甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和由甲烷制备乙烷及乙烯的方法技术

本发明专利技术涉及甲烷氧化偶联技术领域，公开了一种甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和由甲烷制备乙烷及乙烯的方法，所述催化剂包括碳酸氧镧和碳酸锂；其中，所述碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比为

【技术实现步骤摘要】
甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和由甲烷制备乙烷及乙烯的方法


[0001]本专利技术涉及甲烷氧化偶联
，具体涉及一种甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和由甲烷制备乙烷及乙烯的方法
。

技术介绍

[0002]天然气作为一种重要能源，丰富的储量为其在化工方面的应用提供了良好的保证
。
同时，为适应
21
世纪全球能源和石油化工原料结构转变的需求，以天然气替代石油原料制造低碳烯烃已经成为国际上的重要研究方向之一
。
[0003]甲烷氧化偶联催化剂的研究经历了从高温钠钨锰系催化剂向中低温纳米材料催化剂的逐步发展
。
美国
SILURIA
技术公司开发了纳米线催化剂，可以将反应温度降低
200
‑
300℃
，中科院山西煤化所公开了利用单原子层析法制备的花状纳米氧化镧催化剂，改性后可用于甲烷氧化偶联反应
。
[0004]目前的低温甲烷氧化偶联催化剂普遍存在制造工艺复杂和催化剂性能有待提高的问题
。
因此，亟待提供一种制备方法简单且催化剂活性高的甲烷氧化偶联催化剂
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决低温甲烷氧化偶联催化剂普遍存在的甲烷转化率低且乙烯乙烷的选择性差和制备工艺复杂的问题，提供一种甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和由甲烷制备乙烷及乙烯的方法
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种甲烷氧化偶联催化剂，所述催化剂包括碳酸氧镧和碳酸锂；其中，所述碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比为
0.05
‑
10
：1，所述碳酸氧镧的粒径为
20
‑
300nm。
[0007]本专利技术的第二方面提供了一种甲烷氧化偶联催化剂的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
[0008](1)
将沉淀剂与含镧水溶液混合后进行沉淀反应并老化，得到氢氧化镧；
[0009](2)
将所述氢氧化镧与氢氧化锂混合后进行造粒，得到催化剂前驱体；
[0010](3)
将所述催化剂前驱体在二氧化碳和水蒸气气氛下进行焙烧，得到甲烷氧化偶联催化剂
。
[0011]本专利技术的第三方面提供了一种由甲烷制备乙烷及乙烯的方法，该方法包括：在含氧气体存在下，将甲烷与本专利技术第一方面所述的甲烷氧化偶联催化剂或者按照本专利技术第二方面所述的制备方法制得的甲烷氧化偶联催化剂接触进行甲烷氧化偶联反应，得到乙烷和乙烯
。
[0012]通过上述技术方案，本专利技术所取得的有益技术效果如下：
[0013]1)
本专利技术提供的一种甲烷氧化偶联催化剂，催化剂中的碳酸氧镧为纳米级别的颗粒，与碳酸锂共同作用，可以提高甲烷氧化偶联催化剂在低温下的催化活性和乙烯乙烷的
选择性；
[0014]2)
本专利技术提供的一种甲烷氧化偶联催化剂的制备方法，通过控制焙烧气氛，可以进一步提高甲烷氧化偶联催化剂的低温活性；
[0015]3)
本专利技术提供的一种甲烷氧化偶联催化剂的制备方法，操作简单，无环境污染，适合工业化生产；
[0016]4)
本专利技术提供的由甲烷制备乙烷及乙烯的方法，能够在较低温度下高效进行甲烷氧化偶联反应，甲烷转化率高，乙烯乙烷的选择性好，具有良好的应用前景
。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1中所制备的氢氧化镧的扫描电镜图；
[0018]图2为本专利技术实施例1中所制备的甲烷氧化偶联催化剂
A1
的扫描电镜图
。
具体实施方式
[0019]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值
。
对于数值范围来说，各个范围的端点值之间
、
各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开
。
