Способ получения ацетилена из метана



Способ получения ацетилена из метана
Способ получения ацетилена из метана

 


Владельцы патента RU 2575007:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к способу получения ацетилена окислительным пиролизом метана в присутствии кислородсодержащего газа и катализатора, нагреваемого до температуры 750-1200°C путем пропускания через него электрического тока. Способ характеризуется тем, что в качестве катализатора используют оксиды со структурой перовскита с общей формулой Ba0.5Sr0.5Co0.8-xWxFe0.2O3-δ, где х=0-0,1; δ=0,4-0,6, формованные в виде трубок, метан пропускают снаружи трубки катализатора, а кислородсодержащий газ - внутри трубки катализатора. Использование настоящего изобретения позволяет повысить стабильность катализатора и исключить образование углеродистых отложений на его поверхности, что увеличивает выход ацетилена и обеспечивает взрывобезопасность процесса. 1 табл., 7 пр., 1 ил.

 

Изобретение относится к области нефте- и газохимии, а именно к процессам получения ацетилена из метана.

Актуальность разработки новых методов синтеза ацетилена - ценного нефтехимического сырья - вызвана необходимостью вовлечения природного газа в сырьевую базу для нефтехимии, что обусловлено истощением легкодоступных запасов нефти.

Широко известны способы получения ацетилена из метана путем его окислительного пиролиза - процесса горения метана на факеле в условиях недостатка кислорода. Температура процесса при этом составляет 1200-1400°C, время пребывания компонентов в реакционной зоне - несколько миллисекунд. Обязательной стадией процесса является закалка продуктов, которая представляет собой их резкое охлаждение до температуры ниже 300°C путем введения в поток охлаждающей среды воды или масла, что необходимо для предотвращения разложения получаемого ацетилена на углерод и водород (В.Н. Антонов, А.С. Лапидус. Производство ацетилена. М.: Химия, 1970. - 415 с.).

Большинство известных методов повышения эффективности приведенных способов заключаются в оптимизации процесса горения метана путем совершенствования горелок (патент RU 2419599) или реакторных устройств (патент на полезную модель RU 122089).

Общими недостатками данных способов являются низкий выход целевого продукта (ацетилена), а также образование в результате реакции аэрозолей сажи, что создает известные трудности в процессе компримирования и разделения получаемых газообразных продуктов.

Также известны способы осуществления процесса окислительного пиролиза метана, основанные на применении твердых катализаторов при температурах 800-950°C. В качестве катализаторов могут быть использованы оксиды железа, никеля, кадмия, цинка, марганца и серебра, нанесенные на α-Al2O3 (G.E. Keller, M.M. Bhasin / Synthesis of Ethylene via Oxidative Coupling of Methane // Journal of Catalysis. 1982. V. 73. P. 9-19), или системы Bi2O3-MeO, где Me - Mg, Ca, Sr, Ba (a.c. СССР №1216937). Степень превращения метана в таких процессах не превышает 20%, а основными продуктами превращения являются этан и этилен, тогда как ацетилен получается лишь в следовых количествах.

Также известна возможность применения оксидов типа перовскита в качестве катализаторов окисления метана (патент RU 2440292), однако основным направлением превращения метана на катализаторах такого типа является его глубокое окисление с образованием CO2 и H2O.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения ацетилена из метана (патент RU 2409542, прототип), согласно которому ацетилен получают путем пропускания смеси метан-кислород-инертный газ над нагретым катализатором. В качестве катализатора предложено использование обработанного на воздухе при 900-1100°C фехралевого сплава в виде спиралей, лент, стержней и других форм. Нагревание катализатора осуществляют пропусканием через него электрического тока до температур 700-1200°C, а соотношение метан/кислород изменяют в интервале значений 5:1-15:1. Так как газовая смесь подается холодной, проскок части холодного газа приводит к резкому охлаждению продуктов реакции, образовавшихся при контакте с высокотемпературной фехралью, т.е. к закаливанию продуктов окислительного пиролиза и повышению выхода C2+ - углеводородов, в первую очередь, ацетилена. Описываемый способ позволяет получать углеводороды C2+ с максимальным выходом 25,5 мас. % при степени превращения метана 56,4%. Описываемый способ имеет существенные недостатки, главный из которых - образование углерода на поверхности катализатора в процессе окислительного пиролиза. Это приводит к быстрой (в течение нескольких минут) дезактивации катализатора, а также разрушению катализатора в результате углеродной коррозии и невозможности использовать его повторно в каталитическом цикле. Другой недостаток состоит в использовании в качестве сырья воздушно-метановых смесей, которые могут являться взрывоопасными при определенном соотношении компонентов.

Целью данного изобретения является повышение эффективности процесса синтеза ацетилена, а именно: повышение стабильности катализатора и исключение образования углеродных отложений на его поверхности, увеличение выхода ацетилена, а также обеспечение взрывобезопасности процесса.

Для достижения поставленной цели предлагается способ получения ацетилена окислительным пиролизом метана в присутствии кислородсодержащего газа с использованием мембранно-каталитического материала, обладающего одновременно электронной проводимостью и селективной проницаемостью по кислороду.

