甲烷转化为高级碳氢化合物旋转RTO
乙炔(或乙炔,HC CH)长期以来一直被认为是少数几种可以直接从甲烷中以高选择性制取的化合物之一,但是制取乙炔的条件已经使它超出了商业实用性,不能用于高成本的专业生产。乙炔可以转化为许多其他理想的碳氢化合物产品,如烯烃和乙烯基。从甲烷饲料中生产乙炔的最大障碍之一是生产高产量的甲烷转化为乙炔所需的非常高的温度。目前,许多可以从生产的乙炔中生产出来的理想产品,都是通过更经济的方法生产出来的,例如在热裂解炉中对乙烷和石脑油等分子量更高的烃原料进行热裂解。与甲烷相比,甲烷在较低的温度下具有较高的分子量。之前没有确定能够持续承受甲烷热解所需的高温(>1600℃)的设备、材料和工艺。由于需要特殊的类型和设备费用,大量的甲烷热解被认为是非常昂贵和不切实际的。已开发的生产乙炔的工艺均在较低的温度下进行商业操作,用于蒸汽裂解较重的烃源。
已知乙炔可由甲烷少量或分批生产,使用高温、短接触时间,生成乙炔、CO和H2的混合物。斯坦福研究所1966年9月16日发表的题为“乙炔”的过程经济学项目报告和霍尔曼等人1995年出版的题为“天然气热解:化学和过程概念”的燃料加工技术出版物(42)提供了全面的讨论。249 - 267。然而,已知的流程效率低下,伸缩性不好,并且通常只适用于特定的应用程序。
已知的艺术揭示有效获得相对高收益的乙炔,如超过50 wt %或更多最好超过75 wt %的乙炔的甲烷饲料、温度必须超过1500°C,最好超过1600°C。,并以较短的接触时间(一般<0.1秒)防止乙炔分解成碳和氢元素成分。由于所使用设备的退化,这种温度和工艺在很大程度上是没有吸引力的。实际上,任何暴露在这种温度下的金属部件都将是昂贵的,而且会不可接受地降解。
除上述参考文献外,美国帕特。No. 2,813,919公开了在通常温度为2500°f(1370°c),但最高温度为3000°f(1650°c)的逆流反应器(蓄热炉)中使用甲烷生产乙炔。美国帕特。2,885,455号公开了一种用轻烃生产乙炔的逆流反应器(再生球床反应器)。讨论和主张乙烷和丙烷饲料;没有提到甲烷。本发明公开了反应温度高达3000°f(1650°c)和接触时间0.1秒或更短的反应温度。美国帕特。No. 2,886,615描述了一种逆流反应器(再生球床反应器),用于用氢反应物处理烃原料(包括天然气)以制备烯烃、乙炔和其他产品。本发明公开了超过3000°f(1650°c)的温度和0.001到1秒的反应时间。所教的改进是一个二级热源。
蓄热式反应堆,包括武尔夫披露的反应堆,通常用于执行循环、批量生产、高温化学反应。通常,再生反应器的循环要么是对称的(相同的化学反应或两个方向上的反应),要么是不对称的(化学反应或反应随循环步骤的变化)。对称循环通常用于相对温和的放热化学,例如再生热氧化(“RTO”)和自热重整(“ATR”)。不对称循环通常用于执行吸热化学,所需要的吸热化学与另一种不同的化学是放热(通常是燃烧),为吸热反应提供反应热。不对称循环的例子有武尔夫裂化过程和变压重整过程。