Системы и способы окислительного сочетания метана - RU2020102298A
Код документа: RU2020102298A
Формула
1. Способ получения олефина, включающий:
а) обеспечение реактора, имеющего изотермическую секцию, причем указанная изотермическая секция содержит катализатор, способный стимулировать реакцию окислительного сочетания метана (ОСМ), и находится в тепловом контакте с теплопередающей средой; и
б) введение газовой смеси в изотермическую секцию реактора, причем указанная газовая смесь содержит кислород (O2) и метан (CH4), в результате чего по меньшей мере примерно 75 мол. % O2 вступает в реакцию с CH4 с образованием выходящего потока, содержащего углеводородные соединения, имеющие два или более атомов углерода (соединения C2+), и не содержащие соединения C2+ примеси.
2. Способ по п. 1, в котором реакция ОСМ имеет селективность по соединениям C2+ по меньшей мере примерно 50% при 700°C.
3. Способ по п. 1, в котором реакция ОСМ имеет селективность по соединениям C2+ по меньшей мере примерно 60% при 750°C.
4. Способ по п. 1, в котором реакция ОСМ имеет селективность по соединениям C2+ по меньшей мере примерно 65% при 800°C.
5. Способ по п. 1, в котором температура газовой смеси составляет от примерно 650°C до примерно 750°C.
6. Способ по п. 1, в котором температура выходящего потока составляет от примерно 800°C до примерно 900°C.
7. Способ по п. 1, в котором указанная газовая смесь содержит от примерно 13 мол. % до примерно 17 мол. % O2.
8. Способ по п. 1, в котором указанный выходящий поток содержит от примерно 0,5 мол. % до примерно 3 мол. % O2.
9. Способ по п. 1, в котором от примерно 12 мол. % до примерно 16 мол. % CH4 преобразуется в изотермической секции в соединения C2+ и не содержащие соединения C2+ примеси.
10. Способ по п. 1, в котором катализатор представляет собой перовскит или содержит лантаноид.
11. Способ по п. 1, в котором катализатор не сжимается и не спекается.
12. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере примерно 80 мол. % O2 вступает в реакцию с CH4 с образованием соединений C2+ и не содержащих соединения C2+ примесей.
13. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
направление дополнительной газовой смеси, содержащей метан (CH4) и окислитель, в секцию розжига, сообщающуюся с изотермической секцией и расположенную до входа изотермическую секцию, причем указанная секция розжига находится в тепловом контакте с дополнительной теплопередающей средой и содержит дополнительный катализатор, способный стимулировать дополнительную реакцию ОСМ; и
превращение по меньшей мере части указанного CH4 и указанного окислителя из указанной дополнительной газовой смеси в указанной дополнительной реакции ОСМ с получением дополнительных соединений C2+.
14. Способ по п. 13, в котором теплопередающей средой и дополнительной теплопередающей средой являются расплавы солей.
15. Способ по п. 13, в котором дополнительная реакция ОСМ имеет селективность по соединениям C2+ по меньшей мере примерно 30% при 550°C.
16. Способ по п. 13, в котором дополнительная реакция ОСМ имеет селективность по соединениям C2+ по меньшей мере примерно 40% при 600°C.
17. Способ по п. 13, в котором реактор дополнительно содержит секцию нагрева, сообщающуюся с секцией розжига и расположенную до входа в секцию розжига, причем указанная секция нагрева находится в тепловом контакте с дополнительной теплопередающей средой, причем указанная дополнительная теплопередающая среда содержит расплав соли.
18. Способ по п. 13, в котором температура дополнительной газовой смеси составляет от примерно 450°C до примерно 580°C.
19. Способ по п. 13, дополнительно включающий генерирование дополнительного выходящего потока, содержащего указанные дополнительные соединения C2+, причем температура дополнительного выходящего потока составляет от примерно 650°C до примерно 750°C.
20. Способ по п. 13, в котором дополнительная газовая смесь содержит от примерно 15 мол. % до примерно 20 мол. % O2.
21. Способ по п. 13, дополнительно включающий генерирование дополнительного выходящего потока, содержащего указанные дополнительные соединения C2+, при этом дополнительный выходящий поток содержит от примерно 13 мол. % до примерно 17 мол. % O2.
22. Способ по п. 13, в котором от примерно 3 мол. % до примерно 5 мол. % CH4 из дополнительной газовой смеси преобразуется в соединения C2+ и не содержащие соединения C2+ примеси в секции розжига.
23. Способ по п. 13, в котором дополнительный катализатор содержит нанопроволоки.
24. Способ по п. 13, в котором дополнительный катализатор способен провести окислительное дегидрирование (ОДГ).
