CN102292151A - 生产烯烃的绝热反应器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种从烃进料生产烯烃的方法。在一个方面，本发明的方法使用通过热解炉的旋管将烃进料部分地转化为烯烃，接着在绝热反应器中进一步转化烃进料。在热解炉中的一部分旋管载有烃进料，其余的旋管仅载有蒸汽。在选定的一段时间之后，切换流过旋管的物料。通过使蒸汽流过之前含有烃进料的旋管，可以实现在线除焦。在另一个方面，使用高温反应器将甲烷或天然气转化为烯烃。

Description

生产烯烃的绝热反应器
发明领域
本发明涉及改进的生产烯烃的方法。在一个方面，本发明的方法使用通过热解炉的旋管将烃进料部分地转化为烯烃，接着在绝热反应器中进一步转化烃进料。在另一个方面，使用高温反应器将甲烷或天然气转化为烯烃。
背景技术
烯烃，例如乙烯和丙烯，是用于生产例如聚乙烯和聚丙烯的有价值的烃。通常，通过热裂解烃进料来生产烯烃。在热裂解工艺中，较重的烃(例如石脑油)在升高的温度下进行裂解，从而生产含2-4个碳原子的烯烃。
有几种裂解较重的烃来生产烯烃的方法。在一种常用的方法中，让进料通过其中具有大量旋管的炉，从而在炉中加热要转化的进料。设置旋管来提高从炉内至旋管中进料的热传递。进料被加热和裂解，来自旋管的裂解料流在出口处骤冷以终止裂解反应。
用这种方式裂解烃导致形成包括焦炭的多种副产品。焦炭在旋管内表面形成，抑制从炉向烃进料的热传递。在旋管中形成焦炭的量与烃进料的转化程度直接相关。由于辐射热输送到金属旋管，焦炭沉积会抑制热传递并导致金属旋管温度升高，这可能导致旋管损坏。在某些时刻，焦炭污垢抑制热传递，必须将旋管从生产线上取出来除焦炭。通常，除焦炭通过使用蒸汽和空气烧掉旋管内的焦炭而进行。由于除焦过程需要关停设备，在除焦过程中反应器中烯烃的生产暂停。
为了减少形成的焦炭量，可向进料加入稀释蒸汽。例如，在一种现有方法中，烃进料进入热解炉，通过炉中对流工段中的一个或多个旋管。向每个旋管加入稀释蒸汽，从而维持恒定的蒸汽-进料比，通常为每磅烃进料提供0.3-0.6磅蒸汽。在进入辐射工段之前，蒸汽/进料混合物在炉的对流工段中可以进一步加热，将蒸汽/进料混合物加热至烃裂解和转化为烯烃所需的温度。混合物中的稀释蒸汽能减少管道中焦炭的形成。再将从旋管出来的料流骤冷，将粗产品送去存储或加工。
但即使使用稀释蒸汽，焦炭的形成仍是一个问题。在一些方法中，在热解炉的下游使用绝热反应器，使得烃向烯烃的转化得以改进，同时减少了辐射区中旋管的结垢。在这些方法中，使用上述类型的热解炉并控制反应条件(特别是温度和流速)，从而减少炉中旋管内烃向烯烃的转化。旋管内转化的减少使得焦炭的形成减少。使用下游绝热反应器来进一步将进料转化为烯烃，从而提高整体的转化。但即使在这些方法中，焦炭的形成仍需要定期停机来除焦炭。
在上述方法中，使用较重的烃(例如石脑油)作为进料。使用较轻的烃(例如甲烷或天然气)作为进料来生产烯烃受到限制，这是因为甲烷的转化需要引发剂或相对高的温度(高于1100℃)。所需的温度高于热解炉通常能达到的温度。例如，从甲烷生产烯烃的本森方法(Benson process)使用氯作为高温自由基引发剂。这种方法产生很强的腐蚀性条件，因此昂贵并难以操作。
另一种将甲烷转化为烯烃的方法是甲烷的氧化偶联。在这种方法中，甲烷部分燃烧，需要合适的催化剂来促进转化反应。
由于甲烷和天然气丰富并且与其它烃相比较便宜，人们希望有一种改进的将甲烷和天然气转化为烯烃的方法。还希望有一种裂解石脑油或其它烃的方法，使得反应器或热解炉除焦炭的停机时间减少。
发明概述
