CN109790018A - 将烃进料转化为用于多种应用的c2不饱和烃和合成气组合物的工艺 - Google Patents

将烃进料转化为用于多种应用的c2不饱和烃和合成气组合物的工艺 Download PDF

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Abstract

将烃转化为C2和C3不饱和烃的综合工艺包括烃的燃烧和裂化、甲烷的干式氧化重整和乙炔的催化氢化。在综合工艺中形成的反应产物可以在转化烃原料的工艺中分配和再循环。

Description

将烃进料转化为用于多种应用的C2不饱和烃和合成气组合物 的工艺
技术领域
本公开涉及烃的生产。更具体地，本公开涉及将烃转化为C2(两个碳)不饱和烃和合成气产物。
背景技术
复杂的烃——包括诸如乙炔和乙烯的烯烃——可用于广泛的产品和应用。将较低分子量的含碳分子转化为较高分子量的传统方法很多。在天然气冷凝物和石油馏分——包括甲烷，乙烷和较大的烃——的转化中已经通过热解制备了不饱和烃。一种通常称为裂化的工艺利用相当大量的能量来提供不饱和产物。最普遍的方法涉及氧化偶联、部分氧化或裂解。氧化裂解工艺(氧化热裂解工艺，oxidative pyrolysis processes)中的诸如二氧化碳和合成气的副产物，的产生可影响总体不饱和烃产物。
发明内容
如本文更详细描述的，本公开提供了用于生产C2(两个碳)不饱和烃和合成气的工艺、设备和系统。描述了热解、甲烷干式氧化重整(dry oxidative reforming)和乙炔的催化氢化(催化加氢，catalytic hydrogenation)的综合工艺。本公开的方面允许产生的二氧化碳产物经历氧化干式重整工艺。产生的二氧化碳的消耗可以改变(shift)综合工艺的反应产物的摩尔比，以增加产生的不饱和烃和合成气的量。
在一个方面，方法可以包括：使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；氢化乙炔以形成乙烯和氢化产物中的一种或多种；和通过氧化干式重整工艺将形成的二氧化碳产物的至少部分转化为至少第二合成气产物，其中第一合成气产物接近2：1的氢气与一氧化碳比例，以及其中第二合成气产物接近1.5的氢气与一氧化碳比例。
附图说明
并入于本说明书中并构成其部分的附图示出了若干方面，并与描述一起用于解释本公开的原理。
图1显示了甲烷至乙炔转化反应与甲烷干式氧化重整反应的综合反应方案。
图2显示了甲烷至乙炔转化反应与乙炔氢化和甲烷干式氧化重整反应的综合反应器框图。
图3显示了甲烷至乙炔转化反应与乙炔氢化和甲烷干式氧化重整反应的综合工艺框图。
本公开的额外优点将部分地在下面的描述中陈述的，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开而习得。借助于所附权利要求中特别指出的要素和组合，将实现和获得本公开的优点。
具体实施方式
不饱和的C2-C3烃可以通过各种烃的氧化热转化来制备。通常，通过裂化饱和的C2-C3烃的混合物来制备不饱和烃。与裂化相关的工艺通常消耗大量能量(例如，约45千卡能量每摩尔(kcal/mol)甲烷)以实现烃的转化。进一步，除了所期望的C2-C3(2至3个碳)不饱和碳产物之外，裂化工艺可伴随产生大量二氧化碳。需要额外的分离工艺使期望的不饱和C2-C3产物与二氧化碳分离。本公开可包括甲烷的燃烧/裂化、甲烷的干式氧化重整、和产生的乙炔的催化氢化中的一种或多种，以利用二氧化碳副产物并提高整体工艺的碳效率。
在各个方面，本公开提供了将饱和烃转化为不饱和烃的工艺的综合。综合工艺(integrated processes)可以将烃原料向乙炔的氧化热转化与乙炔氢化和干式氧化甲烷重整(也描述为甲烷氧化干式重整)工艺结合，以利用在氧化热转化中产生的二氧化碳。具体地，生产不饱和C2烃的方法可包括使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物。
然后，产生的乙炔可以被氢化以形成乙烯和氢化副产物中的一种或多种。形成的二氧化碳产物的至少部分可通过氧化干式重整工艺进行转化从而形成至少第二合成气产物。第一合成气产物接近2：1的氢气与一氧化碳比例，而第二合成气产物接近3：2的氢气与一氧化碳比例。通过在分开的工艺中利用二氧化碳产物来产生合成气，可以改善合成气比例——与在将二氧化碳再循环到裂化反应器或将二氧化碳与最终产物分离的系统中产生的合成气相比。因此，二氧化碳可以被转化为有用的化学品，从而优化二氧化碳利用并提高碳效率。
烃原料可以经受氧化裂解工艺以形成不饱和的C2-C3烃并形成二氧化碳和合成气副产物。可以根据任何数量的适合分离工艺分离来自氧化裂解工艺的产物。根据本领域熟知的氢化工艺，可以氢化分离自氧化裂解产物的乙炔以形成乙烯。分离的二氧化碳可以转移至分开的甲烷干式氧化重整工艺，以提供额外的合成气产物。
在高温甲烷部分氧化、甲烷裂化和随后的乙炔氢化期间，可能发生以下反应1-4：
CH4+2O2＝CO2+2H2O (1)
CH4+1.5O2＝CO+2H2O (2)
2CH4＝C2H2+3H2 (3)
C2H2+H2＝C2H4 (4)
反应1-3可以在裂化反应器中进行并包括裂化工艺或阶段(phases)。作为乙炔向乙烯的催化氢化，反应4可以单独地发生。
通常，针对将甲烷转化为乙烯，概括方程式(1-4)的总体方程式可表达为(5)：
4CH4+3O2＝C2H4+3H2+CO+CO2+3H2OΔH＝-52kcal/mol (5)
反应5可以描述燃烧/裂化反应器阶段(级，stage)后的总体产物混合物流。产物混合物流中的乙烯(C2H4)和二氧化碳(CO2)摩尔比(以重量计)可以在约1.3和1.45之间。虽然一氧化碳(CO)和氢气(H2)可用作合成气转化反应(如合成气至甲醇或合成气至烯烃)的试剂，但是副产物如二氧化碳可能导致整体工艺的选择性降低和工艺的碳效率降低。
本公开的方法描述了将二氧化碳与产物混合物流分离和通过甲烷的干式氧化重整转化二氧化碳。在分离二氧化碳后，可以通过合成气混合物(H2+CO)将乙炔氢化为乙烯。在将乙炔氢化为乙烯并分离期望的乙烯之后，可以收集合成气混合物用于进一步的化学品，如甲醇生产。
作为示例性实例，图1显示了结合的多个反应工艺以提高碳效率。在100处，甲烷可与氧气反应以提供乙炔、一氧化碳、氢气、二氧化碳和水。进一步，通过再循环整个反应工艺中的其它产物中的二氧化碳副产物(例如，在102处，甲烷的二氧化碳干式氧化重整)，可以根据H2和CO(合成气)产物的比例改变来提高碳效率。反应产物中形成的合成气可以作为驱动甲烷裂解的燃料，或者作为乙炔催化氢化(104处)的氢源被再循环，或者被用于106处的向其它化学品的合成气转化。甲烷干式氧化重整工艺中的二氧化碳副产物的消耗可以提高工艺的总体碳效率。