25. Способ по п. 13, в котором по меньшей мере примерно 10 мол. % O2 из дополнительной газовой смеси реагирует с CH4 с образованием соединений C2+ и не содержащих соединения C2+ примесей.
26. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
направление указанного выходящего потока из указанной изотермической секции в адиабатическую секцию, сообщающуюся с изотермической секцией и расположенную ниже по потоку относительно изотермической секции, причем указанная адиабатическая секция изолирована и содержит дополнительный катализатор, способный стимулировать дополнительную реакцию ОСМ, в которой реагирует по меньшей мере часть указанного выходящего потока в указанной дополнительной реакции ОСМ с получением потока продуктов, при этом поток продуктов имеет концентрацию кислорода, которая меньше или равна примерно 2000 частям на миллион (ppm).
27. Способ по п. 26, в котором дополнительная реакция ОСМ имеет результирующую селективность по соединениям C2+ от примерно 0% до примерно 20% при 850°C.
28. Способ по п. 26, в котором указанный выходящий поток содержит непрореагировавший CH4 и в котором менее чем примерно 10 мол. % непрореагировавшего CH4 преобразуется в СО и H2.
29. Способ по п. 27, в котором дополнительный катализатор представляет собой перовскит.
30. Способ по п. 26, в котором дополнительный катализатор способствует окислительному дегидрированию (ОДГ).
31. Способ по п. 26, в котором указанный выходящий поток содержит непрореагировавший CH4 и где от примерно 0 мол. % до примерно 3 мол. % непрореагировавшего CH4 преобразуется в соединения C2+ и не содержащие C2+ примеси в адиабатической секции.
32. Способ по п. 26, дополнительно включающий добавление от примерно 0 мол. % до примерно 5 мол. % этана (C2H6) в выходящий поток рядом со входом в адиабатическую секцию.
33. Способ по п. 26, в котором выходящий поток вводят в адиабатическую секцию при температуре от примерно 800°C до примерно 900°C.
34. Способ по п. 26, в котором поток продуктов выходит из адиабатической секции при температуре от примерно 850°C до примерно 950°C.
35. Способ по п. 26, в котором реактор дополнительно содержит расположенную после насадки секцию крекинга ПНК, сообщающуюся с адиабатической секцией и расположенную ниже по потоку относительно адиабатической секции, причем секция ПНК преобразует C2H6 в C2H4, используя тепло, полученное из реакции ОСМ и/или дополнительной реакции ОСМ.
36. Способ по п. 35, дополнительно включающий добавление от примерно 1 мол. % до примерно 5 мол. % этана (C2H6) в технологический поток ПНК рядом со входом в секцию ПНК.
37. Способ по п. 26, в котором по меньшей мере примерно 20 мол. % CH4 преобразуется в соединения C2+ и не содержащие соединения C2+ примеси в комбинации секции розжига, изотермической секции и адиабатической секции.
38. Система для осуществления окислительного сочетания метана (ОСМ), включающая реактор, содержащий:
а) секцию розжига, которая выполнена с возможностью приема газовой смеси, содержащей кислород (O2) и метан (CH4), и содержит первый катализатор OCM, способствующий реакции OCM, которая превращает O2 и CH4 в углеводородные соединения, имеющие два или более атомов углерода (соединения C2+) с селективностью по меньшей мере примерно 30% при 550°C, причем секция розжига находится в тепловом контакте с первой теплопередающей средой;
b) изотермическую секцию, сообщающуюся с секцией розжига и расположенную ниже по потоку относительно секции розжига, причем указанная изотермическая секция содержит второй катализатор ОСМ, обладающий селективностью по соединениям C2+ по меньшей мере примерно 50% при 700°C, причем изотермическая секция находится в тепловом контакте со второй теплопередающей средой; и/или
c) адиабатическую секцию, сообщающуюся с изотермической секцией и расположенную ниже по потоку относительно изотермической секции, причем указанная адиабатическая секция содержит третий катализатор OCM, имеющий результирующую селективность по соединениям C2+ по меньшей мере примерно 0% при 850°C.
39. Система по п. 38, в которой реактор дополнительно содержит расположенную после насадки секцию крекинга ПНК, сообщающуюся с адиабатической секцией и расположенную ниже по потоку относительно адиабатической секции, причем указанная секция ПНК преобразует C2H6 в C2H4, используя тепло, полученное от указанной реакции ОСМ.
40. Система по п. 38, в которой реактор содержит как секцию розжига, так и адиабатическую секцию.
41. Система по п. 38, в которой реактор выполнен с возможностью работы при давлении, превышающем примерно 2 бара изб.
42. Система по п. 38, в которой реактор представляет собой трубчатый реактор.
43. Система по п. 38, в которой первая теплопередающая среда и вторая теплопередающая среда являются одинаковыми.
