甲烷的氧化偶联方法技术

一种用于烃的氧化偶联，如甲烷的氧化偶联的方法，它包括在反应器内提供氧化催化剂，在一组反应条件下进行氧化偶联反应。所述氧化催化剂包含(A)至少一种选自下组的元素：镧系元素、Mg、Ca以及周期表第4族元素(Ti、Zr和Hf)；(B)至少一种选自下组的元素：周期表第1族元素Li、Na、K、Rb、Cs，第3族元素(包括La和Ac)和第5-15族元素；(C)至少一种选自下组的元素：第1族元素Li、Na、K、Rb、Cs，以及元素Ca、Sr和Ba；以及(D)氧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及甲烷的氧化偶联。
技术介绍
甲烷是天然气的主要组分。虽然天然气可用作燃料，但天然气资源路途遥远，运输甲烷往往也不经济。运输天然气的一种方法是将天然气液化，然而，甲烷的沸点很低，液化不仅困难，而且费用高。为寻找新的、经济的途径利用此能源，人们开展了研究。一种可能的解决方案是将甲烷转化为更高级的烃，如乙烷或乙烯。乙烯及更高级的烃更容易液化和远距离运输，也可作为有价值的产品。例如，乙烯是一种有价值的产品， 因为它可用于生产苯乙烯，并具有其它许多用途，如生产聚乙烯、乙醇、乙二醇和聚氯乙烯。传统上，乙烯主要是从烃例如乙烷、丙烷、丁烷或石脑油的热裂解获得的。乙烯还可以从各种精炼工艺产生并回收。从这些来源得到的乙烯可能还包含各种不需要的产物， 包括二烯烃和乙炔，从乙烯中分离掉它们的成本较高。分离方法可包括例如萃取蒸馏和乙炔选择性加氢重新生成乙烯。生产较纯的乙烯的热裂解和分离技术会带来显著的生产成本。因此，与一些传统路径相比，用甲烷生产乙烯可能会降低乙烯生产成本。
技术实现思路
本专利技术的实施方式一般包括烃的氧化偶联方法，如。所述方法可包括以下步骤制备氧化催化剂，在反应器内利用氧化催化剂按照一组反应条件进行氧化偶联反应。本专利技术的一个实施方式是制备和/或使用催化剂，所述催化剂包含(A)至少一种选自下组的元素镧系元素、Mg、Ca以及周期表第4族元素(Ti、& 和Hf)。所述催化剂还包含(B)至少一种选自下组的元素周期表第1族元素Li、Na、K、Rb、Cs，第3族元素(包括 La和Ac)和第5-15族元素；(C)至少一种选自下组的元素第1族元素Li、Na、K、Rb、Cs，以及元素Ca、Sr和Ba;以及⑶氧。若周期表第1族元素用于(B)，则不能用于(C)。然后， 可对催化剂进行干燥、焙烧和过筛，之后再将其放入反应器。可通过将催化剂加热到升高的温度如高于750°C来焙烧催化剂。选自(A)的元素可为催化剂的40重量％ -90重量％。选自⑶的元素可为催化剂的0.01重量％-40重量％。选自(C)的元素可为催化剂的0.01重量％-40重量％。(D) 中的氧可为催化剂的10重量％ -45重量％。氧化偶联反应包括与氧源一起向反应器中供应烃如甲烷。为进行甲烷的氧化偶联 (OCM)，可在反应器中使用催化剂。OCM的温度可以是500-750°C，任选600-750°C。甲烷与氧气的摩尔比可以是1 1-100 1，任选4 1-80 1。通过调节反应器的温度，可以改变氧化偶联反应的产物分布。调节温度还可改变氧化偶联的放热特性。本专利技术的一个实施方式是，所述方法包括在反应器内提供包含甲烷的烃进料流，并提供氧化催化剂。催化剂包含(A)至少一种选自下组的元素镧系元素、Mg、Ca以及周期表第4族元素(Ti、& 和Hf)，来自(A)的元素是催化剂的40重量％-90 重量％;(B)至少一种选自下组的元素周期表第1族元素Li、Na、K、Rb、Cs，第3族元素(包括La和Ac)和第5-15族元素，来自⑶的元素是催化剂的0. 01重量％-40重量％ ； (C)至少一种选自下组的元素第1族元素Li、Na、K、Rb、Cs，以及元素Ca、Sr和Ba，来自(C)的元素是催化剂的0. 01重量％ -40重量以及(D)占催化剂的10重量％ -45重量％的氧； 其中若周期表第1族元素用于(B)，则不能用于(C)；所述催化剂在将各元素组合之后焙烧。 将烃进料流和氧源送入反应器，其中甲烷与甲烷的氧化偶联反应在氧化催化剂上按一组反应条件发生。