本发明涉及改进的从烃进料生产烯烃的方法。在所述方法的一个实施方式中，使用具有多个旋管的热解炉来裂解烃进料。在操作的第一时段中，所述多个旋管中的一个或多个载有烃进料和稀释蒸汽的混合物，所述多个旋管中其余的旋管仅载有蒸汽。在热解炉中，将旋管的内容物加热。在载有烃和蒸汽混合物的一个或多个旋管中，将烃加热至足以将烃部分转化为烯烃的温度。控制温度和停留时间，以达到理想的烃转化程度。
在仅载有蒸汽的旋管中，使旋管中的蒸汽过热。混合旋管料流并送至绝热反应器，进行进料向烯烃产物的进一步转化。混合旋管料流使得流体-流体热传递得以发生，在绝热反应器中烃进料向烯烃转化所需的能量由过热的蒸汽提供。将绝热反应器的产物送至骤冷单元，以降低气体温度并终止转化反应。骤冷单元的产物流可以送去存储或进一步加工。
由于单独的蒸汽可以用来对结垢的辐射旋管除焦，在选定的时间之后，通过管道的流通物可以切换，热解炉进行第二时段操作。在操作的第二时段中，只有蒸汽流通通过之前包含烃进料的旋管。这些旋管在操作的第一时段中沉积的焦炭减少或被消除，这是由于蒸汽温度高，且操作持续时间长。在操作的第二时段结束时，通过旋管的流通物可以再次切换，从而对在操作的第二时段中用于烃裂解的旋管进行除焦。通过这种方式可以按需要改变物料流，从而实现烃向烯烃的理想转化。通过依次改变旋管中载有的物料，可以对旋管在线除焦，使得停机离线除焦之间的运行时间更长。
热解炉可以设计成具有预热烃进料的对流区和将所述烃进料加热至转化为烯烃所需温度的辐射区。在其它的实施方式中，可以从骤冷单元中回收热量，以至少产生一些本方法所需的稀释蒸汽。
在所述方法的另一个实施方式中，将甲烷或天然气转化为烯烃。在本实施方式中，设置绝热反应器，在内部使用陶瓷绝热材料。所述反应器可以是内部用陶瓷绝热的管式反应器。
将氢和氧导入反应器的第一阶段并燃烧。通常使用的氧的量小于化学计量。在反应器的第一阶段中，燃烧产生极高的温度，通常为1200℃或更高。由于氢过量，同时产生氢自由基。将甲烷或天然气注入反应器的第二阶段，并解离形成CH3-自由基。引发自由基反应并产生氢、乙炔、乙烯和少量较重的烃。反应所需的热量通过冷却反应器第一阶段产生的热气来提供。来自反应器的料流充分冷却，使其能在常规设备中骤冷。
所述方法的优点之一是，较长的运行时间和较高的在线因子改进了所述方法的经济性。同时可以得到与其它方法相比较高的烯烃产率。此外，在一些实施方式中，可以使用较便宜的甲烷或天然气作为进料。基于以下详细描述，所述方法的其它优点对本领域技术人员是显而易见的。
附图简述
图1是本发明方法的一个实施方式的示意图，显示具有两个旋管的热解炉。
图2是本发明一个实施方式的示意图，其中热解炉具有对流区和辐射区，稀释蒸汽在进入辐射区之前注入烃进料中。
图3是图2所示热解炉的示意图，该热解炉具有蒸汽转筒和相关管线，用来从骤冷单元回收热。
图4是所述方法的一个实施方式的示意图，其中反应器用于裂解甲烷或天然气来形成烯烃。
图5是在不同的反应器温度下，甲烷转化为烯烃的百分比与反应器中停留时间之间的关系曲线。
图6是裂解甲烷或天然气以形成烯烃的管式反应器的示意图。
发明详述
在本发明方法的一个实施方式中，使用热解炉和绝热反应器裂解烃进料以形成烯烃产物。通常，热解炉由多个旋管组成。所述多个旋管中的一部分包含要进行裂解的烃进料(例如石脑油)和稀释蒸汽。所述多个旋管中的剩余部分仅包含蒸汽。随着烃和蒸汽物流通过热解炉，烃进料部分转化为烯烃。在仅包含蒸汽的旋管中，随着蒸汽通过热解炉，蒸汽变得过热。
将旋管流出物合并，送至绝热反应器，绝热反应器中发生烃进料的进一步转化。在合并的物流中发生的流体-流通热传递的结果是，过热的稀释蒸汽的热量为绝热反应器中烃的进一步转化提供必需的能量。
