Способ получения углеводородов c2+ из метана



Способ получения углеводородов c2+ из метана
Способ получения углеводородов c2+ из метана
Способ получения углеводородов c2+ из метана
Способ получения углеводородов c2+ из метана

 


Владельцы патента RU 2466977:

Учреждение Российской академии наук Институт химии нефти Сибирского отделения РАН (ИХН СО РАН) (RU)

Изобретение относится к способу получения углеводородов С2+ превращением метана в коаксиальном реакторе с одним диэлектрическим барьером под действием плазмы барьерного разряда. Способ характеризуется тем, что превращение метана осуществляют в присутствии воды при объемном расходе метана от 0,63 до 3,6 л·ч-1, воды от 1,3 до 6 мл·ч-1 при температуре ее подачи в реактор от 25°С до 120°С, времени контакта реакционной смеси с разрядной зоной реактора от 12 до 72 с. Использование настоящего способа позволяет повысить селективность по углеводородам С2+ в плазме барьерного разряда и предотвращает образование углеродистых и смолистых веществ на стенках реактора. 7 пр., 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к электрофизическому способу превращения метана в плазме барьерного разряда с получением смеси углеводородов C2+, являющихся исходным сырьем для получения полимерных материалов, органических продуктов и использующихся в качестве компонентов топлив для различных генераторов по производству электроэнергии.

Известен способ получения углеводородов С23 путем высокотемпературного окислительного превращения метана на гетерогенном катализаторе, включающий в свой состав ионы щелочного металла, марганца, вольфрама и оксид кремния [Пат. 2341507 Россия, от 19.07.2007, Способ получения углеводородов С23 // Дедов А.Г. и д.р.]. Превращение осуществляется при температуре на катализаторе 734- 910°С, селективность по углеводородам C23 достигает 87,6% (по углеводородам С2: этилен и этан составляет 81%) при конверсия метана в 20% (пример №16).

Недостатками данного способа являются: необходимость использования катализаторов и применение высоких температур.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ превращения метана в плазме электрического разряда [Shigeru Kado, Yasushi Sekine, Tomohiro Nozaki, Ken Okazaki // Catalysis Today 89, (2004), 47-55]. Приводятся данные по селективности образования углеводородов в барьерном разряде: С2 ~39% (этана ~35; этилена ~2,5; ацетилена ~1,5%), а так же углеводородов С35 ~32%, другие ~26% и углеродистые отложения ~3%. В результате сравнения коронного, искрового и барьерного разрядов отмечается, что в последнем конверсия метана выше, а доля углеродистых отложений ниже.

Основными недостатками данного способа являются: низкая селективность по углеводородам С2+ и углеродистые отложения, наблюдаемые в реакторе.

Задачей изобретения является технологическое решение, исключающее использование катализаторов и высоких температур из процесса получения углеводородов С2+, повышение селективности по углеводородам С2+ в плазме барьерного разряда и предотвращение образования углеродистых и смолистых веществ на стенках реактора.

Поставленная задача решается тем, что получение углеводородов С2+ осуществляют превращением метана в присутствии воды (жидкой и/или паров) под воздействием плазмы барьерного разряда в коаксиальном реакторе с одним диэлектрическим барьером при объемном расходе метана от 0,63 до 3,6 л·ч-1, воды от 1,3 до 6 мл·ч-1 при температуре от 25 до 120°С и времени контакта от -12 до 72 с.

Применение плазмы барьерного разряда позволяет превратить метан в углеводороды С2+ без применения катализатора, высокой температуры и при атмосферном давлении, что значительно упрощает способ получения углеводородов.

Способ иллюстрируется следующими примерами:

Пример №1. На фиг.1 представлена схема экспериментальной установки. Метан из баллона (1) направляется в блок подготовки реакционного газа (2), где смешивается с водой, далее смесь направляется в плазмохимический реактор (3), температура которого составляет ~25°С. Конструкция реактора включат диэлектрический барьер толщиной 2 мм и выполненный из кварцевого стекла, высоковольтный электрод (4), изготовленный из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, и заземленный электрод (5), состоящий из нержавеющего листа толщиной 0,3 мм. Газовый зазор между электродами составляет 2 мм, длина разрядной зоны 9 см, объем разрядной зоны реактора равен 12 см3.

