Синтез етилену з метану

СИНТЕЗ ЕТИЛЕНУ З МЕТАНУ

Скорочення видобутку нафти в найближчі роки і одночасне збільшення вироблення моторних палив (в перспективі) неминуче призведе до зменшення кількості нафтових фракцій, що використовуються для потреб нафтохімічної промисловості. Для компенсації скорочення традиційної сировинної бази необхідно шукати альтернативні види сировини. Одним з таких джерел є природний газ.

Отримання етилену з метану може здійснюватися трьома шляхами: через синтез-газ, через метанол і прямий Димеризація метану в етилен.

Перетворення метану в етилен навіть при дуже високих температурах обмежується встановленням термодинамічної рівноваги реакції. Значні ступеня конверсії досягаються тільки при проведенні реакції за участю окислювачів. Використання окислювача, в свою чергу, ускладнює підбір каталізатора для цієї реакції, так як каталізатор, ефективно активуючи метан, повинен одночасно слабо активувати кисень, щоб запобігти глибоке окислення метану.

Ця обставина не дозволяє застосовувати для даної реакції такі ефективні каталізатори активації вуглеводнів, як, наприклад, метали платинової групи. Щоб уникнути цієї складності, процес проводять в дві стадії: на першій - чистий метан димеризуется з використанням кисню каталізатора, а на другий - каталізатор реокісляют кисневмісних газом. Розроблено двохстадійний періодичний і одностадійний безперервний способи окислювальному димеризации метану. Окислительную дімерізацію чистого метану проводять при температурі 973-1073К в присутності каталізаторів - твердих оксидів з нанесеними на них благородними металами. Найбільш активним каталізатором виявився діоксид торію. Ступінь конверсії метану становить

50% при селективності (по етилену) 8%.

Окислительную дімерізацію метану по двухстадийной схемою з більш високою селективністю по етилену проводять в присутності оксидних каталізаторів, з яких найбільш активними є оксидні марганцеві каталізатори: NaMnO4MgOSiO2 і Mn3O4SiO2 Вихід вуглеводнів С2 на цих системах при 1 073 К становить 13-15%. Більш високий рівень виходу вуглеводнів С2 досягається при використанні в якості окислювача геміоксіда азоту і каталізатора, що містить 12,5% NaMnO4МgО: при 1073 К і співвідношенні СН4N2О1, вихід етилену становить

12%. Спосіб реалізований в дослідно-промисловому масштабі і має хороші перспективи для промислового використання.

Недоліком відомих технологічних схем є великі енерговитрати, пов'язані з газоразделенія, а також недостатньо високий вихід цільового продукту. Найбільш близькою по технічній сутності до пропонованого рішення є установка виробництва етилену з природного газу, комбінованого з отриманням електроенергії, яка складається з реактора окисної конденсації метану (ОКМ), гартівно-випарний апарату (генератора пари високого тиску), блоку очищення від CO2 за допомогою етаноламіну , вузла лужної промивання, блоку осушки і компримування, в якому відбувається охолодження газу до мінус 100 ° с, енергоблоку, блоку виділення газоподібних продуктів за допомогою колон нізкотемпе атурной ректифікації, блоку вироблення енергії і допоміжного обладнання (теплообмінників, компресорів, холодильників, насосів і т. п.). В ході роботи установки, вихідний потік природного газу направляється на стадію синтезу етилену по реакції окисної конденсації метану, яку здійснюють в присутності оксидних каталізаторів при температурі від 700 ° С до 950 ° С. Далі з реакційної суміші виділяються етилен, інша частина газового потоку, що включає не прореагував метан і горючі продукти (водень і СО), направляється в блок вироблення енергії (на енергоустановку), в якому здійснюється вироблення електроенергії і тепла. Енергія, що виділяється в процесі отримання етилену по реакції окисної конденсації метану утилізується спільно з енергією, що виробляється енергоустановкою, яка харчується природним газом і метаном, що не прореагував в реакторі синтезу етилену.

Недоліком зазначеної установки є необхідність наявності обладнання для виділення основної частини метану, етилену і етану з газопродуктовой суміші, що здорожує процес, а також використання чистого кисню як окислювача метану, що призводить до значних додаткових витрат на поділ повітря, підвищує вибухонебезпечність виробництва і вимагає наявності кваліфікованих кадрів для обслуговування установки розділення повітря.

Технічна завдання полягало в розробці конструкції, що дозволяє використовувати в якості окислювача метану повітря, а також створення більш ефективної схеми поділу продуктів реакції і використання теплових ресурсів. Технічний результат досягався введенням в установку, яка містить реактор окисної конденсації метану, гартівно-випарний апарат, блок абсорбційної очистки від двоокису вуглецю, блок осушки і компримування, блок виділення вуглеводнів, що включає в себе ректифікаційні колони виділення метану, етану і етилену, блок вироблення енергії і допоміжне обладнання сировинного колектора, пов'язаного через теплообмінник з реактором окисної конденсації метану, а також блоком адсорбції, колоною деметанізаціі і Олоне деетанізаціі, додатково газодувки для подачі повітря, пов'язаної з реактором окисної конденсації метану, включення після блоку очищення від двоокису вуглецю блоку адсорбційної колони очищення газових сумішей від води і блоку виділення метан-етан-етиленової фракції, що містить адсорбер на основі цеолітів.

У загальній схемі, введено такі позначення:

1 - сировинної колектор;

2 - сировинної теплообмінник;

3 - реактор окисної конденсації метану (ОКМ);

5 - гартівно-випарний апарат;

8 - блок абсорбційної очистки від двоокису вуглецю;

9 - абсорбційна колона;