旋管中烃向烯烃的转化产生多种副产物，包括在旋管内表面上的焦炭。一段时间之后，切换旋管中的物料流，曾载有烃进料和稀释蒸汽的旋管将只载有蒸汽，同时曾仅载有蒸汽的旋管将载有烃进料和稀释蒸汽。通过向曾载有烃进料和蒸汽的旋管仅通入蒸汽，使旋管中沉积的焦炭减少或消除。这延长了炉在停机除焦之间的操作时间。
将绝热反应器的流出物送入骤冷单元，以降低合并气体物流温度并终止转化反应。将骤冷单元的产物物流送去存储或进一步加工。
以下将对本发明该方面的实施方式进行描述。应理解，这些描述是作为例子给出的，并不是为了限制本文所述的或所附权利要求所述的本发明的全部范围。
图1显示了所述方法的一个实施方式的示意图。在该示意图中，显示了具有两个旋管的炉。本领域技术人员应理解，使用以下所述方法的炉可以包含任意数量的旋管。此外，在包含超过两个旋管的炉中，可以这样设置旋管，使得可以采用多种流动形式，例如两个烃进料/蒸汽旋管和一个仅有蒸汽的旋管，三个烃进料/蒸汽旋管和两个仅有蒸汽的旋管等。根据本文所提供的信息，本领域技术人员可以容易地确定如何设置热解炉中通过旋管的流动方式，从而达到理想的烃进料转化。
参照图1，显示了具有两个旋管(12)，(14)的热解炉(10)。在操作的第一个时段中，要裂解的烃进料和稀释蒸汽的混合物通过管线(11)进入旋管(12)。稀释蒸汽与烃进料的比例通常为0.1至1.0(以重量计)。如果需要的话，可以将烃进料加入热解炉，而不加入稀释蒸汽。加入旋管(12)的烃进料可以在加入稀释蒸汽之前或之后进行预热。如下所述，在某些实施方式中，热解炉可以包括在烃进料与蒸汽混合之前对其进行预热的对流工段。通常，烃进料在温度为250℃-750℃时加入热解炉。
在操作的第一时段中，只有蒸汽通过管线(13)进入旋管(14)。通常，蒸汽在温度为150℃-800℃时加入。所述旋管通过热解炉，其中每个旋管的内容物用热解炉内部的燃烧器加热。
随着旋管(12)中的烃进料通过炉(10)，烃进料被加热至足以将部分烃进料转化为烯烃的温度，温度通常为700℃-800℃。维持旋管中的流速，从而达到炉中烃进料所需的停留时间，以达到理想的烃转化程度。通常，炉内的停留时间为100毫秒-800毫秒。旋管(12)中一部分烃转化为烯烃。通过调节反应器中的温度和停留时间来控制转化程度。炉内烃的转化率低于用于烃裂解的常规热解炉，约为50％。由于烃的转化率低于常规炉，炉内旋管中形成的焦炭较少。
随着旋管(14)中蒸汽通过所述炉，蒸汽过热。通常，蒸汽在10psig至200psig的压力下过热至温度为900℃至1100℃。该蒸汽是过热的，这是由于蒸汽的比热低并且不需要热量来转化所述旋管中的烃。由于这一阶段操作中旋管(14)中没有发生烃转化，所以没有形成焦炭。
炉(10)的旋管出口(18，16)在顶部件(22)中合并，并通向绝热反应器(20)。热解反应器中烃转化的结果是，旋管出口温度通常为750℃-1000℃。所述绝热反应器可以是单独的反应容器，或者可以是所述旋管或直径变大的合并旋管顶部件(22)的延伸。由于绝热反应器不与热解炉中的热废气接触，所述反应器可以是绝热的，从而最大程度地减少流向环境的热量损失。同时，可以将较便宜的材料用于绝热反应器。优选将进口和出口设计为促进烃和蒸汽在最小的压降下快速混合，并最小化或消除反应器中的死角。所述设计能将绝热反应器中焦炭的形成降至最低。
对所述反应器的容积和管式反应器的长度-直径比进行选择，以提供充足的停留时间来进行理想的烃进料转化。可以使用多个绝热反应器。每个绝热反应器可以直接与骤冷单元相连。在一个实施方式中，所述骤冷单元是传输管线交换器，在传输管线交换器的设计中结合绝热反应器。通常，适当设计传输管线交换器，将进口停留时间减至最短。通过设计传输管线交换器来增加进口的停留时间而使烃进一步转化，所述传输管线交换器的进口部分可以作为绝热反应器。这样可以最大程度降低系统的总成本或者排除对单独的绝热反应器的需要。