Объемный расход метана составляет 1,8 л·ч-1, расход воды равняется 6 мл·ч-1, время контакта реакционной смеси с разрядной зоной реактора составляет 24 с.

Возбуждение разряда осуществляют высоковольтными импульсами напряжения, подаваемыми от генератора (6), амплитуда которых составляет ~9,8 кВ; частота повторения импульсов напряжения ~11,7 кГц; активная мощность разряда равняется ~72 Вт. Измерения сделаны через блок деления напряжения (7) с помощью цифрового осциллографа (8), соединенного с компьютером (9). На фиг.3 представлена осциллограмма высоковольтных импульсов напряжения и тока разряда. Обработанный газ на выходе из реактора направляется на анализ в газовый хроматограф (10).

Блок подготовки реакционного газа (фиг.2а) состоит из перистальтического насоса (11), дозирующего воду при ~25°С, и смесителя (12), где происходит смешение метана и воды. Барьерный разряд обеспечивает равномерное распределение воды по стенкам реактора.

Реакционный газ состоит из метана - 99,3%, примеси воздуха - 0,1% и газообразных паров воды - 0,6%. Его превращение приводит к образованию целевых продуктов - углеводородов С2+, водорода и оксида углерода (IV), не наблюдается образование сажи или смолистых - углеродистых образований на стенках реактора.

Селективность образования углеводородов С2+ составила 97,3 моль %, из них С2 - 71,2 (этан 69,1; этилен 1,5; ацетилена 0,6); С3 - 20,3 (пропан 20,2; пропилен 0,1); C4 - 4,3 (изобутан 2,0; бутан 2,3); C5 - 1,5 и другие - 2,7 (H2 ~1,2; СО2 - 1,5). Конверсия метана составила 6,5 моль %.

Пример №2. Получение углеводородов C2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением объемного расхода подачи воды, который составляет 3 мл·ч-1.

Селективность по углеводородам С2+ составляет 98,3 моль % (этан 66,9; этилен - 2,2; ацетилен 0,8; пропан 20; пропилен 0,4; изобутан 2; бутан 4,4; пентаны 1,6), конверсия метана составила 7,6 моль %.

Пример №3. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением блока подготовки реакционного газа (фиг.2б). Метан из баллона с объемным расходом, равным 1,8 л·ч-1, проходит через емкость с водой (13) при ~25°С, насыщается парами воды и далее направляется в реактор, объемный расход воды при данных условиях составил ~1,3 мл·ч-1.

Селективность по углеводородам С2+ составляет 98,6 моль % (этан 64,9; этилен 3,7; ацетилен 1,2; пропан 22,5; пропилен 0,7; изобутан 1,9; бутан 2,3; пентаны 1,6), конверсия метана составила 7,0 моль %.

Пример №4. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением блока подготовки реакционного газа (фиг.2в). Метан из баллона направляют в смеситель (12), где он смешивается с парами воды, поступающими из печки (14), разогретой до 120°С, в которую подается вода с объемным расходом 3 мл·ч-1 с помощью перистальтического насоса (11). Далее парогазовая смесь по подогреваемому до 120°С тракту (15) поступает в реактор.

Селективность по углеводородам С2+ составляет 97,8 моль % (этан 68,1; этилен 1,8;

ацетилен 0,5; пропан 20,4; пропилен 0,2; изобутан 2,1; бутан 2,5; пентаны 1,5), конверсия метана составила 6,6 моль %.

Пример №5. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением объемного расхода метана, равного 3,6 л·ч-1, и времени контакта реакционного газа с разрядной зоной реактора - 12 с.

Селективность по углеводородам С3+ составляет 98,2 моль % (этан 66,7; этилен 2,0; ацетилен 0,9; пропан 21,5; пропилен 0,4; изобутан 1,9; бутан 3,1; пентаны 1,7), конверсия метана составила 3,4 моль %.

Пример №6. Получение углеводородов C2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением объемного расхода метана, который составляет 0,63 л·ч-1, времени контакта реакционного газа с разрядной зоной реактора - 72 с.