在一些方面，裂化工艺期间产生的二氧化碳可以与产物流分离并转移到分开的反应器，用于通过甲烷氧化干式重整转化为合成气。在将二氧化碳与产物流分离后，乙炔至乙烯的氢化可以提供最终产物乙烯和合成气。
虽然有可能将生成的二氧化碳重新引导回到工艺的裂解(燃烧/裂化)部分(以将二氧化碳的部分转化为一氧化碳和氢气)，但产生的氢气与一氧化碳的比例将小于2。相比之下，将二氧化碳经受分开的干式氧化重整工艺可以允许从氧化热转化产生2：1的氢气：一氧化碳混合物，以及从干式氧化重整工艺产生1.5：1的比例。
此外，在分开的干式氧化重整工艺中消耗二氧化碳的情况下，不需要将二氧化碳与整体系统产物中的一氧化碳和氢气分离。即，有用的合成气和乙烯产物不需要在系统输出中与二氧化碳副产物分离。本文公开的方法将二氧化碳产物分离并在不同工艺中利用二氧化碳的至少部分以改变整体系统产物中的一氧化碳和氢气的比例。
氧化热转化
在各个方面，烃进料可以通过氧化热转化或裂解工艺被转化为乙炔和合成气，以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物。现有的部分氧化工艺可包括单个步骤。例如，将分开进料和预热的甲烷和氧气原料在燃烧器中混合并燃烧以提供乙炔产物。乙炔产物可以立即冷却。然而，其它工艺可包括分开的反应区，即，致力于烃的第一燃烧的区——以供应驱动接收新鲜烃进料的第二区中的烃裂解所需的热能。通常，部分氧化反应器系统包括三个主要部分：第一部分(顶部)是具有特殊扩散器的混合区，第二部分(底部)是水套式燃烧器——紧接着是反应区，第三部分是使用水或重油作为冷却剂的骤冷区。
为了由饱和烃产生乙炔，必须在高温下大量供应能量。根据通过燃烧的热解将甲烷转化为乙炔是众所周知的工艺，并且已在本文提供的许多专利中呈现。目前，针对这些工艺存在两种主要变化。第一种可涉及燃烧甲烷进料的部分以根据放热反应(6)产生足以将分开的甲烷进料转化为乙炔(7)的热。
2CH4+3.5O2＝CO2+CO+4H2OΔH＝-157kcal/mol (6)
2CH4＝C2H2+3H2ΔH＝45kcal/mol (7)
第二种变化可包括甲烷的氧化裂解和选择性氧化反应，均产生大量的热反应8、9和10。
2CH4+1.5O2＝C2H2+3H2OΔH＝-41kcal/mol (8)
CH4+1.5O2＝CO+2H2OΔH＝-103kcal/mol (9)
CH4+2O2＝CO2+2H2OΔH＝-174kcal/mol (10)
处理条件可取决于净甲烷/氧气(CH4/O2)比例。递送到燃烧工艺并出现在整个反应系统中的氧气进料量可决定焦炭的还原(反应)或消除和烟灰(soot)形成。O2/CH4比例还可以影响产生的乙炔与包含一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气体或合成气的比例。在较低氧含量用于甲烷燃烧下，燃烧不会产生将甲烷裂化为乙炔的足够的热。在较高氧含量用于甲烷燃烧的情况下，更大量的甲烷被转化为二氧化碳。氧化剂和烃原料的进料比(摩尔)可以为约1.7至约1.8。例如，氧气与甲烷的比例可以是富燃料的，即，约1.7至约1.8。
如本文所提供的，产生乙炔的、甲烷或烃原料的部分燃烧可被描述为单阶段燃烧器工艺。该方法可包括可几乎同时发生的两个步骤或阶段。例如，在燃烧步骤中，甲烷或烃原料的部分可以经一定量的氧化剂进料流如氧气燃烧，其中氧化剂进料流不足以完全燃烧。氧气进料可以提供在约1200℃至约1800℃范围内的温度的热。由于燃烧是不完全的，所以仍然存在部分的甲烷或烃原料——其转而可以包含用于裂化反应的反应组分。通过利用可获自燃烧步骤的热能，大部分剩余甲烷或其它烃可以在第二步骤中裂化为乙炔。
作为另一个实例，产生乙炔的、甲烷或烃原料的燃烧可以在两阶段(两级，two-stage)室或燃烧反应器中进行。在第一室中，可以向室燃烧器供应足够的能量以燃烧一定量的烃原料或甲烷和氧，以产生高温气体。分开的烃进料或甲烷可以被引入第一室并致使流到第二室并与一定量的氧燃烧。
甲烷或烃原料的燃烧可包含主反应区和骤冷区。在主反应区中，可能发生燃烧和裂化过程。即，加热的烃原料或甲烷可以被燃烧以提供足够的能量从而驱动随后的裂化反应并将甲烷转化为乙炔。如本文所述，用于裂化的甲烷可以通过分开的烃进料进行供应。在另一个实例中，用于裂化的甲烷可包含烃原料的未燃烧部分。在骤冷区中，乙炔产物可以被充分冷却以防止乙炔分解成其元素碳和氢组分。
烃原料可以是本文所述的裂化和燃烧操作的反应组分。在另一个实例中，烃原料可包括甲烷、重质残渣、天然物(natural case)、天然气、乙烷、丙烷、石脑油、链烷烃(例如，烷烃(C1-C7)或饱和烃，其特征在于通式CnH2n+2)、不饱和气体或其任何组合。在某些方面，天然气(例如，具有>85％甲烷)可用作生产乙烯的烃原料。然而，在热解工艺中使用天然气可受益于窄温度范围内的热暴露，以使乙炔和乙烯的产率最大化。在一些方面，烯烃如乙烷(乙烯)、丙烯、丁烯、戊烯和/或己烯可单独使用或与所述其它气体组合使用。
分离
烃进料可经历氧化热解以形成产物混合物，该产物混合物至少包括乙炔、二氧化碳、氢气、水和一氧化碳的气流。在各个方面，可以采用一种或多种分离工艺来分离在烃燃烧和裂化工艺期间产生的气体组分。产物混合物的气体组分的分离也可以根据本领域技术人员通常实施的多种气体分离技术进行。例如，但非限制地，通过冷箱分离、深冷处理(cryogenic processing)、膜分离或变压吸附可以实现不饱和烃的分离。
在一些方面，在分离不饱和烃如乙炔之前，可以从气体组分的产物混合物中除去二氧化碳。二氧化碳产物可以作为不同的工艺流与产物混合物分离或被转移，并根据本文公开的方法通过甲烷干式氧化重整反应被转化为合成气。如本文所提供的，可以通过任何已知方法实现CO2与燃烧/裂化产物混合物的分离。在一个实例中，吸附工艺如胺吸附可用于将二氧化碳与剩余的燃烧/裂化产物分离。胺吸附可指代使用胺吸附剂捕获二氧化碳气体。
将不饱和烃——包括乙炔——与产物混合物分离也可以根据本领域技术人员通常实施的多种气体分离技术进行。在一个实例中，可以使用乙炔吸收单元获得分离的乙炔工艺流。在本公开的某些方面，可以将分离的乙炔溶解在适合的溶剂中以氢化为乙烯。
在另一个方面，可以将合成气的至少部分与产物混合物分离，以产生回收的合成气体——例如通过低温蒸馏。如本领域技术人员可以理解的，并且在本公开的帮助下，合成气体的回收可以作为H2和CO的同时回收而实现。根据本文公开的方法，回收的合成气的至少部分可被再循环回至将乙炔氢化为乙烯的工艺流。类似地，回收的合成气体的至少部分可以被进一步转化为烯烃(例如，烯烃，其特征在于通式CnH2n)。例如，回收的合成气体可以通过费-托(Fisher-Tropsch)工艺被转化为烷烃，并且烷烃可以通过脱氢作用被进一步转化为烯烃。
