно этан) поступает из отходящего газа установки каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (FCC). В некоторых случаях его получают из угля в процессе превращения угля в олефины (CTO). Метан можно добывать из угольных пластов или получать из угля или любого процесса, в котором используют уголь.

[83] На фиг. 1 показана интеграция системы окислительного сочетания метана (ОСМ) с системой димеризации и системой 100 метатезиса. Входящие и исходящие потоки в соответствующих установках указанных стрелками. В процессе 100 показан источник метана 101 и источник окислительного агента 102, которые подают в реактор 103 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен, водород (H₂), диоксид углерода (CO₂), монооксид углерода (CO) и непревращенный метан (CH₄). Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 104 рекуперации тепла, в которой охлаждают исходящий поток, а затем его можно подавать в компрессор 105 технологического газа, в котором можно повышать давление газа. Сжатый технологический газ можно затем подавать в систему 106 удаления CO₂. Из системы 106 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в дистилляционную колонну 107, в которой можно получать поток, содержащий метан, поток, содержащий углеводороды C₂, и поток, содержащий углеводороды C₃₊. Поток с повышенным содержанием CO₂ из системы 106 удаления CO₂ и поток, содержащий метан, из дистилляционной колонны 107 можно затем подавать в реактор 108 метанирования. В реакторе метанирования можно осуществлять превращение CO₂ в метан. Исходящий поток реактора 108 метанирования можно затем подавать в реактор 103 окислительного сочетания метана (ОСМ). Поток, содержащий углеводороды C₂, который может быть исходящим потоком дистилляционной колонны 107, можно затем подавать в колонну 109 отгонки C2, в которой можно отделять этилен от этана. Этан из колонны 109 отгонки C2 можно затем подавать в реактор 103 окислительного сочетания метана (ОСМ). Этилен из колонны 109 отгонки C2 можно затем подавать в реактор 110 димеризации и реактор 112 метатезиса. В реакторе димеризации осуществляют превращение этилена в бутены и более высокомолекулярные углеводороды, включая 1-бутен, 2-бутен, изобутен и C₅₊ углеводороды. Исходящий поток реактора 110 димеризации можно затем подавать в дебутанизатор 111, где можно отделять компоненты C₅₊ от бутенов и соединений, более легких, чем бутены. Затем бутены можно подавать в реактор 112 метатезиса, в котором этилен приводят в контакт с бутенами с получением пропилена. Исходящий поток реактора 112 метатезиса можно затем подавать в деэтанизатор 113, где можно отделять этилен от компонентов C₃₊. Этилен из деэтанизатора 113 можно затем подавать в реактор 112 метатезиса или в реактор 110 димеризации. Компоненты C₃₊ из деэтанизатора 113 можно затем подавать в депропанизатор 114, где можно удалять компоненты C₄₊ из компонентов C₃. Компоненты C₄₊ из депропанизатора 114 можно затем подавать в дебутанизатор 111. Компоненты C₃ из депропанизатора 114 можно затем подавать в колонну 115 отгонки C3, где можно отделать пропилен от пропана.

[84] Окислительный агент, который можно подавать в реактор окислительного сочетания метана, может представлять собой кислород (O₂).

[85] Окислительный агент, который можно подавать в реактор окислительного сочетания метана, может представлять собой пероксид водорода (H₂O₂).

[86] Температура эксплуатации реактора окислительного сочетания метана (ОСМ) может составлять по меньшей мере примерно 200°С, по меньшей мере примерно 300°С, по меньшей мере примерно 400°С, по меньшей мере примерно 450°С, по меньшей мере примерно 500°С, по меньшей мере примерно 550°С, по меньшей мере примерно 600°С, по меньшей мере примерно 650°С, по меньшей мере примерно 700°С, по меньшей мере примерно 750°С, по меньшей мере примерно 800°С, по меньшей мере примерно 850°С или более.

[87] Рабочее давление реактора окислительного сочетания метана может составлять по меньшей мере примерно 1 бар (изб.), по меньшей мере примерно 2 бар (изб.), по меньшей мере примерно 3 бар (изб.), по меньшей мере примерно 4 бар (изб.), по меньшей мере примерно 5 бар (изб.), по меньшей мере примерно 6 бар (изб.), по меньшей мере примерно 7 бар (изб.), по меньшей мере примерно 8 бар (изб.), по меньшей мере примерно 9 бар (изб.), по меньшей мере примерно 10 бар (изб.), по меньшей мере примерно 11 бар (изб.), по меньшей мере примерно 12 бар (изб.) или более.

[88] Концентрация этилена в исходящем потоке реактора окислительного сочетания метана может составлять по меньшей мере примерно 1%, по меньшей мере примерно 2%, по меньшей мере примерно 3%, по меньшей мере примерно 4%, по меньшей мере примерно 5%, по меньшей мере примерно 6%, по меньшей мере примерно 7%, по меньшей мере примерно 8%, по меньшей мере примерно 9%, по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 11%, по меньшей мере примерно 12%, по меньшей мере примерно 13%, по меньшей мере примерно 14%, по меньшей мере примерно 15% или более.

[89] Доля этилена, который образуется в реакторе окислительного сочетания метана (ОСМ), который подают в реактор димеризации, может составлять по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 20%, по меньшей мере примерно 30%, по меньшей мере примерно 40%, по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 70%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 90% или примерно 100%.

[90] Доля бутенов, которые образуются в реакторе димеризации, может составлять менее или ровно примерно 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 5% (% об., % мас. или % мол.) или менее.

[91] Из бутенов, образующихся в реакторе димеризации, доля 1-бутена или 2-бутена составляет по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 20%, по меньшей мере примерно 30%, по меньшей мере примерно 40%, по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 70%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 90% (% об., % мас. или % мол.) или более от общего количества бутенов.

[92] Этилен, полученный в реакторе окислительного сочетания метана (ОСМ), можно разделять между реактором димеризации и реактором метатезиса, например, примерно 90% подают в реактор димеризации и 10% подают в реактор метатезиса, примерно 80% подают в реактор димеризации и 20% подают в реактор метатезиса, примерно 70% подают в реактор димеризации и 30% подают в реактор метатезиса, примерно 60% подают в реактор димеризации и 40% подают в реактор метатезиса, примерно 50% подают в реактор димеризации и 50% подают в реактор метатезиса, примерно 40% подают в реактор димеризации и 60% подают в реактор метатезиса, примерно 30% подают в реактор димеризации и 70% подают в реактор метатезиса, примерно 20% подают в реактор димеризации и 80% подают в реактор метатезиса или примерно 10% подают в реактор димеризации и 90% подают в реактор метатезиса.

[93] На фиг. 2 показана интеграция системы окислительного сочетания метана (ОСМ) с системой димеризации и системой 200 метатезиса. Входящие и исходящие потоки в соответствующих установках указанных стрелками. В процессе 200 показан источник метана 201 и источник окислительного агента 202, которые подают в реактор 203 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен. Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 204 рекуперации тепла, в которой охлаждают исходящий поток, а затем его можно подавать в компрессор 205 технологического газа, в котором можно повышать давление газа. Сжатый технологический газ можно затем подавать в систему 206 удаления CO₂. Из системы 206 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в дистилляционную колонну 207, в которой можно получать поток, содержащий метан, поток, содержащий углеводороды C₂, и поток, содержащий углеводороды C₃₊. Поток с повышенным содержанием CO₂ из системы 206 удаления CO₂ и поток, содержащий метан, из дистилляционной колонны 207 можно затем подавать в реактор 208 метанирования. В реакторе метанирования можно осуществлять превращение CO₂ в метан. Исходящий поток реактора 208 метанирования можно затем подавать в реактор 203 окислительного сочетания метана (ОСМ). Поток, содержащий углеводороды C₂, который представляет собой исходящий поток дистилляционной колонны 207, можно затем подавать в колонну 209 отгонки C2, в которой можно отделять этилен от этана. Этан из колонны 209 отгонки C2 можно затем подавать в реактор 203 окислительного сочетания метана (ОСМ). Этилен из колонны 209 отгонки C2 можно затем подавать в реактор 210 димеризации. В реакторе димеризации осуществляют превращение этилена в бутены и более высокомолекулярные углеводороды, включая 1-бутен, 2-бутен, изобутен и C₅₊ углеводороды. Исходящий поток реактора 210 димеризации можно затем подавать в дебутанизатор 211, где можно отделять компоненты C₅₊ от бутенов и соединений, более легких, чем бутены. Затем бутены можно подавать в реактор 212 метатезиса, в котором этилен приводят в контакт с бутенами с получением пропилена. Исходящий поток реактора 212 метатезиса можно затем подавать в деэтанизатор 213, где можно отделять этилен от компонентов C₃₊. Этилен из деэтанизатора 213 можно затем подавать в реактор 210 димеризации. Компоненты C₃₊ из деэтанизатора 213 можно затем подавать в депропанизатор 214, где можно удалять компоненты C₄₊ из компонентов C₃. Часть компонентов C₄₊ из депропанизатора 214 можно затем подавать в дебутанизатор 211, при этом некоторую часть не подают в дебутанизатор. Компоненты C₃ из депропанизатора 214 можно затем подавать в колонну 215 отгонки C3, где можно отделать пропилен от пропана.

[94] Этилен из колонны отгонки C2 можно подавать в реактор димеризации, при этом в реактор метатезиса по существу не подают этилен.

[95] Доля бутенов, которые содержатся в исходящем потоке депропанизатора, которые возвращают в реактор метатезиса, может составлять менее или ровно примерно 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 5% (% об., % мас. или % мол.) или менее.

