[發(fā)明專利]由碳氫化合物制備醇的方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880089132.2
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN111712592A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K·A·H·阿波-哈希馬
• 申請（專利權(quán)）人: 特拉內(nèi)爾有限公司
• 主分類號: C25B3/02
• 分類號: C25B3/02;C07C29/48;B01J37/02;B01J29/072;B01J35/00;B01J29/46
• 代理公司: 北京匯知杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11587
• 代理人: 楊巍;柴春玲

一種從甲烷生產(chǎn)甲醇的方法，其中在外部電場下在包括納米多孔層的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)中發(fā)生的過程中產(chǎn)生的熱電子驅(qū)動從甲烷到甲醇的轉(zhuǎn)化。所述結(jié)構(gòu)通過提供電場的空間增強來產(chǎn)生熱電子，并清除熱電子離開時產(chǎn)生的熱空穴。這種結(jié)合增強了所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)的非均相催化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在環(huán)境條件下以可擴展的方式利用熱電子驅(qū)動的轉(zhuǎn)化從碳氫化合物中生產(chǎn)醇。更具體地，本發(fā)明涉及在外電場下產(chǎn)生熱電子的方法和包括納米多孔層的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明填補了能源工業(yè)中長期存在的空白。

背景技術(shù)

在經(jīng)濟上可行且環(huán)境友好的條件下使甲烷“增值”(即從甲烷大規(guī)模直接至甲醇(DMTM))的催化轉(zhuǎn)化已被認為是當(dāng)代催化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。根據(jù)諾貝爾獎獲得者Sir DerekBarton的說法，這一挑戰(zhàn)構(gòu)成了“化學(xué)界的圣杯”。雖然甲烷是一種惰性化合物并且由于是氣體而無法運輸，但甲醇作為一種化工原料的多用途性是相當(dāng)獨特的，甲醇密度比甲烷高約1000倍。此外，與由于其氣態(tài)性質(zhì)而溶解度較差的甲烷相比，甲醇在大多數(shù)反應(yīng)溶劑中是完全混溶的。甲醇可工業(yè)轉(zhuǎn)化為多種化學(xué)品的例子如圖1所示。

天然氣是世界上最豐富的石化資源，其中甲烷是主要成分(最高達約95％-97％，取決于來源)。天然氣儲量估計為約197萬億立方米-208.4萬億立方米(即約7000萬億立方英尺)，并且隨著新礦藏的發(fā)現(xiàn)，這一數(shù)字很可能會繼續(xù)增加。這不包括非常規(guī)來源的更大資源基礎(chǔ)，例如頁巖氣估計為約215萬億立方米(即約7600萬億立方英尺)、致密氣、煤層氣和甲烷水合物，其開發(fā)難度和成本都高于常規(guī)礦藏。這些豐富的能源資源中的大多數(shù)都沒有經(jīng)濟上可行的進入市場的途徑而被擱置，原因是(1)天然氣密度太低(在20℃下為0.75Kg/m³)以至于無法以其氣態(tài)形式運輸或存儲在類似于用于石油的那些的地上設(shè)施中；(2)并非所有的天然氣田的開發(fā)都是經(jīng)濟上可行的，特別是對于位置偏遠的小田，其營業(yè)收入不能證明天然氣項目所需的固定成本的密集型資本投資是合理的。即使對于已開發(fā)的天然氣(NG)田，也僅有71％的天然氣被捕獲，16％的天然氣因技術(shù)原因而被燃燒，并且13％的天然氣由于運走能力的成本限制而被燃燒(全世界每年“燒錢”不可避免地燃燒價值約140億美元的天然氣)。

此外，由于天然氣態(tài)的甲烷的儲存能力非常有限，因此甲烷的浪費性燃燒成為必然。因此，在沒有管道曲徑(labyrinth)的情況下，作為受地理障礙、安全和經(jīng)濟考慮限制的運輸方式，天然氣必須轉(zhuǎn)化為可運輸?shù)囊后w形式。目前，沒有工業(yè)上具有成本效益的技術(shù)將天然氣直接進行液體轉(zhuǎn)化。這迫使該行業(yè)采取兩條極不理想的經(jīng)濟需求路線，即液化天然氣(LNG)路線和通過合成氣生產(chǎn)的甲烷至甲醇的多步間接的轉(zhuǎn)化。

LNG是天然氣(甲烷)，通過在20atm下將其冷卻至-162℃(-260°F)來液化，因此密度增加約624倍(即約468Kg/m³)。這使得能夠?qū)⒁簯B(tài)形式的天然氣運輸?shù)焦艿老到y(tǒng)無法到達的地方。LNG的方法需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施，其中液化工廠從提出到能夠生產(chǎn)通常需要10年，包括4年的場地建設(shè)并且成本通常在20年內(nèi)攤銷。也就是說，為了使LNG工廠是經(jīng)濟的，運營商必須擁有可靠的和充足的天然氣資源以便運輸至少20年。此外，LNG方法不會產(chǎn)生任何增值，因為LNG將在接收終端再氣化(即轉(zhuǎn)化回氣體)。