[发明专利]甲烷动能合成乙烯

说明书

技术领域

本发明是甲烷(CH4)直接合成乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)的新技术。

背景技术

目前，甲烷直接合成乙烯的方法是氧化偶联法，甲烷在催化剂作用下部分氧化，反应放出热量并使甲烷分子活化，产生的自由基偶联生成乙烯。

甲烷直接合成乙炔的方法是热裂解法，甲烷气体加热至高温然后迅速冷却，反应产生乙炔。

发明内容

目前的甲烷合成乙烯和乙炔的反应均属于热合成反应，需要在较高的温度下进行，采用外部加热或自身反应放热的方法使反应物分子活化并促成反应进行，热合成反应的同时发生逆反应即热分解反应，在较高温度下部分氧化难以控制很容易发生深度氧化，因此反应的选择性不高，产物的产率不高。

本发明的技术方案是：甲烷气体以很高的相对速度进行对撞，甲烷分子具有很高的动能，两个甲烷分子高速碰撞后两个碳原子形成双键或叁键结合在一起，同时在碰撞中脱落四个氢原子或六个氢原子，生成乙烯或乙炔。

或者使甲烷气体以很高的相对速度冲击炭粉，甲烷分子具有很高的动能，甲烷分子和炭分子高速碰撞后，甲烷中的碳原子和炭粉中的碳原子形成双键结合在一起，炭粉在反应器中由于剧烈的碰撞、摩擦、剪切而粉碎到微米级，炭分子高度活化，强大的机械应力使炭分子中的碳碳键断裂，碳原子脱离炭分子并与甲烷中的碳原子结合生成乙烯。如果气流速度进一步加大，甲烷分子动能进一步提高，甲烷分子中的碳原子与炭粉中活化游离的碳原子以参健结合，同时脱落两个氢原子生成乙炔。

本发明的有益效果是，反应的效率高，基本上不发生逆反应，产物的产率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是甲烷气体高速对撞生成乙烯

图2是甲烷气体高速对撞生成乙炔

图3是甲烷气体与炭粉高速对撞生成乙烯

图4是甲烷气体与炭粉高速对撞生成乙炔

具体实施方式

在图1、图2中，将脱除水分和杂质的液化天然气或压缩天然气(主要成分是甲烷)用耐高压的管式加热器加热至高压，通过反应器中的拉瓦尔喷嘴产生超音速气流，采用两个喷嘴相对布置，产生的高速甲烷气流对撞后生成乙烯和氢气，提高甲烷气压，加大对撞速度，生成乙炔和氢气，采用压缩冷却液化或溶剂吸收使乙烯或乙炔从产物气体中分离，即可得到乙烯或乙炔成品。

在图3、图4中，将脱除水分和杂质的液化天然气或压缩天然气用耐高压的管式加热器加热成高压气体，通过反应器中的拉瓦尔喷嘴产生超音速气流，采用几个喷嘴相对布置，产生的高速甲烷气流挟带炭粉高速对撞，生成乙烯，提高甲烷气压，加大对撞速度，生成乙炔和氢气，用溶剂吸收使乙炔从反应气体中分离，即可得到乙炔成品。