Способ отделения конденсированной жидкости от потока олефина

Способ отделения конденсированной жидкости от потока олефина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу отделения конденсированной воды и унесенных твердых частиц из потока олефина. Конкретно, настоящее изобретение представляет собой способ формирования и отделения олефиновой фракции от потока олефина, полученного при контактировании оксигената с молекулярно-ситовым катализатором на основе алюмофосфата металла с получением потока олефина.

Предпосылки создания изобретения

Олефины традиционно получают из нефтяного сырья в процессе каталитического или парового крекинга. Эти процессы крекинга, особенно паровой крекинг, приводят к получению олефинов, например, этилена и/или пропилена из разнообразного углеводородного сырья. Этилен и пропилен являются важными товарными нефтепродуктами, которые применяют во многих процессах для производства пластмасс и других химических соединений. Этилен применяют для получения различных полиэтиленовых пластмасс, а также при получении других химических продуктов, например, винилхлорида, оксида этилена, этилбензола и спирта. Пропилен применяют для получения различных полипропиленовых пластмасс, а также при получении других химических продуктов, например, акрилонитрила и оксида пропилена.

В нефтехимической промышленности с некоторых пор известно, что оксигенаты, конкретно спирты, можно превратить в легкие олефины. Этот процесс называют процессом оксигенат-в-олефин, или ОВО. Обычно предпочтительным оксигенатом для получения легкого олефина является метанол. Процесс превращения метанола в олефины называют процессом метанол-в-олефины, или МВО.

Существуют многочисленные технологии, пригодные для получения оксигенатов, и конкретно метанола, включая ферментацию или реакцию синтез-газа, полученного из природного газа, нефтяных жидкостей, углеродных материалов, включая уголь, вторичные пластмассы, бытовые отходы или любой другой органический материал. Наиболее распространенный способ получения метанола представляет собой двухстадийный процесс превращения природного газа в синтез-газ. Затем синтез-газ превращают в метанол.

Обычно получение синтез-газа включает реакцию сжигания природного газа, в основном метана, с участием источника кислорода, с получением водорода, монооксида углерода и/или диоксида углерода. Процессы получения синтез-газа хорошо известны и включают обычный паровой реформинг, автотермический реформинг или их комбинацию.

Затем синтез-газ перерабатывают в метанол. Конкретно, компоненты синтез-газа (т.е. водород, монооксид углерода и/или диоксид углерода) вступают в каталитическую реакцию в реакторе синтеза метанола в присутствии гетерогенного катализатора. Например, в одном способе метанол получают с использованием катализатора медь/оксид цинка в охлаждаемом водой трубчатом реакторе синтеза метанола.

Затем метанол превращают в олефиновый продукт в процессе метанол-в-олефины. Реакция метанол-в-олефины сильно экзотермическая и приводит к получению большого количества воды. Вода составляет примерно половину от общей массы выходящего из реактора потока или потока вывода. Следовательно, воду необходимо удалять посредством конденсации в устройстве для закалки, с целью отделения олефинового продукта. Применение закалочного устройства является одним из способов осуществления такого отделения.

Отходящий поток из реактора процесса оксигенат-в-олефин также содержит побочные продукты, включающие кислородсодержащие побочные продукты, например, органические кислоты, альдегиды, высшие спирты и/или кетоны. Диоксид углерода также является побочным продуктом реакции оксигенат-в-олефин. Более того, в зависимости от рабочих условий возможно также присутствие непрореагировавшего метанола в потоке продукта, выходящего из процесса оксигенат-в-олефин. Также, в выходящем потоке из реакции оксигенаты-в-олефины могут присутствовать мелкие фракции или частицы катализатора.

Засорение в процессе закаливания само по себе приводит к снижению эффективности общего процесса оксигенаты-в-олефины и процесса закаливания. Снижение засорения привело бы к повышению эффективности процесса посредством снижения интервалов времени между остановками процесса. Более того, желательна частичная нейтрализация органических кислот и снижение коррозии оборудования.

В патентах US 6482998 и 6121504 описан процесс оксигенат-в-олефин, который включает закалочную башню для удаления воды, полученной в реакторе оксигенат-в-олефин. Непрореагировавшее оксигенатное сырье (обычно метанол), которое представляет собой жидкость при условиях закаливания, удаляют из закалочной башни в виде тяжелой фракции продукта. Непрореагировавшее оксигенатное сырье отделяют от воды, содержащейся в закалочной среде, в ректификационной колонне.