干式重整工艺
根据本公开的各个方面，可以将产生的二氧化碳与燃烧/裂化产物混合物分离，并通过甲烷干式氧化重整工艺转化为合成气。甲烷(CH4)、氧气(O2)和二氧化碳(CO2)的混合物可以与合适的催化剂(即，重整催化剂)接触以形成合成气。
在甲烷干式氧化重整工艺中产生的二氧化碳的利用可以提高整体烃转化工艺的碳效率。在一些实例中，在烃原料主要包括甲烷的情况下，裂解产物混合物可以包括15-30％之间的二氧化碳——在无水的基础上。虽然可以将二氧化碳反应产物转移回至裂解部分以将一些二氧化碳转化为一氧化碳和氢气，但产生的氢气与一氧化碳的比例将小于2。分开地将二氧化碳经受干式重整氧化工艺可以允许从氧化热转化产生2：1的氢气：一氧化碳混合物，以及从干式重整工艺产生1.5：1的比例。此外，在二氧化碳经受分开的干式重整工艺的情况下，不需要将二氧化碳与产物中的一氧化碳和氢气分离。本文的公开方法可以从裂解产物混合物中转移二氧化碳并使二氧化碳经受分离工艺，从而改变整体产物中氢气和一氧化碳的比例。
甲烷的干式氧化重整中的二氧化碳是一种具有科学和工业重要性的经过充分研究的反应。与产生合成气的甲烷干式重整(11)的吸热反应相比，甲烷干式氧化重整的工艺是放热的并且更节能。
CH4+CO2＝2CO+2H2ΔH＝60kcal/mol (11)
根据放热和吸热工艺的组合，甲烷的干式氧化重整可以包括甲烷与二氧化碳在氧介质中的转化。总体反应可表征为(12)：
2CH4+1/2O2+CO2＝3CO+4H2 (12)
在一些方面，甲烷干式氧化重整工艺可包括使甲烷、氧气和二氧化碳的混合物与重整催化剂接触。这里，吸热干式重整和放热甲烷氧化可以在单一方案(regime)中进行，其可以提供降低合成气合成期间的能量消耗的有效手段。作为实例，所产生的合成气组合物的H2/CO比例可为大约1.4-1.8，其对于在费-托(Fisher-Tropsch)合成中的合成气使用是高度有利的。
包括甲烷的烃原料的氧化干式重整可以在“重整催化剂”的存在下进行。有用的重整催化剂也是能够在氧气的存在下将二氧化碳转化为合成气的催化剂。可用于烃进料的氧化干式重整的重整催化剂包括但不限于镍/氧化镧(III)(Ni/La2O3)催化剂；镍/氧化铝(Ni/AI2O3)催化剂；和镍/氧化镁-氧化铝(Ni/MgO-AI2O3)催化剂。催化剂可原位产生。在具体实例中，在本公开的工艺中使用的重整催化剂是在氧化镧(III)(La2O3)上含有5％镍(Ni)的Ni/La2O3催化剂。
作为实例，包括CH4、O2和CO2的工艺流可以通过使所述进料流与Ni/La2O3催化剂在约650℃至约710℃之间的反应温度下接触经催化干式重整进行转化，以产生至少包括CO和H2气体的重整气体。保留在气相中的未转化的甲烷和二氧化碳可小于约按重量计5％。用于转化形成的二氧化碳的干式氧化重整工艺可具有约95％的百分比转化率。
合成气
在各个方面，合成气可以在本文公开的综合反应工艺的产物中形成。如所提供的，从裂解产物混合物中转移的二氧化碳工艺流可以通过干式氧化重整的综合工艺转化为合成气。合成气或合成气体可以指代含有氢气(H2)和一氧化碳(CO)的气态混合物，其可以进一步包含其它气体组分，如二氧化碳(CO2)、水(H2O)、甲烷(CH4)和氮气(N2)。
合成气可以通过各种化学和热化学工艺从几乎任何碳源获得，所述碳源如油、碳、生物质或可生物降解废物，但天然气和低分子量烃是主要的起始材料。用于生产合成气的常规技术可包括烃蒸汽重整。蒸汽重整涉及将甲烷或烃原料以及蒸汽吸热转化为氢气和一氧化碳。通常，蒸汽重整产生具有高于副产物——如来自费-托(Fischer-Tropsch)反应的甲醇或衍生物——的合成所需比例的H2/CO摩尔比的合成气气体。工业上，H2/CO摩尔比被因此典型地调节。
在各个方面，合成气可以在本文公开的综合反应工艺的产物中形成。如本文所提供的，从裂解产物混合物转移的二氧化碳工艺流可以通过甲烷的干式氧化重整的重整工艺被转化为合成气。合成气也可以在本文提供的甲烷的裂化/燃烧中形成。
在本文的综合工艺的产物之间产生的合成气可以在综合工艺中再循环。例如，从裂化/燃烧阶段产生的合成气的至少部分可作为燃料被再循环回到裂化/燃烧阶段。在合成气被再循环回到裂化/燃烧阶段以产生热能的情况下，可以减少供应到燃烧区的甲烷量。在这种情况下，氧气与甲烷和合成气的比例可以与当仅甲烷被进料至燃烧区时相同。在某些方面，合成气不再循环回至燃烧区。在用于促进乙炔的氢化之后，合成气可以被收集并用于额外产物以及转化为甲醇。在另一个实例中，合成气的部分可用于促进产生的乙炔的氢化。乙炔氢化后的废气一般含有较多的一氧化碳和较少的氢。
乙炔已从其吸收并且合成气保留在其内的工艺流可以与由甲烷干式氧化重整反应形成的合成气工艺流结合。典型地，来自甲烷干式氧化重整反应的合成气含有更多的氢和更少的CO。合成气可用于通过费-托(Fischer–Tropsch)合成来生产广泛的额外产物如较高级烷烃和含氧化合物(oxygenates)。
乙炔氢化
本文公开的综合工艺可包括将炔烃选择性氢化为烯烃。更具体地，综合工艺可包括将乙炔选择性氢化为乙烯。在一个方面，所公开的方法可包括乙炔的液相催化氢化。
虽然在气相中将乙炔催化氢化为乙烯是众所周知的，但气相工艺被通常用于转化通过乙烷或石脑油的蒸汽裂化生产乙烯期间所产生的痕量乙炔，即少于2％的乙炔。由于潜在的飞温(temperature run away)情况，气相氢化可能不适于转化大于2％的乙炔量。还已知氢化在液相中发生，其中流体在合理的温度和压力下容易作为液体运送或输送。在一些方面，乙炔的液相氢化可以是优选的。在液相乙炔催化氢化中，催化剂可以基本上或完全润湿，从而限制了接近限制性反应物。
已经描述了用于乙炔的液相选择性催化氢化的有用工艺。使用非烃吸收液从气体或液体流中吸收炔烃如乙炔和/或炔属化合物。使包含炔烃的吸收液与一种或多种第VIII族催化剂混合物接触以产生烯烃产物，而不是烷烃。
在本公开的各个方面，乙炔可以与裂解产物混合物——可包括乙炔、CO、H2、甲烷和二氧化碳——的工艺流分离。可以通过使用适合的溶剂如非烃吸收液从裂解产物混合物中吸收乙炔。实例性溶剂可包括但不限于n-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)、一甲胺(MMA)和/或其组合。在具体实例中，溶剂是NMP。在标准温度和压力条件(STP)(即，273.15开尔文(K)(0℃)的温度和101.325千帕斯卡(kPa)的绝对压力)下，溶剂一般能够吸收约0.01至100vol/vol之间的范围内的乙炔和/或炔属化合物。在不脱离本公开的范围的情况下，可以采用本领域技术人员已知的实现吸收的任何常规技术。