[96] Чистота этилена, который подают в реактор димеризации, может составлять по меньшей мере примерно 10% мол., по меньшей мере примерно 20% мол., по меньшей мере примерно 30% мол., по меньшей мере примерно 40% мол., по меньшей мере примерно 50% мол., по меньшей мере примерно 60% мол., по меньшей мере примерно 70% мол., по меньшей мере примерно 80% мол., по меньшей мере примерно 90% мол., по меньшей мере примерно 95% мол., по меньшей мере примерно 99% мол., по меньшей мере примерно 99,5% мол., по меньшей мере примерно 99,9% мол. или более.

[97] В некоторых вариантах реализации конверсия этилена в бутены в реакторе димеризации может составлять по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 20%, по меньшей мере примерно 30%, по меньшей мере примерно 40%, по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 70%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95%, по меньшей мере примерно 99% или более.

[98] В некоторых вариантах реализации непревращенный этилен, который содержится в исходящем потоке реактора димеризации, может составлять по существу весь этилен, который подают в реактор метатезиса.

[99] На фиг. 3 представлена система для получения пропилена, в которой интегрирована система окислительного сочетания метана (ОСМ) с системой вакуумной короткоцикловой адсорбции (VPSA), системой димеризации и системой 300 метатезиса. В процессе 300 показан источник метана 301 и источник окислительного агента 302, которые подают в реактор 303 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен. Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 304 рекуперации тепла, в которой охлаждают исходящий поток, а затем его можно подавать в компрессор 305 технологического газа, в котором можно повышать давление газа. Сжатый технологический газ можно затем подавать в систему 306 удаления CO₂. Из системы 306 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в установку 307 вакуумной короткоцикловой адсорбции, в которой можно получать поток, содержащий метан, и поток, содержащий углеводороды C₂₊. Поток, содержащий углеводороды C₂₊, который может представлять собой исходящий поток установки вакуумной короткоцикловой адсорбции (VPSA), можно подавать в деэтанизатор 309, в котором отделяют компоненты C₂ от компонентов C₃₊. Компоненты C₃₊ из деэтанизатора 309 подают в стабилизатор 310, где отделают компоненты C₅₊ от компонентов C₃ и C₄. Компоненты C₃ и C₄, которые содержатся в исходящем потоке стабилизатора 310, подают в депропанизатор 311, в котором отделяют компоненты C₃ от компонентов C₄. Компоненты C₃ затем подают в колонну 314 отгонки C3, в которой отделяют пропилен от пропана. Компоненты C₂ из деэтанизатора 309 подают в реактор 312 димеризации, в котором этилен превращают в бутены. Бутены, которые образуются в реакторе 312 димеризации, затем подают в реактор 313 метатезиса, в котором превращают бутены в пропилен. Исходящий поток реактора метатезиса можно затем подавать в деэтанизатор 309.

[100] В некоторых вариантах реализации система вакуумной короткоцикловой адсорбции обеспечивает получение исходящего потока, который содержит менее примерно 10% метана, менее примерно 8% метана, менее примерно 5% метана, менее примерно 3% метана, менее примерно 1% метана, менее примерно 0,5% метана, менее примерно 0,1% (% об., % мас. или % мол.) метана или менее.

[101] Исходящий поток колонны отгонки C3 может содержать по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 70%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95% или по меньшей мере примерно 99% (% об., % мас. или % мол.) пропилена, который образуется в реакторе метатезиса.

[102] В некоторых вариантах реализации реактор окислительного сочетания метана содержит катализатор. Катализаторы ОСМ могут действовать как инициаторы радикализации. Примеры катализаторов ОСМ представлены в публикации патента США с серийным № 2012/0041246, в патенте США № 8921256, в публикации патента США № US 2015/0314267 или в публикации патента США № 2016/0074844, полное содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.

Получение олефинов окислительным сочетанием метана и крекингом

[103] В одном аспекте настоящего изобретения предложены способы интеграции процесса окислительного сочетании метана (ОСМ) с процессом термического крекинга, которые можно использовать для получения олефинов, включая этилен и этан. Превращение потока высокомолекулярных углеводородов в поток с более низкой молекулярной массой можно осуществлять посредством выдерживания указанного потока при повышенной температуре в течение заданного времени. Такое превращение может происходить без твердого катализатора. Часть потока со сниженной средней молекулярной массой представляет собой C1-C3 углеводороды. Указанные C1-C3 углеводороды отделяют от более высокомолекулярных компонентов и используют в качестве сырья для процесса окислительного сочетания метана (ОСМ).

[104] На фиг. 4 представлена система для получения этилена, которая включает процесс окислительного сочетания метана (ОСМ) с процессом 400 термического крекинга. В процессе 400 показан источник метана 401 и источник окислительного агента 402, которые подают в реактор 403 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен. Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 404 рекуперации тепла, в которой охлаждают исходящий поток, а затем его можно подавать в компрессор 405 технологического газа, в котором можно повышать давление газа. Сжатый технологический газ можно затем подавать в систему 406 удаления CO₂. Из системы 406 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в установку 407 короткоцикловой адсорбции, в которой можно получать поток, содержащий метан, и поток, содержащий углеводороды C₂₊. Поток, содержащий метан, можно подавать в реактор 408 метанирования. Поток с повышенным содержанием CO₂ из установки 406 удаления CO₂ также можно подавать в реактор 408 метанирования. Поток с повышенным содержанием углеводородов, который может представлять собой исходящий поток установки 407 короткоцикловой адсорбции, можно подавать в подсистему крекинга, которая содержит разделительные установки, в которых можно дополнительно очищать этилен из исходящего газа.

[105] На фиг. 5 представлена система для получения этилена, которая включает процесс окислительного сочетания метана (ОСМ) с процессом 500 термического крекинга. В процессе 500 показан источник метана 501 и источник окислительного агента 502, которые подают в реактор 503 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен. Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 504 рекуперации тепла, причем температура исходящего газа ОСМ может быть снижена. Охлажденный технологический газ можно затем подавать в систему 505 удаления CO₂. Из системы 505 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в установку 506 короткоцикловой адсорбции, в которой можно получать поток, содержащий метан, и поток, содержащий углеводороды C₂₊. Поток, содержащий метан, можно подавать в реактор 507 метанирования. Поток с повышенным содержанием CO₂ из установки 507 удаления CO₂ также можно подавать в реактор 507 метанирования. Поток с повышенным содержанием углеводородов, который может представлять собой исходящий поток установки 506 короткоцикловой адсорбции, можно подавать в подсистему крекинга, которая содержит разделительные установки, в которых можно дополнительно очищать этилен из исходящего газа.

[106] На фиг. 6 представлена система для получения этилена, которая включает процесс окислительного сочетания метана (ОСМ) с процессом 600 термического крекинга. В процессе 600 показан источник метана 601 и источник окислительного агента 602, которые подают в реактор 603 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен. Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 604 рекуперации тепла, причем температура исходящего газа ОСМ может быть снижена. Охлажденный технологический газ можно затем подавать в систему 605 удаления CO₂. Из системы 605 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в установку 606 крекинга, которая содержит дополнительные системы очистки этилена. Поток, содержащий метан, можно подавать в реактор 607 метанирования. Поток с повышенным содержанием CO₂ из системы 605 удаления CO₂ также можно подавать в реактор 607 метанирования.

[107] В некоторых вариантах реализации рабочая температура установки термического крекинга может составлять по меньшей мере примерно 300°С, по меньшей мере примерно 400°С, по меньшей мере примерно 500°С, по меньшей мере примерно 600°С, по меньшей мере примерно 700°С, по меньшей мере примерно 800°С, по меньшей мере примерно 900°С, по меньшей мере примерно 1000°С или более.

Получение олефинов с использованием ОСМ и каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях

[108] В одном аспекте настоящего изобретения предложены способы интеграции процесса окислительного сочетании метана (ОСМ) с системой каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях, которые можно использовать для получения олефинов, включая этилен и этан. Превращение потока высокомолекулярных углеводородов в поток с более низкой молекулярной массой можно осуществлять посредством выдерживания указанного потока при повышенной температуре в течение заданного времени. Такое превращение может происходить в присутствии твердого катализатора, движущегося вниз по реактору. Благодаря использованию высоких температур и короткого времени пребывания может быть достигнута высокая селективность по C1-C3 и высокая селективность по олефинам. Часть потока со сниженной средней молекулярной массой представляет собой C1-C3 углеводороды. Указанные C1-C3 углеводороды отделяют от более высокомолекулярных компонентов и используют в качестве сырья для процесса окислительного сочетания метана (ОСМ).

[109] В каталитическом крекинге в псевдоожиженном слое (FCC) в жестких условиях можно использовать традиционную технологию FCC в жестких условиях (более высокое отношение катализатора к нефти, более высокая скорость подачи пара, более высокие температуры и т.д.) для максимизации количества пропена и других легких продуктов. В установку FCC в жестких условиях можно подавать газойль (парафины) и остаточные продукты, и можно получать примерно 20-25% мас. пропена относительно сырья вместе с более существенными объемами автомобильного бензина и побочных продуктов перегонки.