В патенте US 6403854 и в WO 03/104170 A1 описано двухстадийное отмывание твердых веществ и закаливание для использования в процессе конверсии оксигенатов, в котором мелкие фракции катализатора удаляют из отходящего потока на первой стадии закаливания. Отстой из закалочного устройства включает воду, спирты, кетоны и нейтрализованные органические кислоты, температура кипения которых выше температуры кипения воды. Закалочная среда представляет собой частью закалочного отстоя, который смешали с нейтрализующим потоком и очищенным водяным потоком. Следовательно, при этом можно нейтрализовать кислоты, например, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, масляную кислоту и пропановую кислоту. Нейтрализующим материалом может служить каустик, амины или аммиак.

В патенте US 6459009 описан двухстадийный процесс в закалочной башне, предназначенный для удаления примесей из перегретого потока, отходящего из реактора, входящего в комплекс для конверсии оксигенатов. Патент дополнительно описывает применение нейтрализующего материала с целью нейтрализации любой органической кислоты, присутствующей в отходящем потоке.

В патентной публикации US 2005/0234281 А1 описан процесс каталитической конверсии потока сырья, содержащего оксигенат, в легкие олефины с применением ожиженной зоны конверсии и относительно дорогого катализатора, находящегося в ожиженном слое, и содержащего молекулярное сито ELAPO, с выделением и повторным использованием частиц катализатора, загрязняющих отходящий из зоны конверсии поток продуктов.

В патентной публикации US 2006/0149111 А1 описан способ превращения оксигената в олефины в реакторе с ожиженном слое, который включает удаление мелких фракций катализатора из закаленного парообразного отходящего потока путем контактирования с жидкостью, содержащей мало мелких фракций катализатора, например, оксигенатного сырья, или побочно образующейся в процессе превращения оксигенатов в олефины воды, которую очищают от углеводородов и/или фильтруют. Этот процесс обычно включает следующие стадии: контактирование сырья, включающего оксигенат, с катализатором, содержащим молекулярное сито, при условиях, эффективных для получения дезактивированного катализатора, содержащего углеродные отложения, и продукта, включающего олефины; отделение дезактивированного катализатора от продукта с получением отделенного парообразного продукта, который содержит катализаторную мелочь; закаливание отделенного парообразного продукта с жидкой средой, содержащей воду и катализаторную мелочь, в количестве, достаточном для образования легкой фракции продукта, включающей легкие олефины и мелкие фракции катализатора, и тяжелой фракции продукта, включающей воду, более тяжелые углеводороды и катализаторную мелочь; обработка легкой фракции продукта контактированием с жидкостью, практически не содержащей катализаторной мелочи, с целью получения легкой фракции продукта, содержащей сниженное количество мелкой фракции катализатора, и жидкой фракции с повышенным содержанием мелкой фракции катализатора; сжатие легкой фракции продукта, содержащей сниженное содержание катализаторной мелочи; и выделение легких олефинов из сжатой (компримированной) легкой фракции продукта.

Несмотря на существующие улучшения в технологии, относящиеся к удалению примесей из потоков олефинов, необходимы дальнейшие улучшения в процессе отделения конденсированной воды и захваченных твердых частиц из потока олефина. Конкретно, необходим поиск таких систем, в которых засорение значительно снижено или вообще не происходит.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает возможность отделения конденсированной воды и захваченных твердых частиц из потока олефина при существенном снижении или полном предотвращении засорения. Конкретно, настоящее изобретение обеспечивает значительное снижение засорения в закалочных системах в реакционных системах реакции оксигенат-в-олефины.

В соответствии с одним из аспектов изобретения, обеспечивается способ получения и отделения олефиновой фракции. В одном из предпочтительных вариантов олефиновая фракция обеспечивается при контактировании оксигената с металлалюмофосфатным молекулярно-ситовым катализатором с получением потока олефина.

Поставляемый или образованный поток олефина предпочтительно охлаждают в закалочной системе. В закалочной системе образуются первая фракция, включающая олефин, и вторая фракция, включающая конденсированную воду и захваченную фракцию катализатора (т.е. фракцию, которая содержит и конденсированную воду, и захваченные твердые частицы). Предпочтительно закалочная система включает поверхностную структуру, и по меньшей мере часть поверхностной структуры контактирует с конденсированной водой. Захваченные твердые частицы могут включать неорганические оксиды, например, молекулярно-ситовой катализатор. В целом, твердые вещества находятся в виде частиц.

