[发明专利]甲烷氧化偶合的方法

说明书

本发明涉及将甲烷氧化偶合为一种或多种的C2+烃类的方法，其包含使在甲烷氧化偶合反应条件下处理甲烷和氧气或空气而获得的包含甲烷、乙烯、任选的乙烷以及任选的氮气的气流经历两个连续的吸附步骤，所述连续的吸附步骤包含使所述包含甲烷、乙烯、任选的乙烷以及任选的氮气的气流与选择性吸附剂接触，导致包括乙烯和任选的乙烷的部分所述气流被所述吸附剂吸附，并获得包含剩余所述气流即包含甲烷、任选的乙烷以及任选的氮气的气流，将所述后一种气流进行第二吸附步骤导致进一步分离，最终获得包含甲烷的气流，所述甲烷可选地被回收至甲烷氧化偶合(反应)步骤中，其中每个吸附步骤之后是解吸步骤，所述解吸步骤包含解吸来自所讨论的所述气流的所述经吸附组分。

技术领域

本发明涉及一种甲烷氧化偶合的方法。

背景技术

甲烷是一种宝贵的资源，不仅用作燃料，而且还用于合成诸如高级烃类等化合物。

甲烷向其他化合物的转化可以通过间接转化进行，其中甲烷被改造为合成气体(氢气和一氧化碳)，然后在费托合成过程中使合成气体反应。然而，这种间接转化是昂贵的，并且消耗大量的能量。

因此，能够直接将甲烷转化为其他化合物而不需要形成诸如合成气体等中间体对工业来说是需要的。为此，近年来人们越来越多地关注于甲烷氧化偶合(OCM)方法的开发。

甲烷氧化偶合将甲烷转化成具有2个或更多个碳原子的饱和与不饱和的非芳香烃，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或空气接触。在这样的方法中，氧气被吸附在催化剂表面上。然后将甲烷分子转化为甲基自由基。两个甲基自由基首先被偶合成一个乙烷分子，然后乙烷分子通过乙基自由基中间体脱氢生成乙烯。所述乙烷和乙烯可进一步反应成饱和与不饱和的C3+烃类，包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。通常，从OCM方法释放的气流包含水、任选的氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯以及具有5个或更多个碳原子的饱和与不饱和烃类的混合物。

一般而言，OCM方法可以实现的转化率相对较低。此外，在较高的转化率下，选择性会降低，因此通常希望保持较低的转化率。结果，会有相当大量的未转化的甲烷离开OCM反应器。根据气流的总摩尔量，在OCM产物气流中，未转化的甲烷的比例可以高达60摩尔％至80摩尔％。这种未转化的甲烷必须从所需的产物诸如乙烯和其他具有2个或更多个碳原子的饱和与不饱和烃中进行回收，这些烃也存在于这些气流中。

已知可以通过以下方式分离OCM方法所释放的气流。通过两个阶段去除酸性气体(主要是CO₂)，第一阶段是使用例如单乙醇胺(MEA)的胺水溶液吸收系统，第二阶段则通过用NaOH水溶液洗涤除去最后痕量的CO₂。在干燥剂床中干燥不含CO₂的气体，并在类似于常规乙烯装置使用的分离装置中进行处理。分离顺序包括前端脱甲烷塔、脱乙烷塔、C2分流器、脱丙烷塔、C3分流器以及脱丁烷塔。通过丙烯-乙烯级联制冷系统满足了分离的低温需求，所述系统仅需要乙烯制冷剂用于脱甲烷阶段。

因此，已知通过所谓的“脱甲烷塔”塔中的低温蒸馏的方式可以从具有2个或更多个碳原子的饱和与不饱和烃如乙烯中分离甲烷。在低温蒸馏中，施加相对较高的压力和相对较低的温度(低温)以实现甲烷的分离。在OCM方法之后使用低温蒸馏的实例如US5113032和US5025108中所公开。

本发明的一个目的在于提供一种技术上有利、有效且经济的甲烷氧化偶合方法，包括将包含(未转化的)甲烷和乙烯(产物)的产物气流分离成包含甲烷和另一种包含乙烯的气流的气流，尤其是在待分离的气流包含相对较高比例的未转化甲烷的情况下。这种技术上有利的方法将优选地导致更低的能量需求和/或更低的资本开支。

发明内容