在炉中使用多个旋管时，可以将两个或多个旋管装入单个绝热反应器。也可以将单个旋管装入多个绝热反应器，例如与上述传输管线交换器一体的多个绝热反应器。所述骤冷单元也可以是常规的壳式和管式热交换器，双套管或线性交换器，或者快速骤冷器。
在绝热反应器中，过热的蒸汽提供烃向烯烃进一步转化所需的能量。
在绝热反应器中，合并气体在转化过程中冷却，通常冷却至温度为950℃至700℃。可以达到大于或等于70％的整体转化率。
反应产物(24)从所述绝热反应器进入骤冷单元(30)。由于气体在绝热反应器中进行冷却，可以使用本领域技术人员已知的任一种骤冷单元。可以通过外部冷却源对所述骤冷单元进行冷却，或者如下所述，可以通过骤冷过程回收热量，用于产生所述方法所需的蒸汽。在一个实施方式中，可以在所述方法中使用传输管线交换器(TLE)型骤冷单元。骤冷的粗产物(26)从骤冷单元送去存储或进一步加工。
在选定的一段时间之后，切换通过旋管(14)和(16)的物料，用于操作的第二时段。仅送入蒸汽通过第一旋管(12)，送入烃和蒸汽的混合物通过第二旋管(14)。流动通过旋管(12)的蒸汽去除在第一时段操作中沉积在旋管中的焦炭。这种在线除焦使得所述系统能在离线除焦之间操作更长的时间。如上所述，第二旋管(14)中的烃转化为烯烃，并在顶部件(22)中与第一旋管(12)中产生的蒸汽混合。如上所述，在操作的第二时段中保持所述温度、流速和其它条件。
在操作的第二时段结束时，通过旋管的流通物可以再次切换，从而对在操作的第二时段中用于烃裂解的旋管进行除焦。通过这种方式，可以按需要改变物料流动，从而实现烃向烯烃的理想转化，同时依然减少旋管中的焦炭量。通过依次改变旋管中载有的物料，可以对旋管在线除焦，使得停机离线除焦之间的运行时间更长。
现在参照图2，图2是所述方法的另一实施方式的示意图，其中所述热解炉(110)包括对流工段(109)和辐射工段(111)。在操作的第一时段中，烃进料(108)进入炉(110)的对流工段(109)中的第一旋管(112)进行预热。通常，烃进料在温度为30℃-200℃时加入热解炉。所述热解炉的对流工段通常维持在100℃-1200℃的温度。预热之后，烃进料(113)与稀释蒸汽(119)混合，烃/蒸汽混合物(125)进入炉的辐射工段(111)的旋管(125)中。在辐射工段(111)中，烃/蒸汽混合物被加热，烃部分转化为烯烃。热解炉的辐射工段通常在1000℃-1300℃的温度下操作，烃/蒸汽混合物被加热至700℃-850℃的温度。炉的辐射工段中停留时间通常为100毫秒至800毫秒。在图2所示的实施方式中，向炉外预热的烃进料中加入稀释蒸汽。如果需要的话，蒸汽加料管线可以将稀释蒸汽注入炉壁内的旋管。
在第二旋管(129)中，蒸汽通过蒸汽管线(121)进入，并经由旋管(129)通过辐射工段(111)。所述蒸汽进入时处于稀释蒸汽的温度，在炉的辐射工段中过热。通常，蒸汽在10psig至200psig的压力下过热至温度为900℃至1100℃。
另外，在操作的第一时段中，蒸汽可以通过管线(107)进入旋管(114)并在对流工段(109)预热。所述蒸汽在炉的辐射工段中流经管线(115)和(123)至旋管(129)。如果需要的话，一部分蒸汽可以经对流工段进入，另外的蒸汽可以通过管线(121)加入。如上所述，蒸汽在炉的辐射工段中过热。
旋管出口(118)和(116)在顶部件(122)中合并，并进入绝热反应器(120)。旋管出口温度通常为750℃-1000℃。所述绝热反应器可以是上述类型。在绝热反应器中，过热的蒸汽通过流体-流体热交换提供烃向烯烃进一步转化所需的能量。合并的气体在转化过程中冷却。可以达到大于或等于70％的整体转化率。反应产物(122)从所述绝热反应器进入(124)骤冷单元(130)。由于气体在绝热反应器中进行冷却，可以使用本领域技术人员已知的任一种骤冷单元。例如，可以在所述方法中使用传输管线交换器(TLE)型骤冷单元。骤冷的粗产物(126)从骤冷单元送去存储或进一步加工。