[110] На фиг. 7 представлена система для получения этилена, которая включает процесс окислительного сочетания метана (ОСМ) с системой 700 каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях. В процессе 700 показан источник метана 701 и источник окислительного агента 702, которые подают в реактор 703 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен. Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 704 рекуперации тепла, в которой охлаждают исходящий поток, а затем его можно подавать в компрессор 705 технологического газа, в котором можно повышать давление газа. Сжатый технологический газ можно затем подавать в систему 706 удаления CO₂. Из системы 706 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в установку 707 деметанизатора, в которой можно получать поток, содержащий метан, и поток, содержащий углеводороды C₂₊. Поток, содержащий метан, можно подавать в реактор 708 метанирования. Поток с повышенным содержанием CO₂ из установки 706 удаления CO₂ также можно подавать в реактор 708 метанирования. Поток с повышенным содержанием углеводородов, который может представлять собой исходящий поток установки 707 деметанизатора, можно подавать в подсистему 709 каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC), которая содержит разделительные установки, в которых можно дополнительно очищать этилен из исходящего газа. Подсистема каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC) имеет исходящие потоки, которые подают в реактор 703 ОСМ. Указанные исходящие потоки включают поток, содержащий пропан, поток, содержащий этан, и поток, содержащий метан. Поток, содержащий метан, можно подавать в установку 710 десульфуризации, в которой из потока метана удаляют серу. Метан после десульфуризации можно затем подавать в деметанизатор 707.

[111] На фиг. 8 показана система для получения этилена, которая включает процесс окислительного сочетания метана (ОСМ) и систему 800 каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях. В процессе 800 показан источник метана 801 и источник окислительного агента 802, которые подают в реактор 803 окислительного сочетания метана (ОСМ), в котором указанные виды сырья частично превращаются в этилен. Исходящий поток реактора ОСМ можно подавать в систему 804 рекуперации тепла, в которой охлаждают исходящий поток, а затем его можно подавать в компрессор 805 технологического газа, в котором можно повышать давление газа. Сжатый технологический газ можно затем подавать в систему 806 удаления CO₂. Из системы 806 удаления CO₂ выходят два исходящих потока, включая один поток с повышенным содержанием CO₂ и один поток с повышенным содержанием углеводородов. Поток с повышенным содержанием углеводородов можно подавать в установку 807 короткоцикловой адсорбции (PSA), в которой можно получать поток, содержащий метан, и поток, содержащий углеводороды C₂₊. Поток, содержащий метан, можно подавать в реактор 808 метанирования. Поток с повышенным содержанием CO₂ из установки 806 удаления CO₂ также можно подавать в реактор 808 метанирования. Поток с повышенным содержанием углеводородов, который может представлять собой исходящий поток установки 807 PSA, можно подавать в подсистему 809 каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC), которая содержит разделительные установки, в которых можно дополнительно очищать этилен из исходящего газа. Подсистема каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC) имеет исходящие потоки, которые подают в реактор 803 ОСМ. Указанные исходящие потоки включают поток, содержащий пропан, поток, содержащий этан, и поток, содержащий метан. Поток, содержащий метан, можно подавать в установку 810 десульфуризации, в которой из потока метана удаляют серу. Метан после десульфуризации можно затем подавать в деметанизатор 807.

[112] Исходящий поток метана из установки HS-FCC может содержать сероводород (H₂S) или дисульфид водорода (H₂S₂). H₂S и/или H₂S₂ могут присутствовать в концентрации по меньшей мере примерно 0,1% мас., по меньшей мере примерно 0,5% мас., по меньшей мере примерно 1% мас., по меньшей мере примерно 2% мас., по меньшей мере примерно 3% мас., по меньшей мере примерно 4% мас., по меньшей мере примерно 5% мас., по меньшей мере примерно 7% мас., по меньшей мере примерно 10% мас., по меньшей мере примерно 12% мас. или более.

[113] В некоторых вариантах реализации установку каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC) эксплуатируют при температуре по меньшей мере примерно 400°С, по меньшей мере примерно 450°С, по меньшей мере примерно 500°С, по меньшей мере примерно 550°С, по меньшей мере примерно 600°С, по меньшей мере примерно 650°С, по меньшей мере примерно 700°С, по меньшей мере примерно 750°С, по меньшей мере примерно 800°С, по меньшей мере примерно 850°С, по меньшей мере примерно 900°С или более.

[114] Установку каталитического крекинга в жестких условиях (HS-FCC) может содержать катализатор HS-FCC. Катализатор HS-FCC может содержать цеолит. Цеолитный катализатор HS-FCC может содержать катализатор на основе цеолита ZSM-5. Цеолитный катализатор HS-FCC может содержать цеолит в ультрастабильной форме (USY).

[115] В некоторых случаях HS-FCC содержит катализатор, который способствует уменьшению молекулярной массы углеводородного сырья. Такая реакция крекинга может протекать в газовой фазе, в некоторых случаях гомогенно.

[116] Установку каталитического крекинга в псевдоожиженном слое в жестких условиях (HS-FCC) можно эксплуатировать при времени пребывания менее примерно 10 секунд (с), менее примерно 5 секунд (с), менее примерно 4 секунд (с), менее примерно 3 секунд (с), менее примерно 2 секунд (с), менее примерно 1 секунды (с), менее примерно 0,5 секунды (с), менее примерно 0,2 секунды (с), менее примерно 0,1 секунды (с) или менее. В некоторых случаях время пребывания представляет собой период времени, которое походит между подачей сырьевого потока в реактор и до выхода потока крекированного углеводорода из реактора.

[117] В некоторых случаях установка HS-FCC содержит сливную трубу, по которой сливают реагент и катализатор, после чего может следовать регенерация катализатора. В некоторых случаях катализатор не является псевдоожиженным.

Интеграция окислительного сочетания метана с дегидрированием пропана

[118] В некоторых случаях процесс ОСМ интегрирован с процессом дегидрирования пропана (PDH). Процесс PDH может обеспечивать превращение пропана в пропен и побочный продукт водород. Выход пропена из пропана может составлять примерно 85% мас. Побочные продукты реакции (главным образом, водород) можно использовать в качестве топлива для реакции PDH. В результате пропен может быть единственным продуктом, если отсутствует локальный спрос на водород. Такой способ можно использовать в различных регионах, таких как Ближний Восток, где может быть много пропана, получаемого при переработке нефти/газа. В данном регионе можно ожидать, что производство пропана может обеспечивать не только внутренние потребности, но и спрос из других регионов (таких как Китай), где могут быть введены в эксплуатацию многочисленные проекты PDH. Процесс PDH можно осуществлять различными промышленными технологиями. Различия между указанными технологиями могут включать используемый катализатор, конструкцию реактора и стратегии для достижения более высокой степени конверсии.

[119] В некоторых случаях интеграция процесса PDH с процессом ОСМ, как описано в настоящем документе, может увеличивать мощность процесса PDH на 40-100 тыс. тонн в год. В некоторых случаях весь углерод, содержащийся в отходящем газе PDH, можно превращать в олефины посредством ОСМ и метанирования, что обеспечивает почти 100% использование пропана. В некоторых случаях интеграция процесса ОСМ с процессом PDH может обеспечивать стабильную мощность промышленной установки в течение всего срока эксплуатации катализатора PDH, поскольку увеличение количества отходящего газа PDH может обеспечивать увеличение мощности ОСМ. Установка ОСМ может быть выполнена с возможностью получения этилена и 1-бутена в качестве побочных продуктов для применения в качестве сомономеров в установке получения полипропилена, что может обеспечивать возможность получения всех марок полипропилена. В некоторых случаях экзотермичность ОСМ можно использовать для получения пара и снижения общих объемов сжигания в нагревателях PDH, что обеспечивает более высокое общее использование углерода в указанном процессе.

[120] На фиг. 9A представлен пример установки PDH с получением полипропилена (ПП). Пропан 900 можно подавать в установку 902 PDH, в которой можно получать C₃₊ фракцию 904 и отходящий газ 906. Отходящий газ может содержать молекулы C₁, такие как метан, диоксид углерода и монооксид углерода, а также молекулы C₂, такие как этан и этилен, а также водород (H₂). Отходящий газ можно дополнять природным газом 908 и сжигать с получением тепла и пара 910 для установки PDH. Продукт C₃₊ можно фракционировать 912 с получением пропилена 914. Пропилен можно полимеризовать в установке 916 получения полипропилена с получением полипропилена 918. Одним из ограничений установки PDH может быть снижение производительности в течение срока эксплуатации катализатора, что приводит к уменьшению мощности установки до момента, когда можно заменить катализатор. Можно использовать примерно 90% пропана при наличии природного газа в качестве топлива, но его количество может быть существенно ниже, если единственным топливом является отходящий газ PDH. Кроме того, без внешней подачи этилена единственный полимер, который может быть получен, представляет собой гомополипропилен, который является самой низким сортом полипропилена. Указанные ограничения могут быть смягчены посредством интеграции PDH с процессом ОСМ.

[121] Например, на фиг. 9B представлен пример OCM, интегрированного с PDH. Пунктирные линии демонстрируют необязательные потоки. Часть природного газа 920 и/или часть пропана 922 может быть отведена в процесс 924 ОСМ. В ОСМ также можно подавать отходящий газ 906 PDH. Процесс ОСМ может быть экзотермическим и может обеспечивать получение потока 926. В процессе ОСМ можно получать продукты C₃₊, которые можно добавлять к пропиленовому продукту 928 или дополнительно очищать 930 с получением пропилена, в случае необходимости. В процессе ОСМ также можно получать этилен и/или 1-бутен, которые также можно использовать в качестве сомономера 932 при получении более высоких марок полипропилена.

