用于生产聚乙烯的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明公开的主题涉及用于由甲烷生产聚乙烯的系统和方法。
【背景技术】
[0002]聚乙烯是通常用于包装的重要的工业聚合物。用于生产聚乙烯的一种方法是通过甲烷氧化偶联。在该方法中，可以从气相中的乙烯中分离甲烷;然而，这种分离是需要低温冷却和压缩-解压循环以实现高压和低温的必要分离条件的高能量消耗过程。此外，甲烷氧化偶联可以具有相对低的甲烷转化率，使得该方法是不经济的。
[0003]因此，本领域仍需要不需从乙烯高成本分离未反应的甲烷的用于生产聚乙烯的技术。
【发明内容】
[0004]本发明公开的主题提供了用于由甲烷生产聚乙烯的系统和方法。在一个实施方式中，公开的实例性方法提供了接收包括甲烷和氧的第一进料。在第一氧化催化剂存在下进行第一反应，以生产包括甲烷、乙烯、氢、乙烷、丙烷、丙烯、一氧化碳、二氧化碳和水的第一产物。在第二催化剂存在下进行第二反应，以生产包括甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳和水的第二产物。基本上全部的乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳和水均分离自第二产物。将包括氧和从第二产物分离的乙烷的第二进料接收，并且与第一反应同时进行反应。进行第三反应以生产包括聚乙烯和排出甲烷(vented methane)的第三产物。将排出甲烷返回至第一进料。
[0005]根据公开的主题的另一个实施方式，提供了用于生产聚乙烯的系统。在一个实施方式中，公开的实例性系统包括入口线(inlet line)以进料第一反应器。将连接至入口线的第一反应器配置为在第一氧化催化剂存在下进行反应，以生产包括甲烷、乙烯、氢、乙烷、丙烷、丙烯、一氧化碳、二氧化碳和水的第一产物。该系统还包括连接至第一反应器的第一进料线(feed line)，以进料第一产物。将连接至第一进料线的第二反应器配置为在第二催化剂存在下进行反应以生产包括甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳和水的第二产物。该系统还包括出口线(outlet line)，以从第二产物中分离乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳和水。该系统进一步包括第二进料线，以将氧和从第二产物分离的乙烷进料至第一反应器。该系统进一步包括第三进料线以将来自第二产物的甲烷和乙烯进料至第三反应器。将连接至第三进料线的第三反应器配置为进行反应以生产包括聚乙烯的第三产物。该系统还包括连接至第三反应器的第二出口线，以使得甲烷从第三反应器排出。配置第二出口线以使从第三反应器排出的甲烷返回至第一进料。
[0006]在下文中将更详细的描述这些或其他特征和特点。
【附图说明】
[0007]图1是根据公开的主题的一个非限制性示例性实施方式描述了用于生产聚乙烯的示例性方法的示意图。
[0008]图2示出了根据公开的主题的一个非限制性示例性实施方式用于生产聚乙烯的示例性系统。
[0009]图3是根据公开的主题的一个非限制性示例性实施方式描述了用于分离乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳和水的方法的示意图。
[0010]图4是气相流化床反应器的示意图。
【具体实施方式】
[00??] 本发明公开的主题提供了使用联合方法(integrated process)由甲烧产生聚乙烯的系统和方法。为了说明而非限制的目的，图1是根据公开的主题的实施方式用于生产聚乙烯的示例性多步方法的示意图，且图3是根据公开的主题的实施方式用于分离乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳、和水的方法的示意图。如图1所示，该方法包括将包括甲烷和氧的第一进料101进料到第一反应器102内。在第一进料101中甲烷和氧的比例可以是约2:1至约5:1。第一进料101的空速可以具有约3600小时的倒数(inverse hours，h—工)至约36000h—1的范围。可以在大气压下进料第一进料101。在一个实施方式中，将从天然气分离之后的甲烷进料与从空气分离的氧进料混合。可以使用任何已知的方法实施甲烷从天然气中的分离和氧从空气中的分离。使用本领域普通技术人员已知的任何合适的方法可以将第一进料101引入至第一反应器102内。第一反应器102可以是任何合适的反应器诸如固定床、流化床或移动床反应器，包括绝热固定床反应器(adiabatic fixed bed reactor) ο
