[發明專利]甲烷氧化偶聯反應和乙烷催化脫氫反應耦合制備乙烯的方法和系統

在審

• 申請號: 202010559842.6
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN113816819A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 武潔花;薛偉;馮靜;張明森;劉東兵
• 申請（專利權）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: C07C2/84
• 分類號: C07C2/84;C07C5/333;C07C11/04
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;李婉婉

1.一種甲烷氧化偶聯反應和乙烷催化脫氫反應耦合制備乙烯的方法，其特征在于，該方法在含有至少兩層套管的固定床套管反應器中進行，在所述套管的至少一個管中裝填用于所述甲烷氧化偶聯反應的催化劑A，用于進行所述甲烷氧化偶聯反應，所述催化劑A的反應溫度不低于700℃；并且在與其相鄰的管中裝填用于乙烷催化脫氫反應的催化劑B，用于進行所述乙烷催化脫氫反應，所述催化劑B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：將含有甲烷和氧氣的反應物料I引入至裝填有所述催化劑A的管中，進行所述甲烷氧化偶聯反應；將含有乙烷的反應物料II引入至裝填有所述催化劑B的反應管中，進行所述乙烷催化脫氫反應；

所述固定床套管反應器的材質使得進行所述甲烷氧化偶聯反應和進行所述乙烷催化脫氫反應的管之間能夠進行熱量傳遞。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述催化劑A的反應溫度為750-900℃；

優選地，所述催化劑B的反應溫度為500-750℃，更優選為550-650℃。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述催化劑A中含有載體和負載在所述載體上的活性組分，所述活性組分包括錳元素、鎢元素、堿金屬元素，以及所述活性組分中任選還包括稀土金屬元素；

優選地，以所述催化劑A的總重量計，所述錳元素的含量為1-10重量％，所述鎢元素的含量為2-20重量％，所述堿金屬元素的含量為0.5-5重量％，所述稀土金屬元素的含量為0-1重量％；

優選地，在所述催化劑A中，所述活性組分包括錳元素、鎢元素、鈉元素，以及所述活性組分中任選還包括稀土金屬元素；所述載體選自二氧化硅、氧化鋁、鈦酸鋇、分子篩、方石英和堇青石中的至少一種。

4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述催化劑A選自鎢酸鈉-錳/二氧化硅、鎢酸鈉-錳-稀土金屬/二氧化硅、鎢酸鈉-錳/鈦酸鋇、鎢酸鈉-錳-稀土金屬/鈦酸鋇中的至少一種。

5.根據權利要求1-4中任意一項所述的方法，所述催化劑A和所述催化劑B的裝填重量比為1：0.1-10，優選為1：0.2-5，更優選為1：0.3-3。

6.根據權利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，以所述反應物料I中含有的甲烷計，所述甲烷氧化偶聯反應的空速為0.1萬-10萬mL·g^-1·h^-1，優選為0.2萬-8萬mL·g^-1·h^-1。

7.根據權利要求1-6中任意一項所述的方法，其中，在所述甲烷氧化偶聯反應中，甲烷和氧氣的用量摩爾比為1-10：1，優選為3-10：1。

8.根據權利要求1-7中任意一項所述的方法，其中，以所述反應物料II中含有的乙烷計，所述乙烷催化脫氫反應的空速為0.1萬-6萬mL·g^-1·h^-1，優選為0.5萬-5萬mL·g^-1·h^-1。

9.根據權利要求1-8中任意一項所述的方法，其中，在所述固定床套管反應器中，反應物料I和所述反應物料II為逆流運行。

10.根據權利要求1-9中任意一項所述的方法，其中，所述固定床套管反應器為固定床雙層套管反應器，所述甲烷氧化偶聯反應在所述固定床雙層套管反應器的外管中進行，所述乙烷催化脫氫反應在所述固定床雙層套管反應器的內管中進行。

11.一種甲烷氧化偶聯反應和乙烷催化脫氫反應耦合制備乙烯的系統，其特征在于，該系統包括含有至少兩層套管的固定床套管反應器，在所述套管的至少一個管中裝填用于所述甲烷氧化偶聯反應的催化劑A，用于進行所述甲烷氧化偶聯反應，所述催化劑A的反應溫度不低于700℃；并且在與其相鄰的管中裝填用于乙烷催化脫氫反應的催化劑B，用于進行所述乙烷催化脫氫反應，所述催化劑B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；

所述固定床套管反應器的材質使得進行所述甲烷氧化偶聯反應和進行所述乙烷催化脫氫反應的管之間能夠進行熱量傳遞。