[发明专利]动能反应制造丙烯

说明书

技术领域

本发明是一种生产丙烯的技术，也可以生产乙烯、乙炔。

背景技术

目前，丙烯的生产方法主要有：烷烃裂解、催化裂化或催化裂解、丙烷脱氢，另外还有费托合成法、甲醇制烯烃。

烷烃裂解是用碳原子数大于2的烷烃在800℃左右的温度下发生裂解反应，碳碳键或者碳氢键断裂，生成乙烯、丙烯和其它产物，这是目前丙烯的主要来源，通常是用管式炉进行加热裂解。

催化裂化是重质油在酸性催化剂存在下，于480℃至500℃和近于常压下发生裂化，催化裂解则是在更高的温度下进行深度裂解，产物主要有汽油、柴油、干气和液化气、液化气中含有约60％以上的烯烃，可以从中分离出丙烯。

丙烷脱氢是用丙烷在脱氢催化剂的催化作用下，在500℃以上的温度条件下发生脱氢反应，生成丙烯。

费托合成法是用一氧化碳和氢气在铁催化剂的催化下，反应生成乙烯，丙烯和一些高级烯烃。

甲醇制烯烃是用甲醇在沸石催化剂的催化作用下，在300℃至450℃的条件下反应，生成乙烯，丙烯和少量高级烯烃。

乙炔的生产方法目前有电石法、甲烷热裂解法和煤等离子热解法。

电石法是用碳化钙(电石)和水反应，生成乙炔和氢氧化钙。

甲烷热裂解法是用甲烷气体部分燃烧，产生的热量使未燃烧的甲烷分子脱氢并聚合生成乙炔。

煤等离子热解法，用电弧产生的高温等离子体加热煤，使煤的结构解离并形成等离子态，高温等离子体在急冷时碳离子和氢离子结合生成乙炔。

以上反应的特征是：在加热或催化物质的作用下，反应向着生成热力学上稳定体系的方向进行，本质上是原子外层的价电子自发地或在外加作用(加热或催化)的影响下定向地运动，使原子处于热力学上稳定的状态。

发明内容

本发明从另一条途径构建反应，即用动能反应来产生丙烯。

本发明的技术方案是：用一束甲烷气流和一束乙烷或乙烯气流高速对撞，当甲烷分子和乙烷或乙烯分子发生非弹性碰撞时，高速气流分子的动能将释放。当分子高速撞击释放的动能大于分子的化学键能时，以化学键结合的原子或原子团被机械应力拉开，分子断裂成自由基，自由基是不稳定的并且会重新结合，生成新的分子。在甲烷与乙烯的动能反应中，甲烷分子和乙烯分子脱落2个氢原子，生成丙烯和氢气。在甲烷与乙烷的动能反应中，甲烷分子脱落4个氢原子与乙烷分子结合，生成丙烯和氢气。在甲烷与乙炔的动能反应中，甲烷分子和乙炔分子结合生成丙烯。

用高温氢气流高速冲击雾化的重质油或沥青，重质油或沥青在高速气流的冲击下立刻雾化成细微的液滴，与氢气流有很大的接触面积，细微的雾化液滴与氢气分子的高速碰撞主要为非弹性碰撞，高速氢气分子具有很大的动能，在碰撞中动能释放，产生的机械应力把大分子拉断成小分子的自由基，生成乙烯、丙烯、乙炔等产物。

该反应与炼油工艺中的加氢裂化(MHC)有着本质的不同，加氢裂化是重质油在催化剂的催化下发生加氢反应，氢原子取代碳原子使碳碳键转化为碳氢键，重质油裂化生成汽油、柴油和加氢尾油，加氢裂化反应不会产生乙烯、丙烯和乙炔。

用几束高温氢气流高速冲击煤粉或焦炭粉，使煤粉或焦炭粉产生气流粉碎，即煤粉或焦炭粉在高速气流的冲击下，粉体与粉体之间剧烈地碰撞、摩擦、剪切，粉体破碎至亚微米以下尺寸，高速氢气分子具有很大的动能，与煤粉或焦炭粉发生非弹性碰撞并释放动能，同时由于粉体在机械破碎时产生的应力，使粉体大分子碎裂成小分子的自由基，自由基发生加氢反应生成乙烯、丙烯、乙炔等产物。为了提高氢气分子的速度和能量，将氢气加热至200℃以上，强化反应过程。

该反应与煤等离子热解法有着本质的不同，煤等离子热解法是用电弧产生的高温将煤加热至等离子状态，反应体系中没有固相，为均相等离子态，在急冷过程中等离子体结合生成乙炔、焦炭和氢气。本反应中温度远低于等离子体温度，反应体系中没有等离子体，为气固相反应，属于机械化学反应。