В одном из предпочтительных вариантов агент, предотвращающий засорение, впрыскивают в закалочную систему в количестве, необходимом для поддержания дзета-потенциала захваченного катализатора в конденсированной воде и эффективного дзета-потенциала поверхности закалочной системы, контактирующей с конденсированной водой, так, чтобы для обеих систем дзета-потенциал был положительным или для обеих систем отрицательным. По меньшей мере часть второй фракции, содержащей конденсированную воду и захваченный катализатор, отделяют от олефиновой фракции.

В другом предпочтительном варианте дзета-потенциал захваченного катализатора в конденсированной воде и эффективный дзета-потенциал поверхности закалочной системы, контактирующей с конденсированной водой, оба имеют абсолютную величину, составляющую 2 мВ. Предпочтительно дзета-потенциал захваченного катализатора в конденсированной воде и эффективный дзета-потенциал поверхности закалочной системы, контактирующей с конденсированной водой, оба имеют величину по меньшей мере +2 мВ.

В одном предпочтительных вариантов настоящего изобретения агент, предотвращающий засорение, представляет собой агент, воздействующий на поверхность. Предпочтительно агент, воздействующий на поверхность, включает кислоту, основание или модификатор поверхности. В конкретном предпочтительном варианте агент, воздействующий на поверхность, представляет собой кислоту или основание, и кислоту или основание вводят в закалочную систему в количестве достаточном для поддержания pH закалочной системы в интервале от 4 до 6. Альтернативно агент, предотвращающий засорение, вводят в закалочную систему в количестве, достаточном для поддержания pH конденсированной воды и захваченной фракции катализатора на уровне менее 6 или более 8.

В одном из предпочтительных вариантов закалочная система включает по меньшей мере один закалочный сосуд и циркуляционную систему, находящуюся в трубопроводном соединении с закалочным сосудом. В конкретном предпочтительном варианте циркуляционная система включает по меньшей мере один насос и по меньшей мере один охладительный сосуд. Предпочтительно агент, предотвращающий засорение, вводят в закалочный сосуд, циркуляционную систему или в оба места.

В одном из предпочтительных вариантов частицы катализатора включают кремнийалюмофосфатное молекулярное сито. В конкретном предпочтительном варианте поток олефина подается из устройства, в котором оксигенат контактирует с металлалюмофосфатным молекулярно-ситовым катализатором с получением потока олефина.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ получения и отделения олефина, который включает стадию контактирования оксигената с металлалюмофосфатным молекулярно-ситовым катализатором с получением потока олефина. Поток олефина охлаждают в закалочной системе с получением первой фракции, включающей олефин, и второй фракции, включающей конденсированную воду и захваченный катализатор.

В одном из предпочтительных вариантов захваченный катализатор в конденсированной воде имеет первую изоэлектрическую точку (ИЭТ), а закалочная система составлена поверхностной структурой, находящейся в контакте с конденсированной водой, и имеющей вторую ИЭТ. Предпочтительно агент, предотвращающий засорение, впрыскивают в закалочную систему в количестве, необходимом для поддержания величины pH второй фракции, включающей конденсированную воду и захваченный катализатор, на таком уровне, который (1) выше наиболее высокой из первой и второй ИЭТ, или (2) ниже наиболее низкой из первой и второй ИЭТ.

В еще одном предпочтительном варианте поверхность включает гамма-Fe₂O₃, а вторая ИЭТ составляет 7,9. В другом особенно предпочтительном варианте поверхность включает Fe₃O₄, а вторая ИЭТ составляет 8,2.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, первая ИЭТ находится в интервале от примерно 5,6 до примерно 5,9, а вторая ИЭТ в интервале от примерно 7,5 до примерно 8,5. Предпочтительно агент, предотвращающий засорение, включает кислоту или основание и вводится в количестве, необходимом для поддержания pH второй фракции, включающей конденсированную воду и захваченный катализатор, на уровне менее 5,6. Альтернативно агент, предотвращающий засорение, включает основание и вводится в количестве, необходимом для поддержания pH второй фракции, включающей конденсированную воду и захваченный катализатор, на уровне более 8,5.