可以使包括溶解的乙炔的溶剂与适合的氢化催化剂接触。实例性氢化催化剂包括第VIII族或第VIII族催化剂的混合物——其可以与其它金属如第I至VII族的那些金属共同配制。氢化催化剂可优选地可为负载型催化剂，其包括约0.01％至10％第VIII族金属或约0.01％至10％第VIII族金属和0.01％至10％第I族至第VII族金属。除了本领域技术人员已知的其它催化剂之外，催化剂可包括阮内镍、钯氧化铝(palladium on alumina)、钌氧化铝(ruthenium on alumina)、砷化镍氧化铝(nickel arsenide on alumina)、氧化锌、硫化锌、以及上述一种或多种的混合物。催化剂还可包括钯/金氧化铝(Al2O3)(palladium/goldon alumina(Al2O3))或Lindlar催化剂(钯碳酸钙并经铅或硫中毒)。另一方面，催化剂可以优选为钯/镓氧化铝(palladium/gallium on alumina)和/或钯/铟氧化铝(palladium/indium on alumina)和/或钯/锌氧化铝(palladium/zinc on alumina)。在具体实例中，氢化催化剂包括0.3％钯-锌氧化铝Pd-Zn/Al2O3复合物。
根据本领域技术人员已知的若干工艺，可使溶剂与氢化催化剂接触。例如，可以通过浆料鼓泡塔反应器、滴流床反应器、三相流化床、固定或移动床反应器、提升管反应器、快速流化床或任何其它反应系统使溶剂与氢化催化剂(一种或多种)接触。只要反应物流和催化剂在适于氢化的条件下和在足以将吸收液保持在液相的压力和温度下接触——其中吸收剂中含有乙炔的至少部分被氢化，接触方法就是适合的，。
在某些方面，本文所述的综合工艺中产生的氢气的部分可用于乙炔的催化氢化。可以从综合工艺中以足够的量提供氢以氢化被吸收的乙炔的至少部分。例如，由甲烷裂解形成的氢气可用于乙炔至乙烯的下游氢化。在另一个实例中，包括一氧化碳CO和氢气(合成气)H2——其由甲烷裂解和甲烷干式氧化重整工艺产生——的工艺流可以被结合并被用于促进所公开的催化氢化。
氢化反应产物可至少包括乙烯和氢化产物如绿油。本文所用的绿油可以指代氢化中形成的高分子量烯烃低聚物的混合物。在一些实例中，氢化产物可以与液相分离并再循环回到综合工艺的燃烧/裂化阶段。在剩余的反应产物中，乙烯可以通过常规工艺如蒸馏与合成气分离。
可以在约-17.78℃和204.4℃(0°F和400°F)之间的温度和在约1磅/平方英寸绝对值(psia)和2000psia之间的压力下进行从包括裂解产物混合物的工艺流中吸收乙炔。待实施的所公开的工艺的任何具体方面的规模、生产能力(capacity)和范围可以遵循本领域技术人员公知的标准工程实践并且遵循本文呈现的性能数据来确定。
系统
各种系统可以利用本文所述的综合工艺和方法。转化烃原料或原料流的方法可包括使燃料(例如甲烷)燃烧以产生热从而驱动烃原料流裂化成复杂的不饱和烃。方法还可包括从烃的燃烧和裂化分离产物的部分以进行额外的处理。方法可以进一步包括分离反应性二氧化碳产物和使二氧化碳经受甲烷的干式氧化重整工艺以形成合成气。乙炔也可以作为反应性产物被分离并在液相中被催化氢化以提供乙烯。整个工艺产生的剩余反应性产物和组分可以被再循环到整个工艺的不同阶段，以促进烃进料流的有效转化。
参照图2，其中显示了用于根据本发明生产不饱和C2烃的某些工艺。在一些方面，可首先从入口进料流如烃进料流11——其可主要包含甲烷——除去杂质和污染物。烃进料流11的部分可被输送至裂化反应器200以与氧化剂进料流12一起裂解。如本领域技术人员所熟知的，裂化反应器200可包括单个装置或多个装置。每个装置可以包括一个或多个区段(部分，section)或区。在图2中所示的实例中，裂化反应器200可包括主反应区201和骤冷区203。烃进料流11的燃烧和裂化可发生在主反应区201中。所得的燃烧和裂化产物可在骤冷区203中冷却，从而提供产物混合物气流。产物混合物气流可以被输送到分离器210，示意性地显示为裂化反应器200的出口流13。
如本文所提供的，裂化反应器200可包括致力于不同工艺的一个或多个区段或区。在一个实例中，裂化反应器200可包括主反应区201和骤冷区203。主反应区201可以包括燃烧区段或燃烧器——其可以是列管式上游燃烧器(in-line upstream burner)，其中烃进料流11与氧化剂进料流12一起燃烧。进入的烃进料流11可以在预加热器(未显示)中预热，然后通过与烃燃烧气体的结合经直接热交换将其加热到优选的反应温度。烃进料流11与空气或氧化剂(氧气)或空气和氧化剂的组合一起的火焰温度优选足以达到所期望的反应温度：优选在1200℃至2800℃之间，或从约1800℃至约2000℃。向裂化反应器200的主反应区201添加水或蒸汽(未显示)可用于降低并从而控制燃烧气体温度。
在裂化反应器200中，烃进料流11在燃烧器中的燃烧可提供足以在主反应区201中将烃进料流11转化为乙炔的能量。得到的燃烧和转化产物可在裂化反应器200的骤冷区203中冷却，以形成产物混合物气流作为出口流13。骤冷可发生在约1至约100毫秒(ms)内。骤冷区203可以通过本领域已知的任何方法实现燃烧和转化产物的骤冷，所述本领域已知的任何方法包括但不限于将骤冷流体如蒸汽、水、油或液体产物喷射到反应器骤冷室中；输送通过或进入水、天然气进料或液体产物；产生蒸汽；或者在动能骤冷器(kinetic energyquench)如焦耳-汤姆孙膨胀机、阻气喷嘴或涡轮膨胀机中膨胀。可以使用不同工具、流体或两者在多个步骤中完成骤冷。因此，骤冷区203可以并入于裂化反应器200内，可以包括与裂化反应器200分开的容器或装置或两者。
在裂化反应器200的主反应区201中，结合的燃烧和裂化的停留时间足以将烃进料流11的至少部分至少转化为乙炔、一氧化碳、氢气甲烷和二氧化碳混合物，而并不久到允许在骤冷之前发生明显的进一步反应。在一些实例中，停留时间可以保持在100ms下或80ms下，以最小化焦炭形成。超过0.1ms或多于0.5ms的停留时间是优选的，以获得足够的转化率。
可以对反应温度和压力和/或期望的停留时间后的骤冷进行调节。在实例中，在裂化反应器200内，烃进料流11的压力可以保持在1巴(bar)和20巴(100千帕斯卡,kPa-2000kPa)之间，以获得产物混合物作为出口流13。
