【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低碳烷烃高效利用领域，具体涉及一种乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法。
技术介绍
1、天然气资源日益丰富，而作为天然气第二大组成乙烷资源也越来越丰富 (天然气中的含量约2-20％)，乙烷也是油田伴生气与炼厂气的主要成分之一。优质乙烷能源通过化学、化工方法还能高效地转化为高品质液体燃料和高附加值化学品。目前，乙烷选择氧化制取高附加值化学品主要有氧化脱氢制乙烯及部分氧化制含氧化学品两种路线。乙酸、乙醛及乙烯等是重要的化工原料，利用优质丰富的乙烷资源低温直接氧化制c2有机含氧化物一直以来都是催化化学研究的重要方向，同时也是天然气经催化反应分离低碳烃的潜在应用技术。
2、乙烯是石油化工的基本原料，乙烯目前主要还是通过包括乙烷在内的蒸汽热裂解反应进行工业生产，该过程通常需要800～1100℃的高温强吸热反应，因此该过程存在如下问题：1、高能耗。根据有关文献【proceeding of the 8th ethylene producerconference:aiche,new york】报道，该过程的能耗可达 18.5mj/kg-c2h4，且该工艺经过多年优化，已经非常成熟，因此进一步降低的难度极大。2、产物组成复杂。裂解反应为复杂的自由基反应，生成的产物种类较多，一方面会降低乙烯的选择性(乙烯一般不超过83％)即降低原料利用率，另一方面也会增加产物的分离难度(特别是产生了低沸点的h2和甲烷)。带来的问题就是分离设备多，分离能耗高。3、需定期除积碳。高温反应导致管壁会积碳，需停车定期除积碳，这样势必影响生产效率。4、设
3、乙酸是大宗化工产品，是最重要的有机酸之一。主要可用于生产乙酸乙烯、乙酐、乙酸酯和乙酸纤维素等。醋酸成熟的生产工艺很多，包括乙醛氧化法、甲醇羰基化(分低压和高压技术)、丁烷法、乙烯氧化法和乙烷直接氧化法等。其中生产成本较低的为甲醇羰基化技术。
4、乙烷氧化脱氢制乙烯(乙酸)的新工艺过程，需要引入氧化剂(如o2或air 等)，使乙烷裂解反应由强吸热反应变成一个简单的放热反应。据文献【chem.week，137(4)，36,1985】报道，该过程在使用氮气(n2)作为原料气稀释剂时，能耗可降低20％～30％。我们已经成功开发出了高性能的乙烷氧化脱氢制乙酸和乙烯催化剂，该催化剂的制备技术见专利(202111681473.9)。
5、中国专利技术专利cn110963880a提供了一种利用二氧化碳代替传统的n2作为原料气稀释剂的乙烷氧化脱氢生产乙烯的技术方法。该方法与传统的乙烷蒸汽裂解工艺(能耗值18.5mj/kg-c2h4)相比，能耗可大幅度降低。但该技术存在明显不足：①二氧化碳的引入会增加原料成本；②二氧化碳的比热容远大于甲烷，在反应原料预热阶段会大幅增加反应过程的能耗；③该技术未涉及其他稀释气的低浓度乙烷(如天然气、油田伴生气等)的选择氧化反应的研究。
6、中国专利技术专利cn110963879a提供了一种利用水代替传统的n2作为原料气稀释剂的乙烷催化氧化联产乙烯和乙酸的工艺方法。该方法与传统的乙烷蒸汽裂解工艺(能耗值18.5mj/kg-c2h4)相比，能耗可大幅度降低。同时，也可以根据乙烯和乙酸的市场情况，灵活调整乙烯和乙酸的产品结构比例。；该技术的缺陷或相对本专利技术的不足之处：该技术以水为原料稀释气进行乙烷氧化制乙烯和乙酸反应，可有效提高乙烷的转化率及产品选择性。但是存在显著缺点：①水的比热容非常大，在反应原料预热阶段会大幅增加反应过程的能耗；②原料气中加入水的比例较高，产物乙酸易溶于水，生成的稀乙酸溶液会对设备造成严重腐蚀；③稀乙酸溶液分离困难，成本较高；④该技术未涉及其他稀释气的低浓度乙烷(如天然气、油田伴生气等)的选择氧化反应的研究。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，本专利技术的方法代替传统的n2为稀释剂乙烷低温催化氧化联产乙烯和乙酸的工艺方法。本专利技术的方法与传统的乙烷蒸汽裂解工艺(能耗值18.5mj/kg-c2h4)相比，能耗可大幅度降低，在较佳的工艺条件下，仅为14.85mj/kg-c2h4，降低约20％。本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，具有原料单耗低、过程能耗特别低、投资低，废物和污染物排放特别少等特点。同时，也可以根据乙烯和乙酸的市场情况，灵活调整乙烯和乙酸的产品结构比例。另外，对于天然气或油田伴生气及炼厂气等含有少量乙烷的原料，采用本专利技术所述催化剂及乙烷直接氧化反应，可使得催化反应和杂质分离一体化进行，显著降低工业原料气的分离成本。
2、为达上述目的，本专利技术提供一种乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，该方法包括：将包括乙烷、氧气和甲烷在内的原料气体在混合金属氧化物催化剂上，催化氧化生成乙烯和乙酸。
3、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，所述甲烷作为乙烷和氧气的稀释剂。
4、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，所述混合金属氧化物催化剂为复合氧化物催化剂。