В другом аспекте настоящего изобретения закалочная система включает содержащую оксид железа поверхностную структуру, кислоту или основание вводят в закалочную систему в количестве, необходимом для поддержания pH закалочной системы в интервале от 4 до 6, и по меньшей мере часть второй фракции, включающей конденсированную воду и захваченный катализатор, отделяют от первой фракции, включающей олефин. Предпочтительно основание вводят в закалочную систему. Оксид железа предпочтительно находится в виде гамма Fe₂O₃ или Fe₃O₄, и закалочная система включает по меньшей мере один закалочный сосуд и циркуляционную систему, находящуюся в трубопроводном соединении с закалочным сосудом. Циркуляционная система предпочтительно включает по меньшей мере один насос и по меньшей мере один охлаждаемый сосуд, а агент, предотвращающий засорение, предпочтительно вводят в закалочный сосуд, циркуляционную систему или оба места.

Подробное описание изобретения

1. Отделение конденсированной воды и захваченного твердого вещества от потока олефина

Настоящее изобретение направлено на создание способа отделения конденсированной воды и захваченных твердых веществ от потока олефина так, чтобы засорение сепарационного оборудования захваченными твердыми веществами снижалось или исключалось. Способ включает ввод агента, предотвращающего засорение, в систему конденсирования воды или в закалочную систему в количестве, необходимом для поддержания дзета-потенциала загрязненной жидкости (т.е. конденсированной жидкости, например воды, и любых захваченных ею твердых веществ или частиц катализатора), а также дзета-потенциала поверхности закалочной системы в присутствии конденсированной жидкости таким, чтобы оба дзета-потенциала имели положительные значения, или оба имели отрицательные значения.

Дзета-потенциал вещества представляет собой электрический потенциал между сдвигающейся или скользящей относительно всей жидкости поверхностью двойного электрического слоя на твердой поверхности, находящейся в жидкости, и объемом жидкости, окружающей твердую поверхность. Дзета-потенциал зависит от состава и геометрии поверхности, а также от любых адсорбированных на поверхности частиц. В соответствии с настоящим изобретением, дзета-потенциал измеряют в суспензии вещества, дзета-потенциал которого необходимо измерить, с применением акустического и электроакустического спектрометра. Предпочтительными являются акустический и электроакустический спектрометр модели DT-1200 фирмы Dispersion Technology, Inc., Бедфорд Хиллс, Нью-Йорк. Способ измерения дзета-потенциала в соответствии с настоящим изобретением приведен ниже.

Вначале, до измерения любых дзета-потенциалов, прибор калибруют. Калибровку проводят для pH, проводимости и дзета-потенциала. pH калибруют с применением трех стандартных растворов, имеющий pH 4,0, 7,0 и 10,0. Проводимость калибруют с применением 0,1М раствора KCl. Калибровку по дзета-потенциалу проводят с применением 10 мас.% коллоидного раствора оксида кремния Ludox TM-50 (поставщик Sigma Aldrich Inc., Сент-Луис, Монтана), разбавленного 0,01М раствором KCl, для этого раствора дзета-потенциал составляет -38 мВ, ±1 мВ. Размер частиц коллоидного оксида кремния составляет 20 нм. Калибровочный стандарт готовят заново перед каждым использованием.

Суспензии образцов для измерений содержат обычно от 1,5 до 5 мас.% частиц образца. Например, суспензии загрязнителей готовили диспергированием загрязнителя, удаленного из фильтрационного устройства. В зависимости от состояния образца могут потребоваться средства, облегчающие диспергирование, например, смешивание или перемешивание со сдвиговым усилием, с целью получения однородной и стабильной суспензии.

Обычно измерения проводят в широком интервале pH. Эта методика приводит к определению изоэлектрической точки (ИЭТ). pH регулируют добавлением соляной кислоты с целью понижения pH или добавлением гидроксида калия с целью повышения pH. Добавление осуществляют в автотитраторе, который регулируется программным обеспечением прибора DT-1200. Степень изменения pH контролируют определением числа измерительных точек в интересующем исследователя интервале pH. Обычно выбирают от 7 до 21 точки для интервала pH от 2 до 12 (примерно 0,5 единиц pH на одну измерительную точку). В процессе измерения суспензия циркулирует в устройстве. Циркуляция обеспечивает однородную дисперсность образца и перемешивание.