裂化反应器100可配置以容纳一种或多种原料流。例如，烃进料流11(图2)可包括多种烃流。原料流可包括与其它气体组分结合的烃。例如，烃进料流11(图2)可包括与其它气体组分结合的天然气，所述其它气体组分包括但不限于氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷。在另一个实例中，裂化反应器200可以具有一种或多种氧化剂进料流12(图2)，如氧气流和含氧气流如空气流，其为了温度或组成控制的目的使用不等的氧化剂浓度。
在一些方面，不足的燃烧用氧化剂可导致一氧化碳的形成。作为实例，当通过氧化剂进料流12的不足氧气被引入裂化反应器200以提供预期作为燃烧气体的烃进料流11或充当裂化用进料气体和燃烧气体的烃进料流11的结合流的完全燃烧时，可形成一氧化碳。如果形成，该一氧化碳可以全部或部分地与出口流13的产物混合气体结合。
还在图2中显示，来自裂化反应器200的出口流13的至少部分——至少包括乙炔、一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳——可以被输送到分离器210以分离成分气体。分离器210可包括本领域技术人员已知的任何适合的气体分离方法。二氧化碳可以从工艺流13中除去。在分离器210中，可通过常规手段将二氧化碳从工艺流13分离，所述常规手段包括但不限于变压吸附、膜分离、深冷处理和本领域技术人员实践的其它气体分离技术。
可将分离器210的出口流14的至少部分——包括二氧化碳——输送至干式重整反应器240。在干式重整反应器240中，二氧化碳可以与烃进料流11的至少部分和氧化剂进料流12的至少部分结合并燃烧。干式重整反应器240的反应产物可包括至少一氧化碳和氢气(合成气)，显示为干式重整反应器240的出口流16。
分离器210出口流15可包括剩余气体组分。在实例中，分离器210出口流15可至少包括乙炔、一氧化碳、氢气和未反应的烃(甲烷)。出口流15可以被引导至吸收反应器220，用于将乙炔溶解在适合的溶剂中。乙炔的至少部分可被适合的非烃溶剂吸收，从而提供乙炔工艺流——来自吸收反应器220的出口流17。乙炔工艺流17可以被输送到催化氢化反应器230，用于乙炔气体至乙烯的液相催化氢化。
在催化氢化反应器如图2处的催化氢化反应器230中，乙炔工艺流16(液相)可以与至少氢化催化剂接触以形成乙烯气体。催化氢化反应器230的反应产物可包括至少部分的氢化副产物或绿油作为工艺出口流18。出口流18可以被再循环到裂化反应器200，作为烃进料流11的燃烧和裂化工艺的燃料。非烃溶剂如NMP可作为出口流19从催化氢化反应器再循环到吸收反应器以吸收乙炔气体。
在一些方面，合成气工艺流可被结合。来自干式重整反应器240的出口流16可包括甲烷的干式氧化重整的反应产物——至少包括作为合成气的一氧化碳和氢气。剩余组分流20可以至少包括一氧化碳和氢气，其中乙炔已在吸收反应器220中吸收。出口流16和剩余组分流20可以在例如结合反应器250中结合，以提供合成气工艺流21、22。合成气的部分可以被再循环到催化氢化反应器，使得氢气的至少部分可以用于乙炔的氢化，如工艺流21所示。在另一个实例中，可以收集合成气的至少部分作为工艺出口流22，用于进一步处理，如合成气转化反应，包括合成气到甲醇或合成气到烯烃。不饱和烃产物乙烯可以通过蒸馏进行分离，例如，以提供出口工艺流23。
如图3中所提供的，在一些方面，转化烃原料的方法可包括使烃原料经受氧化裂解工艺。在300处，烃原料可以与氧气一起燃烧以形成至少包含乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物的产物混合物。产物混合物的气体组分可以被分离(separated)或分离(isolated)用于进一步处理以提供不饱和烃产物。二氧化碳可被从产物混合物中转移。形成的乙炔可被氢化以至少形成乙烯和氢化产物，302。在304处，可以通过氧化干式重整工艺将二氧化碳产物的至少部分转化为至少第二合成气产物。
源自烃原料燃烧和干式氧化甲烷重整反应工艺的其它副产物——包括氢化产物和合成气产物——可以贯穿本文公开的方法进行再循环。合成气产物和氢化产物可以作为燃料再循环至烃原料燃烧工艺。在一些实例中，合成气可以作为氢源被再循环到乙炔氢化工艺。在另一个实例中，合成气产物可以被结合，用于合成气转化为有用的化学品——包括甲醇——的工艺。
虽然本公开的各方面可以具体的法定类别如系统法定类别进行描述和要求保护，但这仅是为了方便，并且本领域技术人员将理解本公开的每个方面可以任何法定类别进行描述和要求保护。除非另有明确说明，否则决不意图将本文所述的任何方法或方面解释为要求以具体顺序进行其步骤。因此，在方法权利要求没有在权利要求或描述中具体陈述该步骤将限于具体顺序的情况下，绝不打算推测顺序。这适用于任何可能的非表达的解释基础，包括关于步骤或操作流程的布置的逻辑问题、从语法组织或标点符号衍生的普通含义、或说明书中描述的方面的数量或类型。
方面
所公开的系统和方法至少包括以下方面。
方面1.一种生产不饱和C2烃的方法，其包括：使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；氢化乙炔以至少形成乙烯和氢化产物；和通过氧化干式重整工艺转化二氧化碳产物的至少部分，以形成至少第二合成气产物。
方面2.一种生产不饱和C2烃的方法，其基本上由以下组成：使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；氢化乙炔以至少形成乙烯和氢化产物；和通过氧化干式重整工艺转化二氧化碳产物的至少部分，以形成至少第二合成气产物。
方面3.一种生产不饱和C2烃的方法，其由以下组成：使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；氢化乙炔以至少形成乙烯和氢化产物；和通过氧化干式重整工艺转化二氧化碳产物的至少部分，以形成至少第二合成气产物。
方面4.方面1-3中任一项所述的方法，其中第一合成气产物具有约2：1的氢气与一氧化碳比例，并且其中第二合成气产物接近1.5的氢气与一氧化碳比例。
方面5.一种生产不饱和C2烃的方法，其包括：使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；氢化乙炔以至少形成乙烯和氢化副产物；和通过氧化干式重整工艺转化形成的二氧化碳副产物的至少部分，以形成至少第二合成气产物，其中第一合成气产物接近2：1的氢气与一氧化碳比例，并且其中第二合成气产物接近1.5的氢气与一氧化碳比例。
方面6.一种生产不饱和C2烃的方法，其基本上由以下组成：使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；氢化乙炔以至少形成乙烯和氢化副产物；和通过氧化干式重整工艺转化形成的二氧化碳副产物的至少部分，以形成至少第二合成气产物，其中第一合成气产物接近2：1的氢气与一氧化碳比例，并且其中第二合成气产物接近1.5的氢气与一氧化碳比例。