44. Система по п. 38, в которой первая теплопередающая среда и/или вторая теплопередающая среда являются расплавами солей.
45. Система по п. 38, дополнительно содержащая реактор метанирования, сообщающийся с первой теплопередающей средой или со второй теплопередающей средой.
46. Система по п. 38, в которой указанный реактор дополнительно содержит секцию метанирования, сообщающуюся с секцией розжига и расположенную до входа в секцию розжига, причем секция метанирования содержит катализатор метанирования.
47. Способ получения олефина, включающий получение потока газа, содержащего метан (CH4), кислород (O2) и разбавитель, и пропускание потока газа через катализатор окислительного сочетания метана (ОСМ) при давлении по меньшей мере примерно 2 бара изб. для превращения по меньшей мере части CH4 в углеводородные соединения, имеющие два или более атомов углерода (соединения C2+), причем отношение молекул разбавителя к атомам углерода в потоке газа составляет по меньшей мере примерно 0,1.
48. Способ по п. 47, в котором разбавитель содержит воду (H2O).
49. Способ по п. 47, в котором разбавитель содержит диоксид углерода (CO2).
50. Способ по п. 47, где отношение составляет по меньшей мере примерно 0,5.
51. Способ по п. 47, в котором отношение составляет не более примерно 5.
52. Способ по п. 47, где отношение составляет от примерно 0,1 до примерно 5.
53. Способ по п. 47, в котором давление составляет по меньшей мере примерно 4 бара изб.
54. Способ получения олефина, включающий:
а) введение потока подачи, содержащего кислород (O2) и метан (CH4), в неадиабатическую секцию реактора, причем указанная неадиабатическая секция находится в тепловом контакте с теплопередающей средой и содержит катализатор окислительного сочетания метана (ОСМ), который способствует осуществлению реакции ОСМ, причем максимальная температура внутри неадиабатической секции составляет менее чем примерно 1000°C, а тепло, выделяемое из реакции ОСМ, по меньшей мере частично передается в теплопередающую среду для получения промежуточного потока газа, содержащего по меньшей мере примерно 1 мол. % O2; и
b) введение промежуточного потока газа в по существу адиабатическую секцию реактора, при этом удовлетворяется по меньшей мере одно из условий: (i) разность между временем выхода промежуточного потока газа из неадиабатической секции и временем входа промежуточного газа в по существу адиабатическую секцию составляет меньше чем примерно 50 миллисекунд (мс), (ii) выходящий газ на выходе из по существу адиабатической секции содержит меньше чем примерно 500 частей на миллион (ppm) O2, и (iii) температура на выходе из по существу адиабатической секции составляет по меньшей мере примерно 880°C.
55. Способ получения этилена, включающий:
а) введение потока кислорода, содержащего кислород (O2), потока метана, содержащего метан (CH4), и потока разбавителя, содержащего воду (H2O), диоксид углерода (CO2) или их комбинацию, в реактор, содержащий катализатор окислительного сочетания метана (OCM), с получением выходящего газа OCM, содержащего разбавитель, при этом удовлетворяется по меньшей мере одно из условий: (i) по меньшей мере примерно 20 мол. % газа, вводимого в реактор, происходит из потока разбавителя, (ii) конверсия метана составляет по меньшей мере примерно 10%, и (iii) температура на выходе из реактора составляет по меньшей мере примерно 800°C; и
b) введение выходящего газа ОСМ и содержащего этан потока этана в расположенный после насадки блок крекинга ПНК, при этом блок ПНК преобразует этан, содержащийся в выходящем газе ОСМ и потоке этана, в этилен, тем самым образуя выходящий поток ПНК, имеющий отношение этилена к этану больше чем примерно 3:1.
56. Способ получения олефина, включающий:
а) введение потока, содержащего метан (CH4) и кислород (O2), в неадиабатическую секцию реактора, причем указанная неадиабатическая секция находится в тепловом контакте с теплопередающей средой, содержащей катализатор окислительного сочетания метана (ОСМ), для получения промежуточного потока газа, причем катализатор ОСМ подвергается деактивации с течением времени, так что (i) температура на выходе из неадиабатической секции уменьшается с течением времени, (ii) концентрация кислорода на выходе из неадиабатической секции увеличивается с течением времени, и iii) концентрация кислорода на выходе из неадиабатической секции составляет по меньшей мере примерно 500 частей на миллион (ppm); и
b) введение промежуточного потока газа в по существу адиабатическую секцию реактора, при этом при деактивации катализатора: (i) концентрация кислорода на входе в по существу адиабатическую секцию увеличивается с течением времени, (ii) температура на выходе из по существу адиабатической секции увеличивается с течением времени, и (iii) концентрация кислорода на выходе из по существу адиабатической секции составляет меньше чем примерно 50 частей на миллион (ppm).