В качестве мембранно-каталитического материала используют оксиды со структурой перовскита с общей формулой Ba0.5Sr0.5Co0.8-xWxFe0.2O3-δ, где x=0-0,1; δ=0,4-0,6, формованные в виде трубок. Способ реализуется посредством пропускания кислородсодержащего газа по внутреннему пространству трубки, а метана - снаружи трубки, в результате чего происходит диффузия кислорода сквозь стенку трубки из потока кислородсодержащего газа в поток метана. При этом трубка нагревается посредством пропускания через нее электрического тока до температуры 750-1200°C.

На чертеже представлена схема установки для осуществления способа. Установка состоит из реактора 1, катализатора, формованного в виде трубки 2, источника переменного тока 3 и индуктивного сопротивления 4.

Установка работает следующим образом. Метан подают в реактор 1, в нижней части которого располагается катализатор, формованный в виде трубки 2, во внутреннее пространство которой подается кислородсодержащий газ. Для осуществления нагрева концы трубки катализатора включены в электрическую цепь, состоящую из источника переменного тока 3 и индуктивного сопротивления 4, которое используется для регулирования силы тока.

Процесс проводится при температурах 750-1200°C. Кислород поступает в реактор, диффундируя через стенки трубки катализатора, при этом мгновенно расходуясь. Таким образом предотвращается образование взрывоопасных смесей. Соотношение метан/кислород регулируется посредством изменения расхода соответствующих газов.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Процесс окислительной конверсии метана проводят в реакторе, изготовленном из кварцевой трубки внутренним диаметром 15 мм. Температура процесса составляет 750°C, метан подают в реактор с расходом 100 см3/мин, воздух подают во внутреннее пространство трубки из перовскита с расходом 33 см3/мин, соотношение метан/кислород составляет 15/1. Состав исходных веществ и газообразных продуктов процесса определяют методом газовой хроматографии. Для этого используется двухканальный хроматограф "Хромос ГХ-1000", оснащенный насадочной колонкой с сорбентом "Poropak-Q" и катарометром, а также капиллярной колонкой HP Pona и пламенно-ионизационным детектором. Количественный состав пробы определяют методом внутреннего стандарта, в качестве которого используют азот воздуха.

Превращение метана ведут в течение трех часов, при этом показатели процесса остаются стабильными.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, но температура процесса составляет 900°C. Показатели процесса приведены в таблице.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, но температура процесса составляет 1000°C. Показатели процесса приведены в таблице.

Пример 4. Аналогичен примеру 1, но температура процесса составляет 1100°C. Показатели процесса приведены в таблице.

Пример 5. Аналогично примеру 1, но температура процесса составляет 1200°C. Показатели процесса приведены в таблице.

Пример 6 (по прототипу). В качестве катализатора используют спираль из фехралевой проволоки диаметром 0,5 мм. Температура процесса составляет 750°C. Через 1 час работы катализатор покрывается налетом из углеродных отложений, что приводит к падению активности. Показатели процесса приведены в таблице.

Пример 7. Аналогичен примеру 6, но температура процесса составляет 1170°C. Через 1,2 часа работы спираль перегорает из-за воздействия углеродной коррозии. Показатели процесса приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ позволяет получать ацетилен с выходом 26,6%, степень превращения метана 58,1%, при этом время стабильной работы катализатора составляет 3 часа и более. Дополнительным преимуществом является возможность разделения потоков кислородсодержащего газа и метана, что снижает взрывоопасность метода.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить эффективность процесса синтеза ацетилена из метана по сравнению с существующими способами.

Способ получения ацетилена окислительным пиролизом метана в присутствии кислородсодержащего газа и катализатора, нагреваемого до температуры 750-1200°C путем пропускания через него электрического тока, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют оксиды со структурой перовскита с общей формулой Ba0.5Sr0.5Co0.8-xWxFe0.2O3-δ, где х=0-0,1; δ=0,4-0,6, формованные в виде трубок, метан пропускают снаружи трубки катализатора, а кислородсодержащий газ - внутри трубки катализатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения этилена, включающему стадию окислительной конденсации метана (ОКМ) в газовой смеси при атмосферном давлении и повышенной температуре в присутствии катализатора, содержащего марганец и вольфрамат натрия на носителе - оксиде кремния.

Изобретение относится к каталитическим процессам переработки метансодержащих газов, в частности к способам повышения каталитической активности молибден-цеолитного катализатора для получения ароматических углеводородов.

Изобретение относится к способу получения ароматических углеводородов из этана в присутствии катализатора. Способ характеризуется тем, что газовую смесь этана и кислорода, взятую в объемном соотношении 60-70 и 30-40 соответственно, подвергают контактированию с нагретым до 400-450°C катализатором, представляющим собой двухслойную композицию в виде смешанной оксидной Mo1.0V0.37Te0.17Nb0.12O3 составляющей, расположенной в проточном реакторе на входе газового сырья, и цеолита HZSM-5, расположенного далее по ходу движения сырья, при этом компоненты катализатора взяты в объемном соотношении 20-30 и 70-80 соответственно, и процесс проводят при атмосферном давлении и объемной скорости подачи газового сырья 1000-2000 ч-1.
Изобретение относится к технологии переработки газообразного углеводородного сырья для получения этилена и касается катализатора и способа получения этилена путем окислительной конденсации метана.

