用于从轻质烃例如甲烷共同制备烯烃、炔和氢气的高效方法技术

本发明专利技术公开了从轻质烃共同制备烯烃、炔和氢气的高效方法。在一个方案中，此方法包括以下步骤：在热解反应器的燃烧区中燃烧氢气和氧气以形成燃烧气体料流，在热解反应器的膨胀区中将燃烧气体料流的速度从亚音速转化成超音速，将轻质烃注入超音速的燃烧气体料流以形成包含轻质烃的混合料流，在热解反应器的反应区中将混合料流的速度从超音速转化成亚音速以制备乙炔；和在氢化区中使乙炔进行催化氢化以制备乙烯。在具体实施方案中，使用甲烷化技术改进了碳效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于从轻质烃例如甲烷共同制备烯烃、炔和氢气的高效方 法 优先权的描述 本申请要求于2012年8月21日递交的美国申请No. 61/691,369的优先权，将其 内容全部引入本文供参考。
本专利技术总体涉及使用冲击波反应器技术制备烯烃、炔和氢气。在具体实施方案中， 本专利技术涉及使用甲烷化技术改进碳效率。
技术介绍
的描述 将轻质烃例如甲烷转化成高价值烯烃例如乙烯是在经济上十分有吸引力的。但 是，在常规的热解方法中，进料甲烷的一部分进行燃烧以达到足以转化甲烷的高温，导致此 方法需要大量的轻质烃，但是产生低的碳效率。 在常规方法中，甲烷可以通过一步法或两步法被转化成乙炔。由BASF开发的 部分氧化一步法的例子可以参见美国专利No. 5, 824, 834和No. 5, 789, 644。美国专利 No. 5, 789, 644描述了常规的反应器结构和设计。乙炔也可以使用两阶段高温热解制备，并 且例如在英国专利申请公开GB 921，305和GB 958, 046中描述了由H0ECHST开发的两阶段 反应器。 在常规方法中，空气分离单元可以用于从氮气分离出氧气。氧气或含氧料流与天 然气（主要由甲烷组成）一起进行预热并进入部分氧化反应器。在BASF的单阶段反应器 中，烃进料和富氧气体混合并通过燃烧器单元，燃烧器单元用于稳定火焰，这导致混合物的 部分氧化。第二部分氧气可以在燃烧器单元中注入以形成中试火焰。 燃烧将三分之一的甲烷转化成乙炔，而大多数的剩余甲烷用于产生热量和较低价 值的产物例如CO和CO 2。对于反应过程所需的停留时间是小于100毫秒。在两阶段反应器 中，天然气或其它燃料与富氧料流混合，并在燃烧区中燃烧。燃烧产物然后与由天然气或用 于反应形成乙炔的其它烃组成的进料混合。再次，使用小于100毫秒的反应时间。在所需 的停留时间之后，反应气体用水骤冷。经冷却的气体含有大量的一氧化碳和氢气以及一些 碳烟灰、二氧化碳、乙炔、甲烷和其它气体。 接着，使得所述气体通过水洗涤器以除去碳烟灰。然后，气体通过第二洗涤器，其 中气体用溶剂喷洒，例如N-甲基吡咯烷酮，其能吸收乙炔。 然后，将溶剂泵送到分离塔，并且从溶剂蒸出乙炔，并在塔顶作为气体取出，同时 从塔底取出溶剂。 乙炔可以用于制备多种有用产物。一种这种产物是乙烯，其可以通过乙炔的催化 氢化制备。美国专利No. 5, 847, 250描述了一种在PdAl2O3催化剂的存在下将乙炔氢化成 乙烯的方法。美国专利申请公开No. 2005/0048658和No. 2005/0049445描述了一种在基于 钯的催化剂上使用液体溶剂、例如N-甲基吡咯烷酮氢化乙炔的方法。 其它已知的用于将甲烧转化成乙稀的方法可以参见Synfuels International的 美国专利 No. 7, 208, 647。 甲烷燃烧以产生用于热解反应的热量的过程消耗了碳，这限制了能被转化成乙炔 的甲烷的量。因此，需要能改进碳效率的技术。 专利技术概述 在一个方面，本专利技术提供一种制备烯烃和炔的方法。此方法包括以下步骤：在热解 反应器的燃烧区中燃烧燃料和氧化剂以形成燃烧气体料流；在热解反应器的膨胀区中将燃 烧气体料流的速度从亚音速转化成超音速；将轻质烃注入超音速的燃烧气体料流以形成包 含轻质烃的混合料流；在热解反应器的反应区中将混合料流的速度从超音速转化成亚音速 以制备炔；并且在氢化区中使炔进行催化氢化以制备烯烃。在一个实施方案中，燃料是氢 气，氧化剂是氧气，轻质烃是甲烷，炔是乙炔，并且烯烃是乙烯。 在另一方面，本专利技术提供一种制备烯烃和炔的方法。