利用在三相界面上的水性电化学活化的气态甲烷的链改变制造技术

在第一方面中，用于烃类和有机化合物的链改变的方法包括：使水性电解质、包括催化剂的经供电的电极和气态甲烷原料在反应区中接触；以及在水性电化学反应中活化所述甲烷以在所述经供电的电极上生成甲基自由基并产生长的链状烃。在第二方面中，用于烃类和有机化合物的链改变的方法包括：使水性电解质与催化剂在反应区中接触；在压力下将气态甲烷原料直接引入到所述反应区；以及使所述水性电解质、所述催化剂和所述气态甲烷原料在-10℃至1000℃范围内的温度下和.1ATM至100ATM范围内的压力下反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用在三相界面上的水性电化学活化的气态甲烷的链改变 根据35U.S.C. § 119(e)在此要求2012年3月8日以【专利技术者】Ed Chen的名义提交 的标题为 An Electrochemical Process for Direct one step conversion of methane to Ethylene on a Three Phase Gas, Liquid, Solid Interface、序列号为 61/608, 583 的 美国申请的优先权。该申请被共同转让于此，并将其也并入于此用于各种目的，如同本文所 逐字阐述的一样。 根据35U.S.C. § 119(e)在此要求2012年10月13日以【专利技术者】Ed Chen的名义提 交的标题为 A Process for Electrochemical Fischer Trospch，'、序列号为 61/713, 487 的美国申请的优先权。该申请被共同转让于此，并将其也并入于此用于各种目的，如同本文 所逐字阐述的一样。 夺叉引用相关申请 不适用 关于联邦赞助的研究或开发的声明 不适用
技术介绍
本文件的这部分介绍了关于和/或来自本领域的信息，该信息可以为本文所描述 的和/或下文所要求保护的主题提供背景或与本文所描述的和/或下文所要求保护的主题 有关。它提供了背景信息以便于更好地理解所要求保护的主题的各个方面。因此这是相 关技术（art)的论述。这样的技术是相关的技术并不是意味着其也是现有技术。相关 的技术可以是或可以不是现有技术。本文件的这部分中的论述应当从这个角度去理解，而 不应当作为对现有技术的承认。 用于将甲烷转化成其它烃类的现有技术的工业化工艺，例如有时包括部分氧化 (partial oxidation)工艺，该部分氧化工艺是高能耗的且在高压和高温下操作。实际的合 成气清除（cleanup)步骤发生在所述合成气已被冷却之后。焦油、油类（oils)、酚类、氨和 水副产物（co-products)自气体流冷凝并纯化和发送（sent on)。气体移动到清洗区，在该 清洗区除去进一步的杂质并最终除去二氧化碳。然后利用在略高于10巴在约200-400°C进 行操作的一些较新的低压工艺在高压（30巴）下传送所述合成气以形成烃类、含氧化合 物（oxygenates)和其它基于碳和氢的种类。该高压反应利用铁或镍作为它们的催化剂，而 低压合成经常使用钴。这些工艺使用固体电解质而不是水性电解质。 甲烷活化的另一个问题是催化剂的失活和再生、温度控制和高压。当表面被蜡类 和焦炭（炭黑）覆盖时，催化剂会经常失活。高温也产生诸如蜡等易于使催化剂失活的不 期望的产物。最后，水也是该反应的副产物。 因此本领域拥有许多甲烷活化工艺，这些甲烷活化工艺尽管在一些方面是令人满 意的，但仍具有一些缺陷。此外，本领域总是善于接受改进或替代性手段、方法和构造。因 此，本领域将很好地接受本文所描述的技术。
技术实现思路
toon] 在第一方面中，用于烃类和有机化合物的链改变的方法包括：使水性电解质、包括 催化剂的经供电的（powered)电极和气态甲烷原料在反应区中接触；以及在水性电化学反 应中活化所述甲烷以在所述经供电的电极上生成甲基自由基并产生长的链状烃。 在第二方面中，用于烃类和有机化合物的链改变的方法包括：使水性电解质与催 化剂在反应区中接触；在压力下将气态甲烷原料直接引入到所述反应区；以及使所述水 性电解质、所述催化剂和所述气态甲烷原料在-KTC至900°C范围内的温度下和.IATM至 100ATM范围内的压力下反应。 以上提出了现在所公开的主题的简化的概要，以提供对其的一些方面的基本理 解。该概要并不是详尽的概述，也没有试图确定关键或重要的元素来描述下文所要求保护 的主题的范围。它的唯一目的是作为下文所阐述的更详细的描述的前奏，以简化的方式介 绍一些概念。 【附图说明】 参考以下的结合附图的描述，可以更好地理解所要求保护的主题，其中，相同的附 图标记表示相同的元素，且其中： 图1描述了根据现在所公开的技术的一些方面的电解装置（electrolytic cell) 的一个特定实施方案。 图2图示了根据现在所公开的技术的其它方面的工艺的一个特定实施方案。 图3A-图3B描述了如可以在一些实施方案中使用的铜网（copper mesh)反应电 极。 图4A-图4B描述了如可以在一些实施方案中使用的气体扩散电极。 图5A-图5B描述了如可以在一些实施方案中使用的气体扩散电极。 图6描述了部分的实施方案，其中所述电极是电短路的。 尽管本专利技术可以有各种变型和替代形式，但附图示出了本文通过实施例的方式所 详细描述的具体实施方案。然而，应当理解的是，本文对具体实施方案的描述并没有试图将 本专利技术限定于所公开的特定的形式，恰恰相反，本专利技术是为了覆盖落在如所附权利要求书 所限定的本专利技术的精神和范围内的所有的变型、等同物、和替代物。 