[122] На фиг. 9C представлена иллюстративная система для получения пропилена дегидрированием пропана, который получен в процессе 940 окислительного сочетания метана. Источник, содержащий метан 941, и источник, содержащий кислород 942, можно подавать в подсистему 943 окислительного сочетания метана. Источник, содержащий метан, может быть источником из отходящего газа установки каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Источник, содержащий кислород, может поступать из блока разделения воздуха. В некоторых вариантах реализации источник, содержащий кислород, является тем же, что и источник метана. Кроме того, источник метана может содержать другие углеводороды, например, этан и пропан. Подсистема окислительного сочетания метана может обеспечивать превращение метана и кислорода в этилен. Подсистема окислительного сочетания метана также может обеспечивать получение пропилена. Подсистема окислительного сочетания метана может содержать один реактор или несколько реакторов. Подсистема окислительного сочетания метана может содержать одну или более установок термического пост-крекинга (post-bed cracking). Исходящий поток подсистемы 947 ОСМ можно подавать в разделительную подсистему 944, в которой можно получать по меньшей мере один поток, содержащий этилен 949, и по меньшей мере один поток, содержащий пропилен и пропан 948. Разделительная подсистема может содержать одну или более дистилляционных колонн, одну или более адсорбционных подсистем или их комбинации. В некоторых вариантах реализации используют адсорбционную подсистему, содержащую материал на основе металлорганического каркаса. В некоторых вариантах реализации используют адсорбционную подсистему, содержащую цеолитный материал. Разделительная подсистема 944 также может содержать одну или более установок для выделения газообразного CO₂. Поток, содержащий пропилен и пропан 948, можно затем подавать в разделительную подсистему 945, в которой можно отделять пропилен от пропана с получением потока, содержащего пропилен 950, и потока, содержащего пропан 951. Разделительная подсистема 945 может содержать одну или более дистилляционных колонн, одну или более адсорбционных установок, одну или более мембранных установок или их комбинации. Поток, содержащий пропан 951, подают в установку 946 дегидрирования пропана (PDH), в которой пропан превращают в пропилен и H₂.

[123] На фиг. 10 представлена иллюстративная система для получения пропилена посредством интеграции подсистемы окислительного сочетания метана, подсистемы димеризации и метатезиса и подсистемы 1000 дегидрирования пропана. Источник, содержащий метан 1001, и источник, содержащий кислород 1002, подают в подсистему 1003 окислительного сочетания метана (ОСМ). Источник, содержащий метан, может поступать из контура рециркуляции в иллюстративной системе 1000. Источник, содержащий кислород, может поступать из подсистемы разделения воздуха. Система разделения воздуха может содержать одну или более дистилляционных колонн, одну или более адсорбционных подсистем, одну или более мембранных подсистем или их комбинации. Источник, содержащий метан, может поступать из системы каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (FCC). Источник, содержащий метан, может поступать из потока отходящего газа нефтеперерабатывающего завода. Источник, содержащий метан, может быть источником из природного газа. Источник, содержащий метан, может также содержать более тяжелые углеводороды, например, этан, этилен, пропан, пропилен, и также может содержать дополнительные компоненты, например, воду, N₂, CO₂ или CO. Источник, содержащий метан, может быть тем же, что и источник, содержащий кислород. Источник, содержащий кислород, и источник, содержащий метан, можно смешивать в смесительном устройстве отдельно от подсистемы ОСМ или внутри нее. Подсистема ОСМ может содержать катализатор ОСМ. Подсистема ОСМ может содержать установку термического пост-крекинга (PBC).

[124] Исходящий поток подсистемы ОСМ подают в подсистему 1004 компрессора технологического газа (PGC). Подсистема PGC может обеспечивать повышение давления исходящего газа ОСМ с получением сжатого исходящего газа ОСМ. Подсистема PGC может обеспечивать сжатие газа до давления более 1 бар, более 2 бар, более 3 бар, более 4 бар, более 5 бар, более 6 бар, более 7 бар, более 10 бар или более 15 бар. Сжатый исходящий газ ОСМ можно подавать в подсистему 1005 выделения CO₂. Подсистема выделения CO₂ может содержать одну или более абсорбционных установок, одну или более десорбционных установок, одну или более адсорбционных установок, одну или более мембранных установок или их комбинации. Подсистема выделения CO₂ может обеспечивать получение потока, содержащего CO₂ 1017, потока, содержащего CO₂ для рециркуляции 1018, и потока, содержащего метан 1019. Поток, содержащий метан, может содержать менее 1% CO₂, менее 0,5% CO₂, менее 0,1% CO₂ или менее 0,05% CO₂. Поток, содержащий метан, подают в подсистему 1006 деметанизатора. Подсистема деметанизатора может содержать одну или более дистилляционных колонн, одну или более адсорбционных установок, одну или более мембранных установок или их комбинации. Подсистема деметанизатора обеспечивает получение потока, содержащего метан 1020, и потока, содержащего углеводороды C₂₊. Поток, содержащий метан, может содержать дополнительные газы, например, CO, CO₂, H₂, N₂, Ar или C₂H₂. Поток, содержащий метан, можно необязательно подавать в установку гидрирования, обеспечивающую превращение C₂H₂ в C₂H₄. Поток, содержащий метан 1020, и поток, содержащий CO₂ для рециркуляции 1018, подают в подсистему 1007 метанирования. Подсистема метанирования может содержать катализатор метанирования. Подсистема метанирования может обеспечивать превращение H₂ и CO₂ в CH₄. Исходящий поток подсистемы 1021 метанирования может быть тем же, что и источник метана 1001. Исходящий поток подсистемы метанирования подают в подсистему 1003 ОСМ. Подсистема ОСМ, подсистема PGC, подсистема удаления CO₂, подсистема деметанизатора, подсистема метанирования и необязательная подсистема гидрирования содержат контур 1016 рециркуляции ОСМ.

[125] Исходящий поток подсистемы деметанизатора, который содержит углеводороды C₂₊, подают в подсистему 1008 деэтанизатора, в которой получают поток, содержащий этилен и этан 1021, и поток, содержащий C₃₊ углеводороды 1027. Поток, содержащий этилен и этан 1021, подают в колонну 1009 отгонки C2, в которой получают поток, содержащий этан 1022, и поток, содержащий этилен 1023. Поток, содержащий этан 1022, можно смешивать с источником, содержащим метан 1001. В некоторых вариантах реализации поток, содержащий этан, подают в подсистему 1003 ОСМ, подсистему 1004 the PGC или в обе подсистемы. В некоторых вариантах реализации поток, содержащий этан, используют в качестве топливного газа в другой установке. Поток, содержащий этилен 1023 разделяют, причем часть указанного потока подают в подсистему 1010 димеризации, а другую часть указанного потока отводят в обходной контур 1024 и подают в подсистему 1011 метатезиса. Подсистема 1010 димеризации может обеспечивать превращение этилена в поток, содержащий бутены 1025, причем часть бутенов представляет собой 1-бутен. Селективность по 1-бутену может составлять по меньшей мере 1%, по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 99% или по меньшей мере 100%. Селективность по 1-бутену представляет собой скорость потока 1-бутена, деленную на скорость потока всех углеводородов C4 в исходящем потоке подсистемы димеризации. Подсистема димеризации может содержать один или более реакторов димеризации. Один или более реакторов димеризации могут содержать катализатор димеризации. Катализатор димеризации может представлять собой гетерогенный катализатор или растворенный гомогенный катализатор. Из всего этилена в исходящем потоке колонны отгонки C2 в подсистему димеризации можно подавать по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 15%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 25%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35%, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 45% или по меньшей мере 50%. Поток, содержащий бутены 1025, и этилен из обходного контура 1024 подают в подсистему 1011 метатезиса, в которой получают поток, содержащий пропилен 1026. Подсистема метатезиса может содержать один или более реакторов метатезиса. Реакторы метатезиса могут содержать катализатор метатезиса. Конверсия бутенов в полипропилен в подсистеме метатезиса может составлять по меньшей мере 10%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 3%, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95% или по меньшей мере 99%.

[126] Поток, содержащий C₃₊ углеводороды 1027, подают в подсистему 1012 депропанизатора, в которой получают поток, содержащий пропилен и пропан 1028, и поток, содержащий C₄₊ углеводороды 1034. Подсистема депропанизатора может содержать одну или более дистилляционных колонн. Поток, содержащий пропилен и пропан 1028, подают в подсистему 1013 колонны отгонки C3, в которой получают поток, содержащий пропилен 1029, и поток, содержащий пропан 1030. Подсистема колонны отгонки C3 может содержать одну или более дистилляционных колонн, одну или более адсорбционных установок, одну или более мембранных установок или их комбинации. Поток, содержащий пропан 1030, подают в подсистему 1014 дегидрирования пропана (PDH). Подсистема PDH может обеспечивать дегидрирование пропана с получением потока, содержащего пропилен 1030, потока, содержащего пропан 1031, и потока, содержащего водород и метан 1035. Поток, содержащий пропилен, поступающий из подсистемы 1030 PDH, можно объединять с потоком, содержащим пропилен, поступающим из подсистемы 1026 метатезиса. В некоторых вариантах реализации подсистема колонны отгонки C3 находится в подсистеме PDH. Подсистема PDH может содержать один или более реакторов PDH. Один или более реакторов PDH могут содержать катализатор PDH. Поток, содержащий водород и метан 1035, можно необязательно объединять с отходящим газом системы каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (FCC). Поток, содержащий водород и метан 1035, подают в разделительную подсистему 1015, в которой отделяют водород от метана. Разделительная подсистема 1015 может содержать одну или более установок короткоцикловой адсорбции, одну или более мембранных установок или их комбинации. Разделительная подсистема 1015 обеспечивает получение потока, содержащего водород 1032, и потока, содержащего метан 1033. Поток, содержащий водород 1032, можно использовать в качестве источника топливного газа, подавать в реактор 1007 метанирования или использовать оба варианта. Поток, содержащий метан 1033, подают в подсистему 1003 окислительного сочетания метана (ОСМ).

