[其他]将甲烷转化成较高沸点的烃产品的方法和设备

说明书

本发明涉及将甲烷转化成较高沸点的烃类的方法和设备。具体地说，本发明涉及某种绝热薄床层反应器，和如下所述的将甲烷转化成较高沸点的烃类的方法。这种方法是：将含有甲烷和象分子氧之类气态氧化剂的较冷原料混合物送入薄床层反应器;在该反应器中用甲烷转化反应产生的热将原料气加热到可有效地将甲烷转化成较高沸点的烃类的反应条件。

在世界的一些偏远地区，可找到大量的气态甲烷。输送这种甲烷到可利用它的地区，效率是相当低的。

关于将甲烷转化成易于冷凝和便于输送的液态烃类，已做了大量的工作。在这方面请参考与将甲烷转化成较高沸点烃类有关的美国专利：美国专利4，443，649、4，444，984、4，443，648、4，443，645、4，443，647、4，443，644、4，443，646、4，499，323、4，499，324、4，593，139、4，489，215、4，499，322、4，495，374、4，544，784、4，544，785、4，547，610、4，547，611、4，517，398、4，544，787、4，547，608、4，544，786、4，568，785、4，523，049、4，523，050等等。

正如上列专利所述，在可能含有氧化合成剂的固体粒子的存在下，温度范围为约500～1200℃的高温下，可有效地进行将甲烷转化成较高沸点烃类的反应。就性质上来说，此反应是强放热反应。为了很好地控制此反应，以防止产生大量所不需要的副反应和避免温度过分升高，必须移去反应放出的热。

这种甲烷转化所特有问题包括，反应温度太高，使得通常用于构造反应器用的许多材料不能使用或发生严重问题。

除非在高温下产物的停留时间极短，否则高温会引起将反应产物迅速转化成不需要的物质。因此，需要高的反应空速和迅速使产物急冷。

过去考虑管式或多段床式固定床反应器用于反应。但是，由于这种体系的成本高和复杂，且存在压力降、构造材料、移去热和产品质低等方面的问题，因此是不适用的。

通用固定床反应器的另一缺点是，必须进行原料预热，来提高温度。这需要燃料以及昂贵的陶瓷衬里加热炉。

根据本发明，可提供一种关于将甲烷连续转化成较高沸点的烃类的改进方法和特别适宜于进行这种转化的设备。

这种改进方法包括：将含有甲烷和气态氧化剂的原料气混合物，在温度大大低于反应温度下，引入含有固体接触剂的反应器中。含接触剂的反应床层的厚度是重要的，必须相当“薄”，即厚度不超过约20英寸，最好是不超过约8英寸。以刚够维持所需要反应的速率（如果进料速率太高，反应床层变冷，反应被停止;如果进料速率太低，反应产物在反应器内的停留时过长，引起所需要产品的损失）将原料混合物引入反应器中。按照本发明，反应在绝热下进行，反应热被用去将较冷的原料加热到反应温度，因此使反应放热得到缓和。本发明的一个重要特点是，反应器床层的结构使得有可能用适量的反应热预热原料，由此使反应段冷却。

按照本发明，甲烷在特别设计的反应器内通过与固体接触剂接触被转化成较高沸点的烃类。具体地说，绝热反应器的设计和结构必须使得至少相当大部分（例如，至少25%，最好是更多）的反应热以与反应气流相反的方向轴向传导，将反应气体预热到反应所需要的高温。此外，传热还防止了催化剂被过高的温度所损坏。在一有利的实践中，反应器包括具有有效地结合有氧化合成剂的较薄整体单元（例如结合于整个单元中或单元的表面上），反应条件下含甲烷和氧化剂的原料气通过该较薄的整体单元。在一更有利的实践中，反应器包括一个用于支撑固体接触剂的金属夹持器，进入的反应气体在这里与接触剂接触。

按照本发明，在无复杂的内部构件、不需要单独的昂贵预热步骤和不过高的催化剂温度的情况下，较冷的原料气混合物在绝热反应器中被迅速加热到反应条件。用这种方法预热原料气可有效地移去反应热并提供了控制反应热的措施。采用薄床层还可以降低压力降和便于迅速急冷流出物。

不同于一般的管式或分段反应器，这种反应器在250℃以上没有气封，便得实际上在100磅/平方英寸（表压）或更高的压力下操作，这样可以大大降低下游的压缩费用。

下面用附图说明本发明。

附图1表示本发明一个优选的实施方案的操作原理简图。

附图2表示可用于本发明的反应器整体单元的两种视图。

附图3表示装有整体单元的反应器总结构的示意图。

附图4表示本发明一种反应器的示意图。