烃的转化方法技术

一种将从天然油气藏提取的气态烃转化成碳的方法，该方法包括在反应器中于升高的温度下将所述气态烃与能将所述烃转化成碳和氢的催化剂相接触；将产生的氢从未转化烃中分离；燃烧所述氢以产生能量；以及将产生的能量用来加热所述反应器或流至反应器的气态烃，或用来为消耗热量或能量的设备加热或提供能量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请涉及一种将烃转化成环保产品的方法，具体地说，是将烃转化成碳，更具体地说，是转化成含有纳米碳纤维(CNF)的碳，或又称为丝状碳或原纤维碳的方法。近年来由于例如天然气等烃类燃烧而导致的二氧化碳在大气中排放的问题已成为十分热门的环境话题。已经投入了大量资源来进行如天然气等烃的能量转化方法和设备的研究，通过所研究方法和设备，能避免或至少明显减少二氧化碳在大气中的排放。从地下贮库所提取的烃提取物中，经常的情况下液态烃是想要得到的产物，而气态烃，特别是C1-3的烃，尤其是甲烷，被不受欢迎地大量提取出来。一种解决方法是将气体送回到地下贮库，但这种方法比较昂贵。另一种解决方法是将这些不需要的气体烧掉，但这会产生二氧化碳，从环境的角度来说这是不希望有的。烃类的能量转换正常地应包括燃烧产生水和CO2。可采用以下方法来减少CO2的排放，即将排出物分离成富含CO2的部分和含CO2少的部分，富含CO2的部分可通过如注入油田的方法被存放，含CO2少的部分排放到大气中。该方法所需要的设备笨重并且昂贵，通常仅适合大型的工厂。很久之前就知道烃的气体与金属表面的相互作用可以发生脱氢作用，并使得金属表面生成碳须(whiskers)。最近发现这些碳纤维直径为约3至100nm，长度为约0.1至1000μm的碳须具有有趣的和潜在的有益性质。例如，具有作为贮存氢的贮库的能力。(例如，可参见Chambers et al.in J.Phys.Chem.B 1024253-4256(1998)和Fan et al.in Carbon 371649-1652(1999))但这种烃向氢和碳的转化是吸热的，现在还没有提出一种处理烃类的方法或产生能量的方法。我们现在已经认识到，采用这样的脱氢反应，烃气能被转化成具有商业价值并容易运输的产品-碳，而不会有明显的CO2排放物产生。因此，从一方面来看，本专利技术提供了一种将天然的油气藏中提取的气态烃转化成碳的方法，该方法包括在反应器中并于升高的温度下，将所述的气态烃与具有能将该烃转化成碳和氢的催化剂相接触；将产生的氢从未转化的烃中分离出来；燃烧所述的氢以产生能量；以及使用产生的能量加热所述的反应器或流至反应器的气态烃，或者用来为消耗热量或能量的设备加热或提供能量。从更进一步的方面来看，本专利技术提供了一种将烃气体转换成碳的设备，所述设备包括具有气体入口和气体出口的反应器；用于将氢从烃和含烃气体中除去的分离器；从所述气体出口至所述分离器的气体导管；准备用来燃烧从所述分离器分出的氢以产生能量的燃烧器，；准备用来将来自所述燃烧器的能量转移到所述反应器或其它消耗热量和能量的设备的能量转移器，。其它消耗热量和能量的设备可以是任何有此输入需要的设备，例如发电机或空气或水的加热设备，如中心供热系统。虽然从未转化的烃的气体中分离出来氢，其燃烧的产物基本上是无二氧化碳的，但分离作用仅仅能部分地减少CO2排放量而不能全部消除CO2的排放。分离出的氢典型地含有不超过30摩尔％的烃，特别是不超过10摩尔％，具体地说是不超过5摩尔％，更具体地说是不超过1摩尔％。分离出的氢至少一部分优选被燃烧而为反应器提供热量。这种作用可以是直接的或间接的，或两者兼而有之，例如，将燃烧产生的蒸气用于热交换和/或驱动发电机，发电机的输出可被用来加热反应器或输至反应器的气体。氢典型地在内燃机中燃烧，然而使用催化转化器使其转化为水被认为是包含在燃烧的范围内。本专利技术的方法中使用的气态烃优选直接取自烃井，可任选地先传送至管路，但优选在井源部位(well head)。