[发明专利]由合成气生产轻质烯烃的方法

说明书

技术领域

在最一般的意义上，本发明涉及轻质烯烃的生产方法，如乙烯和丙烯。

尤其是，本发明涉及一种由合成气制备轻质烯烃如C_2-4烯烃的新方法，该方法具有高收率和高选择性。

背景技术

烃转化成轻质烯烃如乙烯和丙烯是一个重要的工业过程，因为轻质烯烃是非常有价值的起始化学品，广泛应用于几种材料的生产，如塑料及聚烯烃产品，聚烯烃产品如聚乙烯、聚丙烯和它们的共聚物。

用于上述转化的烃类的重要来源包括天然气和炼厂气，例如石脑油或其它基于石油的产品。

在世界范围使用比较广泛的一种工业方法中，轻质烯烃如C_2-4烯烃是通过对由石脑油烃类组成的裂解原料进行蒸汽裂解或流化催化裂解生产的。

轻质烯烃的收率、尤其是由石脑油裂解获得乙烯的收率取决于原料中烃的含量。当原料是由高浓度的链烷烃尤其是直链烷烃组成时乙烯的收率最高。但是，由石油炼厂仅可得到有限供应的高浓度直链烷烃原料。

另外，应考虑石油和基于石油的产品的成本近年来已经增加，并且预期会进一步增加，这推动了生产烃类的替代方法的研究，即由其他原料如天然气、煤和可再生资源如生物质来生产烃类。

在这方面，关于生产轻质烯烃，已开发出另一种工业方法，其涉及先生产合成气（syngas），主要包括一氧化碳（CO）和氢气（H₂），然后将合成气转化成甲醇，随后将甲醇转化成轻质烯烃。

合成气可容易地从非石油类原料中获得，尤其是天然气，通过常规的蒸汽重整方法可以转化成合成气。

现有技术中还可以通过转化各种原料来生产合成气，例如将煤和可再生原料，即生物质，如玉米秸秆、柳枝稷、甘蔗渣、木屑等，以及黑液和木质素转化成合成气。在这些原料中的某些原料通过蒸汽气化和热解转化成氢气的过程中，水煤气变换反应起着重要作用。蒸汽催化气化可在相对低的温度下得到高收率的合成气。

合成气可通过常规方法转化成甲醇，且生成的甲醇可输送至现有的轻质烯烃生产设备或甲醇和轻质烯烃的集成生产设备，在这些设备中，甲醇通过常规的甲醇制烯烃（MTO）工艺被转化成轻质烯烃。

MTO工艺在本领域内是熟知的，通常可得到轻质烯烃，尤其是乙烯和丙烯，且具有相对高的收率和高选择性，选择性一般为80%以上。

作为公知，MTO工艺需要使用合适的催化剂用于转化，其中使用较广泛的催化剂是磷酸硅铝（SAPOs）材料，尤其是SAPO-34。

在结构导向剂（模板）的存在下，可以使合适的Al源、Si源和P源在特定的比例和条件下反应来制备SAPO材料。

但是，SAPO材料的合成是非常严格的。已观察到，有时即使使用相同的反应物，根据所用的合成路径可得到不同的材料，这些材料具有相同的化学组成和SAPO结构，如X-射线衍射所确定的，但却具有不同的催化性能。

另外，SAPO材料成本高，特别是由于模板的成本高，因此，与常规的基于石油的产品如石脑油的裂解方法相比，由合成气和涉及的MTO工艺生产轻质烯烃的整个过程往往不符合成本效益。

这强烈限制了MTO工艺到工业水平的适用性，即使可以在相对高的收率和选择性下得到轻质烯烃。

本发明所要解决的技术问题在于提供一种由非石油原料生产轻质烯烃的方法，该方法具有高收率和高选择性，同时成本低，以使其适用于工业水平。

发明概述

目前已发现，可以由合成气直接转化成轻质烯烃来生产轻质烯烃且具有相对高的收率和高的选择性，而不形成需要随后通过MTO工艺来转化成轻质烯烃的中间体甲醇。

根据本发明，上述技术问题是通过轻质烯烃的如下生产方法来解决的，该方法包括在250-350℃的温度范围和10-40巴(bar)的压力范围内使合成气与铁基催化剂接触的步骤。

得益于本发明，有利地得到了选择性至少为80%的轻质烯烃的生产方法。

发明详述

在以下描述中，术语“轻质烯烃（light olefins）”指的是C₂-C₄的不饱和烃，特别是乙烯和丙烯。

此外，术语“合成气（synthesis gas）或合成气（syngas）”指的是由非石油原料转化得到的主要含有CO和H₂的气体混合物。

尤其是，合成气可以通过对天然气进行常规的蒸汽重整过程来获得，或通过常规方法对其它非石油原料、尤其是煤或可再生资源如生物质进行转化来获得。