【具体实施方式】 现在将公开下文所要求保护的主题的示例性实施方案。为了清楚起见，并没有将 实际实施的所有特征都记载于本说明书中。应当理解，在任意这样的实际实施方案的开发 中，必须做出许多具体于实施的决定以实现开发者的诸如符合相关系统和相关行业的约束 条件等具体目标，所述具体目标因不同的实施而变化。此外，应当理解，这样的开发工作 (development effort)，即使是复杂且耗时的，对受益于本公开的本领域普通技术人员来 说也将是常规任务。 现在所公开的技术是用于将气态烃类转化成更长的链状（chained)液态烃类、更 长的链状气态烃类、支链液态烃类、支链气态烃类以及链状和支链有机化合物的工艺。总 之，所述方法用于烃类和有机化合物的链改变，所述链改变包括链延长。该工艺特别地使用 水性电解质来充当还原环境和用于烃类气体的氢和氧的来源。所公开的技术中的该工艺 是在气体-液体-固电极的三相界面上的甲烷的水性电化学活化（AEAM)。AEAM直接将天 然气和其它甲烷（CH4)的来源转化成C 2+烃类和其它有机化合物。一个示例性产品是乙烯 (C2H4)和诸如甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇等醇类。 利用充当液体离子源的水性电化学溶液连同通过所述水性电解质的酸和/或碱 而由所述水性电解质所提供的氢或单线态氧的供给，可以成功地实现烃类气体的反应。所 述气态烃与所述水性电解质在固相薄膜催化剂上相平衡，所述固相薄膜催化剂连接到电解 装置的反应电极。也可以利用不同的pH或电解液（electrolytic solution)中的任意类 型的添加剂调节该反应。 该反应通过利用界定反应区的3相界面而进行（works)。将催化剂、液体和气体放 置在相同的位置并施加电势以使电子可用于该反应部位。当将甲烷用作所述气体时，它可 以产生甲烷自由基，该甲烷自由基可以结合其它分子或部分的分子或它们本身而产生更长 的链状烃类和/或有机分子。所述反应部位通过与新产生的分子反应并在其上进行构建或 进行持续的链构建也可以产生支链产物。因此，可以自简单的甲烷CH 4分子构建分子链。可 以延长现有的链状分子，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于烃类和有机化合物的链改变的方法，所述方法包括：使水性电解质、包括催化剂的经供电的电极和气态甲烷原料在反应区中接触；以及在水性电化学反应中活化所述甲烷以在所述经供电的电极上生成甲基自由基而产生产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.08 US 61/608,583;2012.10.13 US 61/713,487;1. 用于烃类和有机化合物的链改变的方法，所述方法包括： 使水性电解质、包括催化剂的经供电的电极和气态甲烷原料在反应区中接触；以及 在水性电化学反应中活化所述甲烷以在所述经供电的电极上生成甲基自由基而产生 产物。2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述气态甲烧原料是甲烧气流（methane stream) 或天然气。3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述产物包括长的链状烃类。4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述产物包括乙烯、丁烷或辛烷。5. 如权利要求3所述的方法，其中，所述产物进一步包括甲醇和更高级的醇类。6. 如权利要求1所述的方法，其中，所述产物包括醇类。7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述醇类包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇。8. 如权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂包括金属、金属的无机盐或有机金属化 合物。9. 如权利要求6所述的方法，其中，所述水性电解质包括碱金属或碱土金属盐。10. 用于烃类和有机化合物的链改变的方法，所述方法包括： 使水性电解质与催化剂在反应区中接触； 将气态甲烷原料直接引入到所述反应区；以及 使所述水性电解质、所述催化剂和所述气态甲烷原料在-l〇°C至KKKTC范围内的温度 下和.1ATM至100ATM范围内的压力下反应。11. 如权利要求10所述的方法，其中，所述气态甲烷原料是甲烷气流或天然气。12. 如权利要求10所述的方法，其中，使所述水性电解质、所述催化剂和所述气态甲烷 原料进行反应包括对所述反应电极进行供电。13. 如权利要求10所述的方法，其中，使所述水性电解质、所述催化剂和所述气态甲烷 原料进行反应包括在维持三相界面的同时，在所述电解质内，使反应电极短路。14. 如权利要求10所述的方法，其中，引入所述水性电解质使其与反应电极接触包括 引入所述水性电解质使其直接与气体扩散电极接触。15. 如权利要求10所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德·陈，
申请(专利权)人：威思洛伊化工有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US