[发明专利]甲烷氧化偶联

说明书

本发明涉及一种甲烷氧化偶联(OCM)的方法，包含以下步骤：(a)在反应器中使氧气和甲烷与OCM催化剂接触，从而生成包含乙烯、乙烷、甲烷、二氧化碳和水的反应器流出物；(b)冷却步骤(a)中获得的反应器流出物的至少一部分，以获得包含水的液体流和包含乙烯、乙烷、甲烷和二氧化碳的气体流；(c)从步骤(b)中获得的包含乙烯、乙烷、甲烷和二氧化碳的气体流的至少一部分中去除二氧化碳，从而生成包含乙烯、乙烷和甲烷的气体流；(d)从步骤(c)中获得的包含乙烯、乙烷和甲烷的气体流的至少一部分回收包含甲烷的流、包含乙烷的流和包含乙烯的流；(e)将步骤(d)中获得的包含甲烷的流的至少一部分再循环至步骤(a)；(f)通过使乙烷经历氧化脱氢(ODH)条件，将步骤(d)中获得的包含乙烷的流中的乙烷转化为乙烯。

技术领域

本发明涉及一种甲烷氧化偶联(OCM)的方法。

背景技术

甲烷是一种宝贵的资源，其不仅用作燃料，而且还用于合成化合物，例如高级烃。

甲烷可以通过间接转化转化为其它化合物，其中甲烷转化为合成气(氢气和一氧化碳)，然后在费托工艺过程中进行合成气的反应。然而，此类间接转化非常昂贵，且消耗大量能量。

因此，工业上希望能够将甲烷直接转化为其它化合物，而不需要生成合成气等中间体。为此，近年来甲烷氧化偶联(OCM)方法的研究得到了越来越多的关注。

甲烷的氧化偶联将甲烷转化为具有2个或更多碳原子的饱和以及不饱和非芳香烃，包括乙烯。在该方法中，使包含甲烷的气流与OCM催化剂和氧化剂(如氧气)接触。在此类方法中，氧被吸附在催化剂的表面上。然后将甲烷分子转化为甲基。首先将两个甲基偶联成一个乙烷分子，然后将其通过乙基中间体脱氢成乙烯。

通常，在OCM方法中可实现的转化率相对较低。此外，在较高转化率下，选择性降低，因此通常希望保持较低的转化率。结果，大量未转化的甲烷离开了OCM反应器。未转化的甲烷在OCM产物气流中的比例可高达60-80摩尔％，这是基于气流的总摩尔量确定的。通常，OCM反应器流出物包含乙烯、乙烷、甲烷、二氧化碳和水。未转化的甲烷必须从此类流出物中回收并随后再循环至OCM方法中。

已知的分离离开OCM方法的气流的方法如下。酸性气体(主要是二氧化碳CO₂)的去除分为两个阶段，第一个阶段是使用例如单乙醇胺(MEA)的水胺吸收系统，第二个阶段是通过氢氧化钠NaOH水溶液洗涤去除最终的二氧化碳CO₂痕迹。将不含二氧化碳CO₂的气体在干燥剂床中干燥，然后在与传统乙烯装置使用的类似分离装置中进行处理。分离顺序包含前端脱甲烷塔、脱乙烷塔、C2分离器、脱丙烷塔、C3分离器和脱丁烷塔。甲烷可以用低温蒸馏的方法在所谓的“脱甲烷塔”中分离出来。例如，在专利US5113032和US5025108中披露了在OCM方法之后使用低温蒸馏的方法。

如上所述，由OCM方法生成的气体流包含乙烯、乙烷和(未转化的)甲烷。在乙烯是目标产物的情况下，除了将所述未转化的甲烷再循环至实现OCM的步骤之外，还可能需要将乙烷再循环至OCM步骤，以便最大化乙烯的生产，因为乙烷是经由OCM生产乙烯的中间体。然而，不利的是，在再循环到其中使用OCM催化剂的OCM步骤之后，乙烷倾向于燃烧成二氧化碳，而不是脱氢成乙烯。

因此，本发明的目的是提供一种用于甲烷氧化偶联的改进方法，其中乙烯的生产可以最大化，也就是说其中可以实现乙烯选择性和/或产量的提高，并且没有上述和下述缺点。另一个目的是减少此类方法所需的能量，其中乙烯的生产可以最大化。

发明内容

令人惊奇的是，上述目的可以通过本发明的OCM方法实现。

本发明涉及一种甲烷氧化偶联(OCM)的方法，包含以下步骤：

(a)在反应器中使氧气和甲烷与OCM催化剂接触，生成包含乙烯、乙烷、甲烷、二氧化碳和水的反应器流出物；