Захваченные твердые вещества и частицы катализатора могут представлять собой цельные частицы катализатора или их части, полученные при истирании или другими способами. В процессе реакции оксигенат-в-олефин органические вещества могут адсорбироваться на поверхности частиц. При конденсации жидкого потока в закалочной системе некоторые вещества в составе частиц могут растворяться с образованием ионных частиц в конденсированной жидкости.

В соответствии с настоящим изобретением, поддержание обоих дзета-потенциалов - и загрязненной жидкости, и поверхности закалочной системы - в положительном интервале или в отрицательном интервале снижает или исключает засорение. То есть на поверхности закалочной системы собирается мало или вообще не собираются твердые материалы, содержащиеся в загрязненной жидкости.

2. Потоки олефинов, которые подвергают отделению от жидкостей, способных к конденсации

Настоящее изобретение применимо к отделению олефинов, конкретно легких олефинов, например, этилена, пропилена и бутилена, от соединений с более высокой температурой кипения. Оно применимо конкретно для отделения олефинов от потоков олефинов, содержащих олефин, конкретно легкие олефины, от воды, которая содержит твердые частицы, конкретно такие твердые частицы, как частицы катализатора.

В целом, обеспечивается поток олефинов, который содержит олефин, воду и твердые частицы, причем твердые частицы предпочтительно являются частицами катализатора. Поток олефина охлаждают, предпочтительно в закалочной системе, с получением фракции олефина и конденсированной воды, а также захваченного твердого вещества или фракции частиц катализатора.

Поток олефина можно подавать из любого источника. В особенно предпочтительном варианте олефин получают контактированием оксигената с молекулярно-ситовым катализатором. Оксигенат включает по меньшей мере одно органическое соединение, которое содержит по меньшей мере один атом кислорода, например, алифатические спирты, простые эфиры или карбонильные соединения (альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, карбонаты, сложные эфиры и тому подобные). Если оксигенат представляет собой спирт, он содержит предпочтительно от 1 до 10 атомов углерода, более предпочтительно от 1 до 4 атомов углерода. Представительные спирты включают, но не обязательно ограничиваются ими, низшими линейными и разветвленными алифатическими спиртами и их ненасыщенными аналогами. Примеры подходящих оксигенатных соединений включают, но не ограничиваются ими: метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, С₄-С₁₀спирты, метилэтиловый эфир, диметиловый эфир, диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, формальдегид, диметилкарбонат, диметилкетон, уксусную кислоту, а также их смеси. Предпочтительными оксигенатными соединениями являются метанол, этанол, диметиловый эфир или их смеси.

Молекулярные сита, способные превращать оксигенат в олефиновое соединение, включают цеолиты, а также не цеолитные системы, имеющими структуру с крупными, средними или мелкими порами. Однако мелкопористые молекулярные сита являются предпочтительными в одном из предпочтительных вариантов настоящего изобретения. В настоящем описании считают, что мелкопористые молекулярные сита имеют размер пор меньше или равный 5,0 ангстрем. Обычно подходящие катализаторы имеют размер пор, составляющий от примерно 3,5 до примерно 5,0 ангстрем, предпочтительно от примерно 3,5 до примерно 4,8 ангстрем, и наиболее предпочтительно от примерно 3,5 до примерно 4,6 ангстрем.

Цеолиты включают материалы, содержащие оксид кремния и необязательно оксид алюминия, а также материалы, в которых оксид кремния и оксид алюминия замещены полностью или частично другими оксидами. Например, часть, составленную оксидом кремния, могут замещать оксид германия, оксид олова и их смеси. Часть, составленную оксидом алюминия, могут замещать оксид бора, оксид железа, оксид галлия, оксид индия и их смеси. Если не указано иное, в настоящем описании под выражением «цеолит» и «цеолитный материал» понимают не только материалы, содержащие атомы кремния и, необязательно, атомы алюминия в кристаллической структуре цеолита, но также и материалы, которые содержат подходящие атомы, замещающие эти атомы кремния и алюминия.

