(57)【要約】  本発明は、エチレンを生成するための設備であって、メタンの酸化的カップリングに向けて設けられている反応器（２）、前記メタンの酸化的カップリングで生成される第一物質流（Ｓ）を、少なくとも、Ｃ1-物質流とエチレン生成流（Ｐ）とに分離するために形成されている、前記反応器（２）と連結される後処理装置（３）、および前記物質流を少なくとも、水素が豊富な生成流（Ｗ）と水素が乏しい残留ガス流（Ｓ’）とに分離するために形成されている、前記後処理装置（３）と連結される分離装置（４）を有する前記設備に関する。本発明によれば、前記後処理装置（３）と連結されるスチームクラッキング装置（５）は、オレフィンおよび水素を含む粗製ガス流（Ｒ）を生成するために設けられており、ここで、前記後処理装置（３）は、前記粗製ガス流（Ｒ）が前記第一物質流（Ｓ）と一緒に、少なくとも前記Ｃ1-物質流と前記エチレン生成流（Ｐ）とに分離するために形成されており、ここで、前記設備（１）は、前記残留ガス流（Ｓ’）の少なくとも一部が、出発原料として前記反応器（２）に返送するために形成されている。さらに、本発明は、エチレンを生成するための相応の方法に関する。
2015529230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレンを生成するための設備であって、
・メタンの酸化的カップリングに向けて設けられている反応器（２）と、
・前記メタンの酸化的カップリングで生成された第一物質流（Ｓ）を、少なくとも、Ｃ1-物質流とエチレン生成流（Ｐ）とに分離するために形成されている、前記反応器（２）と連結される後処理装置（３）と、
・前記Ｃ1-物質流を、少なくとも、水素が豊富な生成流（Ｗ）と、水素が乏しい残留ガス流（Ｓ’）とに分離するために形成されている、前記後処理装置（３）と連結される分離装置（４）と
を有する前記設備において、
前記後処理装置（３）と連結されるスチームクラッキング装置（５）が、オレフィンおよび水素を含む粗製ガス流（Ｒ）の生成のために設けられており、ここで、前記後処理装置（３）が、前記粗製ガス流（Ｒ）を前記第一物質流（Ｓ）と一緒に、少なくとも、前記Ｃ1-物質流と前記エチレン生成流（Ｐ）とに分離するために形成されており、ここで、前記設備（１）が、前記残留ガス流（Ｓ’）の少なくとも一部を出発原料として前記反応器（２）に返送するために形成されていることを特徴とする前記設備。
【請求項２】
前記スチームクラッキング装置（５）が、出発原料（Ｅ）として１種または複数の以下の物質：炭化水素、エタン、プロパン、天然ガス凝縮物、および／またはナフサを、水蒸気の存在下に分解して、前記粗製ガス流（Ｒ）を発生させるために形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の設備。
【請求項３】
前記後処理装置（３）が、メタンの酸化的カップリングで生成される前記第一物質流（Ｓ）および／または前記粗製ガス流（Ｒ）から、さらにエタンおよびプロパンが豊富な物質流（Ｓ’’）を分離するために形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の設備。
【請求項４】
前記後処理装置（３）が、前記エタンおよびプロパンが豊富な物質流（Ｓ’’）が前記後処理装置（３）から出発原料として前記スチームクラッキング装置（５）に導入可能であるように、該スチームクラッキング装置（５）と連結されていることを特徴とする、請求項３に記載の設備。
【請求項５】
前記分離装置（４）が、前記残留ガス流（Ｓ’）の少なくとも一部が前記スチームクラッキング装置（５）に導入可能であるように、該スチームクラッキング装置（５）と連結されており、ここで、該スチームクラッキング装置（５）が、前記残留ガス流（Ｓ’）の一部を該スチームクラッキング装置（５）での熱の提供のために燃焼するために形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項６】
前記分離装置（４）が、前記Ｃ1-物質流を圧力スイング吸着によって前記水素が豊富な生成流（Ｗ）と前記水素が乏しい残留ガス流（Ｓ’）とに分離するために形成されている圧力スイング吸着装置により形成されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の設備。
【請求項７】
エチレンを、特に、請求項１から６までのいずれか１項に記載の設備を使用して生成するための方法であって、ここで、