Селективность по углеводородам С2+ составляет 97,4 моль % (этан 62,8; этилен 2,1; ацетилен 0,8; пропан 22,0; пропилен 0,6; изобутан 3,6; бутан 4,5; пентаны 2,3), конверсия метана составила 11,1 моль %.

Пример №7. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением состава реакционного газа, в реактор поступает чистый метан с объемным расходом 1,8 л·ч-1.

Превращение метана в данных условиях приводит к образованию углеродистых - смолистых веществ на поверхности электродов в разрядной зоне.

Селективность продуктов по углеводородам С2+ составляет 98,8 моль % (этан 62,6; этилен 4,3; ацетилен 2,5; пропан 21,9; пропилен 1,4; изобутан 1,7; бутан 3,6; пентаны 1,3), конверсия метана составляет 6,3 моль %, расчет сделан без учета углеродистых - смолистых образований.

Как видно из примеров и таблицы, предложенный способ превращения метана в присутствии воды под воздействием плазмы барьерного разряда превосходит прототип тем, что получение углеводородов С2+ осуществляется без применения катализатора и высокой температуры. Превосходит аналог по селективности образования углеводородов С2+ и протекает без образования углеродистых - смолистых веществ на стенках реактора.

Наиболее удачное технологическое решение наблюдается в примере 6 для варианта смешения воды и метана, изображенного на фиг.2а, объемном расходе метана 0,63 л·ч-1, воды - 3 мл·ч-1, времени контакта реакционного газа с разрядной зоной реактора - 72 с. В этом случае достигается максимальная конверсия метана 11,1 моль %. Селективность по углеводородам С2+ составляет 97,4 моль %.

Способ получения углеводородов С2+ превращением метана в коаксиальном реакторе с одним диэлектрическим барьером под действием плазмы барьерного разряда, отличающийся тем, что превращение метана осуществляют в присутствии воды при объемном расходе метана от 0,63 до 3,6 л·ч-1, воды от 1,3 до 6 мл·ч-1 при температуре ее подачи в реактор от 25°С до 120°С, времени контакта реакционной смеси с разрядной зоной реактора от 12 до 72 с.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения алкан-ароматической фракции. .
Изобретение относится к способу получения алкан-ароматической фракции. .
Изобретение относится к способу получения насыщенных углеводородов - компонентов дизельного топлива и сложных эфиров жирных кислот, взаимодействием триглицеридов жирных кислот с водородом с использованием медьсодержащего катализатора.

Изобретение относится к масляной среде, пригодной для получения диметилового эфира и/или метанола, используемой для реакции синтеза в процессе реакции с суспензионным слоем в качестве среды, содержащей в качестве основного компонента разветвленный насыщенный алифатический углеводород, содержащий 16-50 атомов углерода, 1-7 третичных атомов углерода, 0 четвертичных атомов углерода и 1-16 атомов углерода в разветвленных цепях, связанных с третичными атомами углерода; причем, по меньшей мере, один третичный атом углерода связан с углеводородными цепочками длиной 4 или более атомов углерода, расположенными в трех направлениях.

Изобретение относится к вариантам способа получения С2-С36 линейных или разветвленных углеводородов и кислородсодержащих углеводородов. .
Изобретение относится к катализатору для осуществления способа гидрирования олефинов и кислородсодержащих соединений в составе синтетических жидких углеводородов, полученных по методу Фишера-Тропша, содержащему пористый носитель из -оксида алюминия с нанесенным на него каталитически активным компонентом - палладием, характеризующемуся тем, что поры носителя имеют эффективный радиус от 4,0 до 10,0 нм, причем содержание примесей посторонних металлов в носителе не превышает 1500 ррм, а содержание палладия в катализаторе составляет 0,2-2,5 мас.%.
Изобретение относится к способу получения бензина или его компонентов с октановым числом 92-93 по исследовательскому методу из сырья, содержащего диметиловый эфир, в присутствии катализаторов на основе цеолита типа ZSM-5 с SiO2/Al 2O3=60-83, содержащего не более 23,0% оксида алюминия, не более 0,09% оксида натрия и цинк в пределах 2-5%, при этом процесс ведут при температуре 300-400°С и давлении 2,5-4,5 МПа.

