甲烷转化方法技术

在反应区中将甲烷转化成包括芳烃的高级烃的方法，该方法包括向反应区提供含甲烷的烃原料和催化颗粒材料以及使催化颗粒材料与烃原料在反应区以基本逆流方式接触，同时使反应区在足以将至少部分所述甲烷转化为含有所述高级烃的第一流出物的反应条件下运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书涉及用于甲烷转化的方法。特别地，本说明书涉及用于天然气转化的方法。
技术介绍
芳烃，特别是苯、甲苯、乙苯和二甲苯，是石化工业中重要的大量生产型化学品)。目前，最经常通过包括催化重整和催化裂化在内的各种方法从石油基的原料制备出芳烃。然而，由于世界上石油原料供料减少，对于寻找芳烃的可替代来源的需求在不断增长。芳烃的一种可行性替代来源是甲烷，甲烷是天然气和沼气的主要成分。世界天然气储备正不断提升以及目前正在发现比原油更多的天然气。因为涉及天然气的大体积运输问题，特别在边远地区，大部分随原油产生的天然气被燃烧而浪费。因此倘若能够克服伴随的技术难题，将天然气中所含的烷烃直接转化为诸如芳烃之类的高级烃的方法是使天然气升级的吸引人的方法。目前提出的大多数用于甲烷转化成液态烃的方法涉及首先将甲烷转化成合成气体，H2和CO的共混物。但是，合成气体的制备耗费资金和能量因而优选无需合成气体生成的途径。已经提出许多可替代的方法用于将甲烷直接地转化为高级烃。一种所述方法涉及甲烷催化氧化偶合成烯烃，继之以将该烯烃催化转化成包括芳烃在内的液态烃。举例来说，美国专利US5,336,825公开两步法用于将甲烷氧化转化成包含芳烃在内的汽油范围的烃。在第一步骤中，在温度为500℃-1000℃时游离氧存在下使甲烷转化成乙烯和少量C3和C4烯烃，该转化使用由碱土金属氧化物促进的稀土金属催化剂。然后在第一步骤中形成的乙烯和高级烯烃经包含五元高硅沸石(highsilica pentasil zeolite)的酸性固体催化剂转化成汽油类液态烃。-->然而，困扰该氧化偶合方法的问题是氧化偶合方法涉及高放热且具有潜在危险的甲烷燃烧反应及其产生大量环境敏感的碳氧化物。潜在的吸引人的用于甲烷直接升级为高级烃的路线是脱氢芳构化反应或者还原偶合，该高级烃特别是乙烯、苯和萘。此方法一般涉及在例如600℃-1000℃的高温下使甲烷与含金属催化剂接触，其中该金属如铼、钨或钼，该催化剂负载于诸如ZSM-5之类的沸石上。通常，金属的催化活性类型是零价元素形式或者碳化物或者碳氧化物。举例来说，美国专利US4,727,206公开通过在温度为600℃-800℃于无氧存在下使甲烷与催化剂成分接触制备富含芳烃液体的方法，该催化剂成分包含铝硅酸盐，该铝硅酸盐中硅石与氧化铝的摩尔比率为至少5:1，所述铝硅酸盐负载(i)镓或其化合物以及(ii)来自元素周期表VIIB族的金属或其化合物。此外，美国专利US5,026,937公开了用于甲烷芳构化反应的方法，其包含在转化条件下原料料流流入反应区步骤。其中该原料料流含有高于0.5摩尔％氢和50摩尔％甲烷，该反应区具有至少一个包含ZSM-5、镓和含磷氧化铝的固体催化剂床的反应区，该转化条件包括温度为550℃-750℃、压力小于10个绝对大气压(1000kPa-a)以及气体时空速度为400hr-1-7,500hr-1。此外，美国专利US 6,239,057和US 6,426,442公开了用于由诸如甲烷之类的低碳数烃制备诸如苯之类的更高碳数烃的方法，该方法通过甲烷之类的低碳数烃与含诸如ZSM-5之类的多孔载体的催化剂接触实现，该多孔载体具有分散于其上的铼和助催化剂金属，其中助催化剂金属如铁、钴、钒、锰、钼、钨或其混合物。在注入带有铼和助催化剂金属的载体之后，通过在温度为约100℃至约800℃下用氢气和/或甲烷处理该催化剂约0.5小时至约100小时以活化。据认为向甲烷进料中添加CO或者CO2可增加苯的产率以及催化剂的稳定性。WO 03/000826和公开号为2003/0083535的美国专利申请公开了用于在反应器系统和再生器系统之间催化剂循环的系统和方法。循环催化剂系统包括反应器系统、再生器系统和分配单元。反应器系统和再-->生器系统适用于交换催化剂。优选反应器系统包括液化床提升管反应器以及优选再生系统包括适用于催化剂与再生气体接触的再生区。改进该系统和方法以使催化剂可以与多于一种再生气体接触。分配单元适用于控制与每种再生气体接触的催化剂的百分比。由此，该分配单元适合于选择百分比以便保持反应器系统和再生系统在热量平衡状况下。优选热量通过催化剂的交换从再生器系统转移到反应器系统。制备诸如芳族化合物之类高级烃的还原偶合在工业规模的成功应用需要解决许多重要技术难题。技术难题的实例是：(a)该方法是吸热的，其需要高能量供给；(b)该方法受热力学限制，其要求高温操作以实现高转化率；(c)该方法需要大量补充热量以补偿吸热反应的能量需要以及保持高转化率所需的高温；(d)该方法要求有效热量转移以及轻质烃与催化剂的有效接触以实现甲烷的高转化率；(e)该方法在高温下产生焦炭和/或催化剂形成焦炭；(f)该方法可以使用除甲烷外的含C2+烃的原料，该原料可能使本方法所用催化剂的结焦增加；以及(g)为了减少有关催化剂损耗的问题，需要使流通速度和催化剂上的其它机械应力最小化。因此，需要开发出用于甲烷转化成高级烃的方法，其提供高效的热量转移、充分的烃/催化剂接触、改善的工艺条件以使对所需诸如芳族化合物之类的高级烃的选择性最大化，同时使焦炭的形成最小化，以及使所需的催化剂流通速度最小化。