・酸素およびメタンを反応器（２）に導入し、
・該反応器（２）でメタンの酸化的カップリングを行い第一物質流（Ｓ）を生成し、
・スチームクラッキング装置（５）において、炭化水素を含む出発原料（Ｅ）のスチームクラッキングによってオレフィンおよび水素を含む粗製ガス流（Ｒ）を生成し、
・前記第一物質流（Ｓ）を前記粗製ガス流（Ｒ）と一緒に、後処理装置（３）においてエチレン生成流（Ｐ）とＣ1-物質流とに分離し、
・前記Ｃ1-物質流を、分離装置（４）において、水素生成流（Ｗ）と水素が乏しい残留ガス流（Ｓ’）とに分離して、そして
・前記残留ガス流（Ｓ’）の少なくとも部分流を、出発原料として前記反応器（２）に返送する前記方法。
【請求項８】
前記後処理装置（３）において、前記第一物質流（Ｓ）および／または前記粗製ガス流（Ｒ）から、さらに、エタンおよびプロパンが豊富な物質流（Ｓ’’）を分離し、該物質流を、出発原料として前記スチームクラッキング装置（５）に返送することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記残留ガス流（Ｓ’）の少なくとも部分流を、前記スチームクラッキング装置（５）でのスチームクラッキングのための熱を生成するために燃焼させることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｃ1-物質流を、前記分離装置（４）において、圧力スイング吸着により、前記水素生成流（Ｗ）と前記水素が乏しい残留ガス流（Ｓ’）とに分離することを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記スチームクラッキングのための出発原料（Ｅ）が、１種または複数の以下の物質：エタン、プロパン、天然ガス凝縮物、および／またはナフサにより形成されることを特徴とする、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、特にメタンの酸化的カップリングによるエチレンの生成のための設備に関する。さらに、本発明は、エチレンを生成するための方法に関する。
【０００２】
前記設備は、反応器を有しており、この反応器に、メタンの酸化的カップリングのために酸素およびメタンが導入される。この反応では、まず、メチルラジカルが、高温（約６００〜８８０℃）で、前記反応器内の触媒表面（例えば、アルカリ元素、アルカリ土類元素および／または希土類族の元素を有する２成分または複数成分の金属酸化物触媒）上で形成され、次に、このメチルラジカルが気相で再結合（ｒｅｋｏｍｂｉｎｉｅｒｅｎ）してエタンになり、このエタンがさらなる過程でエチレンに変換されるため、結果的に、少なくともエタンおよびエチレンを含む第一物質流が存在する。前記設備は、さらに、前記反応器と、流を中央導入して（ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｍｉｔｔｅｌｌｅｉｔｅｎｄ）連結される後処理装置であって、前記第一物質流を、少なくとも、１個の炭素原子およびさらにＣＯおよびＨ2を有する炭化水素を有するＣ1-物質流とエチレン生成流とに分離するために形成されている前記後処理装置、ならびに、この後処理装置と連結される分離装置（例えば、圧力スイング吸着装置）であって、前記Ｃ1-物質流を水素が豊富な水素生成流と、通常、燃焼される水素が乏しい残留ガス流とに分離するために形成されている前記分離装置を有している。
【０００３】
さらに、エチレンもしくはオレフィンを製造するには、スチームクラッキング（Ｓｔｅａｍｃｒａｃｋｉｎｇ）が公知である。ここで、炭化水素を含む出発原料が水蒸気と混合され、ここで、このようにして形成された出発原料ガスは、吸熱性の分解プロセスに必要な熱量を調整するために外部よりバーナーで加熱される、分解炉の金属管を通されて、通常、分解される。このようにして得られたオレフィンおよび水素を含む粗製ガス流は、通常、洗浄されて、所望のオレフィン、特にエチレンに分解される。
【０００４】
本発明の基礎をなす課題は、冒頭に記載の種類の設備および方法をさらに改善することにある。
【０００５】
前記問題は、請求項１の特徴を有する設備により解決される。
【０００６】
