[發(fā)明專利]甲烷制乙烯和乙烷的溫和氧化偶聯(lián)催化劑

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780071253.X
• 申請(qǐng)日: 2017-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN110035986A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 格雷戈里·比奧斯克;杰西卡·斯卡蘭托;賈斯丁·約翰遜;哈利德·巴希利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沙特基礎(chǔ)工業(yè)全球技術(shù)公司
• 主分類號(hào): C07C2/84
• 分類號(hào): C07C2/84;C07C7/20;C07C11/04;C07C9/06;C07C9/04;B01J27/04;B01J21/04
• 代理公司: 北京柏杉松知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 劉晶晶;劉繼富

公開了用于使用單質(zhì)硫作為溫和氧化劑的甲烷氧化偶聯(lián)(OCM)反應(yīng)的催化劑和方法。該方法可以以高轉(zhuǎn)化率和高選擇性由甲烷獲得乙烯。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2016年10月31日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/414872號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其整體內(nèi)容通過引用并入此文。

發(fā)明背景

A.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及催化劑、制備該催化劑的方法和使用該催化劑從甲烷的溫和氧化偶聯(lián)反應(yīng)制備烯烴的方法，該反應(yīng)使用甲烷和單質(zhì)硫作為反應(yīng)物。催化劑可以是負(fù)載型或本體催化劑，并且可以包括金屬、金屬氧化物、鑭系單質(zhì)硫化物、氧硫化物或其任意組合。

B.相關(guān)技術(shù)說明

乙烯是世界上具有最大商品市場(chǎng)的化學(xué)品之一，也是化學(xué)工業(yè)的基本組成要素。例如，乙烯衍生物通常存在于食品包裝、眼鏡、汽車、醫(yī)療裝置、潤(rùn)滑劑、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑和液晶顯示器中。對(duì)于工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，目前通過加熱天然氣冷凝物和石油餾出物(其包括乙烷和高級(jí)烴)來產(chǎn)生乙烯。使用氣體分離方法將產(chǎn)生的乙烯從產(chǎn)物混合物分離。圖1提供了由乙烯產(chǎn)生的產(chǎn)物的實(shí)例。

乙烯也可以通過使用硫作為溫和氧化劑的甲烷(OCM)氧化偶聯(lián)來產(chǎn)生。例如，Marks等人的美國(guó)專利第9403737號(hào)描述了使用硫蒸氣與硫化鈀、亞硫化鈀、硫化鉬、硫化鈦、硫化釕或硫化鉭來催化OCM反應(yīng)。據(jù)報(bào)道，活性最好的催化劑PdS獲得16％的轉(zhuǎn)化率和20％的乙烯選擇性。在另一個(gè)實(shí)例中，Peter等人,在J.Am.Chem.Soc.,2015,137(48),15234–15240中，使用Pd/Fe₃O₄或Mg、Zr、Sm、W、Ti、Fe、Cr、和La的氧化物催化劑。Mg、Zr、Sm、W和La催化劑在反應(yīng)過程中結(jié)焦。此外，這些催化劑都具有低甲烷轉(zhuǎn)化率。在又一個(gè)實(shí)例中，Marks等人的國(guó)際申請(qǐng)公開第WO/2016/134305號(hào)描述了使用金屬硫?qū)倩锎呋瘎┮粤蜃鳛檠趸瘎┯糜诩淄榈难趸悸?lián)。據(jù)報(bào)道，活性最好的催化劑Sm₂O₃產(chǎn)生11％的轉(zhuǎn)化率和35％的乙烯選擇性。

雖然已經(jīng)進(jìn)行了將硫用作OCM反應(yīng)的溫和氧化劑的少量嘗試，但沒有可用于工業(yè)應(yīng)用的乙烯轉(zhuǎn)化率和選擇性的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與使用硫作為溫和氧化劑的甲烷氧化偶聯(lián)(OCM)中使用的催化劑相關(guān)的問題的解決方案。該解決方案在于使包含甲烷(CH₄)和單質(zhì)硫氣體的反應(yīng)混合物與金屬催化劑接觸以產(chǎn)生烯烴，例如乙烯(C₂H₄)，如反應(yīng)方程式(1)中所示：

2CH₄+S₂→C₂H₄+2H₂S (1)。