从反应器中回收包括乙烷和乙烯的产物流。反应器温度可以是500-750°C，甲烷与氧气的摩尔比可以是1 1_100 1。或者， 温度可以是600-750°C，甲烷与氧气的摩尔比可以是4 1-80 1。在用于烃的氧化偶联之前，可在反应器中对催化剂进行预处理，所述预处理包括将催化剂加热到高于750°C。通过调节反应温度，可以调节产物烃的组成。所述组成也可通过调节反应空速来调节。附图说明图1是实施例B中OCM试验所得数据的图示，包括甲烷转化率和产物烃的选择性。 具体实施例方式氧化偶联反应的结果受许多因素影响，如反应条件，进料来源和含量，以及反应器设计。反应所用的催化剂可以是最重要的因素之一。反应效果可用转化率、选择性和产率来衡量。转化率是指反应物(例如甲烷)发生化学反应的百分数。选择性是指催化剂对混合物中特定化合物的相对活性。选择性用特定产物相对于所有其它产物的比例来定量化。本专利技术的一个实施方式是OCM方法。所述方法可包括以下步骤如制备氧化催化剂，在反应器内预处理氧化催化剂，在反应器内按一组反应条件进行氧化偶联反应。催化剂的制备和预处理以及反应条件会影响OCM及其它偶联反应的转化率、选择性和产率。本专利技术方法的一个方面涉及OCM催化剂的制备。本专利技术的催化剂一般包括基材、 一种或多种促进剂和氧。催化剂在其活性、使用寿命及其它特性上可以变化。这种变化会影响基材的选择以及基材所负载的金属促进剂的组合。根据一个实施方式，本专利技术的催化剂可包括占催化剂40重量％ -90重量％的基材，所述基材由一种或多种A组元素组成镧系(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Th、Yb、Lu)、Mg、Ca和周期表第4族元素(Ti、Zr和Hf)。所述基材负载占催化剂0. 01重量％ -40重量％的第一促进剂，所述第一促进剂选自一种或多种B组元素Li、Na、K、Rb, Cs以及周期表第3族(包括La和Ac)和第5_15族元素。所述基材还负载占催化剂0. 01 重量％ -40重量％的第二促进剂，所述第二促进剂选自一种或多种C组元素Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr和Ba。若周期表第1族元素(Li、Na、K、Rb、Cs)用作来自B组的催化元素，则不能用作来自C组的催化元素。所述催化剂还包括D组，该组由氧组成，占10重量％ -45重量％。所有百分数都是相对于焙烧后的催化剂而言的。A、B、C和D各组分别有至少一种元素包含在所述催化剂中，且在上述范围内。在焙烧步骤之后，最终催化剂组合物中至少90重量％的催化剂由A、B、C组元素和氧组成。任选在焙烧步骤之后，最终催化剂中至少95重量％的催化剂由A、B、C和D各组元素组成。最终催化剂中可能存在残余阴离子，例如硝酸根、卤离子、硫酸根和醋酸根。催化剂的活性、碱性、寿命及其它特性可以变化。这种变化可受A、B、C和D各组元素的选择及它们各自在催化剂中的含量影响。组成催化剂的各元素可得自任何合适的来源，如其元素形式或者有机或无机化合物或配位络合物，如碳酸盐、氧化物、氢氧化物、硝酸盐、醋酸盐、氯化物、磷酸盐、硫化物和磺酸盐。所述元素和/或化合物可用本领域已知的用来制备这种材料的任何合适的方法制备。本文所用术语“基材”并不意味着此组分一定不具有活性，而其它金属和/或促进剂才是活性物质。相反，所述基材可以是催化剂的活性部分。术语“基材”的意思仅仅是所述基材占有显著的量，一般占整个催化剂重量的40重量％或更多。促进剂各自占催化剂重量的0. 01重量％ -40重量％，任选0. 01重量％ -10重量％。若组合一种以上的促进剂，它们一般总共占催化剂重量的0. 01重量％ -50重量％。催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·钦塔，J·托尔曼，J·R·巴特勒，J·亨特，T·里维斯，
申请(专利权)人：弗纳技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：