それによれば、前記後処理装置と連結されるスチームクラッキング装置は、オレフィンおよび水素を含む粗製ガス流の生成のために設けられており、ここで、前記後処理装置は、前記粗製ガス流を第一物質流と一緒に、少なくとも、Ｃ1-物質流とエチレン生成流とに分離するために形成されており、ここで、前記設備は、前記残留ガス流の少なくとも一部を、出発原料として前記ＯＣＭ反応器に返送するために形成されている。前記第一物質流ならびに前記粗製ガス流は、前記後処理装置で合されるのが好ましく、ここで、個々の流は、合される前に予備精製されてよい。その場合、この合された流から、Ｃ1-物質流とエチレン生成流とが分離されるのが好ましい。
【０００７】
ＯＣＭ反応器とスチームクラッキング装置（スチームクラッカー）との本発明による連結は有利である、それというのは、スチームクラッキングで生成され、ＯＣＭ反応器に返送される水素が、ＯＣＭ反応器内で水素燃焼によりエネルギーを提供する一方で、他方、前記反応器内の触媒を活性化し、ならびに前記反応器におけるコークス化を減少させるからである。
【０００８】
スチームクラッキングのために１つまたは複数の分解炉を有してよいスチームクラッキング装置は、出発原料として炭化水素、例えば、エタン、プロパン、天然ガス凝縮物および／または重質原料（ｓｃｈｗｅｒｅｒｅ  Ｅｉｎｓａｅｔｚｅ）、例えばナフサを、水蒸気の存在下に分解して、特に水素およびエチレンを含む粗製ガスを発生させるために形成されているのが好ましい。
【０００９】
さらに、前記後処理装置は、メタンの酸化的カップリングで生成される第一物質流と、スチームクラッキングで生成される粗製ガス流とから、エタンおよびプロパンが豊富な物質流を分離するのに向けて設けられているのが好ましく、このエタンおよびプロパンが豊富な物質流は、出発原料として、前記後処理装置と、流を中央導入して相応に連結されるスチームクラッキング装置に供給される。
【００１０】
さらに、前記分離装置が、前記スチームクラッキング装置と流を中央導入して連結されているのも好ましく、ここで、前記設備は、前記出発原料（例えば、エタンおよび／または重質原料、例えば、ナフサ）のスチームクラッキングに必要な熱を提供する、もしくはそれに寄与するために、前記残留ガス流の一部を底部燃焼（ｕｎｔｅｒｆｅｕｅｒｎ）するために形成されているスチームクラッキング装置に、前記残留ガス流の少なくとも一部を供給することを目的に形成されている。
【００１１】
さらに、本発明による設備は、前記水素生成流の部分流を、前記後処理装置に返送して、そこで、特に炭化水素の水素化に使用するために形成されていてよい。
【００１２】
さらに、本発明による問題は、請求項７の特徴を有するエチレンの生成方法により解決される。
【００１３】
それによれば、本発明による方法では、酸素およびメタンを反応器に導入し、反応器においてメタンの酸化的カップリングを行い第一物質流を生成し、スチームクラッキング装置における炭化水素を含む出発原料のスチームクラッキングによって、オレフィンおよび水素を含む粗製ガス流を生成し、前記第一物質流を前記粗製ガス流と一緒に、後処理装置において、エチレン生成流とＣ1-物質流とに分離し、このＣ1-物質流を、分離装置において、水素生成流と、水素が乏しい残留ガス流とに分離して、前記残留ガス流の少なくとも部分流を出発原料として前記反応器に返送する。
【００１４】
さらに、前記第一物質流もしくは前記粗製ガス流から、エタンおよびプロパンが豊富な物質流が分離されるのが好ましく、この物質流は、出発原料としてスチームクラッキングに添加される。
【００１５】
さらに、前記残留ガス流の少なくとも部分流が、前記スチームクラッキングのための熱を生成するために底部燃焼されるのが好ましい。
【００１６】
さらに、前記後処理装置において、例えば、炭化水素の水素化に使用されるために、前記水素生成流の部分流が前記後処理装置に返送されるのが好ましい。
【００１７】
本発明のさらなる詳細および利点を、図に基づいて以下の実施例の図面説明により、詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エチレンを生成するための本発明による設備および本発明による方法を図式的に示す図。
【００１９】
図１は、エチレンを製造するための設備１であって、メタンの酸化的カップリングのための反応器２（いわゆるＯＣＭ反応器）、後処理装置３、分離装置（例えば、圧力スイング吸着装置）４、ならびに少なくとも１つの分解炉を有するスチームクラッキング装置５（スチームクラッカー）を有している前記設備を示している。
【００２０】
前記反応器２で、高められた温度にて触媒表面でメタンの酸化的カップリングを行うために、この反応器２にＣＨ4およびＯ2が供給される。ここで、特にエチレンおよびエタンを含む第一物質流Ｓが生じる。
【００２１】
