СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2001 года по МПК C10G15/12 C07C5/02 

Изобретение относится к области химической технологии получения этилена.

Известны способы получения этилена из природного газа.

Этилен получают пиролизом природного газа совместно с ацетиленом при окислительном пиролизе природного газа (Антонов В.Н., Лапидус А.С. Производство ацетилена. Химия, 1970, с. 186, с. 399, 403). Но в этом процессе выход суммы ацетилена и этилена на сырье не превышает 25 мас.%.

В настоящее время в ряде стран работают промышленные установки разложения природного газа непосредственно в электрическом разряде (так называемый процесс электрокрекинга). Лучшие показатели электрокрекинга природного газа таковы: общая степень превращения до 70%, степень превращения в ацетилен 50%, содержание ацетилена в продуктах до 14,5 об.% при затратах электроэнергии 13,6 кВт•ч на 1 нм³ природного газа. Однако в продуктах содержатся значительные количества сажи и гомологов ацетилена. Процесс плохо управляется и оптимизируется. Серьезные недостатки, свойственные электрокрекингу природного газа, вызваны тем, что имеют место огромные градиенты температур (Теоретическая и прикладная плазмохимия. Полак Л.С., Овсянников А.А., Словецкий Д.И., Вурзель Ф.Б. М.: Наука, 1973, с. 237).

Известен способ получения этилена из метана в водородной плазме (там же, с. 238-239). В этом процессе выход ацетилена совместно с этиленом составляет 78,5%, затраты энергии на их получение составляют 9,5 кВт•ч/кг.

В качестве прототипа взят способ получения этилена из природного газа (Патент ДД N 157414, C 07 C 11/24, 10.11.82). В данном процессе выход этилена ниже, чем в предлагаемом способе.

Предлагается способ, устраняющий недостаток прототипа.

По предлагаемому способу этилен получают из природного газа в две ступени: на первой ступени получают ацетилен и этилен плазмохимическим пиролизом природного газа, на второй ступени получают дополнительный этилен селективным гидрированием ацетилена в пирогазе водородом, образовавшимся при пиролизе и содержащимся в пирогазе.

Способ характеризуется высоким выходом этилена на природный газ (82 мас. %).

Способ осуществляется в 3 стадии (см. чертеж):
1) плазмохимический пиролиз сырья;
2) гидрирование ацетилена в пирогазе в этилен;
3) выделение этилена из пирогаза.

Пиролиз природного газа 4 происходит на стадии 1 под действием плазменной струи водородсодержащего газа 5, выделяемого из газов пиролиза и циркулирующего в системе. Часть водородсодержащего газа может использоваться в качестве топлива для получения электроэнергии и водяного пара на газотурбинной установке (ГТУ). Количество полученной электроэнергии может быть достаточным для обеспечения автономного электропитания всей установки.

Пиролиз природного газа осуществляют при температуре до 1500 К и давлении до 1 МПа.

После реактора пиролиза пирогаз 6 охлаждают возвратным водородсодержащим газом 5 в закалочном устройстве и направляют на стадию гидрирования ацетилена 2.

Пирогаз без выделения ацетилена и без предварительного нагрева поступает в реактор каталитического гидрирования, в котором на двухслойном катализаторе ("никель на кизельгуре", "палладий на гранулированной окиси алюминия") в среде растворителя осуществляется селективное гидрирование ацетилена в этилен. С целью эффективного съема тепла, выделяющегося в процессе гидрирования, и исключения перегрева катализатора в качестве жидкого растворителя используется органический растворитель с температурой кипения, близкой к оптимальной температуре процесса гидрирования. Теплоту конденсации паров растворителя снимают циркулирующим хладагентом.

Этиленсодержащий газ 7 поступает на стадию выделения этилена 3 методом низкотемпературной ректификации. Полученный концентрированный этилен 8 направляется потребителю. Этан 9 со стадии 3 возвращается на стадию пиролиза. Жидкие продукты гидрирования ацетилена 10 со стадии 2 также возвращаются на стадию пиролиза в качестве вторичного сырья. Технический водород 5 частично используется в качестве плазмообразующего газа, а частично в качестве побочного продукта: как топливо для получения электроэнергии и водяного пара или как реагент в процессах гидроочистки топлив.

Пример осуществления способа:
На опытной установке был проведен пиролиз природного газа в водородной плазме при давлении 1,0 МПа. Мощность плазмотрона 12 кВт. Расход сырья 2,5 кг/ч. После реактора пиролиза пирогаз имел следующий состав (об.%): C₂H₂ - 15, H₂ - 80, CH₄ - 2, C₂H₄ - 0,5, N₂ - 2,5.

После реактора пиролиза пирогаз поступает непосредственно в реактор гидрирования с температурой 500-600 К. Процесс гидрирования ацетилена в пирогазе осуществляли в барботажном реакторе с неподвижным слоем двух катализаторов "никель на кизельгуре" (25% Ni), "палладий на окиси алюминия" в среде растворителя - керосино-газойлевой фракции. Объемная скорость подачи сырья 1000 ч^-1, температура 400-500 К. После гидрирования концентрация в пирогазе C₂H₄ - 30 об.%, C₂H₂ - 0,001 об.%. Селективность гидрирования ацетилена в этилен - 98%. Расход электроэнергии в расчете на 1 кг этилена после реактора гидрирования - не более 8 кВт•ч.

Выход этилена в расчете на природный газ 82 мас.%. После реактора гидрирования этилен может быть выделен известными способами.

Применение нового способа позволяет повысить выход этилена при меньших затратах энергии, чем в процессе, взятом в качестве прототипа.

Изобретение относится к области химической технологии получения этилена. Сущность способа - пиролиз природного газа под действием водородной плазмы с получением ацетиленсодержащего пирогаза. Ацетилен без выделения из пирогаза гидрируют до этилена в присутствии катализатора в среде жидкого растворителя, температура кипения которого близка к оптимальной температуре гидрирования ацетилена в этилен, при этом предотвращается перегрев катализатора, а тепло конденсации паров растворителя используется для получения холода. Затем этилен выделяют из продуктов гидрирования низкотемпературной ректификацией. Образующийся в процессе пиролиза водородсодержащий газ возвращают на стадию пиролиза, а избыточное количество используют в качестве топливного газа на газотурбинной установке или товарного продукта. Образующиеся в незначительном количестве жидкие продукты гидрирования ацетилена также возвращают на стадию пиролиза в качестве вторичного сырья. Применение данного способа позволит достичь высокого выхода этилена (до 82 мас.%), значительно снизить энергетические затраты на его получение и полностью исключить образование отходов. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения этилена плазмохимическим пиролизом природного газа, отличающийся тем, что полученный в процессе ацетилен селективно гидрируют в этилен в присутствии катализатора в жидкой фазе без выделения его из пирогаза, с последующим выделением концентрированного этилена из продуктов гидрирования известным методом, возвращением водородсодержащего газа и жидких продуктов со стадии гидрирования на стадию пиролиза и использованием балансового количества водородсодержащего газа для получения электроэнергии или в качестве товарного продукта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ацетиленсодержащий пирогаз после стадии пиролиза охлаждают до температуры не ниже температуры селективного каталитического гидрирования ацетилена в этилене с использованием двухслойного катализатора. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что процесс осуществляют в жидкой фазе органического растворителя с температурой кипения, близкой к оптимальной температуре процесса гидрирования, тепло реакции отводится кипением растворителя, теплоту конденсации паров растворителя используют для получения холода.