通过制备合成气乙烯的方法和设备技术

用于从含碳原料产生乙烯的方法，所述方法包含以下步骤：a)将所述含碳原料转化为包含二氧化碳、一氧化碳和氢的第一产物流；b)用产乙酸厌氧细菌发酵所述第一产物以产生包含乙醇的第二产物流；c)将来自所述第二产物流的乙醇浓缩为第三产物流和；d)将第三产物流中的乙醇脱水以产生乙烯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产烯烃衍生物的方法和设备。更具体来说，本专利技术涉及经由细菌发酵生产烯烃衍生物例如乙烯、聚乙烯、乙苯、环氧乙烷、乙二醇、乙醇胺、冠醚和氯乙烯单体。许多烯烃衍生物是从油生产。希望能够从更广范围的起始物质生产它们。2.现有技术的描述 W02010/012 946 (Arkema)描述一种用于从生物质制作聚乙烯的方法。使用酵母发面酵母将生物质发酵以将纤维素、糖和淀粉转换为乙醇。将乙醇脱水以产生乙醇在水中的稀释溶液，并将其浓缩。然后，将乙醇脱水以产生乙烯，并将乙烯聚合。如W02010/012 946中解释，该方法适用于小规模工厂而非大规模工业方法。本专利技术的一方面寻求克服现有技术的所述问题并且提供用于经由发酵步骤产生乙烯和烯烃衍生物的大规模方法。如下文将描述，用于从甲烷产生乙烯和烯烃衍生物的方法是已知的，但乙烯的产率很低。本专利技术寻求以高产率生产乙烯
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种用于从含碳原料(carbonaceous containing feedstock)产生乙烯的方法，所述方法包含以下步骤:a)将所述含碳原料转化(reforming)为包含二氧化碳、一氧化碳和氢的第一产物流； b)用产乙酸厌氧细菌发酵所述第一产物以产生包含乙醇的第二产物流； c)将来自所述第二产物流的乙醇浓缩为第三产物流；和 d)将所述第三产物流中的乙醇脱水以产生富乙烯的、含碳的第一部份，贫乙烯的、含碳的第二部份和水以及 dl)任选地在处理之后将至少一部分的所述水再循环到步骤b)和/或步骤a)和/或将至少一部分的所述贫乙烯的、含碳的第二部份作为原料再循环到步骤a)。根据本专利技术，还提供用于生产乙烯的设备，其包含: i)用于将含碳原料转化为包含二氧化碳、一氧化碳和氢的第一产物流的转化器； )用于将所述第一产物流发酵为包含乙醇的第二产物流的发酵器； iii)用于浓缩来自所述第二产物流的乙醇的装置； iv)用于将所述乙醇脱水为富乙烯的、含碳的第一部分，贫乙烯的、含碳的第二部分和水的脱水器；以及以下之一或两者V)用于将至少一部分的所述贫乙烯的、含碳的第二部分再循环到所述转化器的装置和 vi)用于将至少一部分的所述水再循环到所述发酵器和/或转化器的装置。概括地，将含碳原料例如天然气、页岩气、煤矿甲烷、沼气(例如衍生自例如生物质的无氧消化或者废物的的沼气，常常也称为垃圾填埋气)、含碳气体水合物或包合物(clathrate)、伴生气和精炼气被转换合成气。合成气为氢、一氧化碳和二氧化碳的混合物。然后，合成气经受细菌发酵以主要地产生乙醇以及某些次要副产物。所用的典型微生物是产乙酸厌氧细菌，尤其是诸如梭状芽孢杆菌种，扬氏梭菌(ClostridiumIjungdahlii)、食一氧化碳梭菌(C.carboxydivorans)、拉格利梭菌(C.ragsdalei)和产乙醇梭菌(C.autoethanogenum)。然后，乙醇优选催化脱水为乙烯。然后，乙烯被转换为烯烃衍生物。实例包括固体例如聚乙烯，液体例如乙苯或气体例如环氧乙烷。烯烃衍生物可以自身进一步转变，例如就乙苯而言，转化为苯乙烯并随后转化为聚苯乙烯。环氧乙烷·可以转变为可再经受进一步转变的乙二醇、乙醇胺、冠醚和其他材料。现已令人意外地发现，通过进行在与脱水步骤相同位置(即在5km内，优选在4km、3km、2km或Ikm内的)的发酵步骤和优选在与发酵步骤相同位置(即在5km内，优选在4km、3km、2km或Ikm内)的至少一个转换步骤，尤其在大规模工厂中增加意外的有益效果。特别鉴于整个方法的各阶段的不同能量、水和其他化学成分要求，有可能将副产物和能量从一个阶段再循环到另一个阶段，导致总体更大的效率。通过使用产乙酸厌氧细菌发酵合成气，有可能将相对廉价原材料大规模转换为烯烃衍生物。本专利技术的详细i兑明 本专利技术的方法具有优于发酵步骤未与脱水和乙烯衍生物方法共定位(co-located)的情况的材料优势。在各单元为未共定位的情况下，例如由于缺乏局部乙烯衍生物市场，产品乙醇(本文定义为第三产物流)将需要通过公路、铁路或船舶大批量运送到脱水和乙烯转换的更合适位置。显著流一体化益处将丧失，然而，优于从含碳原料到乙烯和乙烯衍生物的其他途径的下述优点将保留。作为初始步骤，从含碳原料制备合成气。可以使用任何合适的原料。就被利用的生物质原料而言，用于将这种原料转换为含甲烷沼气的若干工艺是已知的，一种这种完全记载的方法是无氧消化，但包括高温分解法的其他方法可产生适合转化为合成气的气体。