57. Устройство для производства этилена, содержащее:
а) первую секцию, которая выполнена с возможностью смешивания потока метана, содержащего метан (CH4), и потока кислорода, содержащего кислород (O2), для получения смешанного потока CH4 и O2;
b) вторую секцию, которая выполнена с возможностью нагрева смешанного потока до температуры по меньшей мере примерно 400°C;
c) третью секцию, содержащую по меньшей мере примерно 50 труб, причем любая труба из по меньшей мере примерно 50 труб имеет по меньшей мере две из следующих характеристик: (i) содержит катализатор окислительного сочетания метана (OCM), (ii) наружный диаметр больше чем примерно 0,5 дюйма (примерно 1,27 см), (iii) длина по меньшей мере примерно 3 фута (примерно 91,44 см) и (iv) по меньшей мере часть трубы находится в тепловом контакте с теплопередающей средой; и
d) четвертую секцию, которая находится ниже по потоку относительно третьей секции и сообщается с третьей секцией, причем четвертая секция является по существу адиабатической.
58. Способ получения олефина, включающий:
а) введение окислителя и парафина в поток газа, содержащий агент переноса радикала, для получения реакционной смеси в резервуаре, причем указанная реакционная смесь находится при температуре реакции и давлении реакции, достаточных для воспламенения реакционной смеси; и
b) выдерживание реакционной смеси в резервуаре в течение периода времени, достаточного для превращения реакционной смеси в смесь продуктов, в результате чего парафин превращается в олефин в смеси продуктов с наблюдаемой селективностью не меньше примерно 30%.
59. Система для осуществления окислительного сочетания метана (ОСМ), содержащая:
реактор ОСМ, содержащий катализатор ОСМ, способствующий реакции ОСМ, причем указанный реактор ОСМ выполнен с возможностью приема метана и окислителя и позволяет по меньшей мере части указанного метана и указанного окислителя вступать в указанную реакцию ОСМ с получением выходящего потока; и
реактор окислительного дегидрирования (ОДГ), сообщающийся с и расположенный ниже по потоку относительно указанного реактора ОСМ, причем в указанный реактор ОДГ поступает по меньшей мере часть указанного выходящего потока из указанного реактора ОСМ, причем указанный реактор ОДГ содержит катализатор ОДГ, который способствует осуществлению реакции ОДГ, в которой по меньшей мере часть парафинов из указанного выходящего потока преобразуется в олефины.
60. Способ осуществления окислительного сочетания метана (ОСМ), включающий:
направление метана и окислителя в реактор ОСМ, причем указанный реактор ОСМ содержит катализатор ОСМ, который способствует осуществлению реакции ОСМ и выполнен так, чтобы по меньшей мере часть указанного метана и указанного окислителя вступала в реакцию ОСМ с образованием выходящего потока; и
направление по меньшей мере части указанного выходящего потока в реактор окислительного дегидрирования (ОДГ), сообщающегося с указанным реактором ОСМ и находящегося ниже по потоку относительно указанного реактора ОСМ, причем указанный реактор ОДГ содержит катализатор ОДГ, который способствует осуществлению реакции ОДГ, в которой по меньшей мере часть парафинов из указанного выходящего потока преобразуется в олефины.
61. Система для проведения каталитической реакции, содержащая: реактор, содержащий каталитическую насадку, при этом указанная каталитическая насадка содержит пористый материал, имеющий долю пустот, превышающую или равную примерно 70%, и каталитический материал, способствующий осуществлению указанной каталитической реакции.
62. Способ получения высших углеводородных соединений, включающий:
направление потока подачи, содержащего этилен, в блок сепарации, содержащий блок адсорбции при переменном давлении (АПД) и/или блок адсорбции при переменной температуре (АПТ), для адсорбции по меньшей мере части указанного этилена из указанного потока подачи при первом давлении и/или первой температуре; и
регулирование указанного первого давления и/или указанной первой температуры указанного блока сепарации до второго давления и/или второй температуры для (i) десорбции по меньшей мере части указанной части указанного этилена и (ii) превращения по меньшей мере дополнительной части указанного этилена в указанные высшие углеводородные соединения в реакции конверсии этилена.
63. Система для осуществления окислительного сочетания метана (ОСМ), содержащая:
реактор ОСМ, содержащий по меньшей мере один лист гофрированной металлической фольги и катализатор, способствующий осуществлению реакции ОСМ, причем указанный по меньшей мере один лист гофрированной металлической фольги содержит гребни и промежуточные канавки между гребнями, и при этом указанный катализатор расположен в указанных промежуточных канавках.