[127] Получение дополнительного количества водорода в подсистеме PDH увеличивает эффективность по углероду контура 1016 рециркуляции ОСМ. Эффективность по углероду контура рециркуляции ОСМ может составлять более 10%, более 20%, более 30%, более 40%, более примерно 50%, более примерно 60%, более примерно 70%, более примерно 75%, более примерно 80%, более примерно 85%, более примерно 90%, более примерно 95% или более примерно 99%.

Интеграция процессов ОСМ с метанольными процессами

[128] Во всем мире существует инфраструктура химического производства. Указанная инфраструктура расположена почти на каждом континенте, охватывает самые разные отрасли промышленности и использует широкий ряд различных вариантов сходных или существенно отличающихся технологий.

[129] В настоящем изобретении предложены системы и способы интеграции систем и способов ОСМ с различными химическими процессами, такими как получение метанола (MeOH), получение хлора (Cl₂) и гидроксида натрия (NaOH) (например, хлор-щелочной процесс), получение мономера винилхлорида (ВХМ), получение аммиака (NH₃), процессы, включающие применение синтез-газа (например, смесей водорода (H₂) и монооксида углерода (CO) в любом соотношении) или получение олефиновых производных.

[130] Следует понимать, что капитальные затраты, связанные с каждым типом производства, описанного выше, могут составлять от десятков миллионов до сотен миллионов долларов. Кроме того, существуют входящие и исходящие потоки указанных производств, как с позиции энергии, так и с позиции материалов, которые несут дополнительные затраты, сопряженные с ними, как финансовые, так и иные, которые можно дополнительно оптимизировать с точки зрения стоимости и эффективности. Кроме того, поскольку различные производства обычно оптимизируют для конкретных условий (например, продуктов, условий переработки) рынка, на котором они существуют, то они, как правило, работают негибко, в некоторых случаях без приспособляемости или возможности оптимизации к данному конкретному рынку. Авторами настоящего изобретения обнаружен неожиданный синергетический эффект при интеграции ОСМ с вышеупомянутыми химическими процессами, что может обеспечивать улучшенные экономические показатели и/или эксплуатационную гибкость.

[131] В некоторых случаях процессы ОСМ, описанные в настоящем документе, интегрируют с процессом олигомеризации олефинов, таким как процесс превращения этилена в жидкие продукты («ETL»), описанный в патенте США № 9598328 и в публикации патента США № 2015/0232395, полное содержание каждого из которых включено в настоящий документ посредством ссылки во всех отношениях.

[132] В некоторых случаях можно изменять масштаб процесса ОСМ для удовлетворения потребностей завода по производству производных этилена. Такая синергия может освобождать производителя указанных производных от необходимости покупки этилена, что обеспечивает возможность производителю быть более уверенным в стоимости и поставках этилена. Примеры производных этилена включают полиэтилен, включая полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). Дополнительные производные этилена включают этилбензол, стирол, уксусную кислоту, мономер винилацетата, этилендихлорид, мономер винилхлорида, этиленоксид и альфа-олефины.

[133] Процессы ОСМ можно интегрировать с процессами получения метанола для достижения неожиданного синергетического эффекта, потенциально включающего, но не ограничиваясь ими, (a) дополнительную мощность по метанолу с минимальной модификацией или без модификации метанольного завода и (b) дополнительную мощность по этилену с малыми инвестициями и экологическим следом.

[134] На фиг. 11 представлен пример технологической блок-схемы метанольного завода (например, традиционного процесса получения метанола, с учетом того, что допустимы альтернативные варианты реализации, и для ясности опущены некоторые детали). Показано, что в качестве сырья и топлива для данного процесса можно использовать природный газ 300. Сырье 302 (например, природный газ, обеспечивающий атомы углерода для метанольного продукта) может содержать серосодержащие соединения, которые удаляют в модуле 304 десульфуризации до его подачи в установку 306 парового риформинга метана (SMR, установка, полностью закрашенная серым цветом). В SMR также можно подавать природный газ в качестве топлива 308 (например, природный газ, обеспечивающий энергию для метанольного завода), который необязательно подвергать десульфуризации. Исходящий поток установки парового риформинга метана представляет собой синтез-газ, который может нести тепло, которое рекуперируют в модуле 310 рекуперации тепла, и который подвергают сжатию в модуле 312 сжатия. Сжатый синтез-газ можно подавать в модуль 314 синтеза, где происходит его превращение в метанол. Один из подходящих модулей синтеза метанола может содержать катализатор, который представляет собой смесь меди, цинка и оксида алюминия, и его эксплуатируют при давлении от примерно 50 до примерно 100 атмосфер и при температуре примерно 250°С. Производство синтез-газа обеспечивает получение 3 моль H₂ на один моль CH₄, а стехиометрия образования метанола из синтез-газа характеризуется расходом лишь 2 моль H₂. Таким образом, избыточный H₂ (и непрореагировавший CH₄) можно выводить 316 из модуля синтеза и разделять в модуле 318 разделения газов (например, в установке короткоцикловой адсорбции). Разделительный модуль может обеспечивать получение дополнительного топлива 320 для SMR и попутного продукта 322 H₂. Метанольный продукт 324 можно подвергать обогащению (например, в дистилляционном модуле 326). В некоторых случаях избыток H₂ используют в качестве топлива (не показано).

[135] Объединенный процесс, в котором интегрирован ОСМ с получением метанола, представлен на фиг. 4, где подобные числовые обозначения означают подобные элементы. В ОСМ часть объединенного процесса можно подавать сырье 414, представляющее собой природный газ после десульфуризации, и указанная часть включает реакционный модуль 400 ОСМ, модуль 402 сжатия технологического газа, модуль 404 удаления CO₂ (например, очистки технологического газа), сушильный модуль 406 и разделительный модуль (например, криогенный деметанизатор) 408. В некоторых случаях разделительный модуль обеспечивает получение C₂₊ соединений 410. C₂₊ соединения можно подвергать дополнительной очистке и/или подавать в крекинг-установку (например, в разделительную секцию крекинг-установки). Следует отметить, что процесс ОСМ не требует наличия модуля метанирования. Реакция ОСМ может обеспечивать получение перегретого пара высокого давления (HPSH) 412, который можно использовать в процессе и/или для получения энергии с помощью паровой турбины.

[136] Как показано на фиг. 12, ОСМ часть процесса может обеспечивать получение потока метана, не превращенного в C₂₊ соединения 416 в реакции ОСМ. Указанный поток 416, помимо метана, может содержать H₂ и CO, и его можно использовать в качестве сырья для процесса получения метанола (например, в SMR) и/или в качестве топлива для процесса (пунктирная линия) 418. Поток CO₂ 420 из процесса ОСМ также можно использовать в модуле 314 синтеза метанола для получения одного моль метанола и одного моль воды из одного моль CO₂ и 3 моль H₂. Сопутствующий продукт, воду, можно удалять в дистилляционном модуле 326.

[137] Объединенный процесс ОСМ и получения метанола может иметь существенные экономические и экологические преимущества. В некоторых случаях CO₂ из OCM 420 можно использовать для восполнения подпиточного газа для модуля синтеза и для превращения части или всего избыточного H₂ в метанол (например, скорость потока 322 может быть нулевой или очень низкой по сравнению со скоростью потока без интеграции ОСМ). Кроме того, мощность установки риформина 306 может автоматически увеличиваться благодаря «предварительно подготовленному» составу потока 416 из верхней части деметанизатора ОСМ (например, он уже содержит некоторое количество H₂ и CO). Это можно использовать для замены контура смешанного сырья. В некоторых случаях единственная статья расходов, связанных с получением дополнительного количества метанола в результате интеграции ОСМ, представляет собой потерю ценности сопутствующего продукта, H₂ 322 в тех ситуациях, если указанный поток в действительности продавали за деньги или если его можно продавать за деньги. Такие схемы интеграции могут обеспечивать повышенную эффективность существующей метанольной системы, например, благодаря использованию избытка H₂ посредством его взаимодействия с CO₂, полученным в установке ОСМ, с получением более ценного продукта, метанола. В зависимости от мощности процесса ОСМ, интегрированная система ОСМ и получения метанола, может стать процессом с низким уровнем выбросов и высокой эффективностью по углероду.

[138] При переоснащении существующего метанольного завода можно изменить масштаб процесса ОСМ до требуемого объема производства дополнительного количества метанола. С точки зрения OCM, строительство установки OCM для интеграции с метанольным заводом может потребовать значительно меньших капиталовложений, чем строительство отдельной установки OCM, например, благодаря уменьшению или устранению необходимости в оборудовании для фракционирования и метанирования. Для процесса ОСМ также можно использовать инженерные сети существующих метанольных заводов, например, пар. В некоторых случаях в комбинированном процессе не образуется или образуется минимальное количество соединений NO_x и SO_x.