方面7.一种生产不饱和C2烃的方法，其由以下组成：使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；氢化乙炔以至少形成乙烯和氢化副产物；和通过氧化干式重整工艺转化形成的二氧化碳副产物的至少部分，以形成至少第二合成气产物，其中第一合成气产物接近2：1的氢气与一氧化碳比例，并且其中第二合成气产物接近1.5的氢气与一氧化碳比例。
方面8.方面1-7中任一项所述的方法，进一步包括一种或多种分离工艺，以将二氧化碳产物与乙炔和第一合成气产物分离，或将乙炔与第一合成气产物和二氧化碳产物分离，或将合成气与二氧化碳产物和乙炔中的一种或多种分离。
方面9.方面8所述的方法，其中一种或多种分离工艺包括胺吸附工艺。
方面10.方面8所述的方法，其中一种或多种分离工艺包括变压吸附。
方面11.方面8所述的方法，其中分离工艺包括冷箱分离。
方面12.方面1-11中任一项所述的方法，进一步包括将第一和第二合成气产物结合以及将第一和第二合成气产物引导至烃原料用于氧化裂解工艺。
方面13.方面1-7中任一项所述的方法，进一步包括将第一和第二合成气产物结合以及将第一和第二合成气产物引导至合成气转化工艺。
方面14.方面1-11中任一项所述的方法，进一步包括将第一和第二合成气产物结合以及引导第一和第二合成气产物以促进乙炔的氢化。
方面15.方面1-14中任一项所述的方法，其中烃原料包括饱和烃。
方面16.方面1-14中任一项所述的方法，其中烃原料包括甲烷、重质残渣、天然物、乙烷、丙烷、石脑油、不饱和气体或其组合。
方面17.方面1-16中任一项所述的方法，其中氧化裂解工艺包括燃烧甲烷以产生热，以及利用产生的热转化分开的甲烷进料以形成乙炔。
方面18.方面1-16中任一项所述的方法，其中氧化裂解工艺包括在氧气存在下甲烷的燃烧以及随后的氧化。
方面19.方面1-18中任一项所述的方法，其中氢化乙炔包括液相选择性氢化。
方面20.方面1-18中任一项所述的方法，其中氢化乙炔包括在催化剂存在下使乙炔在液相中反应。
方面21.方面20所述的方法，其中催化剂是钯系的。
方面22.方面20所述的方法，其中催化剂包括钯-锌氧化铝复合物。
方面23.方面1-22中任一项所述的方法，其中氢化产物包括绿油。
方面24.方面1-23中任一项所述的方法，进一步包括将氢化产物引导至所述烃原料用于氧化裂解。
方面25.方面1-24中任一项所述的方法，其中氧化干式重整工艺包括在重整催化剂存在下燃烧二氧化碳产物和甲烷。
方面26.方面25所述的方法，其中重整催化剂促进在氧气存在下二氧化碳产物的转化。
方面27.方面25-26中任一项所述的方法，其中重整催化剂包括氧化镍和氧化镧的混合物，进一步包括约5％镍氧化镧(nickel on lanthanum oxide)。
方面28.方面1-27中任一项所述的方法，其中氧化干式重整工艺提供少于约5％的剩余未转化甲烷和二氧化碳的量。
方面29.方面1-28中任一项所述的方法，其中用于转化形成的二氧化碳的氧化干式重整工艺具有约95％的百分比转化率。
方面30.用于将烃转化为不饱和C2-C3烃的系统，该系统包括：裂化反应器，以至少实现烃进料流的裂化或燃烧，从而形成至少包括乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物的产物混合物；分离器，以实现产物混合物的组分之间的分离；其中乙炔与产物混合物分离；二氧化碳与产物混合物分离，或其组合；氢化反应器，以至少实现乙炔的氢化和氢化产物的形成；干式重整反应器，以至少实现将二氧化碳转化为第二合成气产物。
方面31.用于将烃转化为不饱和C2-C3烃的系统，该系统基本上由以下组成：裂化反应器，以至少实现烃进料流的裂化或燃烧，以形成至少包括乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物的产物混合物；分离器，以实现产物混合物的组分之间的分离；其中乙炔与产物混合物分离；二氧化碳与产物混合物分离，或其组合；氢化反应器，以至少实现乙炔的氢化和氢化产物的形成；干式重整反应器，以至少实现将二氧化碳转化为第二合成气产物。
方面32.用于将烃转化为不饱和C2-C3烃的系统，该系统由以下组成：裂化反应器，以至少实现烃进料流的裂化或燃烧，以形成至少包括乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物的产物混合物；分离器，以实现产物混合物的组分之间的分离；其中乙炔与产物混合物分离；二氧化碳与产物混合物分离，或其组合；氢化反应器，以至少实现乙炔的氢化和氢化产物的形成；干式重整反应器，以至少实现将二氧化碳转化为第二合成气产物。
应理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，而不是限制性的。尽管与本文描述的那些类似或等同的任何方法和材料可用于本公开的实践或测试，但是现在描述实例方法和材料。
此外，应理解，除非另有明确说明，否则决不意图将本文所述的任何方法解释为要求以具体顺序进行其步骤。因此，在方法权利要求实际上没有叙述其步骤所遵循的顺序，或者权利要求或描述中没有具体说明该步骤将被限制于具体的顺序的情况下，绝不意图在任何方面推测顺序。这适用于任何可能的非表达的解释基础，包括：关于步骤安排或操作流程的逻辑问题；从语法组织或标点符号中衍生的简单含义；以及说明书中描述的方面的数量或类型。
贯穿本申请，引用了各种出版物。这些出版物的公开内容借此通过引用整体并入本申请中，以便更全面地描述其所属领域的现状。所公开的参考文献也单独地和具体地通过引用并入本文——针对其中包括的材料，在参考文献所依据的句子中讨论。本文中的任何内容均不应被解释为承认由于先前的公开，本公开无权先于此类出版物。此外，本文提供的出版日期可能与实际出版日期不同，这可能需要独立确认。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的任何方法和材料可用于本公开的实践或测试，但现在描述实例方法和材料。
定义
应理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，而不是限制性的。如说明书和权利要求书中所使用的，术语“包括(comprising)”可包括实施方式“由......组成”和“基本上由......组成”。除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。在这个说明书和随后的权利要求中，将参考将在本文中定义的许多术语。