在选定的一段时间之后，切换流过旋管(127)和(129)的物料，进行操作的第二时段。在操作的第二时段中，进料管线(107)将烃进料提供到炉(110)的对流工段(109)中的旋管(114)中进行预热。预热之后，烃物流(115)与稀释蒸汽(121)混合，烃/蒸汽混合物(123)进入炉的辐射工段(111)的旋管(129)中。如上所述，在辐射工段(111)中，烃/蒸汽混合物被加热，烃部分转化为烯烃。
在旋管(127)中，蒸汽通过蒸汽管线(119)进入，并经由旋管(127)通过辐射工段(111)。如上所述，所述蒸汽进入时处于稀释蒸汽的温度，在炉的辐射工段中过热。
另外，在操作的第二时段中，蒸汽可以通过管线(108)进入旋管(112)，并在对流工段(109)加热。所述蒸汽在炉的辐射工段中流经管线(113)和(125)至旋管(127)。如果需要的话，一部分蒸汽可以经对流工段进入，另外的蒸汽可以通过管线(119)加入。如上所述，蒸汽在炉的辐射工段中过热。
流动通过炉内辐射工段(111)中旋管(129)的蒸汽将在操作的第一时段中沉积在旋管(129)中的焦炭去除。这种在线除焦使得所述系统能在离线除焦之间操作更长的时间。在操作的第二时段中，如上所述，旋管(129)中的烃转化为烯烃，与来自顶部件(122)中旋管(127)的过热蒸汽合并，并进入如上所述的绝热反应器(120)和骤冷单元(130)。产物物流(126)送去存储或进一步加工。
在操作的第二时段结束时，通过旋管的流通物可以再次切换，从而对在操作的第二时段中用于烃裂解的旋管进行除焦。通过这种方式可以按需要改变物料流，从而实现烃向烯烃的理想转化，同时依然减少旋管中的焦炭量。通过依次改变旋管中载有的物料，可以对旋管在线除焦，使得停机离线除焦之间的运行时间更长。
图3显示所述方法的另一个实施方式，用骤冷单元中回收的热来提供用于所述方法的蒸汽。现参照图3，在本实施方式中，使用图2所示的热解炉，向系统中加入蒸汽转筒(140)。如上所述，操作热解炉(110)和绝热反应器(120)，以将烃进料转化为烯烃产物。蒸汽转筒(140)通过进料管线(142)和蒸汽返回管线(144)与骤冷单元(130)连接。来自蒸汽转筒(140)的水进入骤冷单元(130)，以至少提供一部分对骤冷单元中产物物流的冷却功能。所述水可以从蒸汽转筒中泵送到骤冷单元，或者可以使用热虹吸系统。
蒸汽在骤冷单元中产生，并通过管线(144)送回蒸汽转筒。按照需要控制蒸汽温度，以使骤冷单元得到必要的冷却。通常，来自骤冷单元的蒸汽温度为160℃-330℃。
进料水通过进料管线(146)提供给蒸汽转筒(140)。如图3所示，进料水可以在热解炉(110)的对流工段进行预热。或者，进料水可以在单独的热交换器或锅炉中进行预热。蒸汽转筒中产生的蒸汽可以通过将所述蒸汽经管线(148)送至热解炉(110)的对流工段(109)来进一步加热。或者，所述蒸汽可以在单独的热交换器或锅炉中进一步加热。通过这种方式至少产生一些用于所述方法的稀释蒸汽，所述方法效率更高并且需要较少的输入热。250℃至330℃的高压蒸汽也可以用这种方式产生，并可以在热解炉中过热。
以下实施例是预示性的，描述所述方法的一个实施方式与现有方法相比如何进行。两个实施例描述了在常规热解炉中操作两个旋管。
实施例1
以下实施例在常规热解炉中采用两个裂解旋管，旋管1和旋管2。在裂解形成烯烃的现有方法中，每个旋管包含包括1000Kg/h石脑油和500Kg/h稀释蒸汽的物流。旋管出口温度约为850℃时，进料转化率为75％。
