[发明专利]共同进料的甲烷和低氢含量烃物料到乙炔的转化

说明书

发明人：Paul F.Keusenkothen和Frank Hershkowitz优先权

本申请要求了2008年11月25日提交的USSN 12/323,132的优先权及其权益。

发明领域

本发明涉及低氢含量烃例如煤炭通过与甲烷共混并且在部分氧化反应器中利用氧气作为共同进料处理得到的共混物以制备乙炔而进行的转化。

背景技术

常规的蒸汽裂解器已知作为有效的工具用于裂解含有较多份数挥发性烃、例如乙烷、瓦斯油和石脑油的高质量原料。再生性热解反应器还是已知的且通常用于转化或裂解并且实施循环的、高温化学过程，例如可以在比适合在常规蒸汽裂解器中进行反应的温度更高的温度下进行的那些反应。再生性反应器循环典型地为对称的(在两个方向上相同的化学过程或反应)或不对称的(化学过程或反应随着在循环中的步骤改变)。对称循环典型的用于相对温和的放热化学过程，其实例为再生性热氧化(“RTO”)和自热重整(“ATR”)。不对称循环典型的用于实施吸热化学过程，并且期望的吸热化学反应与不同的放热(典型地燃烧)化学过程成对出现以便为吸热反应提供反应热。不对称循环的实例为Wulff裂解，变压重整和其他再生性热解反应器工艺。再生性热解反应器通常在现有技术中已知能够用于烃的转化或裂解。但是，它们并没有获得商业性或广泛用于烃转化的应用，其至少一部分是因为它们不能放大为经济规模的事实。这种失败之处大部分是因为设备不能够适当地控制和应对非常高的温度以及在方法的再生和加热阶段中将燃料和氧化剂结合的方式。高温难以定位并且包括延长的时间周期，且其导致过早的设备破坏。2006年12月21日在U.S.P.T.O.提交的标题为“甲烷向高级烃的转化”、流水号为No.11/643,541的专利申请(2006EM215US)提出了一个解决方案，其主要涉及用于热解体系的甲烷原料，其采用发明性延迟的燃烧过程与逆转流反应器系统。2007年6月4日提交的流水号为No.60/933,044、标题为“烃原料向更高价值烃的热解反应器转化”的U.S.专利申请(2007EM150PRV)教导了在将热解进料引入到热解反应器之前从该热解进料中除去非挥发性成分，其中将燃烧和氧气添加到第一反应器中以便为其中使烃进料裂解的第二反应器提供热量。2007年6月4日提交的流水号为No.60/933,011，标题为“共同进料的甲烷和烃原料向更高价值烃的转化”的U.S.专利申请(2007EM151PRV)教导了从热解进料中除去非挥发性成分以提供蒸气相，将该蒸气相与甲烷一起进料到热解反应器系统以提供乙炔。所有前述的U.S.专利申请都通过参考文件的形式全部并入本发明。

由于采用蒸汽裂解器，再生性热解反应器很适合用于经挥发或可挥发的原料，所述原料实质上不含非挥发性成分、例如金属和其他残留或不可挥发的组分，它们另外在反应器中沉积和集结作为灰分。热解反应器典型的在比蒸汽裂解器更高的温度下操作。

典型的，再生性反应器包括反应器床或区域，典型的包含一些类型的耐火材料，其中在反应器系统中发生反应。常规的再生性反应器典型的将燃料、氧化剂，或者补充量的一种这些反应物的物流直接输送到反应器床的流动路径中的某处位置。然后使输送的反应物在其中发生放热反应并且加热反应器介质或床。之后，反应的反应物耗尽且将热解原料，例如烃的进料物流，优选蒸气化的，引入到反应器介质或床的加热区域，和暴露于加热的介质以引起反应器原料的加热和热解为热解的反应器进料。然后将热解的反应器进料从反应器的反应区域中除去并且骤冷或冷却，例如在反应器系统的骤冷区域中，以便停止热解反应并且获得热解产物。这种布置方案需要专用的燃料以加热反应器床，该燃料与将要热解的进料分离开并且因此在操作中引入了额外的复杂性。

“关于苯，乙炔和联乙炔在1200℃下的碳化机理”，Kinney，C.R.& Slysh，R.S.1960 Proc.第4次Carbon Conference，Pergamon Press，在p.301 et seq.教导了甲烷以合理的产率通过甲基自由基和氢自由基中间体在2000℃下转化为乙炔和乙烯。重质烃可以在高于2000℃的温度下转化为乙炔和合成气，但是如果它们的氢含量低，反应会产生显著的焦炭。低于8％氢含量的苯在1200℃下和56毫秒内仅能以70％转化率获得18wt％的C₂，和70wt％的碳。该反应优先在氢气的存在下进行(氢化热解)以进一步减少芳香族物料的烟灰形成。