另外，衍生自废物处置的沼气(称为垃圾填埋气)可以由本专利技术的方法所利用。在本专利技术的实施方案中，通过无氧消化将生物质转变为含甲烷沼气，其中将这种细菌体系保持在通常高于环境条件的其最佳温度的能量可以来自通过在下文所述方法中别处的放热步骤释出的热量。然后，按已知方式通过转化，将所得沼气转变为合成气。然而，一般地说，生物质不是优选的含碳原料，因为其不容易和廉价地以用于大规模使用的足够大体积获得。另外，生物质到沼气的转换可能是低效的，因为极少细菌将木质素转换为可用材料并且因此存在待处置的大数量的仅部分消化的润湿原料。在优选的实施方案中，原料含有大量的甲烷、尤其是化石甲烷。原料被供给至少一个转化器，在那里所述原料被转变为氢、二氧化碳和一氧化碳的混合物。多个转化方法是已知的。它们包括 1)蒸汽甲烷转化(SMR)，其中在存在>2:1、优选>2.5:1摩尔的蒸汽:甲烷比率的情况下在外燃转化器中转化含甲烷原料。 2)自热转化(ATR)，其中在存在蒸汽和氧的情况下转化含甲烷原料 3)部分氧化(POX)，其中在存在氧和相对低或零浓度的蒸汽的情况下转化含甲烷原料，和4)干燥转化，其中在存在二氧化碳和低或零浓度的原料蒸汽的情况下在外燃转化器中转化含甲烷原料。优选的转化方法是硫钝化转化(SPARG),其描述于Hydrocarbon Processing,January 1986 ρ 71-74 and Oil and Gas Journal Mar 9, 1992, p 62-67。在SPARG方法中，加硫以使转化催化剂钝化。硫减少焦炭形成，否则焦炭形成可能是个问题。经报道，硫堵塞需要形成焦炭的在催化剂上的大的位点(sites)，但保留小位点开放，允许转化继续。不认为SPARG方法可广泛用于生产合成气。这原因可以包括:使用合成气的大多数方法比通过SPARG转化制备需要更高H2: CO比率，和因为硫一般是催化剂毒物并因此需要在其被用于许多应用之前从合成气中去除。从合成气生产乙醇的细菌发酵一般能耐硫，并且因此催化剂中毒不是问题。不同转化方法产生不同的混合物，SMR的H2: CO摩尔比在约3-5:1的范围内，相比地，对于ATR为2:1和对于POX为1.7至1.8:1。SMR通常产生CO2: CO摩尔比为0.35:1的合成气，相比地，对于ATR为0.2:1和对于POX为〈0.1:1。干燥气体转化产生具有降低的H2:C0比率和比SMR更有效的CO2至CO转换的原料气体。在本专利技术的某些实施方案中，使用数个转化器。在本专利技术的某些实施方案中，转化器串联放置，且第一反应器的输出物(output)任选地在处理之后形成相同或不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.09 EP 10190539.61.用于从含碳原料生产乙烯的方法，所述方法包含以下步骤: a)将所述含碳原料转化为包含二氧化碳、一氧化碳和氢的第一产物流； b)用产乙酸厌氧细菌发酵所述第一产物以产生包含乙醇的第二产物流； c)将来自所述第二产物流的乙醇浓缩为第三产物流；和 d)将所述第三产物流中的乙醇脱水以产生富乙烯的、含碳的第一部分，贫乙烯的、含碳的第二部分和水以及 dl)任选地在处理之后将至少一部分的所述水再循环到步骤b)和/或步骤a)和/或将至少一部分的所述第二、贫乙烯的含碳部分作为原料再循环到步骤a)。2.用于生产烯烃衍生物的方法，所述方法包括通过权利要求1所述的方法生产乙烯和 e)将所述乙烯转换为烯烃衍生物。3.如权利要求1所述的方法，其中在彼此5km内进行所述步骤a)至c)且优选步骤a)至 d)。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法生产至少80吨/天、优选至少200吨/天的乙烯。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中每吨生产的乙烯使用小于2.5吨、优选小于2吨的甲烧等同物(methane equivalent)的原料。6.如权利要求2所 述的方法，其中步骤e)包括将乙烯聚合以形成聚乙烯和/或将乙烯转换为环氧乙烷和/或将乙烯转换为二氯化乙烯，和/或将乙烯转换为乙苯。7.如权利要求6所述的方法，其中将所述环氧乙烷转换为乙二醇。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤d)是在0.1到3MN/m2的压力范围内进行。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述脱水到乙烯的步骤d)是在数个反应器中进行。10.如前述权利要求中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：PS贝尔，GA帕克，N特恩布尔，VC威廉斯，
申请(专利权)人：英尼奥斯商业服务英国有限公司，
类型：
国别省市：