[139] Объединенный процесс ОСМ и получения метанола может иметь эффективность по углероду примерно 100% (например, как показано на фиг. 13, все атомы углерода, поступающие в процесс 300, в конечном итоге превращаются в метанол 324 или C₂₊ соединения 410). В некоторых случаях объединенный процесс имеет эффективность по углероду менее 100%, например, эффективность по углероду составляет более или ровно примерно 99%, более или ровно примерно 98%, более или ровно примерно 97%, более или ровно примерно 96%, более или ровно примерно 95%, более или ровно примерно 93%, более или ровно примерно 90%, более или ровно примерно 85%, более или ровно примерно 80% или более или ровно примерно 75%.

[140] В некоторых случаях, как показано на фиг. 5, метанольные заводы 500 расположены вблизи крекинг-установок 502 и/или других установок 504, в которых используют природный газ (например, в пределах 1, 5, 10, 20, 50, 100, 200 миль или более). В некоторых случаях указанные установки имеют общую инфраструктуру трубопроводов и/или могут иметь доступ в инфраструктуру трубопроводов для транспортирования природного газа, этилена, водорода и других химических продуктов. Указанные процессы могут обеспечивать превращение природного газа 506 в комбинацию метанола 508, водорода 510, этилена 512 и других продуктов 514. OCM можно интегрировать с любой комбинацией указанных процессов (например, 500, 502 и 504) многими способами, как показано на фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8.

[141] На фиг. 14 показан «случай минимальной реконструкции», где в процесс 600 ОСМ подают природный газ 506 с получением CO₂ 602 для метанолного процесса 500 и неочищенного этилена 604 для крекинг-установки 502. Этилен можно подвергать очистке с получением готового продукта (например, этилена полимерной марки) 512 с помощью блока фракционирования крекинг-установки. В данном случае можно изменять масштаб процесса ОСМ для того, чтобы в него можно было вводить такое количество природного газа, которое по существу эквивалентно объему подачи природного газа на метанольный завод (например, примерно 60-70 млн станд. куб. футов/сут). Такая мощность ОСМ может обеспечивать примерно 25-30 тыс. тонн дополнительного этилена и примерно 15%-20% дополнительно получаемого метанола. В некоторых случаях, для случая минимальной реконструкции, единственные капитальные затраты представляют собой затраты на ОСМ установку 600, а в некоторых случаях - затраты на замену контура смешанного сырья в SMR.

[142] На фиг. 15 показан «случай минимальной реконструкции», когда в процесс 700 подают природный газ 506 с получением CO₂ 702 для метанольного процесса 500 и неочищенного этилена 704 для крекинг-установки 502. В таком случае можно изменять масштаб процесса ОСМ для того, чтобы в него можно было вводить такое количество природного газа, которое по существу эквивалентно объему подачи 706 природного газа на метанольный завод и объему подачи 708 топлива для крекинг-установки (например, примерно 140-150 млн станд. куб. футов/сут). Такая мощность ОСМ может обеспечивать примерно 60-80 тыс. тонн дополнительного этилена и примерно 30%-40% дополнительно получаемого метанола. В некоторых случаях, для случая среднего объема реконструкции, необходимы капитальные инвестиции для установки 700 ОСМ и оптимизации производства метанола (например, установки риформинга, компрессора синтез-газа, модуля синтеза и отбензинивающей колонны).

[143] На фиг. 16 представлен «случай максимально эффективной реконструкции», где размер процесса ОСМ не ограничен. Например, можно весь природный газ, поступающий в нефтехимический комплекс, можно подвергать отбензиниванию. В процесс 800 ОСМ подают природный газ 506 с получением CO₂ 802 для нового модуля 804 синтеза метанола. В некоторых случаях в новый модуль 804 синтеза метанола подают H₂ 806 из различных источников, включая существующий метанольный процесс 500 и/или крекинг-установку 502. Новый модуль 804 синтеза метанола может обеспечивать получение неочищенного метанола 808 для существующего метанольного процесса для его очистки с получением метанольного продукта 508. Как и в других сценариях реконструкции, неочищенный этилен 810 можно очищать в крекинг-установке 502. В некоторых случаях ОСМ обеспечивает дополнительное получение примерно 150-200 тыс. тонн в год этилена, и такая интеграция обеспечивает примерно 60%-70% дополнительно полученного метанола. В некоторых случаях, для случая максимально эффективной реконструкции, необходимы капитальные инвестиции для установки ОСМ, нового модуля синтеза метанола (в который подают избыточный H₂ со всего комплекса и CO₂ из ОСМ) и в некоторых случаях для оптимизации дистилляции метанола. Различные случаи реконструкции не являются взаимоисключающими, и они могут быть спроектированы как последовательные фазы проекта. Кроме того, более мощные заводы можно объединять с более крупными заводами по производству метанола.

[144] На фиг. 17 представлено схематическое изображение интеграции ОСМ с процессом получения метанола и контуром синтез-газа 1700. Поток, содержащий метан 1701, подают в подсистему 1702 десульфуризации, в которой из потока, содержащего метан, удаляют серу. Поток, содержащий метан, может представлять собой природный газ. Подсистема десульфуризации может содержать один или более реакторов гидродесульфуризации. Подсистема десульфуризации может содержать одну или более адсорбционных установок. Исходящий поток подсистемы десульфуризации и поток, содержащий кислород 1703, подают в подсистему 1704 окислительного сочетания метана (ОСМ). Подсистема окислительного сочетания метана может содержать катализатор окислительного сочетания метана (ОСМ). Подсистема окислительного сочетания метана может содержать одну или более установок термического пост-крекинга (post-bed cracking, PBC). Подсистема окислительного сочетания метана (ОСМ) может обеспечивать получение исходящего потока ОСМ, содержащего этилен, CO₂ и/или CO и непревращенный метан. Исходящий поток ОСМ подают в подсистему 1705 компрессора технологического газа (PGC), которая обеспечивает повышение давления газа с получением сжатого исходящего потока системы окислительного сочетания метана (ОСМ). Сжатый исходящий поток ОСМ подают в разделительную подсистему 1706, в которой удаляют CO₂ из сжатого исходящего потока OCM с получением потока, содержащего CO₂, и потока, содержащего этилен и метан. Разделительная подсистема может содержать одну или более абсорбционных установок, одну или более адсорбционных установок, одну или более дистилляционных колонн или их комбинации. Поток, содержащий этилен и метан, подают в подсистему 1707 очистки, в которой получают поток, содержащий метан, и поток, содержащий этилен. Подсистема очистки может содержать одну или более дистилляционных колонн, адсорбционных установок, одну или более мембранных установок или их комбинации. Поток, содержащий этилен, также может содержать этан и углеводороды, содержащие три или более атомов углерода (C₃₊ углеводороды). Поток, содержащий этилен, подают в разделительную подсистему 1708, в которой получают поток, содержащий этилен 1713.

[145] Поток, содержащий метан, который представляет собой исходящий поток подсистемы 1707 очистки, подают в подсистему 1715 гидрирования. Подсистема гидрирования может содержать один или более реакторов гидрирования. Один или более реакторов гидрирования могут содержать катализатор гидрирования. Подсистема гидрирования может обеспечивать гидрирование ацетилена. Исходящий поток подсистемы гидрирования содержит CO и/или CO₂. Исходящий поток подсистемы гидрирования подают в подсистему 1709 установки парового риформинга метана (SMR), не пропуская его через установку предриформинга. В ином случае установка предриформинга может обеспечивать получение CO и H₂ из углеводородов до их подачи в подсистему установки парового риформинга метана (SMR). Подсистема установки парового риформинга метана может обеспечивать превращение воды и метана в поток синтез-газа, который содержит CO и H₂. Поток синтез-газа подают в подсистему 1710 рекуперации тепла, в которой отводят тепло из потока синтез-газа. Исходящий поток подсистемы рекуперации тепла подают в подсистему 1711 компрессора синтез-газа, в котором повышают давление потока синтез-газа с получением сжатого потока синтез-газа. Поток сжатого синтез-газа подают в подсистему 1712 синтеза метанола, обеспечивающую по меньшей мере частичное превращение CO и H₂ в метанол. CO₂, полученный в разделительной подсистеме 1706, также подают в подсистему синтеза метанола. Подсистема синтеза метанола также может содержать один или более реакторов конверсии водяного пара. Один или более реакторов конверсии водяного пара могут обеспечивать превращение CO₂ и H₂ в CO и воду. Подсистема синтеза метанола может обеспечивать получение отходящего газа. Отходящий газ может состоять из метана, CO, CO₂, H₂ или их комбинаций. Отходящий газ подают в подсистему установки парового риформинга метана. Отходящий газ можно использовать в качестве топлива для нагревания подсистемы установки парового риформинга метана, или можно использовать в качестве сырья для подсистемы установки парового риформинга метана, или можно использовать оба варианта. Подсистема синтеза метанола также может обеспечивать получение неметанольных примесей. По меньшей мере часть исходящего потока подсистемы синтеза метанола подают в подсистему 1712 выделения продукта с получением метанольного потока 1714. Подсистема выделения продукта может содержать одну или более дистилляционных колонн.

[146] Источник кислорода 1703 также можно использовать в подсистеме установки автотермического риформинга (ATR), в которой превращают метан и кислород в CO и H₂. В подсистеме ATR можно использовать исходящий поток подсистемы установки парового риформинга метана (SMR) в качестве источника метана, или можно использовать отдельный источник метана, или можно использовать оба варианта.