Изобретение относится к способу получения алкилбензина путем алкилирования изобутана олефинами в каталитическом реакторе при повышенной температуре и давлении, в котором изобутан подают в верхнюю секцию реактора и последовательно пропускают через все секции с катализатором, а олефинсодержащее сырье распределяют на несколько потоков, число которых равно числу секций катализатора, и подают одновременно в секции с катализатором параллельными потоками для проведения реакции алкилирования, углеводородный поток, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, разделяют на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции, который выводят из реакционной системы или частично направляют на рецикл.

Изобретение относится к способу получения ацетилена частичным окислением, расщеплением в электрической дуге или пиролизом углеводородов, причем реакционный поток, содержащий полученный ацетилен и сажу, направляют в компрессор, характеризующемуся тем, что в качестве компрессора используют винтовой компрессор, причем в компрессор впрыскивают жидкость, поглощающую большую часть содержащейся в реакционном потоке сажи и причем в случае впрыскивания воды содержание сажи в выходящей из компрессора воде составляет от 0,05 до 5% масс., а в случае других жидкостей вязкость суспензии должна быть сопоставима с вязкостью суспензии сажи в воде.

Изобретение относится к способу непрерывной эксплуатации установки для получения ацетилена из углеводородов, представляющих собой алканы, имеющие длину цепи до С10, путем частичного окисления с получением смеси реакционного газа, которая направляется через один или несколько компрессоров, причем давление смеси реакционного газа на стороне всасывания зоны компрессии регулируется с помощью регулирующего устройства в заданном диапазоне, характеризующемуся тем, что дополнительно используется работающее на более высоком уровне, поддерживающее эту модель, предсказывающее регулирующее устройство, представляющее собой регулятор с прямой связью (Feed-Forward регулятор), которое реагирует на внезапные изменения массового потока смеси реакционного газа, составляющие более чем 5%.

Изобретение относится к области химической промышленности и касается устройства прямой термической конверсии метана в углеводороды большей молекулярной массы, содержащего установленный в металлический герметичный кожух удлиненной цилиндрической формы соосно с его осью симметрии реактор из тугоплавкого материала, рабочий объем которого включает зону предварительного нагрева, преимущественно за счет конвекционной теплопередачи от продуктов реакции, зону последующего высокотемпературного нагрева до температуры конверсии метана, зону выдержки нагретой смеси и зону закалки продуктов реакции, нагреватель, электрически связанный с источником питания, расположенным за пределами реактора, приспособления для подачи реакционной смеси и выпуска продуктов реакции, приборы для контроля и регулирования температуры нагрева и давления.

Изобретение относится к области переработки продукции скважин нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений и может быть использовано для переработки природного и попутно добываемого газов или их компонентов в более тяжелые, преимущественно жидкие, углеводороды, стабильные при нормальных условиях.
Изобретение относится к способу производства ацетилена с использованием плазменной технологии. Способ характеризуется тем, что содержащий, по меньшей мере, один вид углеводорода газ, предпочтительно метан, подается в нетермическую плазму источника плазмы, при этом микроволновая мощность составляет, по меньшей мере, 3 кВт. Также изобретение относится к устройству. Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить кпд и избирательность процесса, а также снизить тепловые потери. 2 н. и 18 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к способу получения углеводородных соединений, включающих, по меньшей мере, одну нитрильную функциональную группу

Изобретение относится к способу изомеризации парафиновых углеводородов C4-C7 в среде водорода при температуре 100-250°С, давлении 1,0-5,0 МПа, объемной скорости подачи сырья 0,5-6,0 час-1, мольном отношении водород:углеводороды от 0,1:1 до 5:1 и стабилизации продукта изомеризации и (или) фракционировании с выделением индивидуальных углеводородов или высокооктановых фракций

Изобретение относится к способу изомеризации парафиновых углеводородов C4-C7 в среде водорода при температуре 100-250°С, давлении 1,0-5,0 МПа, объемной скорости подачи сырья 0,5-6,0 час-1, мольном отношении водород:углеводороды от 0,1:1 до 5:1 и стабилизации продукта изомеризации и (или) фракционировании с выделением индивидуальных углеводородов или высокооктановых фракций
Наверх