Одним из видов катализатора получения олефинов, способного производить большие количества этилена и пропилена, является кремнийалюмофосфатное (SAPO) молекулярное сито. Кремнийалюмофосфатные молекулярные сита обычно относят к микропористым материалам, содержащим 8-, 10- или 12-членные кольцевые структуры. Эти кольцевые структуры могут иметь средний размер пор, меняющийся от примерно 3,5 до примерно 15 ангстрем. Предпочтительными являются мелкопористые молекулярные сита SAPO, средний размер пор которых меньше или равен примерно 5 ангстрем, предпочтительно средний размер пор составляет от примерно 3,5 до примерно 5 ангстрем, более предпочтительно от примерно 3,5 до примерно 4,2 ангстрем. Эти размеры пор типичны для молекулярных сит, содержащих 8-членные кольца.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов, можно также использовать в реакциях процесса оксигенат-в-олефин замещенные SAPO. Эти соединения обычно известны как MeAPSO, или металлсодержащие кремнийалюмосиликаты. Металл может представлять собой ионы щелочных металлов (группа IA), ионы щелочно-замельных металлов (группа IIA), ионы редкоземельных металлов (группа IIIB, включая лантаноиды: лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций, а также скандий или иттрий), и дополнительные катионы переходных металлов групп IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB и IB.

Предпочтительно Me представляет атомы, например, Zn, Mg, Mn, Co, Ni, Ga, Fe, Ti, Zr, Ge, Sn и Cr. Эти атомы могут быть введены в тетраэдрическую структуру посредством тетраэдрических единиц [MeO₂]. Тетраэдрические единицы [МеО₂] несут суммарный электрический заряд в зависимости от валентного состояния металла-заместителя. Если металлический компонент имеет валентное состояние +2, +3, +4, +5 или +6, итоговый электрический заряд составляет от -2 до +2. Введение металлического компонента обычно осуществляют путем прибавления металлического компонента во время синтеза молекулярного сита. Однако можно также применять ионный обмен после синтеза. При таком обмене после синтеза металлический компонент будет поставлять катионы в ионообменные положения открытой поверхности молекулярного сита, но не в саму каркасную структуру.

Подходящие кремнийалюмофосфатные молекулярные сита включают SAPO-5, SAPO-8, SAPO-11, SAPO-16, SAPO-17, SAPO-18, SAPO-20, SAPO-31, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-36, SAPO-37, SAPO-40, SAPO-41, SAPO-42, SAPO-44, SAPO-47, SAPO-56, их металлсодержащие формы и их смеси. Предпочтительными являются SAPO-18, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-44 и SAPO-47, конкретно SAPO-18 и SAPO-34, включая их металлсодержащие формы и их смеси. В настоящем описании выражение «смеси» является синонимом выражения «комбинации», оно означает композицию веществ, содержащую два или более компонентов в различных соотношениях, независимо от их физического состояния.

В состав каталитической композиции можно также включать алюмофосфатное молекулярное сито (ALPO). Алюмофосфатные молекулярные сита представляют собой кристаллические микропористые оксиды, которые могут обладать структурой AlPO₄. Они могут содержать дополнительные элементы внутри структуры, обычно имеют однородные размеры пор, составляющие от примерно 3 до примерно 10 ангстрем, и способны производить селективное разделение молекул по размерам. Описано более двух дюжин структурных типов, включая топологические аналоги цеолитов. Предпочтительными структурами ALPO являются ALPO-5, ALPO-11, ALPO-18, ALPO-31, ALPO-34, ALPO-36, ALPO-37 и ALPO-46.

Молекулярные сита ALPO могут также включать в структуру металлические заместители. Предпочтительно металл выбирают из группы, включающей магний, марганец, цинк, кобальт и их смеси. Эти материалы предпочтительно проявляют адсорбционные, ионообменные и/или каталитические свойства, аналогичные свойствам алюмосиликатных, алюмофосфатных и кремнийалюмофосфатных молекулярно-ситовых композиций.

Металлсодержащие ALPO обладают трехмерной микропористой кристаллической каркасной структурой, образованной тетраэдрическими звеньями МО₂, AlO₂ и РО₂. Эти структуры непосредственно после приготовления (которые содержат темплат до прокаливания) можно представить, на безводной основе, следующей эмпирической химической формулой состава mR:(M_xAl_yP_z)O₂, в которой "R" представляет по меньшей мере один органический темплат, присутствующий в межкристаллической системе пор; m представляет число молей «R», присутствующих на моль (M_xAl_yP_z)O₂, и может принимать значения от нуля до 0,3, максимальная величина в каждом случае зависит от молекулярных размеров темплата и доступного свободного объема в пористой системе используемого конкретного металлалюмофосфата; х, y и z представляют мольные доли металла «M» (т.е. магния, марганца, цинка и кобальта), алюминия и фосфора, соответственно, присутствующих в виде тетраэдрических звеньев оксидов.

