將甲烷轉(zhuǎn)化成乙烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開總體上設(shè)及將含控的進(jìn)料流股轉(zhuǎn)化成締控和其他產(chǎn)物的系統(tǒng)和方法，并且 更加具體地設(shè)及將天然氣轉(zhuǎn)化成乙締和其他產(chǎn)物的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 先前已經(jīng)描述了用于乙締生產(chǎn)的甲燒轉(zhuǎn)化的氧化偶聯(lián)。然而，由于存在如在產(chǎn)物 中乙締(C2化)的低產(chǎn)量和低濃度的問題，運(yùn)種技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了有限的工業(yè)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)類問題可 W導(dǎo)致較高的分離成本。
[0003] 在用于乙締生產(chǎn)的甲燒轉(zhuǎn)化的氧化偶聯(lián)方面的先前嘗試包括使用堿性氧化物催 化劑和混合物用于將甲燒氧化轉(zhuǎn)化成C2+控。通常甲燒的氧化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物包括乙締(C2也）、 乙燒(C2陸）、一氧化碳(C0)、和二氧化碳(0)2)。在祀產(chǎn)物乙締的高濃度下，可W發(fā)生將乙締 連續(xù)深度氧化成C0和C〇2,其中深度氧化是指將乙燒和乙締連續(xù)深度氧化成C0和C〇2。在反應(yīng) 期間反應(yīng)條件的變化通常導(dǎo)致出口氣體中乙締濃度小于8體積百分?jǐn)?shù)(vol%)。因此，從產(chǎn) 物的出口混合物中分離乙締的分離成本通常是昂貴的并且導(dǎo)致對(duì)于實(shí)現(xiàn)運(yùn)些轉(zhuǎn)化過程的 限制。
[0004] 因此，對(duì)于用于將天然氣和其他進(jìn)料流股轉(zhuǎn)化成締控、即乙締的更加高效和改善 的系統(tǒng)和方法存在需要，具有足夠的效率使得該方法在商業(yè)上是可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本文中公開的是用于將甲燒轉(zhuǎn)化成締控的方法。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用于生產(chǎn)乙締的方法包括:將包含甲燒、氧、和水的甲燒流股 引入至甲燒偶聯(lián)區(qū)；經(jīng)由甲燒氧化偶聯(lián)反應(yīng)使在甲燒偶聯(lián)區(qū)中的甲燒、氧、和水反應(yīng)W產(chǎn)生 第一產(chǎn)物流股;將第一產(chǎn)物流股引入至熱解區(qū)；并且使熱解區(qū)中的第一產(chǎn)物流股中的乙燒 熱解W產(chǎn)生包含乙締的第二產(chǎn)物流股。來自甲燒偶聯(lián)反應(yīng)的熱量用于熱解反應(yīng)。
[0007] 上述及其他特征通過W下附圖和【具體實(shí)施方式】舉例說明。
【附圖說明】
[000引現(xiàn)在將參考附圖，它們是示例性的實(shí)施方式，并且其中相似的元素同樣地編號(hào)。
[0009] 圖1示出了用于締控生產(chǎn)的雙反應(yīng)器方法和系統(tǒng)。
[0010] 圖2示出了用于締控生產(chǎn)的單反應(yīng)器方法和系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 本文中公開了系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法提供了將含控進(jìn)料流股轉(zhuǎn)化成締控，例 如，將天然氣轉(zhuǎn)化成乙締。該方法使用含甲燒(如從天然氣中分離的甲燒）的進(jìn)料流股的甲 燒氧化轉(zhuǎn)化(在本文中還稱為甲燒偶聯(lián)反應(yīng)或催化的氧化轉(zhuǎn)化)反應(yīng)與乙燒W及可選地其 他C3+控的蒸汽裂化方法的整合。通過甲燒的氧化轉(zhuǎn)化提供用于乙燒和可選的其他控的吸熱 的熱解反應(yīng)的能量。換言之，甲燒氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱量可w用于控裂化，例如乙燒。該系統(tǒng) 和方法也可W通過裂化法的基團(tuán)中間體(radical intermediate)導(dǎo)致來自氧化轉(zhuǎn)化的未 轉(zhuǎn)化的甲燒的轉(zhuǎn)化，W導(dǎo)致產(chǎn)物中乙締總濃度的增加。在本文中使用的，C2+控是具有兩個(gè)或 更多碳原子的控，例如2至4個(gè)，例如2至3個(gè)，并且C3+控是具有Ξ個(gè)或更多碳原子的控，例如3 至4個(gè)。
[0012] 在本文中公開的整合技術(shù)利用放熱的催化甲燒氧化轉(zhuǎn)化過程與吸熱的熱解過程 結(jié)合。在本文中公開的系統(tǒng)和方法還允許來自甲燒氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的乙燒在熱解反應(yīng)器中 可選地與另外的控(如另外的乙燒、丙烷、下燒、石腦油、或包含上述一種或多種的組合)結(jié) 厶 1=1 〇
[0013] 通過甲燒氧化轉(zhuǎn)化與控裂化方法的整合，可W完成從天然氣和從控裂化同時(shí)生產(chǎn) 乙締。因此，使用甲燒氧化偶聯(lián)的放熱反應(yīng)的熱量進(jìn)行控如石腦油的裂化。如在本文中使用 的，"同時(shí)生產(chǎn)乙締"是指使用在本文中公開的整合方法由甲燒和乙燒或由甲燒和其他C2+控 (例如，石腦油)兩者形成乙締。因此，期望的是，可W增加締控收率W及在產(chǎn)物中C2H4濃度。
