[发明专利]液态烃的制备方法

说明书

本发明涉及用于将甲烷转化为液态烃的方法。

发明背景

WO03/048034描述了方法，其中在第一阶段，在所谓的重整阶段中，在第一催化反应器中将甲烷和蒸汽反应以生成一氧化碳和氢气(“合成气”)，和在第二阶段中，在第二催化反应器中将所得到的合成气经过费托反应以生成较高分子量且在室温下通常为液态的烃。所得到的结果是将甲烷气体转化为液态烃，因此该转化有时也称作气体到液体(“GTL”)。

上述转化是具有吸引力的，因为其能够将油或气井中存在的天然气转化为更容易输送的有价值且有用的液态烃。

WO03/048034公开了该重整阶段是吸热反应，可能通过在钯或铂催化剂上燃烧甲烷用以提供热量。然而，在空气中直到其达到约400℃的温度之前，甲烷不会发生催化燃烧。因此，为了启动该重整阶段，在将甲烷或天然气引入重整反应器中之前，必须提供用于将燃烧催化剂的温度升高到约400℃或更高的温度的方法。在可获得的可能方案中，电加热在商业工厂规模上可能并不实用，其中火焰和待加热的气体之间存在直接接触的管道燃烧器的使用将会产生会在冷催化剂上冷凝并会潜在造成损害的水。本发明通过使用在转化的费托反应阶段中生成的氧化剂以令人惊奇和未曾预期的方式解决了该问题。此外，本发明在该燃烧过程的稳态操作中(即在重整阶段已经令人满意地开始之后)使用该氧化剂。

发明内容

在一个方面，本发明提供了用于将甲烷转化为较高分子量烃的方法，包括：

(A)通过在升高温度下与蒸汽的催化反应将甲烷重整，以生成一氧化碳和氢气；

(B)将该一氧化碳和氢气的混合物经过费托反应，以生成一种或多种较高分子量烃和水；

(C)从该水中萃取或回收一种或多种含氧剂(oxygenates)；

(D)催化燃烧该含氧剂，由此为步骤(A)提供热量；和

(E)在该催化燃烧的温度达到或超过甲烷的催化燃烧引发温度时或在此之后，用甲烷取代步骤(D)中的含氧剂的至少一部分。

在该方法启动时(即在步骤(B)中的气态产物，所谓的“尾气”生成之前)步骤(E)中的甲烷通常在天然气中提供。然后，步骤(E)中的甲烷可能在来自步骤(B)的尾气中提供。

优选地，该来自步骤(D)的含氧剂也用作燃料增强剂，与步骤(B)中生成的尾气(较短链烃类气体和氢气)相结合构成用于步骤(A)的稳态热供应的燃料。

在第二方面，本发明提供了用于将甲烷转化为较高分子量烃的方法，包括：

(A)通过在升高温度下与蒸汽的催化反应将甲烷重整，以生成一氧化碳和氢气；

(B)将该一氧化碳和氢气的混合物经过费托反应，以生成一种或多种较高分子量烃和水；

(C)从该水中萃取或回收一种或多种含氧剂；和

(F)使用该来自步骤(C)的含氧剂作为燃料增强剂，与步骤(B)中生成的较短链烃类气体和氢气相结合作为用于步骤(A)的稳态热供应的燃料。

优选地，在第二方面，在步骤(F)中，该来自步骤(C)的含氧剂催化燃烧，来为步骤(A)提供热量(相当于第一方面的步骤(D))；和(G)在该催化燃烧的温度达到或超过甲烷的催化燃烧引发温度时或在此之后，用甲烷取代其至少一部分(相当于第一方面的步骤(E))。这是为了能使该方法开始，称作“启动”。

应当指出，在两个方面，用于步骤(A)的热量供应不必须意味着所有用于步骤(A)的热量都是在步骤(D)或步骤(F)中提供的。因此，该热量中只有部分可能是这样提供的。

在本发明的两个方面，如果以及在适合时，优选步骤(D)或步骤(F)的催化燃烧是在空气中发生的，更优选地该空气是间接通过与步骤(B)中所用的冷却剂的热交换而进行预热的。该催化燃烧是非均相发生的。

“含氧剂”是指其分子结构除碳和氢之外还包含氧的有机化合物。作为本发明中含氧剂的实例，可以提及占主要且以痕量存在的甲醇和乙醇、每分子具有不超过九个碳原子的其他醇、醛和酮。WO03/048034提及来自该费托反应的水可以包含醇，该醇在所述情况下将进行重整以产生CO、CO₂和H₂。对其在该燃烧过程中的作用不做描述或暗示。

发明详述