Металлсодержащие ALPO иногда обозначают аббревиатурой МеАРО. Также в тех случаях, когда металл «Me» в композиции представляет собой магний, композицию обозначают аббревиатурой МАРО. Аналогичным образом аббревиатуры ZAPO, MnAPO и СоАРО применяют для обозначения композиций, которые содержат цинк, марганец и кобальт соответственно. Чтобы обозначить различные структурные звенья, которые образуют каждый из подклассов МАРО, ZAPO, СоАРО и MnAPO, каждому типу присваивают номер и обозначают, например, как ZAPO-5, МАРО-11, СоАРО-34 и т.д.

Молекулярные сита можно смешивать с определенными материалами с получением смеси, которую обычно называют составным катализатором. Такие добавляемые материалы могут представлять собой различные инертные или каталитически активные материалы, или различные связующие материалы. Эти материалы включают композиции, например, каолин и другие глины, различные виды редкоземельных металлов, оксиды металлов, другие не цеолитные каталитические компоненты, цеолитные компоненты катализатора, оксид или золь оксида алюминия, оксид титана, оксид циркония, оксид магния, оксид тория, оксид бериллия, кварц, оксид кремния или его золь, а также их смеси. Эти компоненты эффективны также для снижения, помимо прочего, общей стоимости катализатора, и действуют в качестве теплоотводящих материалов, облегчая защиту катализатора от перегрева во время регенерации, способствуют уплотнению катализатора и повышению его прочности. Особенно желательно, чтобы инертные материалы, которые применяют в составе катализатора в качестве теплоотводящих материалов, имели теплоемкость, составляющую от примерно 0,05 до примерно 1 кал/г·°С, более предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 0,8 кал/г·°С, наиболее предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 0,5 кал/г·°С.

Каталитическая композиция в соответствии с одним из предпочтительных вариантов предпочтительно включает от примерно 1 до примерно 99%, более предпочтительно от примерно 5 до примерно 90%, и наиболее предпочтительно от примерно 10 до примерно 80% по массе молекулярного сита. Также предпочтительно, чтобы каталитическая композиция обладала размером частиц от примерно 20 до примерно 3000 мкм, более предпочтительно от примерно 22 до примерно 200 мкм, наиболее предпочтительно от примерно 25 до примерно 150 мкм.

Молекулярно-ситовой катализатор, особенно подходящий для получения этилена и пропилена, содержит комбинацию молекулярных сит SAPO-34 и SAPO-18 или ALPO-18. В конкретном предпочтительном варианте молекулярное сито представляет собой кристаллические сросшиеся сита SAPO-34, а также SAPO-18 или ALPO-18. С целью превращения оксигената в олефин можно применять обычные реакторные системы, включая системы с неподвижным слоем, с ожиженным слоем или с движущимся слоем. Предпочтительными реакторами в одном из предпочтительных вариантов являются прямоточные вертикальные реакторы и обеспечивающие короткое время контакта противототочные реакторы свободного падения. Желательно реактор представляет собой один из таких реакторов, в которых оксигенатное сырье может контактировать с молекулярно-ситовым катализатором при массовой часовой объемной скорости (МЧОС), составляющей по меньшей мере 1 ч^-1, предпочтительно от примерно 1 ч^-1 до 1000 ч^-1, более предпочтительно от примерно 20 до примерно 1000 ч^-1, и наиболее предпочтительно от примерно 25 до примерно 500 ч^-1. МЧОС определяют в настоящем описании как массу оксигената и реакционноспособного углеводорода, который необязательно может присутствовать в сырье, в час на массу молекулярного сита в реакторе. Поскольку катализатор или сырье может содержать другие материалы, которые действуют в качестве инертных наполнителей или разбавителей, МЧОС рассчитывают на основе массы оксигенатного сырья, любого реакционноспособного углеводорода, который может присутствовать в оксигенатном сырье, и молекулярного сита, содержащегося в реакторе.