实施例2
本实施例中，采用具有两个裂解旋管的热解炉。旋管1载有2000Kg/h的石脑油和400Kg/h的稀释蒸汽。通过控制在炉中的停留时间，该旋管中的石脑油在热解炉中的裂解转化率约为50％。通过维持较短的停留时间，所述旋管出口的温度将约为850℃。旋管2中，大约载有1800Kg/h的蒸汽。旋管2中的蒸汽在炉中过热至大约1000℃。旋管1中的石脑油/蒸汽混合物和来自旋管2的蒸汽在绝热环境下的炉的外部混合。过热蒸汽中的能量能提供进一步转化烃所需的能量。可以得到大于或等于70％的总转化率。
一段时间之后，切换通过旋管的流通物。旋管1仅载有蒸汽，旋管2载有石脑油/蒸汽混合物。旋管1中的蒸汽流将之前操作中在旋管上形成的部分焦炭或全部焦炭去除。
甲烷转化
在所述方法的另一个实施方式中，使用反应器将甲烷转化为烯烃。甲烷在常规的热解炉温度下无法转化为烯烃。在本发明的该实施方式中，氢在反应器中与少于化学计量的氧燃烧，在反应器中产生大于或等于1200℃的温度。过量的氢形成能促进甲烷转化反应的氢基。将甲烷注入所述反应器中，它解离形成CH3-自由基。这引发自由基反应，从而形成氢、乙炔、乙烯和少量较重的烃，以及焦炭。乙炔可以进行氢化以产生额外的乙烯。
图4是显示本发明该实施方式中使用的反应器的示意图。反应器(200)包括侧壁(206)、底壁(216)和顶壁(218)。侧壁、底壁和顶壁可以由任意合适的材料组成，通常使用金属，例如钢。顶壁(218)包括产物管线(214)，以从所述反应器中移出产物物流。由于所述反应器产生高温，所述反应器的侧壁、底壁和顶壁包括绝热层(208)。所述绝热层通常是陶瓷材料。使用的陶瓷材料可以包含氧化铝、碳化硅、二氧化硅-氧化铝、金刚砂或本领域技术人员已知的其它陶瓷材料。所述陶瓷绝热体可以包含催化材料，以进一步促进甲烷向烯烃的转化。
应注意，所述反应器不限于图4中所示和如上所述的结构。所述反应器可以具有任意结构，包括以下所述的管式反应器。
反应器(200)包括第一段(210)和第二段(220)。在第一段(210)中，氢通过管线(202)进料送入，并与少于化学计量的氧燃烧，所述氧通过管线(204)进料。以摩尔为基准，送入反应器第一段的氢和氧的比例为2-10。氢和氧的燃烧将生成大量蒸汽形式的水。一些过量的氢可以形成能促进甲烷转化的氢基。足量的氢和氧燃烧，将所述反应器第一段中的气体温度升至1200℃或更高。应注意，如果氢不可用，可以使用甲烷来提升第一段的温度。如果使用甲烷或者第一段中存在其它的烃，会生成CO和CO2，生成的水将稍微减少。
在所述反应器的第二段(220)中，甲烷通过管线(212)注入已加热的气体。甲烷解离形成CH3-自由基，引发自由基反应并形成氢、乙炔、乙烯和少量较重的烃，以及焦炭。如图5所示，随着温度的升高，自甲烷形成烯烃的产率增加，且反应器中的停留时间缩短。停留时间较长时会生成大量的碳。为了得到理想的烯烃产物，反应器中的停留时间通常维持在低于0.5秒，更优选地小于0.2秒。在这样的停留时间下，所述产物通常包含约50重量％的乙烯和45重量％的乙炔。还生成苯(约1重量％)和其它较重的烃(残留物)。
产物气体通过产物管线(214)从反应器中排出并送去骤冷。随着甲烷转化为烯烃产物，由反应器第一段中形成的热气体提供该吸热转化反应所需的热量。这样将所述气体的温度冷却，使得在第二段的末端，合并的产物气体可以使用常规设备骤冷，例如传输管线交换器。通常，所述产物气体的温度为800℃-1100℃。由于反应器第二段中的反应通常能充分地降低温度，所以不需要特殊的装置或方法来冷却产物气体物流。