5、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，所述复合氧化物催化剂的种类及制备方法并不特别限制，在一实施方案中，所述复合氧化物催化剂可例如为钼钒铌催化剂，但本专利技术并不限制于此，所述复合氧化物催化剂还可使用其他常规技术中所使用的催化剂。
6、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，所述乙烷的摩尔百分含量为 2～60％、氧气的摩尔百分含量为1～30％，甲烷的摩尔百分含量为10～97％。
7、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，所述乙烷摩尔百分含量为 10～30％、氧气摩尔百分含量为5～15％，甲烷摩尔百分含量为55～85％。
8、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，所述催化氧化反应的压力为 1.0-1.5mpa，反应的温度为240-300℃，反应的气体空速为300-1800ml·g-1·h-1。
9、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，所述乙烷与氧气的摩尔比为 1:1-4:1。
10、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，在使用甲烷作为原料气体的稀释剂时，不仅乙烷转化率高，而且乙烯和乙酸的总选择性非常高。根据本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，使用甲烷作为原料气稀释剂体的时，相对于现有的乙烷蒸汽裂解工艺过程能够降低总体能耗，总体能耗至少可降低 (因为乙烯是主要产品，故能耗对比时主要以乙烯的蒸汽裂解工艺为参照标准)。
11、本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法根据产品市场情况，可以通过调节原料气比例、反应温度和反应空速等操作条件，灵活调变乙烯和乙酸产品结构，而且可以大幅度的降低能耗。采用本专利技术的乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法得到的产物，其组成比较简单，产物分离较容易，分离能耗低本。同时，由于甲烷稀释气后续会进一步转化为氧气和水，这些气体会发挥氧化作用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，其特征在于，包括：将包括乙烷、氧气和甲烷在内的原料气体在混合金属氧化物催化剂上，催化氧化生成乙烯和乙酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述甲烷作为乙烷和氧气的稀释剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合金属氧化物催化剂为复合氧化物催化剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合氧化物催化剂为钼钒铌催化剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙烷的摩尔百分含量为2～60％、氧气的摩尔百分含量为1～30％，甲烷的摩尔百分含量为10～97％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述乙烷摩尔百分含量为10～30％、氧气摩尔百分含量为5～15％，甲烷摩尔百分含量为55～85％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化氧化反应的压力为1.0-1.5MPa，反应的温度为240-300℃，反应的气体空速为300-1800mL·g-1·h-1。
8.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述乙烷与氧
...【技术特征摘要】
1.一种乙烷氧化制乙烯和乙酸的工艺方法，其特征在于，包括：将包括乙烷、氧气和甲烷在内的原料气体在混合金属氧化物催化剂上，催化氧化生成乙烯和乙酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述甲烷作为乙烷和氧气的稀释剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合金属氧化物催化剂为复合氧化物催化剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合氧化物催化剂为钼钒铌催化剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙烷的摩尔百分含量为2～60...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建，张忠涛，闫亮，徐显明，丑凌军，张志翔，宋焕玲，刘剑，马立莉，苑慧敏，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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