[發(fā)明專利]甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)與乙烷催化脫氫反應(yīng)耦合制備乙烯的方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010556346.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN113800994A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武潔花;薛偉;張明森;劉東兵;白杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號(hào): C07C2/84
• 分類號(hào): C07C2/84;C07C5/333;C07C11/04
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;李婉婉

本發(fā)明涉及甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)領(lǐng)域，公開了一種甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)與乙烷催化脫氫反應(yīng)耦合制備乙烯的方法和系統(tǒng)，該方法在含有至少兩層套管的固定床套管反應(yīng)器中進(jìn)行，該方法包括：將含有甲烷和氧氣的反應(yīng)物料I引入至進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)的管中以進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)；以及將含有乙烷的反應(yīng)物料II引入至進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)的管中進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)；所述固定床套管反應(yīng)器的材質(zhì)使得進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)和進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)的管之間能夠進(jìn)行熱量傳遞。本發(fā)明提供的方法不僅能夠解決甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)反應(yīng)溫度高的問題，還能夠有效地防止甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)高溫時(shí)的飛溫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)領(lǐng)域，具體地，涉及一種甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)與乙烷催化脫氫反應(yīng)耦合制備乙烯的方法、一種甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)與乙烷催化脫氫反應(yīng)耦合制備乙烯的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

乙烯作為最重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，長(zhǎng)期以來，它的生產(chǎn)一直依賴于石油裂解路線，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重。近年來，原油價(jià)格持續(xù)攀升，引發(fā)乙烯裂解原料價(jià)格的上漲，同時(shí)乙烯裂解原料的供不應(yīng)求現(xiàn)象也十分突出，面對(duì)這一現(xiàn)狀，世界各國都在調(diào)節(jié)能源利用結(jié)構(gòu)，并不斷尋找新的乙烯生產(chǎn)路線。

其中，從天然氣出發(fā)，若采用部分氧化制合成氣/合成氣制甲醇/甲醇制烯烴三步法(POM/GTM/MTO)能夠制取乙烯，不但反應(yīng)過程步驟繁多，而且要先把氧原子插入再取出，是非原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，從技術(shù)、資源利用、環(huán)境保護(hù)等方面考慮，多步法不是經(jīng)濟(jì)合理的最佳選擇，因此，近幾十年來，甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯(OCM)成為了世界各國研究的重點(diǎn)。

在OCM催化劑體系研究中，以二氧化硅為載體，鎢酸鈉和錳為活性組分的負(fù)載型催化劑是性能最好的催化劑體系之一，但是，此類催化劑通常的都是在高溫下才能發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫度在750-850℃甚至更高，因此，OCM反應(yīng)不僅需要的反應(yīng)溫度高，能耗高，對(duì)反應(yīng)器材質(zhì)和操作工藝帶來困難，同時(shí)在高溫時(shí)反應(yīng)熱量的撤除也是一個(gè)技術(shù)難題，極易出現(xiàn)飛溫的問題。

因此，有必要提供一種新的甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)制乙烯的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)反應(yīng)溫度高以及高溫時(shí)易飛溫的缺陷。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)與乙烷催化脫氫反應(yīng)耦合制備乙烯的方法，該方法在含有至少兩層套管的固定床套管反應(yīng)器中進(jìn)行，并且，在所述套管的至少一個(gè)管內(nèi)進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)，以及在相鄰的至少另一個(gè)管內(nèi)進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)，在進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)的管中，按照反應(yīng)物料的流動(dòng)方向，依次裝填用于所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑I和用于所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑II，其中，所述催化劑I的反應(yīng)溫度不高于600℃，所述催化劑II的反應(yīng)溫度不低于700℃；在進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)的管中裝填用于所述乙烷催化脫氫反應(yīng)的催化劑III，所述催化劑III選自Pt/SiO₂、Pt-In/SiO₂、Pt/Mg(Al)O、Pt-Sn/Mg(Al)O、Pt-Ir/Mg(Al)O、Pt-Sn/Mg(Ga)(Al)O、Pt-Zn/ETS-2、Cr/BaZrO₃、Cr/BaCeO₃、Cr/MCM-41、Ga/HZSM-5、P-Mo/ZSM-5、Pd-In/SiO₂中的至少一種；

該方法包括：在所述固定床套管反應(yīng)器中，將含有甲烷和氧氣的反應(yīng)物料I引入至進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)的管中以進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)；以及將含有乙烷的反應(yīng)物料II引入至進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)的管中進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)；

所述固定床套管反應(yīng)器的材質(zhì)使得進(jìn)行所述甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)和進(jìn)行所述乙烷催化脫氫反應(yīng)的管之間能夠進(jìn)行熱量傳遞。