Процесс в общем можно осуществлять в широком интервале температур. Эффективный рабочий интервал температур может составлять от примерно 200 до примерно 700°С, предпочтительно от примерно 300 до примерно 600°С, более предпочтительно от примерно 350 до примерно 550°С. Вблизи наиболее низких температур выбранного температурного интервала образование требуемых олефиновых продуктов может стать заметно более медленным, при относительно высоком содержании содержащих кислород олефиновых побочных продуктов, присутствующих в олефиновом продукте. Однако селективность в отношении образования этилена и пропилена при пониженных температурах может повышаться. Вблизи верхней границы температурного интервала процесс может не приводить к образованию оптимального количества этиленового и пропиленового продукта, но конверсия оксигенатного сырья будет в целом высокой.

Рабочее давление также может меняться в широком интервале, включая автогенные давления. Эффективные давления включают, но не ограничиваются этими значениями, общее давление, составляющее по меньшей мере 1 фунт./кв.дюйм (абс.) (7 кПа), предпочтительно по меньшей мере примерно 5 фунт./кв.дюйм (абс.) (34 кПа). Процесс особенно эффективно протекает при более высоком общем давлении, включая общее давление, составляющее по меньшей мере примерно 20 фунт./кв.дюйм (абс.) (138 кПа). Предпочтительно общее давление составляет по меньшей мере примерно 25 фунт./кв.дюйм (абс.) (172 кПа), более предпочтительно по меньшей мере примерно 30 фунт./кв.дюйм (абс.) (207 кПа). Для целей практического конструирования желательно применять метанол в качестве первичного компонента оксигенатного сырья, при этом чтобы реактор работал при давлении не выше примерно 500 фунт./кв.дюйм (абс.) (3445 кПа), предпочтительно не выше примерно 400 фунт./кв.дюйм (абс.) (2756 кПа), наиболее предпочтительно не выше примерно 300 фунт./кв.дюйм (абс.) (2067 кПа).

Образования нежелательных продуктов можно избежать, работая при подходящей приведенной скорости газа. При повышении приведенной скорости газа конверсия снижается, что позволяет избежать образования нежелательных побочных продуктов. В настоящем описании под выражением «приведенная скорость газа» понимают общую объемную скорость потока испаренного сырья, которое включает растворитель, если он присутствует в сырье, а также продукты конверсии, деленную на площадь поперечного сечения реакционной зоны. Поскольку оксигенат превращается в продукт, содержащий значительные количества этилена и пропилена, при прохождении через реакционную зону, приведенная скорость газа может меняться в различных местах, расположенных внутри зоны реакции. Степень этих изменений зависит от общего числа молей газа, находящихся в поперечном сечении конкретного места реакционной зоны, температуры, давления и других значимых параметров реакции.

В одном из предпочтительных вариантов приведенную скорость газа поддерживают выше 1 метра в секунду (м/с) по меньшей мере в одном месте реакционной зоны. В другом предпочтительном варианте желательно, чтобы приведенная скорость газа была выше примерно 2 м/с в по меньшей мере одном месте реакционной зоны. Более желательно, чтобы приведенная скорость газа была выше примерно 2,5 м/с в по меньшей мере одном месте реакционной зоны. Еще более желательно, чтобы приведенная скорость газа была выше примерно 4 м/с в по меньшей мере одном месте реакционной зоны. Наиболее желательно, чтобы приведенная скорость газа была больше примерно 8 м/с в по меньшей мере одном месте реакционной зоны.

3. Удаление воды и твердых веществ из олефинового продукта

В процессе оксигенат-в-олефин образуются значительные количества воды в качестве побочного продукта. Большую часть этого побочного продукта - воды - можно удалить из олефинового продукта процесса оксигенат-в-олефин путем охлаждения олефинового продукта и конденсации по меньшей мере части продукта с получением потока паров олефина и конденсированного жидкого потока, причем конденсированный поток содержит значительное количество воды. Этот конденсированный поток будет также, как правило, содержать твердые материалы, например, частицы неорганического оксида, захваченные олефиновым продуктом. Конкретно, большая часть твердых материалов представляет собой частицы катализатора, которые захватываются олефиновым продуктом, когда он выходит из реакционного процесса оксигенат-в-олефин.

Твердый материал, который конденси