Интеграция процессов ОСМ с процессами превращения метанола в олефины (MTO)

[147] Способы превращения метанола в олефины/метанола в пропен могут обеспечивать возможность превращения синтез-газа (сингаза) в метанол, а затем превращения метанола в этилен и/или пропен. В указанном способе в качестве побочного продукта может образовываться вода. Синтез-газ можно получать риформингом природного газа или паровым риформингом нефтяных продуктов, таких как нафта, или газификацией угля.

[148] В процессе MTO можно использовать кислотные цеолитные катализаторы. Превращение метанола в олефины на кислотных цеолитах можно осуществлять посредством сложной сети химических реакций. Распределение продуктов и, следовательно, «селективность» могут зависеть, среди прочих факторов, от температуры. Селективность может быть мерой количества одного полученного продукта относительно других продуктов, если существует возможность образования множества продуктов. Селективность может зависеть от температуры по закону Аррениуса для различных констант скорости реакции.

[149] В некоторых случаях при более низких температурах метанол взаимодействует в образованием диметилового эфира (DME). При более высоких температурах могут образовываться требуемые продукты (олефины), и селективность по DME может уменьшаться.

[150] В некоторых случаях метанол можно превращать в олефины, используя процесс превращения метанола в олефины (MTO). Процесс ОСМ можно интегрировать с процессом MTO для достижения определенного синергетического эффекта. Эффективность объединенного процесса по углероду может быть выше, чем для каждого из указанных процессов в отдельности. Например, в объединенном процессе в конечные продукты можно превращать по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95%, по меньшей мере примерно 98%, по меньшей мере примерно 99%, по меньшей мере примерно 99,5% или по меньшей мере примерно 99,9% сырьевого углерода. В некоторых случаях можно использовать одну установку разделения воздуха (ASU) для процессов получения метанола/MTO и для ОСМ. В некоторых случаях можно использовать одну технологическую линию разделения и/или очистки олефинов (ASU) для процессов получения метанола/MTO и для ОСМ. В некоторых случаях можно использовать одну технологическую линию инженерных сетей для процессов получения метанола/MTO и для ОСМ (т.е. с тесной интеграцией по энергоснабжению).

[151] В некоторых вариантах реализации объединенный процесс ОСМ и получения метанола/MTO может иметь общую разделительную технологическую линию (например, криогенной перегонки). Благодаря такой синергии, объединенный процесс может обеспечивать достижение увеличения мощности на по существу том же оборудовании. В процессе MTO установка синтез-газа является наиболее капиталоемкой частью процесса. Для достижения идеального состава синтез-газа для синтеза метанола можно использовать комбинированный риформинг. В некоторых случаях комбинированный риформинг необходим для достижения мощности по метанолу более 5000 тонн в сутки (MTD) на одной технологической линии. В некоторых случаях можно использовать технологию конверсии олефинов (OCT), которая включает превращение C₄₊ в этилен и пропилен, для увеличения выхода легких олефинов по углероду.

[152] На фиг. 18 показано, что природный газ 1800 и кислород 1802 можно подавать в реактор 1804 ОСМ, необязательно с дополнительным C₂-C₄ сырьем 1806. Часть кислорода также можно подавать в метанольный процесс, например, в ATR или SMR 1808. Первый разделительный модуль 1810 может обеспечивать выделение легких газов 1812 (содержащих, например, CH₄, CO и H₂) из потока 1814 с повышенным содержанием этилена. Первый разделительный модуль необязательно должен обеспечивать получение чистого или обогащенного этилена. В некоторых случаях первый разделительный модуль содержат PSA. Разделительный модуль также может обеспечивать получение потока 1816 CO₂, который можно подавать в модуль 1818 синтеза MeOH. Затем MeOH подают в установку 1820 MTO для получения олефинов 1822. Олефины из процесса 1822 MTO из из процесса 1814 OCM можно объединять и выделять в модуле 1824 выделения олефинов. Модуль выделения олефинов может обеспечивать получение потока 1826 этиленового продукта, потока 1828 пропиленового продукта и топливного газа 1830. В некоторых случаях C₄₊ продукты можно подавать в технологическую установку 1832 конверсии олефинов для превращения в дополнительное количество этилена и пропилена, и в некоторых случаях в побочный продукт 1834.

[153] В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения олефинов, включающий: (a) подачу метана (CH₄) и кислорода (O₂) в реактор окислительного сочетания метана (ОСМ) с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, включая олефины, монооксид углерода (CO) и/или диоксид углерода (CO₂) и непрореагировавший CH₄; (b) обогащение CO и/или CO₂ из потока продуктов с получением потока с повышенным содержанием CO и/или CO₂; (c) подачу потока с повышенным содержанием CO и/или CO₂ в реактор MeOH с получением MeOH; (d) подачу по меньшей мере части MeOH в реактор превращения метанола в олефины (MTO) с получением второго потока олефинов; (e) обогащение непрореагировавшего CH₄ из потока продуктов с получением потока с повышенным содержанием CH₄; и (f) подачу по меньшей мере части потока с повышенным содержанием CH₄ в установку парового риформинга метана (SMR) с получением водорода (H₂) и CO и/или CO₂. В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает (g) выделение олефинов и потока продуктов и второго потока олефинов.

В другом аспекте настоящего изобретения предложена система для получения олефинов, содержащая: (a) реактор окислительного сочетания метана (OCM), в который (i) подают метан (CH₄) и кислород (O₂), и в котором (ii) приводят во взаимодействие CH₄ и O₂ с получением потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, включая олефины, монооксид углерода (CO) и/или диоксид углерода (CO₂) и непрореагировавший CH₄; (b) реактор MeOH, в который (i) подают CO и/или CO₂, обогащенный из потока продуктов, и в котором (ii) приводят во взаимодействие CO и/или CO₂ с получением MeOH; (c) реактор превращения метанола в олефины (MTO), в котором осуществляют превращение по меньшей мере части MeOH в олефины с получением второго потока олефинов; и (d) установку парового риформинга метана (SMR), в которую (i) подают непрореагировавший CH₄, обогащенный из потока продуктов, и в которой (ii) получают водород (H₂) и по меньшей мере один из монооксида углерода (CO) и CO₂ для реактора MeOH для получения MeOH. В некоторых вариантах реализации предложенная система дополнительно содержит разделительный модуль, обеспечивающий обогащение олефинов из потока продуктов и второго потока олефинов.

Процесс окислительного сочетания метана

[154] В процессе ОСМ метан (CH₄) можно приводить во взаимодействие с окислительным агентом над слоем катализатора с образованием соединений C₂₊. Например, метан можно приводить во взаимодействие с кислородом над подходящим катализатором с получением этилена, например, 2 CH₄ + O₂ → C₂H₄ + 2 H₂O (См., например, Zhang, Q., Journal of Natural Gas Chem., 12:81, 2003; Olah, G. “Hydrocarbon Chemistry”, изд. 2, John Wiley & Sons (2003)). Указанная реакция может быть экзотермической (ΔH = -280 кДж/моль) и может протекать при очень высоких температурах (например, >450°C или >700°C). Неселективные реакции, которые могут протекать, включают (a) CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O и (b) CH₄ + 1/2O₂ → CO + 2H₂. Указанные неселективные реакции также могут быть экзотермическими с тепловым эффектом реакции -891 кДж/моль и -36 кДж/моль, соответственно. Превращение метана в продукты COx может быть нежелательным вследствие проблем, связанных с регулированием количества тепла и эффективностью по углероду.

[155] Экспериментальные данные позволяют предположить участие свободно-радикального химического механизма. (Lunsford, J. Chem. Soc., Chem. Comm., 1991; H. Lunsford, Angew. Chem., Int. ред. англ., 34:970, 1995). В указанной реакции метан (CH₄) может активироваться на поверхности катализатора с образованием метильных радикалов, которые при спаривании на поверхности или в газовой фазе образуют этан (C₂H₆), с последующим дегидрированием до этилена (C₂H₄). Путь реакции ОСМ может иметь гетерогенный/гомогенный механизм, который подразумевает свободно-радикальную химию. В экспериментальных данных показано, что кислородный активный сайт на катализаторе активирует метан, отщепляет один атом водорода и создает метильный радикал. Метильные радикалы могут взаимодействовать в газовой фазе с образованием этана, который может подвергаться окислительному или неокислительному дегидрированию до этилена. Основные реакции в такой цепи могут быть следующими: (a) CH₄ + O^- → CH₃^* + OH^-; (b) 2 CH₃^* → C₂H₆; (c) C₂H₆ + O^- → C₂H₄ + H₂O. В некоторых случаях для улучшения выхода реакции после слоя катализатора ОСМ можно добавлять этан и осуществлять его термическое дегидрирование по следующей реакции: C₂H₆ → C₂H₄ + H₂. Такая реакция является эндотермической (ΔH = 144 кДж/моль), и для нее можно использовать теплоту экзотермической реакции, выделенную при конверсии метана. Объединение указанных двух реакций в одном реакторе может увеличивать тепловую эффективность, упрощая процесс.

[156] Катализаторы для ОСМ могут включать, например, различные формы оксида железа, V₂O₅, MoO₃, Co₃O₄, Pt-Rh, Li/ZrO₂, Ag-Au, Au/Co₃O₄, Co/Mn, CeO₂, MgO, La₂O₃, Mn₃O₄, Na₂WO₄, MnO, ZnO и/или их комбинации на различных подложках. В комбинации с вышеупомянутыми катализаторами можно использовать многочисленные легирующие элементы.