图6显示了用来将甲烷转化为烯烃的管式反应器的横截面图。所述管可以由任意合适的材料组成，通常使用金属，例如钢。金属壁(306)与绝热材料(308)的内径相配。所述绝热材料通常是上述种类的陶瓷。或者，整个反应器管可以包含陶瓷材料。绝热层可以包含如上所述的催化剂。
如图6所示，反应器(300)包括第一工段(310)和第二工段(320)。在第一工段(310)中，氢通过管(302)进料，并与少于化学计量的氧燃烧，所述氧通过管线(304)进料。应理解，如果需要的话，氧可以通过管进入第一工段，氢可以通过管线(304)注入第一工段。
氢和氧在所述第一工段燃烧。氢和氧的燃烧将生成大量蒸汽形式的水和上述游离的氢基。足量的氢和氧燃烧，将所述反应器第一段中的气体温度升至1200℃或更高。如上所述，如果氢不可用，可以使用甲烷来提升第一段的温度。如果使用甲烷或者第一段中存在其它的烃，会生成CO和CO2，水的生成将稍微不同。
在所述管的第二工段(320)中，甲烷通过管线(312)注入已加热的气体。甲烷解离形成CH3-自由基，引发自由基反应并形成氢、乙炔、乙烯和少量较重的烃，以及焦炭。如上所述控制反应器第二段中的停留时间和温度，以实现甲烷的理想转化。产物气体通过管(314)末端从反应器中排出并送去骤冷。如上所述，随着甲烷转化为烯烃产物，由所述管第一段中形成的热气体提供该吸热转化反应所需的热量。这样将所述气体的温度冷却，使得在第二工段的末端，混合的产物气体可以使用常规设备骤冷，例如传输管线交换器。因此，不需要特殊的装置或方法来冷却产物气体物流。
在上述本发明方法所有的实施方式中，使用甲烷和/或石脑油作为烃进料。本领域技术人员可以理解，任意烃进料，包括从甲烷到加工或未加工的汽油，都可以用作所描述和要求专利保护的本发明方法中的进料。对于任意烃进料，可以使用绝热反应器，用高温蒸汽来提供能量或者用氢/甲烷燃烧提供能量。
为了使任一种进料都能达到理想的转化水平，必须满足吸热功能。满足能量需求所需的最低水平的氢进入反应器进行燃烧。略微过量的氢是可以接受的，这是由于过量的氢将形成氢自由基，引发并促进转化反应。如果存在过多的过量氢，由于形成的烯烃可以被氢化变回石蜡，可能对烃向烯烃的转化起反作用。同时，分离产物所需的压力(compression power)会增加，对经济性带来负面影响。因此，应将相对于特定烃进料合适量的氢送入反应器。通过预热烃进料而不大量裂解，可以降低所需氢的量。
本文示出并描述了多种实施方式，本领域技术人员可以认识到，可以对上述方法作出多种改变，这种改变不脱离本发明的精神和范围。相应地，本发明应理解为通过举例的方式而非限制性方式进行了描述。

Claims (18)

1.一种从烃进料生产烯烃的方法，其包括以下步骤：
(a)提供热解炉，所述热解炉具有一个或多个第一旋管和一个或多个第二旋管；
(b)将烃进料送入所述一个或多个第一旋管；
(c)将蒸汽送入所述一个或多个第二旋管；
(d)在所述热解炉中加热所述第一和第二旋管；
(e)合并所述第一和第二旋管的出口，以形成合并的烃/蒸汽物流；
(f)将所述合并的烃/蒸汽物流送入绝热反应器；和
(g)在骤冷单元中将所述绝热反应器的出口物流骤冷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
(h)在预定的一段时间之后，送入蒸汽通过所述一个或多个第一旋管，并送入烃进料通过所述一个或多个第二旋管。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述烃进料送入所述一个或多个第一旋管和所述一个或多个第二旋管的同时，向所述烃进料加入稀释蒸汽的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述稀释蒸汽和烃进料的比以重量计为0.1-1.0。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一旋管的数量和所述第二旋管的数量相等。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烃进料在热解炉中加热至温度至少为750℃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
