一种临氢条件下催化转化甲烷制烯烃、芳烃和氢气中的方法技术

本发明专利技术涉及一种石英催化反应器在临氢条件下转化甲烷制烯烃、芳烃和氢气中的制备方法，该过程实现甲烷高效转化、氢气促进甲烷的高效解离、氢气抑制重烃生成、高的催化剂稳定性和零积碳生成。甲烷的转化率为20～70％；烯烃选择性为70～95％；苯选择性为5～30％，零积碳。本发明专利技术具有催化剂寿命长、催化剂高温下氧化还原和水热稳定性好、甲烷转化率和产物选择性高、零积碳、催化剂无需放大、工业化难度小、产物易于分离、过程重复性好、操作安全可靠等特点，具有广阔的工业应用前景。

Catalytic conversion of methane to olefins, aromatics and hydrogen in the presence of hydrogen

【技术实现步骤摘要】
一种临氢条件下催化转化甲烷制烯烃、芳烃和氢气中的方法
本专利技术涉及一种石英催化反应器在临氢条件下转化甲烷制烯烃、芳烃和氢气中的应用，该过程实现甲烷高效转化、氢气促进甲烷的高效解离、氢气抑制重烃生成、高的催化剂稳定性和零积碳生成。
技术介绍
天然气(甲烷)资源的开发和有效利用代表着当代能源结构的发展方向，也是可持续发展的保证和能源绿色化的重要途径之一。近年来西方发达发国家在页岩气以及“可燃冰”的开发方面亦取得了突破性的进展，爆发了一场“页岩气革命”。我国页岩气资源类型多、分布相对集中，可采资源潜力为25万亿立方米(不含青藏区)，与我国陆域常规天然气相当，与美国的24万亿立方米相近，国家“十二五”期间在页岩气开发领域已进行的部署，欲在几个不同类型的页岩油气区取得技术上的突破并初步建立有经济效益的生产能力。然而，如何高效利用气态碳氢资源(甲烷)已成为制约我国能源工业发展的重要环节，将这种丰富的资源转化为燃料和高附加值的化学品(特别是低碳烯烃)重新激起了世界范围的兴趣，同时也是改善我国能源结构的重要步骤。低碳烯烃，诸如乙烯等是化学化工过程中非本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种临氢条件下转化甲烷制烯烃、芳烃和氢气中的制备方法，，其特征在于：其采用石英催化反应器进行反应操作，将甲烷和氢气混合气为原料气直接催化反应转化为烯烃、芳烃和氢气；/n将催化剂活性组分直接晶格掺杂到石英管与原料的接触面、或将催化剂活性组分晶格掺杂的Si基材料涂覆在石英管与原料的接触面，会形成晶格掺杂的催化掺杂物薄层，将接触面直接晶格掺杂或涂覆晶格掺杂的具有催化功能薄层的石英反应器称为催化反应器，该一体式催化反应器具有反应器和催化剂双重功能。所述的接触面是指石英管的内壁或外壁。/n

【技术特征摘要】
1.一种临氢条件下转化甲烷制烯烃、芳烃和氢气中的制备方法，，其特征在于：其采用石英催化反应器进行反应操作，将甲烷和氢气混合气为原料气直接催化反应转化为烯烃、芳烃和氢气；
将催化剂活性组分直接晶格掺杂到石英管与原料的接触面、或将催化剂活性组分晶格掺杂的Si基材料涂覆在石英管与原料的接触面，会形成晶格掺杂的催化掺杂物薄层，将接触面直接晶格掺杂或涂覆晶格掺杂的具有催化功能薄层的石英反应器称为催化反应器，该一体式催化反应器具有反应器和催化剂双重功能。所述的接触面是指石英管的内壁或外壁。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述掺杂物薄层的厚度为100纳米-1毫米，优选为200纳米-0.5毫米，更优选500纳米-200微米，进一步优选1微米-50微米。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述活性组分为金属元素、金属或非金属元素混合物，按掺杂物薄层的总重量为100％计，金属元素掺杂量应大于0.05wt.％，小于等于5wt.％，优选0.05wt.％～3wt.％；非金属元素元素杂量0-5wt.％，优选0.05wt.％～3wt.％。。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述金属元素包括：锂、镁、铝、钙、锶、钡、钛、锰、钒、铬、铁、钴、镍、锌、锗、锡、镓、锆、金、镧、铈、镨、钕、铕、铒、镱、钌、金或铂中的一种或二种以上；优选为钡、钛、锰、钒、铬、铁、钴、镍、锌、锗、锡、镓、锆、金、镧、铈、镨、钕、铕、铒、镱、钌、金或铂中的一种或二种以上。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述非金属元素包括：硼、磷中的一种或二种。


6.一种石英催化反应器的制备方法，其特征在于：采用下述固相掺杂技术来制备获得；所述固相掺杂技术为改进的化学气相沉积法MCVD，为下列三种之一；
第一种：在1-3大气压下，将四氯化硅液体在载气带动下，或将四氯化硅液体和在50-500℃气相掺杂的非金属氯化物在载气带动下，进入MCVD装置在1400-1650℃下与氧气进行反应，在所述石英反应器内壁气相沉积0.01～100微米厚度的硅基材料薄层，随后将该石英反应器在20-80℃温度下浸渍于掺杂金属盐的水溶液中0.1-20小时后；进而将浸渍后的石英管在1800～2200℃下熔制获得相应金属晶格掺杂的反应器，该反应器内壁形成100nm-1mm厚度的掺杂物薄层，然后立即冷却，固化后得具有催化活性的石英反应器；
第二种：在1-3大气压下，将四氯化硅液体与在50-950度气化的气相掺杂挥发性掺杂金属盐在载气带动下，或将四氯化硅液体、在50-950度气化的气相掺杂挥发性掺杂金属盐和在50-500度气相掺杂的非金属氯化物在载气带动下，进入MCVD装置在1400-1650℃下与氧气进行反应，在所述石英管内壁气相沉积10分钟～2小时，随后在1800～2200℃下熔制获得相应金属晶格掺杂的反应器，该反应器内壁形成100nm-1mm厚度的掺杂物薄层，然后立即冷却，固化后得具有催化活性的反应器；
第三种：在1-3大气压下，将四氯化硅液体和常温液态金属氯化物或常温液态非金属氯化物或氧氯化物在载体带动下，进入MCVD装置在1400-1650℃下与氧气进行反应，沉积在所述石英管内壁气相沉积10分钟～2小时，随后在1800～2200℃下熔制获得相应金属晶格掺杂的反应器，该反应器内壁形成100nm-1mm厚度的掺杂物薄层，然后立即冷却，固化后得具有催化活性的反应器。


7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述第一种中的金属盐为硝酸盐、可溶性卤化物、可溶性硫酸盐、可溶性碳酸盐、可溶性磷酸盐、可溶性甲醇盐、可溶性乙醇盐、可溶性甲酸盐、可溶性乙酸盐中的一种或二种以上。


8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述第二种中的金属盐为金属氯化物、甲醇盐、乙醇盐、甲酸盐、乙酸盐中的一种或二种以上。


9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述第三种中的常温液态金属氯化物为四氯化锡、四氯化钛、四氯化锗中的一种或二种以上；常温液态非金属氯化物或氧氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：包信和，郭晓光，潘秀莲，方光宗，戴丹，柳海涛，谭大力，于洪飞，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，中国寰球工程有限公司，沙特基础工业公司全球技术公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21