[0014] 用于甲燒氧化轉(zhuǎn)化方法的催化劑可W是一種或多種金屬氧化物，例如，兩種金屬 氧化物的混合物。金屬氧化物可W包括Li、Mg、Sr、La、化、Μη、或包括上述一種或多種的組合 的氧化物。當(dāng)用作金屬氧化物混合物時(shí)，示例性組合是化-Μη-0、Li-Mg-0、和Sr-La-0，其中， 例如，化-Mn-0是氧化鋼和氧化儘的混合物，Li-Mg-0是氧化裡和氧化儀的混合物，并且Sr-La-0是氧化鎖和氧化銅的混合物。例如，在不被解釋為限制性時(shí)，催化劑可W是化-Mn-0混 合物，其是化氧化物和Μη氧化物的混合物。運(yùn)類催化劑還可W包括使用惰性載體，如二氧化 娃、Al2〇3、MgO等的制備物(pr邱aration)。例如，催化劑可W是化-Mn-〇/Si〇2,其中可W通過 用化0H和Mn(C出C00)2浸潰Si〇2,隨后在120攝氏溫度（°C)下干燥12小時(shí)，并且隨后在750°C 下般燒來制備該催化劑。基于催化劑和載體的總重量，Na-Mn-〇/Si〇2催化劑可W包含3至15 重量百分?jǐn)?shù)(wt% )的NaW及5至25wt%的Μη。
[001引現(xiàn)在參照附圖，圖巧出了用于生產(chǎn)締控的示例性方法和系統(tǒng)，并且例如示出了從 天然氣生產(chǎn)化學(xué)品W及氧化偶聯(lián)反應(yīng)器與熱解反應(yīng)器的整合。
[0016] 圖1示出了包括氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器30、熱解反應(yīng)器40、分離單元50、和動(dòng)力裝置 (power plant)60的系統(tǒng)10。應(yīng)注意，使用本文中公開的系統(tǒng)和方法生產(chǎn)的甲燒產(chǎn)物流股44 可W用于除了動(dòng)力裝置60之外的應(yīng)用。
[0017] 圖1示出了甲燒流股14進(jìn)入氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器30。甲燒流股14可W包含從天然氣分 離的甲燒，其中基于天然氣的總體積，天然氣通常包含大于或等于85vol %，例如，85至 90vol%的甲燒W及小于15vol%，例如，10至15vol%的乙燒?？蒞發(fā)生天然氣的分離，例 如，使用冷箱（cold box)。甲燒流股14可W包含，大于或等于85vol %，例如，大于或等于 90 VO1 %的天然氣中的總甲燒。
[0018] 在反應(yīng)器30中，或在氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器30的上游，甲燒流股14可W與再循環(huán)甲燒進(jìn) 料流股46結(jié)合。還可W將氧源18和水源22提供給氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器30。氧源18可W是，例如純 氧或空氣。作為進(jìn)入甲燒氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器30的進(jìn)料使用的甲燒:氧:水的體積比可W是2-7: 1:2-3，例如2-3.5:1:3。甲燒:氧的體積比（CH4/化比率)可W是2至6。運(yùn)類范圍可W允許控制 氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器30中的反應(yīng)條件并且可W允許形成3至7vol%的乙締。
[0019] 在甲燒氧化反應(yīng)器30中使甲燒、氧(其可W是空氣中的氧）、和水反應(yīng)W提供甲燒 氧化反應(yīng)產(chǎn)物流股32?？蒞在700至900°C，例如750至850°C，例如800至850°C的溫度下發(fā)生 甲燒氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)?？蒞在0至20己的壓力下發(fā)生甲燒氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)?？账伲╯pace velocity)可W是3600至36000 1/小時(shí)，例如3600至72001/小時(shí)并且可W具有0.1至1秒的 接觸時(shí)間。如上文討論的，可W在氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)器30中使用催化劑(如Na-Mn-〇/Si〇2)。
[0020] 產(chǎn)物流股32可W包含C2H4X2也、0)2、0)、邸4、水、或包含上述的一種或多種的組合。 產(chǎn)物流股32可W不含氧，其中該流股可W包含小于或等于0.5VO1%，例如，Ovol%的氧?？?W選擇反應(yīng)的組分的比例W實(shí)現(xiàn)具有一定轉(zhuǎn)化水平的反應(yīng)的高選擇性(例如70至75% )，運(yùn) 導(dǎo)致形成3至7vol%，例如3至4vol%的乙締。如果將空氣而不是氧用作進(jìn)入氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng) 器30的進(jìn)料流股，那么產(chǎn)物流股32還可W包含氮。
[0021] 隨后將產(chǎn)物流股32進(jìn)料至熱解反應(yīng)器40。在不將水分離的情況下，可W將產(chǎn)物流 股32進(jìn)料至熱解反應(yīng)器40。可W通過產(chǎn)物流股32將來自甲燒氧化反應(yīng)的熱量直接地轉(zhuǎn)移至 熱解區(qū)或者可W間接地?cái)y帶，例如通過在甲燒氧化反應(yīng)存在下加熱的（例如，如圍繞反應(yīng)器 的加熱套或者如流動(dòng)通過反應(yīng)區(qū)的分離通道(separat