此方法包括以下步骤：使得轻 质烃在氧气的存在下在反应区中在适合于制备炔和一氧化碳的温度和压力下进行热解；使 得炔在氢化区中催化氢化以制备烯烃；将一氧化碳输送到CO转化设备；在CO转化设备中 将至少一部分的一氧化碳转化成氢气，得到包含氢气的料流；并且将所述包含氢气的料流 输送到反应区中。 在另一方面，本专利技术提供一种制备烯烃和炔的方法。此方法包括以下步骤：使得 轻质烃在氧气的存在下在反应区中在适合于制备炔和二氧化碳的温度和压力下进行热解； 使得炔在氢化区中催化氢化以制备烯烃；在二氧化碳转化和甲烷化区域中将至少一部分的 二氧化碳转化成甲烷；并且将包含甲烷的料流从二氧化碳转化和甲烷化区域输送到反应区 中。 所以，本专利技术的一个优点是提供一种将轻质烃例如甲烷转化成高价值烯烃例如乙 烯的方法，此方法具有更高的碳效率和环保优点。 本专利技术的另一个优点是提供了冲击波反应器，其能在非常高的温度和非常小的在 毫秒范围内的停留时间下操作，这提高了相对于被转化的甲烷而言的整体(: 2选择性。 本专利技术的再一个优点是提供了以非常高的碳效率和非常低的〇)2释放制备乙烯和 根据需要的氢气的各种工艺设计。 本专利技术的另一个优点是提供了从甲烷制备乙烯的各种工艺设计，其中尽可能减少 甲烷的燃烧。 本专利技术的另一个优点是提供了一种将轻质烃例如甲烷转化成高价值烯烃例如乙 烯的方法，其中此方法具有更好的碳利用效率和相对于甲烷进料而言的对于乙烯（进而乙 炔）的产物选择性。 本专利技术的另一个优点是提供了从甲烷制备乙烯的各种工艺设计，其中制得较少的 乙烧。 下文将参考以下详细描述、附图和所附权利要求更好地说明本专利技术的这些和其它 特征、方面和优点。 附图简述 图1是能用于本专利技术方法中的一个示例性热解反应器的纵向截面。 图2是一种根据本专利技术将甲烷转化成乙烯的方法的流程示意图。 图3是另一种根据本专利技术将甲烷转化成乙烯的方法的流程示意图。 图4是另一种根据本专利技术将甲烷转化成乙烯的方法的流程示意图。 图5是另一种根据本专利技术将甲烷转化成乙烯的方法的流程示意图。 相似的标记数字用于表示在以下附图描述中的关于各图的相似部件。 本专利技术的详细描述 参见图1，甲烷向乙炔的转化可以使用热解反应器100通过热加工完成。将甲烷进 料加热到能在热力学上比甲烷更有利地形成乙炔的温度。必须向反应混合物提供额外的能 量以满足用于形成乙炔的吸热反应。在足以形成所需乙炔的停留时间之后，反应混合物进 行快速骤冷以冷冻此反应，从而防止乙炔被裂解成氢气和碳以及重整为甲烷。燃料和氧化 剂进行燃烧以形成高温（例如>1500K)和高速（例如〉Mach 1)燃烧气体，从而促进乙炔的 形成。接着，提供足量的反应焓以满足形成乙炔所需要的377kJ/mol。如果没有提供额外能 量，则乙炔形成过程的吸热性质可能驱动温度低于1500K。最后，反应混合物在比乙炔能分 解成氢气和碳且随后重整为甲烷时的速率更快的速率下进行快速冷却。当乙炔的量大时， 这种快速冷却过程有时称为"冷冻"反应。希望在最大量形成乙炔的阶段时开始冷冻步骤 (即热力学平衡点），并且尽可能快地完成冷冻步骤以防止任何乙炔的分解。 仍然参见图1，描述了一个示例性的热解反应器100的纵向截面。在一个实施方案 中，反应器100是管形的（即横截面是圆形的）。用于形成乙炔所必需的高温以及受控的停 留时间和快速骤冷可以在热解反应器100中实现。在反应器100的最接近末端将燃料102 和氧化剂106注入燃料注射区108中。在一个实施方案中，燃料和氧气被加热到400-800°C 的温度，或在另一个实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备烯烃和炔的方法，此方法包括：(a)在热解反应器的燃烧区中燃烧燃料和氧化剂以形成燃烧气体料流；(b)在热解反应器的膨胀区中将燃烧气体料流的速度从亚音速转化成超音速；(c)将轻质烃注入超音速的燃烧气体料流以形成包含轻质烃的混合料流；(d)在热解反应器的反应区中将混合料流的速度从超音速转化成亚音速以制备炔；和(e)在氢化区中使炔进行催化氢化以制备烯烃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·内伊兹，R·B·詹姆斯，C·J·史蒂文斯，P·T·巴杰，
申请(专利权)人：环球油品公司，
类型：发明
国别省市：美国;US