[发明专利]用于甲烷和更高级烷烃的分开地、并行溴化的方法和系统

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2011年10月21日提交的美国临时申请号61/550059的优先权，通过引用将其公开内容并入本文中。

背景

本发明通常涉及用于烷烃溴化和，在一个或多个实施方案中，涉及在用于将更低分子量烷烃转化为更高分子量的烃的基于溴的过程中甲烷和更高级烷烃的分开地、并行溴化的方法和系统。

烷基溴化物可以用于多种期望的产物的生产，包括，但不限于，醇类、醚类、烯烃类和更高级烃类，例如C3、C4、和C5+汽油范围和更重的烃类。例如，烷基溴化物经由金属氧化物可转化为相应的醇。在另一个例子中，烷基溴化物经由适当的催化剂可转化为更高分子量的烃。术语“烷基溴化物”，如本文所用，指的是单溴代烷烃、二溴代烷烃和三溴代烷烃和这些的组合。多溴代烷烃包括二溴代烷烃、三溴代烷烃和它们的混合物。

为了生产烷基溴化物，可将烷烃用溴源溴化。在一个例子中，包含更低分子量烷烃的气态进料可与溴蒸气反应以形成烷基溴化物。已经发现，在轻烷烃(例如C1-C3烷烃)中，甲烷与溴是最低反应性的，然而乙烷反应性比甲烷更高，且丙烷和丁烷反应性甚至比乙烷更高。在轻烷烃的溴化过程中发生的一些反应如下所示：

CH₄+Br₂→CH₃Br+HBr      (1)

CH₃Br+Br₂→CH₂Br₂+HBr  (2)

C₂H₆+Br₂→C₂H₅Br+HBr   (3)

C₂H₅Br+Br₂→C₂H₄Br₂+HBr   (4)

C₃H₈+Br₂→C₃H₇Br+HBr    (5)

C₃H₇Br+Br₂→C₃H₆Br₂+HBr   (6)

C₂H₆+3Br₂→2C+6HBr    (7)

C₃H₈+4Br₂→3C+8HBr    (8)

已经进一步观察到，对于甲烷至单溴甲烷的快速转化，通常需要超过400℃的温度。然而，如果显著量的C2+烷烃(例如显著大于约2mol％)存在于溴化进料中，那么这些C2+烷烃在快速甲烷转化需要的高温下就成为多溴代的。另外，在这些更高温度下，也可从所述C2+烷烃形成大量的烟灰，如通过反应式(7)和(8)表示的，降低了所述过程的碳效率且需要溴的更大再循环率以实现给定水平的甲烷转化。

已经进行了各种不同的尝试来解决这些与烷烃溴化相关的问题。在将烷烃转化为更高分子量的烃的过程中，已经提出了将在合成流出物料流中的过量甲烷与所述C2+烷烃分离开且然后将这些C2+烷烃与来自甲烷溴化的二溴甲烷副产物在气相中反应。该提议的缺点包括在范围为约250℃至约400℃的温度下低于期望的反应速率，然而在更高温度(例如高于约450℃)下，丙烷或反应产物的热裂解可导致不期望的烟灰形成。替代性地，C2+烷烃与二溴甲烷的非均相反应可以在低于约400℃的温度下用多种催化剂来促进，但是用这些催化剂可以形成显著量的焦炭导致小于期望的碳效率。

因此，存在用于烷烃溴化的可以以期望的速率溴化甲烷同时最少化从C2+烷烃形成的烟灰的量的方法和系统的需要。

发明概述