如说明书和所附权利要求中所用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数等同物，除非上下文另有清晰规定。因此，例如，提及“聚碳酸酯聚合物”包括两种或更多种聚碳酸酯聚合物的混合物。
如本文所用，术语“组合(combination)”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
范围在本文可以表示为从一个值(第一值)到另一个值(第二值)。当表达这样的范围时，该范围在某些方面包括第一值和第二值中的一个或两个。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解该特定值形成另一方面。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点都是明显的，并且独立于另一个端点。还应理解，本文公开内容了许多值，并且除了值本身之外，每个值在本文中也被公开为“约(about)”该特定值。例如，如果公开了值“10”，则还公开了“约10”。还应理解，还公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则还公开了11、12、13和14。
如本文所用，术语“约(about)”和“在或约(at or about)”表示所讨论的量或值可以是指定值，大约指定值，或与指定值约相同。“”“”通常是如本文所用，除非另有说明或推测，否则应理解为表明标称值±5％的变化。该术语意图表达类似的值促进权利要求中记载的等同结果或效果。即，应该理解，数量、尺寸、配方、参数和其它数量和特性不是也不必是精确的，但可以近似和/或更大或更小，如期望的，反映公差、转换因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其它因素。通常，数量、尺寸、配方、参数或其它数量或特征是“约(about)”或“大约(approximate)”，无论是否明确说明是这样的。应当理解，在定量值之前使用“约(about)”时，除非另外特别说明，否则该参数还包括具体的定量值本身。
公开了用于制备本公开的组合物的组分以及在本文公开的方法内使用的组合物本身。本文公开了这些和其它材料，并且应当理解，当公开这些材料的组合、子集、相互作用、基团等时，虽然不能明确地公开这些化合物的各种个体和集体组合的特定参考和排列，每个都在本文中特别考虑和描述。例如，如果公开和讨论了特定化合物并且讨论了可以对包括该化合物的许多分子进行的许多修饰，除非具体表明相反，则具体考虑的是化合物的每个和每种组合和排列以及可能的修饰。因此，如果公开了一类分子A、B和C以及一类分子D、E和F以及组合分子的实例，则公开了A-D，那么即使每个都没有单独记载，每个都是单独和共同考虑的含义组合，A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F被认为是公开的。同样，还公开了这些的任何子集或组合。因此，例如，将考虑公开A-E、B-F和C-E的子组。该概念适用于本申请的所有方面，包括但不限于制备和使用本公开的组合物的方法中的步骤。因此，如果有可以进行的各种附加步骤，则应理解，这些附加步骤中的每一个可以利用本公开的方法的任何特定方面或方面的组合来进行。
如说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”，“一个(an)”和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文另有清晰规定。因此，例如，对“注射器(an injector)”的引用可包括一个或多个注射器。
范围在本文中可以表示为从“约(about)”一个特定值，和/或到“约(about)”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一方面包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约(about)”将值表示为近似值时，将理解该特定值形成另一方面。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点都是明显的，并且独立于另一个端点。还应理解，本文公开内容了许多值，并且除了值本身之外，每个值在本文中也被公开为“约(about)”该特定值。例如，如果公开了值“10”，则还公开了“约10”。还应理解，还公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开内容了10和15，则还公开内容了11、12、13和14。
如本文所用，术语“任选的(optional)”或“任选地(optionally)”是指随后描述的事件或情况可以或可以不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的实例和不发生的实例。例如，短语“任选取代的烷基(optionally substituted alkyl)”是指烷基可以被取代或不被取代，并且该描述包括取代和未取代的烷基。
如本文所用，“部分(portion)”可以指可变量，范围从无到全部(即，0％至100％)，具体量取决于许多内部因素，如组成、流动、操作参数等，以及该工艺的外部因素，诸如所期望的产物和副产物，或电力、燃料或公用事业的可用性。
本文所用的术语“烃原料(hydrocarbon feedstock)”或“烃进料流(hydrocarbonfeedstream)”是指一种或多种原料或反应物流，所述原料或反应物流提供进入如本文所描述的裂化或燃烧反应器的甲烷的至少部分或由甲烷进料流从反应器生产，无论是否对这样的烃进料流进行进一步处理或加工。“烃原料”可包括甲烷进料流、反应器流出流、离开下游烃转化工艺的期望的产物流，或在本文所描述的工艺中形成的任何中间或副产物流。在某些系统中，烃流可以通过工艺流管线输送，该工艺流管线包括用于承载上述工艺流的每个部分的管线。如本文所用的术语“工艺流(process stream)”包括如上所述的“烃流(hydrocarbon stream)”，以及它可单独或组合地包括载体流体流、燃料流、氧源流或用于的本文描述的系统和工艺的任何流。工艺流可以通过工艺流管线传送，该工艺流管线包括用于传送上述工艺流的每个部分的管线。
本文公开的每种材料可商购获得和/或其生产方法是本领域技术人员已知的。
