[发明专利]生产乙烯的方法

说明书

发明领域

本发明涉及生产乙烯的方法，和尤其涉及结合常规的热转化含甲烷的原料(例如天然气)成乙炔与就地氢化步骤生产乙烯的方法。

现有技术

通过热解转化甲烷成乙炔是公知的一种方法，例如在a.o.美国专利5824834和5789644中所述的一步部分氧化法。在US5789644中公开了一般的反应器结构和机械设计。这一设计包括三个主要的部件，一个是具有特殊扩散器的混合区，第二个部件是燃烧器区紧跟着反应区，和最后的部件是使用含水冷却剂或重油的骤冷区。这一专利的关键革新是为了特殊的控制目的，使用多孔板覆盖燃烧器区管道。US5824834公开了一般的工艺流程和一些关键的原料比，特别是碳与氧之比。利用这一比值控制烟灰形成，但通过这一方法不可能完全或有效地消除烟灰的形成。也可通过这一方法控制乙炔与合成气之比。

也可通过在a.o.GB921305和GB958046中所述的两段高温热解法(HTP)生产乙炔。该方法包括两个主要的反应区和一个骤冷区。其中预热的烃在其内燃烧的第一反应区，起到供应第二反应区所需热量的作用，在第二反应区内，注入其中待热解的新鲜烃原料并与第一区的燃烧产物混合。在骤冷区中，水或重油用作冷却剂。此外，在这一方法中产生某些量的碳。

在Pd/Al₂O₃催化剂上乙炔氢化反应变为乙烯也是已知的(例如US5847250)。这种催化反应广泛用于纯化在蒸汽裂化器内生产的被含量典型地小于1.5％的乙炔污染的乙烯。对于由乙炔批量生产乙烯来说，这一常规的氢化流程不是经济的。用于这一目的的使用常规的氢化流程的另一缺点是乙炔低聚成重质烃，而重质烃是原油和焦炭部分的前体。由于这些非所需的副反应，因此催化剂非常快速地失活并需要再生步骤。另外，一些乙烯可因连续深度氢化反应导致损失。此外，由于反应放热高，因此反应器温度可能失控，从而引起催化剂选择性下降。因此气相氢化乙炔是难以控制的工艺，特别是采用高乙炔浓度情况下。

另一方面，在液相反应器内，氢化温度可以是可控的，充足量体积的液体溶剂通过所述液相反应器连续再循环，维持稳定的温度，以便降低催化剂的失活速度，同时乙炔主要溶解在溶剂内。然而，溶剂的类型可影响氢化程度，正如在US4128595中所述。对于这一实践来说，在Pd/Al₂O₃催化剂存在下，在116-193℃下，利用惰性的烷属烃溶剂进行氢化反应。乙炔转化率经9天维持在99％，且选择率为84％。然而，若使用DMF溶剂，则在约17小时内乙炔的转化率从100％下降到50％，且选择率为75％。

在US5059732中公开了类似的液相氢化乙炔，其中汽油用作液体介质。这一方法改进了催化剂的寿命，但它通过低聚乙炔，诱导形成重质烃。

公布的US2005/0048658A1和US2005/0049445A1公开了通过使用NMP作为液体溶剂，和通过在Pd基催化剂上流过，氢化乙炔的方法。在这些公布专利中，所报道的在溶剂内溶解的乙炔浓度为约4.2％。基于这一信息，可得出结论，对于批量生产乙烯来说，反应器尺寸不经济地偏大。这一方法不可能有效地消除乙炔的低聚。尽管催化剂稳定约6天(140小时)，但仍需要再生步骤维持其活性。US2005/0065392A1公开了热解法生产乙炔紧跟着在下游常规的液相氢化流程。待实施的流程除了有限的特定生产速度以外，还使工艺设计复杂，这是由于乙炔在溶剂内的溶解度导致的。