[发明专利]均相氧化含甲烷的气体的装置和氧化含甲烷的气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油化学工业，具体地涉及均相氧化含甲烷的气体的装置，还涉及均相氧化含甲烷的气体的方法。

背景技术

存在大储量的天然气，并且该天然气是生态清洁燃料，但是在许多情况下，特别是在运输中，直接使用气态能源是不方便的。可以通过将天然气转化成更常见的液态燃料、特别是甲醇来解决该问题，而甲醇是许多化学品生产工艺的原料。已知有许多将甲烷转化成甲醇的方法。工业中广泛使用的是将甲烷蒸气转化成合成气(CO和H₂的混合物)，随后再将后者催化转化成甲醇(Karavaev，M.M.，Leonov，V.E.等人的″Теxнологияcинтетичеcкого метанола″[Synthetic Methanol Production Processes]，Moscow，“Khimiya”Publishing House，1984，72-125页)，但是此方法有许多显著的缺点：装置复杂、对气体纯度有严格要求、制备和净化合成气的能耗高、工艺有非常多的中间步骤、生产能力低于2000t/天的小规模和中等规模生产装置不赢利。

目前，最受关注的是在高压下将甲烷直接气相氧化成甲醇，避开制备合成气的工段。该方法在管状反应器中、在高达10MPa的压力和400-450℃的温度下、在相对低的氧初始浓度下进行，然后冷却气-液混合物，分离液态产物，再通过精馏从液态产物中提取甲醇(Arutyunov，V.S.，and Krylov，O.V.，″Окиcлителъные превращения метана″[Oxidative Transformations of Methane]，Moscow，″Nauka″Publishing House，1998，130-145页)。但是，在一次通过反应器时，甲烷的转化率低，不超过3％-5％，因此，甲醇的低收率阻止了实际实施该方法、通过直接氧化甲烷来制备甲醇。

含甲烷的气体是指包含至少50％的CH₄的气体，以及油气田中燃烧的火炬气。取决于包含油矿的地下矿层，目前火炬气中的甲烷浓度可以是30％-86％(Arutyunov，V.S.，and Krylov，O.V.，″Окиcлителъные превращенияметана″[Oxidative Transformations of Methane]，Chemical Physics Institute，RAN[Russian Academy of Sciences]，Moscow，″Nauka″Publishing House，1998，361 pp.)。

均相氧化含甲烷的气体的装置可提高气体加工的效率和成本效率。这通过同时利用废热锅炉与用于均相氧化产物的分离(精馏)段的装置来实现，所述废热锅炉用于快速冷却反应混合物、吸收器、管线以及换热器之一，反应混合物来自均相氧化含甲烷气体的反应器，吸收器用于净化来自富集杂质和生产工艺的副产物，特别是SO₂、CO和CO₂的循环气，额外的管线用于联接所述废热锅炉，换热器冷却来自原含甲烷气体的氧化段的循环气。提出的方法也可以实现相似的效果；利用上述创新，但是还有所改良-在循环气被进料至第一反应器之前，将其加热至430-450℃，在冷却、冷凝和分离反应产物之后，清除循环气中的SO₂、CO和CO₂。