技术实现思路
一方面，本说明书涉及一种方法，该方法用于在反应区内将甲烷转化成包括芳烃的高级烃，该方法包括：(a)向所述反应区提供含甲烷的烃原料；(b)向所述反应区提供催化颗粒材料；(c)使所述催化颗粒材料与所述烃原料在反应区以基本逆流方式-->接触；(d)使所述反应区流体动力性保持在沉降床状况；以及(e)使反应区在足以将至少部分所述甲烷转化为含有所述高级烃的第一流出物的反应条件下运行。另外，该方法还包括：(f)从所述反应区移除所述催化颗粒材料的至少一部分；以及(g)在再生条件下使所移除催化颗粒材料的至少一部分再生。适宜的是，该方法还包括将再生催化颗粒材料的至少一部分再循环至所述反应区。可选择的是，该方法还包括：(f)从所述反应区移除所述催化颗粒材料的至少一部分；以及(g)将所移除催化颗粒材料的至少一部分加热至800℃-1200℃；另外，该方法还包括：(h)将再生催化颗粒材料的至少一部分再循环至所述反应区。在另一方面，本说明书涉及在反应区中将甲烷转化成包括芳烃的高级烃的方法，该方法包括：(a)向所本文档来自技高网...

【技术保护点】
在反应区内将甲烷转化成包括芳烃的高级烃的方法，该方法包括：　（ａ）向所述反应区提供含甲烷的烃原料；　（ｂ）向所述反应区提供催化颗粒材料；　（ｃ）使所述催化颗粒材料与所述烃原料以基本逆流方式接触；　（ｄ）使所述反应区的 流体动力性保持在沉降床状况；以及　（ｅ）使所述反应区在足以将至少部分所述甲烷转化为含有所述高级烃的第一流出物的反应条件下运行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-21 60/794,2801.在反应区内将甲烷转化成包括芳烃的高级烃的方法，该方法包
括：
(a)向所述反应区提供含甲烷的烃原料；
(b)向所述反应区提供催化颗粒材料；
(c)使所述催化颗粒材料与所述烃原料以基本逆流方式接触；
(d)使所述反应区的流体动力性保持在沉降床状况；以及
(e)使所述反应区在足以将至少部分所述甲烷转化为含有所述高
级烃的第一流出物的反应条件下运行。
2.在反应区中将甲烷转化成包括芳烃的高级烃的方法，该方法包
括：
(a)向所述反应区提供含甲烷的烃原料；
(b)向所述反应区提供催化颗粒材料；
(c)使所述催化颗粒材料与所述烃原料以基本逆流方式接触；
(d)保持所述反应区的温度分布为反温度分布；以及
(e)使所述反应区在足以将至少部分所述甲烷转化为包含所述高
级烃的第一流出物的反应条件下运行。
3.权利要求2的方法，其中反应区包括催化剂参与部分，其中所
述烃原料首先在所述反应区以及催化剂脱离部分中与所述催化颗粒材
料接触，其中所述第一流出物在最后反应区内从与所述催化颗粒材料
的接触中脱离，以及其中保持所述反应区的温度分布使得在催化剂脱
离部分的所述第一流出物的温度与在催化剂参与部分的所述烃原料的
温度之差为至少+10℃，优选至少+50℃，更优选至少+100℃。
4.前述任一项权利要求的方法，进一步包括：
(f)从所述反应区移除至少部分所述催化颗粒材料；
(g)在再生条件下使至少部分已移除的催化颗粒材料再生；以及
(h)将至少部分已再生的催化颗粒材料再循环至所述反应区。
5.在反应区中将甲烷转化成包括芳烃的高级烃的方法，该方法包
括：
a.向所述反应区提供基本呈逆流形式的含甲烷的烃原料和催化颗
粒材料；
b.在能有效地将至少部分所述甲烷转化为含有所述高级烃的第一
流出物的反应条件下运行所述反应区；
c.从所述反应区移除至少部分所述催化颗粒材料；
d.将所移除催化颗粒材料的至少一部分加热至800℃-1200℃；以
及
e.在再生条件下再生所移除催化颗粒材料的至少一部分；以及
f.将(d)中已加热的催化颗粒材料的至少一部分和/或(e)中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：LL亚奇诺，N桑加尔，EL斯塔文斯，MJ文森特，
申请(专利权)人：埃克森美孚化学专利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]