さらに、前記設備１は、出発原料Ｅとして、例えば、エタンおよび／またはナフサ、ならびに水蒸気が供給されるスチームクラッキング装置５を有しており、ここで、前記出発原料が、このスチームクラッキング装置５内で分解され、特にオレフィン、特にエチレン、および水素を含む粗製ガス流Ｒが生成される。
【００２２】
前記反応器２の下流に設けられる後処理装置３では、場合により予備精製された前記第一物質流Ｓ、ならびに場合により予備精製された前記粗製ガス流Ｒが合されて、Ｃ3+物質流（３個または３個以上の炭素原子を有する炭化水素）、エチレン生成流Ｐ、エタンおよびプロパンが豊富な物質流Ｓ’’、ならびにＣ1-物質流に分離され、ここで、前記Ｃ1-物質流が分離装置４に供給されて水素生成流Ｗが生成される。
【００２３】
前記後処理装置３で分離されたエタンおよびプロパンが豊富な物質流Ｓ’’は、さらなる出発原料として前記スチームクラッキング装置５に添加される。
【００２４】
前記分離装置３において、前記Ｃ1-物質流は、水素生成流Ｗと、水素が乏しい残留ガス流Ｓ’とに分離される。そのために、例えば、圧力スイング吸着が使用されてよく、ここで、前記Ｃ1-物質流が、高められた圧力で、少なくとも１種の吸着剤により添加されるため、水素は、この少なくとも１種の吸着剤を通過して、前記水素生成流Ｗを形成し、ここで、重質成分、例えば、ＣＨ4およびＣＯは、前記少なくとも１種の吸着剤に吸着されて、比較的低い圧力で脱着され、そこから、水素が乏しい残留ガス流Ｓ’が結果として生じる（この残留ガス流は、特に、前記少なくとも１種の吸着剤の洗浄に使用された水素生成流Ｗの部分流からの水素も含む）。
【００２５】
前記残留ガス流Ｓ’は、その場合、出発原料として前記反応器２に返送される。さらに、スチームクラッキングに必要な熱を発生させる、もしくはそれに寄与するために、この残留ガス流Ｓ’の一部を、底部燃焼のために前記スチームクラッキング装置５に添加してよい。さらに、底部燃焼のためにＣＨ4が使用されるのが好ましく、このＣＨ4は、前記反応器２の上流で分岐されてよい。
【００２６】
最後に、水素生成流Ｗの一部は、第一物質流Ｓおよび粗製ガス流Ｒの成分を水素化するために使用されてよい（例えば、前記後処理装置３において）。
【符号の説明】
【００２７】
１  設備
２  ＯＣＭ反応器
３  後処理装置
４  分離装置（例えば、圧力スイング吸着装置）
５  スチームクラッキング装置
Ｅ  スチームクラッキングのための出発原料
Ｓ  第一物質流
Ｓ’  水素を含む残留ガス流
Ｓ’’  エタンおよびプロパンが豊富な物質流
Ｒ  オレフィンおよび水素を含む粗製ガス流
Ｐ  エチレン生成流
Ｗ  水素生成流
【図１】
2015529230.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月21日(2015.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
前記装置は、メタンを酸化カップリングするために酸素およびメタンが導入される反応器を有している。この反応では、まず、メチルラジカルが、高温（約６００〜８８０℃）で、前記反応器内の触媒表面（例えば、アルカリ元素、アルカリ土類元素および／または希土類族の元素を有する２成分または複数成分の金属酸化物触媒）上で形成され、次に、このメチルラジカルが気相で再結合（ｒｅｋｏｍｂｉｎｉｅｒｅｎ）してエタンになり、このエタンがさらなる過程でエチレンに変換されるため、結果的に、少なくともエタンおよびエチレンを含む第一物質流が存在する。前記設備は、さらに、前記反応器と、流を中央導入して（ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｍｉｔｔｅｌｌｅｉｔｅｎｄ）連結される後処理装置であって、第一物質流を、少なくとも、１個の炭素原子およびさらにＣＯおよびＨ2を有する炭化水素を有するＣ1-物質流とエチレン生成流とに分離するために形成されている前記後処理装置、ならびに、前記後処理装置と連結される分離装置（例えば、圧力スイング吸着装置）であって、Ｃ1-物質流を水素が豊富な水素生成流と、通常、燃焼される水素が乏しい残留ガス流とに分離するために形成されている前記分離装置を有している。メタンの、少なくとも２個の炭素原子を有する炭化水素への触媒転換のための方法および装置は、ＮＬ９３００１６８に記載されている。
【国際調査報告】
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