[發明專利]一種基于太陽能光催化耦合熱裂解制取丙烯的方法及系統

在審

• 申請號: 201811517614.1
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109503304A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 曾闊;劉晴川;陳漢平;楊海平;何肖;楊心怡;宋楊;劉年;丁智
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C07C4/06
• 分類號: C07C4/06;C07C11/06;C07C11/04;C07C9/04;C07C9/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種基于太陽能光催化耦合熱裂解制取丙烯的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1將丙酮氣體與正丁烷氣體混合，形成混合氣體I；

S2對混合氣體I進行光照，使得混合氣體I中的丙酮氣體進行光解，以得到含有甲基自由基的混合氣體Ⅱ；

S3加熱混合氣體Ⅱ，使得混合氣體Ⅱ中的正丁烷氣體在甲基自由基的催化作用下發生熱裂解反應，得到含有丙酮、正丁烷、甲烷、丙烯、乙烷和乙烯的混合氣體Ⅲ；

S4根據混合氣體Ⅲ各組分氣體的沸點和熔點的不同，對混合氣體Ⅲ進行梯度降溫，依次獲取液態丙酮、液態正丁烷、液態丙烯以及其他混合氣體；

S5將獲取液態丙酮和液態正丁烷用于下一循環反應。

2.根據權利1所述的一種方法，其特征在于，所述混合氣體I中，丙酮與正丁烷的摩爾體積比為10:1～4:1。

3.根據權利1或2所述的一種方法，其特征在于，所述S2中采用波長為220nm～335nm光對混合氣體I進行光照。

4.根據權利1-3任一項所述的一種方法，其特征在于，所述S3中混合氣體Ⅱ的加熱溫度為340℃～360℃。

5.根據權利1-4任一項所述的一種方法，其特征在于，所述S4具體包括以下步驟：

S21將混合氣體Ⅲ降溫至0℃～50℃，分離出液態丙酮，并將分離出的丙酮作為原料，參與下一個循環反應；

S22將混合氣體Ⅲ降溫至-5℃～-40℃之間，分離出液態正丁烷，并將分理出的液態正丁烷作為原料，參與到下一個循環反應；

S23然后將混合氣體Ⅲ分別降溫至-50℃～-80℃以分離出液態丙烯及其他混合氣體。

6.采用如權利要求1-5任一項所述方法進行制取丙烯的系統，其特征在于，包括預混單元、光解單元、反應單元、供熱單元、冷凝循環單元和產物冷凝塔(10)，其中，

所述預混單元包括正丁烷儲料罐(1)、丙酮儲料罐(2)、設于丙酮儲料罐(2)出料口一端的低溫蒸發器(3)以及連接正丁烷儲料罐(1)和低溫蒸發器(3)的出料口，丙酮儲料罐(2)中輸出的丙酮液體在低溫蒸發器(3)中進行加熱形成丙酮氣體，進而，丙酮氣體與正丁烷儲料罐(1)輸出的正丁烷氣體混合，形成混合氣體I；

所述光解單元包括光解器(5)，其中，光解器(5)一端與出料口連接，用于接收混合氣體I并在光波照射的作用下，使得混合氣體I中的丙酮氣體進行光解，以得到含有甲基自由基的混合氣體Ⅱ；

所述反應單元包括主反應器(8)，所述供熱單元設于所述反應器(8)外周，其中，所述主反應器(8)與所述光解器(5)的另一端連接，用于接收混合氣體Ⅱ，所述供熱單元用于加熱主反應器(8)中混合氣體Ⅱ，使得混合氣體Ⅱ中的正丁烷氣體在甲基自由基的催化作用下發生熱裂解反應，得到含有丙酮、正丁烷、甲烷、丙烯、乙烷和乙烯的混合氣體Ⅲ；

所述冷凝循環單元(9)包括依次相連的第一分級冷凝器和第二分級冷凝器，其中第一分級冷凝器與主反應器(8)連接，用于接收混合氣體Ⅲ并將混合氣體Ⅲ中的丙酮分離出來，第二分級冷凝器用于接收第一分級冷凝器輸出的氣體并將正丁烷冷凝并分離出來，進而得到混合氣體Ⅳ；

所述產物冷凝塔(10)與所述第二分級冷凝器連接，用于接收混合氣體Ⅳ，并將混合氣體Ⅳ中的丙烯冷凝提取出來，以獲取丙烯和他混合氣體。

7.根據權利要求6所述的一種系統，其特征在于，所述預混單元還包括流量控制器(4)，所述流量控制器(4)一端與低溫蒸發器(3)連接，另一端與出料口連接。

8.根據權利要求6或7所述的一種系統，其特征在于，所述供熱單元包括加熱管(6)，所述加熱管(6)布置在所述主反應器(8)的外周，優選的，所述供熱單元還包括槽式聚光供熱器(7)，所述槽式聚光供熱器(7)與所述加熱管(6)連接。

9.根據權利要求6-8任一項所述的一種系統，其特征在于，所述第一分級冷凝器與所述丙酮儲料罐(2)連接，所述第二分級冷凝器與所述正丁烷儲料罐(1)連接。

10.根據權利要求6-9任一項所述的一種系統，其特征在于，所述光解單元還包括補光裝置(11)。