[157] Различные ограничения традиционного подхода к активации связи C-H могут ограничивать выход реакции ОСМ при практических условиях эксплуатации. Например, публикации из промышленных и академических лабораторий демонстрируют характерные особенности высокой селективности при низкой конверсии метана или низкую селективность при высокой конверсии (J.A. Labinger, Cat. Lett., 1:371, 1988). При таком ограниченном пределе конверсии/селективности, ни один катализатор ОСМ не может обеспечивать достижение объединенного выхода C₂ более 20-258% (т.е. этана и этилена). Кроме того, почти для всех описанных выходов необходимы чрезвычайно высокие температуры на входе в реактор (>800°С). Катализаторы и процессы, адаптированные для осуществления реакции ОСМ при значительно более осуществимых температурах, давлениях и активностях катализатора, описаны в публикациях патентов США № 2012/0041246, 2013/0023709, 2013/0165728, 2013/0158322, 2014/0121433, 2014/0274671 и 2015/0314267, полное содержание каждой из которых включено в настоящий документ посредством ссылки во всех отношениях.

[158] Реактор ОСМ может содержать катализатор, который способствует процессу ОСМ. Катализатор может включать соединение, содержащее по меньшей мере один из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, переходных металлов и редкоземельных металлов. Катализатор может быть в форме сот, упакованного слоя или псевдоожиженного слоя. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере часть катализатора ОСМ в по меньшей мере части реактора ОСМ может содержать один или более катализаторов ОСМ и/или наноструктурных композиций, форм и составов катализаторов ОСМ. Примеры реакторов ОСМ, выделения ОСМ и промышленных проектов ОСМ описаны в публикациях патентов США № 2013/0225884, 2014/0107385, 2014/0012053 и 2015/0152025, полное содержание каждой из которых включено в настоящий документ посредством ссылки во всех отношениях. Реактор ОСМ может быть адиабатическим или по существу адиабатическим (включая, например, установку термического пост-крекинга). Реактор ОСМ может быть изотермическим или по существу изотермическим.

[159] На фиг. 19 показано, что природный газ 1900 и этан 1902 можно подавать в процесс через модуль (или установку) 1904 десульфуризации, и можно вводить в модуль 1906 сжатия технологического газа, где можно удалять воду. В модуль 1906 сжатия технологического газа также можно подавать газообразный продукт ОСМ. Модуль 1908 очистки технологического газа может обеспечивать удаление диоксида углерода (CO₂), часть которого или весь можно использовать в модуле 1910 метанирования. После очистки технологический газ можно подавать в первый разделительный модуль 1912, в котором соединения C₂₊ удаляют из потока технологического газа. Оставшийся технологический газ можно подавать в модуль 1910 метанирования и/или пламенный нагреватель (например, для нагревания поступающих потоков 1914 газа ОСМ). Соединения C₂₊ можно фракционировать во втором разделительном модуле 1916 с получением, например, этилена (C₂H₄) 1918, C₃ соединений 1920 и C₄₊ соединений 1922. Второй разделительный модуль 1916 может обеспечивать получение потока 1926 этана (C₂H₆), который можно возвращать в реактор 1928 ОСМ. В реакторе 1928 ОСМ можно приводить во взаимодействие кислород 1930 с метаном из модуля 1932 метанирования. Системы внешнезаводского хозяйства (OSBL) могут включать паровую систему, систему подпиточной воды для котлов и систему охлаждающей воды.

[160] В реакторе ОСМ можно осуществлять реакцию ОСМ и реакцию термического пост-крекинга (PBC), как описано в публикации патента США № 2015/0152025, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. На фиг. 20 показано, что реактор 2000 ОСМ может содержать реакционную секцию 2002 ОСМ и секцию 2004 PBC. Метан 2006 (например, из природного газа) и кислород 2008 можно подавать (через смеситель) в реакционную зону ОСМ (которая содержит катализатор ОСМ). Реакция ОСМ может быть экзотермической, и теплоту реакции можно использовать для крекинга дополнительного количества этана 2010, который можно подавать в зону 2004 PBC. В некоторых случаях в реакционную зону 2002 ОСМ также можно подавать дополнительное количество этана 2012, и/или метановое сырье дополняют этаном или другими C₂₊ алканами (например, пропаном или бутаном). В реакторе ОСМ можно получать исходящий поток 2014 ОСМ.

[161] Относительное количество дополнительного этана 2010 и 2012 можно изменять для достижения требуемого диапазона выхода продуктов из системы. В некоторых случаях в реакционную зону 2002 ОСМ не вводят этан (обозначен случай-1). Другой пример, представленный в настоящем документе, включает 3,5% мол. этана, подаваемого в зону ОСМ (обозначен случай-2). Результаты работы некоторых технологических схем представлены в таблице 1.

[162] В некоторых случаях количество водорода (H₂), выходящего из реактора ОСМ, относительно выше для случаев подачи относительно большего количества этана (например, 8% H₂ для случая-1 и примерно 10% H₂ для случая-2). Количество этана, которое можно вводить, может быть ограничено требуемой температурой на выходе из реакционной зоны 2002 ОСМ или из реактора 2014 ОСМ.

[163] Метан можно объединять с потоком рециркуляции из последующих разделительных установок до или во время подачи в реактор ОСМ. В реакторе ОСМ метан можно приводить в каталитическое взаимодействие с окислительным агентом с получением соединений C₂₊. Окислительный агент может представлять собой кислород (O₂), который можно получать из воздуха или обогащенного воздуха. Кислород можно извлекать из воздуха, например, в криогенной установке разделения воздуха.

[164] Для осуществления реакции ОСМ в комплексе с некоторыми каталитическими системами может потребоваться доведение метана и кислородсодержащих газов до соответствующей температуры реакции, например, для некоторых каталитических процессов ОСМ до более 450°С, до их введения в катализатор для инициации реакции ОСМ. После начала или «пуска» реакции теплота реакции может быть достаточна для поддержания температуры реактора на требуемом уровне. Альтернативно или дополнительно, указанные процессы можно эксплуатировать при давлении выше атмосферного давления, например, от примерно 1 до 30 бар (абс.).

[165] После их образования, соединения C₂₊ можно подвергать дальнейшей переработке с получением одного или более требуемых или иным образом заранее определенных химических соединений. В некоторых ситуациях алкановые компоненты соединений C₂₊ подвергают крекингу в реакторе ОСМ или в реакторе, расположенном после реактора ОСМ, с получением других соединений, таких как алкены (или олефины). См., например, публикацию патента США № 2015/0152025, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

[166] Исходящий поток ОСМ можно охлаждать после осуществления превращения в этилен. Охлаждение можно осуществлять в определенной части реактора ОСМ и/или после реактора ОСМ (например, используя по меньшей мере примерно 1, 2, 3, 4, 5 или более теплообменников). В некоторых случаях теплообменник представляет собой парогенератор-рекуператор (HRSG), такой как устройство, описанное в настоящем документе. Достаточно быстрое охлаждение исходящего потока ОСМ до достаточно низкой температуры может предотвращать протекание нежелательных реакций в исходящем потоке ОСМ, включая, но не ограничиваясь этим, образование кокса или других побочных продуктов.

[167] В некоторых вариантах реализации исходящий поток ОСМ охлаждают до требуемой температуры менее или ровно примерно 700°C, 650°C, 600°C, 550°C, 500°C, 450°C, 400°C, 350°C, 300°C, °C, 200°C или менее. В некоторых случаях исходящий поток ОСМ охлаждают до требуемой температуры в течение менее или ровно примерно 1 секунды, 900 миллисекунд (мс), 800 мс, 700 мс, 600 мс, 500 мс, 400 мс, 300 мс, 200 мс, 100 мс, 80 мс, 60 мс, 40 мс, 20 или менее с получением требуемой или иным образом заранее заданной концентрации соединения (например, этилена) в реакции ОСМ.

[168] В некоторых ситуациях в системе ОСМ получают этилен, который можно подвергать дополнительной переработке с получением различных углеводородов с применением одного или более процессов (или систем) конверсии. Такой процесс может быть частью технологического потока превращения этилена в жидкие продукты (ETL), включающего один или более реакторов ОСМ, разделительных установок и одного или более процессов конверсии для получения более высокомолекулярных углеводородов. Процессы конверсии можно интегрировать переключаемым или настраиваемым образом, так что по меньшей мере часть или весь этиленсодержащий продукт можно селективно подавать в по меньшей мере примерно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более различных технологических потоков с получением такого же количества различных углеводородных продуктов. Пример ОСМ и ETL (в данном контексте обобщенное «OCM-ETL») представлен в публикации патента США № 2014/0171707, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

[169] В одном аспекте настоящего изобретения предложены процессы ОСМ, выполненные с возможностью получения олефинов (или алкенов), таких как этилен, пропилен (или пропен), бутилены (или бутены) и т.д. Процесс ОСМ может представлять собой отдельный процесс, или он может быть интегрирован в не-ОСМ процесс, такой как система переработки сжиженного природного газа (СПГ или NGL) или газа.

[170] Далее сделана ссылка на графические материалы, где подобные числовые обозначения относятся к подобным элементам. Следует понимать, что фигуры и отличительные признаки, изображенные на них, необязательно представлены в масштабе. На приведенных фигурах направление потока текучей среды между установками показано стрелками. Текучую среду можно подавать из одной установки в другую с помощью клапанов и гидродинамической системы. В некоторых примерах гидродинамическая система может содержать компрессоры и/или насосы, а также систему управления для регулирования потока текучей среды, как описано в настоящем документе.

[171] В некоторых случаях технологическое оборудование масштабируют для соответствия количеству дополнительного этана, поэтому указанный процесс является гибким. Например, в указанный