[0012]该方法还包括在第一氧化催化剂存在下在第一反应器102中进行反应，以生产包括甲烷、乙烯、氢、乙烷、丙烷、丙烯、一氧化碳、二氧化碳和水的第一产物。第一反应器102中的反应可以是甲烷氧化偶联并且可以在约700°C至约950°C的温度下进行。例如，可以在约800°C至约850°C的温度下进行第一反应器102中的反应。在一个实施方式中，第一氧化催化剂包括钠锰氧化物类混合的二氧化硅化合物，尽管在可以使用本领域已知的任何合适的催化剂诸如Sr/La203催化剂。
[0013]如图1所示，该方法还包括将第一产物103和氧108进料至第二反应器104，并在第二催化剂存在下在第二反应器中进行反应以生产包括甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳和水的第二产物105。可以在约100°C至约200°C的温度下进行第二反应器104中的反应。第二反应器可以是任何合适的反应器，诸如固定床反应器，其可以在约180°C至约200°C的温度下操作。接触时间可以是约0.5至约I秒，其中第一产物103与氧108的进料比例为约4:1至约4.5:1。第二反应器104中的反应可以从第一产物中去除一氧化碳，一氧化碳对于第三反应器114中的反应可以是不利的。这也减小了从下游甲烷/乙烯产物中去除一氧化碳的蒸馏的能量消耗和资金成本。例如，第二反应器中的反应可以将在第一产物103中存在的一氧化碳和氢转化为二氧化碳和水。在一个实施方式中，第二催化剂包括贵金属类化合物，尽管可以使用本领域已知的任何合适的催化剂诸如选自由Pt/Al203、Cu0/Mg0、Pt/Ti02、和CuO/T12组成的族中的一种或多种催化剂。
[0014]如图1所示，该方法还包括通过出口线106可以在大气压下从第二产物105中分离乙烷、丙烷、乙烯、二氧化碳和水。为了简洁的目的，虽然示出了一条出口线206，然而该系统可以包括多条出口线。例如，分离出口线可以用于I)水、2)二氧化碳、以及3)丙烷和丙烯，如来自各个分离单元的出口(如图3中所示，在分离单元319和320中)。如图3所示，第二产物105可以首先分别进料318至水和二氧化碳分离单元319和320，并且然后进料321至乙烷、丙烷和丙烯分离单元322。例如，水和二氧化碳分离单元可以包括任何已知的分离方法。例如可以使用胺法去除二氧化碳，以及通过在约2兆帕斯卡(MPa)下冷却和压缩反应产物至室温，然后使用干燥器来去除水。乙烷、丙烷和丙烯分离单元322可以包括蒸馏柱和乙烯/丙烯冷藏箱(refrigerat1n box)。该方法还可以包括用于分离乙烧的乙烧分离单元323以如下文更详细描述地将其返回至第一反应器102并将C3+送至分离系列324。
[0015]该方法还包括将从氧109和第二产物105分离的乙烷107进料至第一反应器102的下部(down part)。在一个实施方式中，第一反应器102可以是固定床反应器，其可以配置为注入额外的乙烧进料107和氧109至反应器的下部(lower port1n)。这样，在第一反应器102的顶部(top port1n)转化甲烷和形成产物之后，可以将乙烷进料107和氧109加入以将第一反应器102的下部中的大部分乙烷转化为乙烯。可替代地，第一反应器102可以包括用于将来自第一进料101的甲烷转化的第一床和用于乙烷转化的第二床。这些配置使得同时地利用乙烷和增加反应器102的第一产物103中乙烯的浓度。
[0016]如图1所示，该方法还包括将来自第二产物的甲烷和乙烯113进料至第三反应器114，在第三反应器114中进行反应以生产包括聚乙烯的第三产物110，从而使得甲烷从第三反应器114排出115，并且使从第三反应器114排出的甲烷116返回至第一进料101。第三反应器114中进行的反应可以是聚合反应。如图4所示，为了说明而非限制的目的，第三反应器114可以是气相流化床反应器414，将来自第二产物的甲烷和乙烯进料413至气相流化床反应器414。这减少了分离甲烷和乙烯(作为分离产物)的蒸馏的能量消耗和资金成本。在反应器中，气态单体、共聚单体和催化剂可以结合以生产干式共聚单体树脂。该树脂与未报废的催化剂以及可能的聚合物薄片和块(c