[发明专利]一种甲烷氧化偶联制烯烃工艺

说明书

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种甲烷氧化偶联制烯烃工艺，包括：富甲烷气体与富氧气体混合形成原料气，在固定床反应器中在催化剂作用下发生氧化偶联反应，得到至少包含CO、CO₂、乙烯、乙烷、碳三及以上组分的反应气；所述固定床反应器中设置有多段串联的催化剂床层；每段催化剂床层高度为100‑500mm，反应压力为0.1～1.5MPaG，体积空速为2000‑10000h^‑1，反应气温升范围为150‑300℃；每段催化剂床层下部为取热段，反应气换热后进入下一段催化剂床层。本发明的方法可以有效控制反应温升，减少副反应，有利于烯烃收率的提高，采用本发明可以使甲烷转化率达到34％，C2选择性达到58.7％。

技术领域

本发明属于石油化工领域，更具体地，涉及一种甲烷氧化偶联制烯烃工艺。

背景技术

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

随着国际原油价格的大幅波动和技术进步，为改变乙烯生产原料过分依赖于石油资源的状况，生产乙烯原料发生了变化，以甲醇为原料生产乙烯的技术得到发展，成为新型煤化工技术中工业应用广泛的技术。

甲烷氧化偶联制乙烯技术是生产乙烯的重要技术，它以天然气为原料，只需一步反应过程即可制得乙烯，具有很高的理论价值和经济价值。经过30多年的研究，甲烷一步法制乙烯研究取得突破性进展，甲烷偶联制乙烯工业示范装置投产成功，正迈向工业化的前夕。这对破解乙烯行业原料来源瓶颈，降低生产成本，增强乙烯行业及下游产业的竞争力意义重大。

国内外的研究开发以美国Siluria技术公司最为典型，Siluria通过使用生物模板精确合成纳米线催化剂，开发出工业可行的甲烷直接制乙烯催化剂。该催化剂可在低于传统蒸汽裂解法操作温度200-300℃的情况下在5-10个大气压下，高效催化甲烷转化成乙烯。该技术使得催化剂寿命延长，操作温度大幅下降，但是对甲烷转化率和乙烯收率并没有实质性突破。

发明内容

本发明的目的是提供一种甲烷氧化偶联制烯烃工艺，从而满足甲烷氧化偶联制烯烃反应强放热的特点，通过分段后中间取热可有效控制反应温升，再结合对反应工艺条件的控制，从而达到减少副反应发生，提高烯烃收率的目的。

为了实现上述目的，本发明提供一种甲烷氧化偶联制烯烃工艺，富甲烷气体与富氧气体混合形成原料气，在固定床反应器中在催化剂作用下发生氧化偶联反应，得到至少包含CO、CO₂、乙烯、乙烷、碳三及以上组分的反应气；所述固定床反应器中设置有多段串联的催化剂床层；每段催化剂床层高度超过100mm，小于等于500mm，优选为150～500mm，反应压力为0.1～1.5MPaG，优选为0.5～1.0MPaG，体积空速为2000～10000h^-1，反应气温升范围为150～300℃；每段催化剂床层下部为取热段，反应气换热后进入下一段催化剂床层。即，第一段反应床为绝热床，其余每段床层上部为取热段，采用如蛇管取热后进入下一段反应床层。

本发明对催化剂床层的段数没有特别的限定，优选地，催化剂床层的段数为2～6段。

根据本发明，优选地，所述氧化偶联反应的操作温度为700～900℃。

根据本发明，优选地，各段催化剂床层入口处甲烷与氧气的体积比为0.1：1～80：1。