[0020]本专利技术的第一方面提供了一种甲烷氧化偶联催化剂，所述催化剂包括碳酸氧镧和碳酸锂；其中，所述碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比为
0.05
‑
10
：1，所述碳酸氧镧的粒径为
20
‑
300nm。
[0021]其中，在本专利技术中，碳酸氧镧的粒径指的是碳酸氧镧颗粒的最大尺寸，也即通过扫描电镜测量标尺进行测定时所观察到的碳酸氧镧颗粒最长的两个端点间的直线距离
。
催化剂中的碳酸氧镧为纳米级别的颗粒，与碳酸锂共同作用，可以提高甲烷氧化偶联催化剂在低温下的催化活性和乙烯乙烷的选择性
。
[0022]在本专利技术的一种实施方式中，所述碳酸氧镧以棒状颗粒
、
球状颗粒
、
片状颗粒
、
花状颗粒中的至少一种形式存在，优选以棒状颗粒形式存在
。
[0023]在本专利技术的一种实施方式中，所述碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比可以是
0.05
‑
10
：1之间的任意比值，例如，
0.05
：
1、0.1
：
1、0.15
：
1、0.2
：
1、0.25
：
1、0.3
：
1、0.35
：
1、0.4
：
1、0.5
：
1、0.6
：
1、0.7
：
1、0.8
：
1、0.9
：
1、1
：
1、1.5
：
1、2
：
1、2.5
：
1、3
：
1、4
：
1、5
：
1、6
：
1、7
：
1、8
：
1、9
：
1、10
：1，以及上述数值中的任意两个构成的范围中的任意值，优选所述碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比为
0.4
‑
2.5
：
1。
[0024]其中，在本专利技术中，碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比可以通过元素分析进行测定，也可以根据制备过程中的投料量进行计算
。
如无特别说明，本专利技术中碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比通过投料量进行计算
。
[0025]在本专利技术的一种实施方式中，所述碳酸氧镧的粒径可以是
20
‑
300nm
之间的任意数，例如，
20nm、40nm、60nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm
，以及上述数值中的任意两个构成的范围中的任意值，优选为
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种甲烷氧化偶联催化剂，其特征在于，所述催化剂包括碳酸氧镧和碳酸锂；其中，所述碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比为
0.05
‑
10
：1，所述碳酸氧镧的粒径为
20
‑
300nm。2.
根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述碳酸氧镧以棒状颗粒
、
球状颗粒
、
片状颗粒
、
花状颗粒中的至少一种形式存在，优选为棒状颗粒；优选地，所述碳酸氧镧和碳酸锂的摩尔比为
0.4
‑
2.5
：1；优选地，所述碳酸氧镧的粒径为
80
‑
250nm。3.
一种甲烷氧化偶联催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
将沉淀剂与含镧水溶液混合后进行沉淀反应并老化，得到氢氧化镧；
(2)
将所述氢氧化镧与氢氧化锂混合后进行造粒，得到催化剂前驱体；
(3)
将所述催化剂前驱体在二氧化碳和水蒸气气氛下进行焙烧，得到甲烷氧化偶联催化剂
。4.
根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述沉淀剂选自氢氧化钠和
/
或氢氧化钾，优选为氢氧化钠；优选地，所述沉淀剂以沉淀剂水溶液的形式进行添加；其中，所述沉淀剂水溶液中沉淀剂的浓度为5‑
20wt
％，优选为
10
‑
15wt
％；优选地，所述含镧水溶液选自氯化镧
、
氯酸镧和硝酸镧的水溶液中的至少一种；其中，所述含镧水溶液中镧的浓度为
0.01
‑
0.1mol/L
，优选为
0.03
‑
0.06mol/L。5.
根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述沉淀剂水溶液与所述含镧水溶液的质量比为1：5‑
50
，优选为1：
10
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：武洁花，冯英杰，邵芸，薛伟，赵清锐，刘东兵，张明森，
申请(专利权)人：中石化北京化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：