[发明专利]甲烷的氧化偶联

说明书

本发明涉及甲烷氧化偶联(OCM)的方法，包括以下步骤：(a)在反应器中使氧气和甲烷与OCM催化剂接触，得到包含乙烯、乙烷、甲烷、二氧化碳和水的反应器流出物；(b)冷却反应器流出物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流；(c)从包含乙烯、乙烷、甲烷和二氧化碳的气流的至少一部分中除去二氧化碳，得到包含乙烯、乙烷和甲烷的气流；(d)使步骤(c)中获得的包含乙烯、乙烷和甲烷的气流的至少一部分通过膜，优选包含金属阳离子的膜，更优选包含银(I)离子(Ag⁺离子)或铜(I)离子(Cu⁺离子)的膜，以获得包含乙烷的流和包含乙烯的流。

技术领域

本发明涉及一种用于甲烷氧化偶联(OCM)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联(OCM)方法的开发。

甲烷氧化偶联将甲烷转化成具有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联成一个乙烷分子，然后乙烷分子通过乙基自由基中间体脱氢生成乙烯。

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。

本发明的一个目标是提供一种用于甲烷氧化偶联的改良方法。另一目的是得到相对纯的乙烯。另一个目的是减少纯化乙烯所需的能量。

发明内容

意外地发现上文所提及的目标可以借助于本发明的OCM方法获得。

本发明涉及一种甲烷氧化偶联(OCM)的方法，包括以下步骤：

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

(b)冷却反应器流出物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流；

(c)从包含乙烯、乙烷、甲烷和二氧化碳的气流的至少一部分中除去二氧化碳，得到包含乙烯、乙烷和甲烷的气流；