СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА
METHOD OF PRODUCING ETHYLENE FROM NATURAL GAS

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).
3
Лучшие показатели электрокрекинга природного газа таковы: общая степень превращения в ацетилен 50%, содержание ацетилена в продуктах до 14,5 об.% при затратах электроэнергии 13,6 кВт·ч на 1 нм природного газа. Однако в продуктах содержатся значительные количества сажи и гомологов ацетилена. 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 в водородной плазме (Патент RU 2169755, 12.11.1999).
Недостатком этого способа получения этилена (0,5% об.) в пирогазе является использование двух катализаторов для гидрирования ацетилена и растворителя.
Предлагается способ, устраняющий недостаток прототипа.
2
1
2
По предлагаемому способу в плазмоагрегате 1, состоящем из плазмотрона 1, форреактора 1, реактора пиролиза 3 осуществляется синтез этилена. На первой стадии синтезируют активные частицы: в плазмотроне 1 - атомарный водород, в форреакторе 1 - метильный радикал, под воздействием которых на природный газ, поступающий в реактор пиролиза, получают этилен с примесью ацетилена.
Пирогаз - без выделения этилена, ацетилена, водорода - направляется на стадию 2, где за счет водорода и катализатора происходит гидрирование ацетилена (5% мас.) в этилен. Получается дополнительный этилен. Продукты пиролиза и гидрирования подвергаются низкотемпературной ректификации с выделением товарного этилена и метановодородной смеси, частичной рециркуляции последней в форреактор и с использованием балансового количества в качестве топлива для получения электроэнергии и водяного пара на газотурбинной установке (ГТУ). Способ характеризуется высоким выходом этилена на природный газ (83,38% мас.).
Способ осуществляется в 3 стадии (см. чертеж).
1. Плазмохимический пиролиз сырья.
2. Гидрирование ацетилена в этилен.
3. Выделение этилена из пирогаза.
Температура в плазмотроне Т=4000-4500 К. Степень диссоциации водорода ≤64%. Для регулирования концентрации метана в форреакторе (не более 13% мас.) водород также подается в форреактор.
3
Пиролиз природного газа осуществляется в реакторе пиролиза 1 при температуре до 1300 К и давлении до 0,5 МПа. Перед реактором пиролиза природный газ подогревается до температуры 900 К.
3
После реактора пиролиза 1 в зону закалки подается этан из газоразделения или тяжелая фракция нефти. Окончательное охлаждение пирогаза 6 осуществляется возвратной метановодородной смесью 5, и пирогаз температурой 380…400 К направляется на стадию гидрирования ацетилена 2. В качестве гидрирующего агента используется водород, содержащийся в пирогазе.
Пирогаз без выделения ацетилена и без предварительного нагрева поступает в реактор каталитического гидрирования, в котором на катализаторе «никель на кизельгуре» в газовой среде осуществляется гидрирование ацетилена в этилен. В реакторе гидрирования 2 установлен холодильник, где тепло, выделяющееся в процессе гидрирования, отводится циркулирующим хладагентом.
2
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 закалки пирогаза. Метановодородная смесь используется в форреакторе 1 для синтеза метильного радикала, а частично как топливо для получения электроэнергии и водяного пара или как реагент в процессах гидроочистки топлив.
Концентрация метана в метановодородной смеси, поступающей в форреактор, не должен превышать 13% мас.
Пример осуществления способа.
1
2
2
4
2
2
2
4
2
6
На опытной установке был проведен пиролиз природного сырья под действием метильных радикалов и атомарного водорода, полученных в плазмотроне 1 и форреакторе 1. Мощность плазмотрона 12 кВт. Расход сырья 2,5 кг/ч. Температура в реакторе пиролиза 1300 К, Р=1,4 ат на выходе пирогаза из закалочного устройства. После реактора пиролиза пирогаз имел следующий химический состав, % мас.: СН - 78; СН - 5; Н - 9,75; СН - 6,15; СН - 1,10.
После реактора пиролиза пирогаз поступает непосредственно в реактор гидрирования с температурой 380-400 К.
-1
Процесс гидрирования ацетилена в пирогазе осуществляли с неподвижным слоем катализатора «никель на кизельгуре». Объемная скорость подач сырья 1000 ч, температура 400-500 К. Содержание никеля не более 54% мас. (ТУ 38101396-89Е). После гидрирования концентрация в пирогазе в % мас.:
2
4
2
6
2
4
2
2
СН - 83,38; СН- 1,10; Н - 9,369; СН - 6,15; СН- 0,001.
Расход электроэнергии в расчете на 1 кг этилена после реактора гидрирования не более 6,1 кВт·ч.
После реактора гидрирования этилен выделяется методом низкотемпературной ректификации.
Применение нового способа позволит повысить выход этилена при меньших затратах энергии по сравнению с процессом, взятым в качестве прототипа.