(i)将预热的水送入所述骤冷单元；和
(j)在所述骤冷单元中产生蒸汽。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述骤冷单元是传输管线交换器。
9.一种从烃进料生产烯烃的方法，其包括以下步骤：
(a)提供具有一个或多个第一旋管和一个或多个第二旋管的热解炉，所述热解炉具有对流区和辐射区；
(b)将烃进料送入所述一个或多个第一旋管，使得所述烃进料在对流区中预热；
(c)将蒸汽送入所述一个或多个第二旋管；
(d)在所述热解炉的所述辐射区中加热第一和第二旋管；
(e)合并所述第一和第二旋管的出口，以形成合并的烃/蒸汽物流；
(f)将所述合并的烃/蒸汽物流送入绝热反应器；和
(g)在骤冷单元中将所述绝热反应器的出口物流骤冷。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
(h)在预定的一段时间之后，送入蒸汽通过所述一个或多个第一旋管，并送入烃进料通过所述一个或多个第二旋管，使得所述烃进料在所述对流区中预热。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述烃进料送入所述一个或多个第一旋管和所述一个或多个第二旋管的同时，向所述烃进料加入稀释蒸汽的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
(i)将预热的水送入所述骤冷单元；和
(j)在所述骤冷单元中产生蒸汽。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述骤冷单元是传输管线交换器。
14.一种从基本上全部包含甲烷的进料物流生产烯烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供内衬有耐高温绝热材料的反应器，所述反应器具有第一段和第二段；
(b)将氢和氧送入所述反应器的第一段并燃烧所述氢和氧，以达到至少为1200℃的温度，其中送入所述反应器的氧的量相对于送入所述反应器的氢的量少于化学计量；
(c)将所述反应器第一段中的燃烧气体送入所述反应器的第二段，并将甲烷进料物流注入所述反应器的第二段；
(d)将所述甲烷进料物流保持一段停留时间，使得所述甲烷转化为含烯烃的产物气体物流；
(e)将所述产物气体物流从所述反应器送入骤冷单元。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述甲烷进料物流在所述反应器中的停留时间短于0.5秒。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，氢和氧的比例以摩尔为基准为2-10。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述反应器中的产物气体在进入骤冷单元之前进入绝热反应器。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述骤冷单元是传输管线交换器。
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