在使用之前可任选地将该气态烃装在容器中，例如，采用罐装。本专利技术使用的催化剂典型地是De Jong等在Catal.Rev.Sci.Eng.42481-510(2000)或Rodriguez等在J.Mater.Res.83233-3250(1993)中提到的那些金属，以上两篇文章的内容在此作为参考文献引入。根据本专利技术，使用的金属催化剂优选自5至10组金属，例如，镍、铁、钴、钒、钼、铬和钌，以及它们的合金，如Fe/Ni，Cu/Ni等合金，还可以使用镧系元素。一般来讲，对金属的要求是该金属能够形成在碳生产的温度下不稳定的碳化物。贵金属，例如Pt、Au和Ag，可以沉积在这些金属或合金的表面。催化剂中特别优选的过渡金属为镍、铁或钴或其中两者或三者的混合物，如Ni/Fe。特别优选金属催化剂中过渡金属含量为含有至少50％wt的镍，例如70％Ni/30％Fe或100％Ni。催化剂还可以包含促进剂，例如，结构促进剂，如铝。更优选地，使用的催化剂为多孔的金属催化剂，其含有过渡金属或其合金，例如，PCT/GB03/002221中提到的，该文件的复印件已一并上交，其内容在此作为参考文献引入。多孔意味着金属具有高的表面积，典型地是阮内(Raney)金属，该金属是通过将一种金属从金属合金中浸出而得到的。本领域技术人员可以容易地理解，根据本说明书上下文，术语多孔并不是用来指由固体(即无孔的)金属形成的网眼或筛孔。对于颗粒状的多孔金属催化剂来说，其表面积(例如，采用气体吸收法测定)典型地至少为20m2/g，较优选地至少为40m2/g，特别是至少为50m2/g，例如可达到200m2/g，如50-100m2/g。在碳生成前，粒径可以典型地在1至300μm之内，优选是5至100μm，特别是10至80μm，更特别是20至40μm。而且，多孔指的是金属催化剂，而不是催化剂的载体，即沉积在多孔载体例如氧化硅或氧化铝上的固体金属催化剂并不是多孔金属催化剂。特别优选的金属催化剂是通过将一种金属元素从合金中全部或部分除去而得到的，例如，从铝-过渡金属合金中将铝除去。这种可除去铝的铝-过渡金属合金或金属间化合物(intermetals)可以自商业途径购得(例如，德国戈斯拉尔的H.C.Starck GmbH & Co AG商品名为Amperkat的产品)，或通过将铝合金用酸，例如硝酸，浸出而制得。从H.C.Starck可得到的Amperkat催化剂的例子包括Amperkat SK-NiFe 6816，SK-Ni 3704，SK-Ni 5544，和SK-Ni 5546，其中分别含有4-7％wt Al62-67％wt Ni26-30％wt Fe，4-7％wt Al93-96％wt Ni＜1％wt Fe，5-9％wt Al90-95％wt Ni＜0.6％wt Fe，和5-9％wt A190-95％wt Ni＜0.6％wt Fe。这些Amperkat催化剂具有约80μm的粒径(即80-90％低于80μm)，约20-50％的固体含量和约1300-1800kg/m3的表观密度(水样催化剂浆)。优选使用SK-Ni 5546。催化剂优选是颗粒状的，通常具有上述的粒径，或粒径为10nm至100μm，优选50nm至1000nm，特别是80至200nm。我们还提出通过使用多孔的铁催化剂，即海绵状铁(直接还原铁)，以节约碳生产的成本。海绵状铁最主要的优点就是价格低廉，因此是先前使用的过渡金属催化剂的廉价替代物。而且，海绵状铁中还没有亚铁碎片中通常会存在的其它元素，例如铜、锌、锡、铬和钼等。海绵状铁具有较低的硫和磷含量。海绵状铁是指当铁矿石在低于铁的熔化温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：埃米尔·埃德温，托尔·阿尼森，克努特伊瓦尔·阿瑟，厄林·赖特，约翰·A·约翰森，
申请(专利权)人：斯塔托伊尔公司，
类型：发明
国别省市：