应理解，本文公开的组合物具有某些功能。本文公开了用于履行所公开的功能的某些结构要求，并且应当理解，存在可以履行与所公开的结构相关的相同功能的各种结构，并且这些结构通常将实现相同的结果。
提供以下实例以示例本发明内容的组合物、工艺和性质。这些实例仅仅是示例的，并非意图将本公开限制于其中所述的材料、条件或工艺参数。
实施例
实施例1
实施例1描述了甲烷的燃烧及其在高温下裂解为乙炔和乙烯混合物，如图1中200处。该工艺在中间工厂规模反应器中进行。反应器的气体组成如表1所显示：
表1.甲烷燃烧和裂化的处理条件
单位定义如下：Ib/hr为磅/小时；ton/hr为吨/小时；MBtu/h为一千英热单位/小时；kW为千瓦。
实施例2
实施例2包括C2-C3烃的氧化裂化，其中石脑油(来自原油的烃流)在相同的反应器和工艺条件下代替天然气(主要是甲烷)。在天然气和其它烃的情况下，工艺的唯一区别在于产物分布，其中乙炔：乙烯(C2H2：C2H4)比例发生变化。
表2.石脑油燃烧和裂化的处理条件
实施例3
实施例3提供了甲烷CH4+CO2+O2的干式氧化重整的实验条件，如图2中在干式重整反应器240处所示例的。将甲烷和氧气结合，并和与裂化反应器的燃烧和裂化产物分离的二氧化碳一起燃烧。干式氧化重整反应在670℃的温度和空速(进料的体积流速除以催化剂的体积)2000/小时(h-1)下进行；在700℃的温度和空速1600h-1下进行；在730℃的温度和空速1800h-1下进行。催化剂为5％Ni/Al2O3，催化剂负载为5ml，其中甲烷与二氧化碳以及甲烷与氧气的比例为：CH4/CO2＝2，CH4/O2＝2.5。表3列出了重整工艺的结果。
表3.甲烷干式氧化重整的加工条件和产量
对于本领域技术人员是明显的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以在本公开中进行各种修改和变化。考虑到本文公开的说明书和实践，本公开的其它方面对于本领域技术人员而言将是明显的。说明书和实例意图仅被视为实例性的，本公开的真实范围和精神由所附权利要求表明。
所有引用的专利、专利申请和其它参考文献都通过引用整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语相矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自并入的参考文献的冲突术语。虽然已经出于示例的目的陈述了典型方面，但是前述描述不应被视为对本文范围的限制。因此，在不脱离本文的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到各种修改、改写和替代方案。

Claims (20)

1.一种生产不饱和C2烃的方法，其包括：
使烃原料经受氧化裂解工艺以至少形成乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物；
氢化所述乙炔以至少形成乙烯和氢化产物；和
通过氧化干式重整工艺转化所述二氧化碳产物的至少部分，以至少形成第二合成气产物。
2.权利要求1所述的方法，其中所述第一合成气产物接近约2：1的氢气与一氧化碳比例，并且其中所述第二合成气产物具有约1.5的氢气与一氧化碳比例。
3.权利要求1-2中任一项所述的方法，进一步包括一种或多种分离工艺，以将所述二氧化碳产物与所述乙炔和第一合成气产物分离，或将所述乙炔与所述第一合成气产物和所述二氧化碳产物分离，或将所述合成气与所述二氧化碳产物和所述乙炔中的一种或多种分离。
4.权利要求3所述的方法，其中所述一种或多种分离工艺包括胺吸附工艺。
5.权利要求3所述的方法，其中所述一种或多种分离工艺包括变压吸附。
6.权利要求1-5中任一项所述的方法，进一步包括将所述第一和第二合成气产物结合并将所述第一和第二合成气产物引导至烃原料用于所述氧化裂解工艺。
7.权利要求1-5中任一项所述的方法，进一步包括将所述第一和第二合成气产物结合并引导所述第一和第二合成气产物以促进所述乙炔的氢化。
8.权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述烃原料包括饱和烃。
9.权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述烃原料包括甲烷、重质残渣、天然物、乙烷、丙烷、石脑油、不饱和气体或其组合。
10.权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述氧化裂解工艺包括燃烧甲烷以产生热，以及利用产生的热转化分开的甲烷进料以形成乙炔。
11.权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述氧化裂解工艺包括在氧气存在下甲烷的燃烧和随后的氧化。
12.权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述氢化所述乙炔包括液相选择性氢化。
13.权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述氢化所述乙炔包括在催化剂存在下使所述乙炔在液相中反应。
14.权利要求13所述的方法，其中所述催化剂包括钯-锌氧化铝复合物。
15.权利要求1-14中任一项所述的方法，进一步包括将所述氢化产物引导至所述烃原料用于氧化裂解。
16.权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述氧化干式重整工艺包括在重整催化剂存在下燃烧所述二氧化碳产物和甲烷。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述重整催化剂在氧气存在下促进二氧化碳产物的转化。
18.权利要求1-17中任一项所述的方法，其中可以将所述第一和第二合成气产物组合以形成合成气转化工艺的原料。
19.权利要求1-18中任一项所述的方法，其中用于转化二氧化碳产物的所述氧化干式重整工艺可具有约95％的百分比转化率。
20.一种用于将烃转化为不饱和C2-C3烃的系统，所述系统包括：
裂化反应器，以至少实现烃进料流的裂化或燃烧，以形成至少包括乙炔、二氧化碳产物和第一合成气产物的产物混合物；
分离器，其被配置在所述裂化反应器的下游，以实现所述产物混合物的组分之间的分离；其中乙炔与所述产物混合物分离；二氧化碳与所述产物混合物分离，或其组合；
氢化反应器，其被配置在所述分离器的下游，以至少实现所述乙炔的氢化和氢化产物的形成；和
干式重整反应器，其被配置在所述分离器之后，以至少实现将二氧化碳转化为第二合成气产物。
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