Изобретение относится к способу превращения метана в более высокомолекулярный углеводород (углеводороды), содержащий ароматический углеводород (углеводороды), в реакционной зоне.

Изобретение относится к способу производства этилена и электроэнергии из природного газа путем прямого окисления природного газа с последующей подачей отходящего газа на энергоустановку.

Изобретение относится к способу химической переработки смесей газообразных углеводородов (алканов) С1-С 6 в олефины С2-С3 (этилен и пропилен), заключающемуся в осуществлении реакций окислительной конденсации метана и пиролиза алканов С2-С6, характеризующемуся тем, что осуществляют окислительный пиролиз алканов С2 -С6, который проводят при температуре от 450°С до 850°С, давлении от 1 атм до 40 атм и подаче не более 15 об.% кислорода в присутствии оксидных катализаторов без предварительного разделения исходной смеси газообразных углеводородов (алканов) C1-С6 на составляющие компоненты и/или отделения метана, реакцию окислительной конденсации метана осуществляют в потоке метана, отделенного от продуктов окислительного пиролиза алканов С2-С6, в присутствии оксидных катализаторов при температуре от 700°С до 950°С, давлении от 1 атм до 10 атм и мольном соотношении метана и кислорода в интервале от 2:1 до 10:1, при этом выделение продуктов окислительной конденсации метана проводят совместно или частично совместно с выделением продуктов окислительного пиролиза алканов С2-С 6, а отделенные от реакционных газов метан, этан и алканы С3+ подвергают рециклу и направляют повторно на стадии окислительной конденсации метана и пиролиза алканов С2 -С6 соответственно.

Изобретение относится к способу превращения метана в этилен и этан в процессе его окислительного превращения, характеризующемуся тем, что в качестве катализаторов данного процесса используют смесь кварца с фталоцианиновыми комплексами магния, алюминия или марганца, причем способ проводят при температуре 700-800°С.

Изобретение относится к способу получения ацетилена по способу Саксе-Бартоломé путем сжигания смеси природный газ/кислород в одной или нескольких горелках с получением пиролизного газа, который за две или больше стадий охлаждают в топочных колоннах.

Изобретение относится к производству ацетилена. Горелка для получения ацетилена методом термоокислительного пиролиза метана содержит блочное газораспределительное устройство с каналами для подачи газовой смеси и каналами для подачи стабилизирующего кислорода, соединенными с коллектором подачи стабилизирующего кислорода, газораспределительное устройство выполнено в виде совокупно направляющего газораспределительного моноблока с цельно выфрезированными в нем каналами для подачи газовой смеси, стабилизирующего кислорода и коллектора подачи стабилизирующего кислорода; входы в газовые каналы выполнены плавно сужающимися.

Изобретение относится к способу частичного окисления углеводородов в реакторе, в соответствии с которым в него подают поток, содержащий углеводород, и поток, содержащий кислород.

Изобретение относится к способу получения ацетилена путем плазмохимического пиролиза смеси измельченного твердого сырья с фракцией менее 100 мкм с водяным паром в импульсном электроразрядном плазмотроне.

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 получения ацетилена и синтез-газа путем термического частичного окисления углеводородов, которые при используемых температурах для предварительного нагревания являются газообразными, в реакторе, оснащенном горелкой с проходными отверстиями, характеризующемуся тем, что превращаемые исходные вещества быстро и полностью смешивают только непосредственно перед пламенной реакционной зоной в проходных отверстиях горелки, причем в зоне смешения в пределах проходных отверстий устанавливают среднюю скорость потока, которая превышает скорость распространения пламени при существующих реакционных условиях.

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 способу получения ацетилена окислительным пиролизом метана в присутствии кислорода и катализатора, характеризующемуся тем, что катализатор нагревают пропусканием через него электрического тока до температур 700-1200°С, в качестве катализатора используют термообработанный на воздухе при температурах 900-1100°С фехралевый сплав, а соотношение метан:кислород изменяют в интервале значений 5:1-15:1.

Изобретение относится к способу переработки углекарбонатного минерального сырья, включающему обжиг известняка в реакторе с получением окиси кальция, производство карбида кальция реакцией части окиси кальция, полученной при обжиге известняка, с углеродом, контактирование части объема полученного карбида кальция с водой с получением ацетилена и едкого кальция, контактирование газообразных отходов процесса обжига известняка с водой для получения угольной кислоты, при этом для обжига известняка используют тепло, получаемое сжиганием части объема ацетилена, получаемого из части объема карбида кальция.

Изобретение относится к способу очистки от отложений аппарата в способе регенерации очищенного N-метилпирролидона. .

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к переработке попутных нефтяных газов (ПНГ). Описан катализатор для обогащения метаном смесей углеводородных газов, который содержит в основном никель в количестве 25-60 мас.
Наверх