[发明专利]同位素分析用于测定由甲烷制备的芳族烃的用途

说明书

技术领域

本申请是中国专利申请200780019819.0的分案申请。本发明涉及同位素分析用于测定由甲烷，并且特别地由天然气制备的芳族烃的用途。

背景技术

芳族烃，特别是苯、甲苯、乙基苯和二甲苯是石油化学工业中重要的商品化学物质。目前，芳族化合物最通常通过各种方法，包括催化重整和催化裂化由石油基原料制备。然而，由于世界上的石油原料供给减少，因此对于发现芳族烃的替代来源有增长的需要。

芳族烃的一种可能的替代来源是甲烷，其是天然气的主要成分。世界上的天然气储备量持续上升并且目前发现了比石油更多的天然气。由于与大体积的天然气的运输相关的问题，因此特别是在偏远地区与石油一起开采的大多数天然气被燃烧并且浪费掉。因此含于天然气中的烷烃对高级烃例如芳族化合物的直接转化是一种使天然气升级的有吸引力的方法，只要可以克服伴随的技术困难。

目前提出用于将甲烷转化成液态烃的大部分方法包括最初将甲烷转化成合成气(H₂和CO的共混物)。然而，合成气的制备是资金和能量密集型的并且因此优选不需要合成气生成的路径。

已经提出许多替代的方法用于将甲烷直接转化成高级烃。一种这类方法包括甲烷催化氧化偶联成烯烃，随后烯烃催化转化成液态烃，包括芳族烃。例如，US专利No.5,336,825披露了一种用于将甲烷氧化转化成汽油范围的烃，包括芳族烃的两步法。在第一个步骤中，在500℃－1000℃的温度下在游离氧的存在下使用稀土金属促进的碱土金属氧化物催化剂将甲烷转化成乙烯和微量的C₃和C₄烯烃。然后在含有高二氧化硅pentasil沸石的酸性固体催化剂上将在第一个步骤中形成的乙烯和高级烯烃转化成汽油范围的液态烃。

然而，氧化偶联方法遭受这样的问题：它们涉及到高度放热并且潜在有害的甲烷燃烧反应，并且它们产生大量环境敏感的碳氧化物。

一种用于将甲烷直接升级成高级烃，特别是乙烯、苯和萘的潜在有吸引力的路径是脱氢环化或还原偶联。该方法通常包括在高温例如600℃－1000℃下使甲烷与包含负载在沸石例如ZSM-5上的金属例如铼、钨或钼的催化剂接触。通常，催化活性的金属类物质为0价的元素形式或者碳化物或碳氧化物。

例如，US专利No.4,727,206披露了一种通过在600℃－800℃的温度下在没有氧气的存在下使甲烷与包含二氧化硅/氧化铝摩尔比为至少5：1的铝硅酸盐的催化剂组合物接触而制备富含芳族烃的液体的方法，所述铝硅酸盐装载有(i)镓或其化合物和(ii)来自周期表的第VIIB族的金属或其化合物。

另外，US专利No.5,026,937披露了一种甲烷芳构化的方法，其包括以下步骤：在包括550℃－750℃的温度、小于10个大气压绝压(1000kPaa)的压力和400－7,500hr^-1的气体时空速的转化条件下使包含超过0.5mol％的氢气和50mol％的甲烷的进料流通入具有至少一个包含ZSM-5、镓和含磷氧化铝的固体催化剂床的反应区中。

另外，US专利No.5,936,135披露了一种用于将低级烷烃例如甲烷或乙烷转化成芳族烃的低温非氧化方法。在该方法中，将低级烷烃与高级烯烃或链烷烃例如丙烯或丁烯混合，并且在300℃－600℃的温度、1000－100000cm³g^-1hr^-1的气体时空速和1－5个大气压(100－500kPa)的压力下使该混合物与预处理的双官能pentasil沸石催化剂例如GaZSM-5接触。催化剂的预处理包括使催化剂与氢气和水蒸气的混合物在400℃－800℃的温度、1－5个大气压(100－500kPa)的压力下和至少500cm³g^-1hr^-1的气体时空速下接触至少0.5小时，并且然后使催化剂与空气或氧气在400℃－800℃的温度、至少200cm³g^-1hr^-1的气体时空速和1－5个大气压(100－500kPa)的压力下接触至少0.2小时。

使用天然气作为芳族化合物源的一个特别的难点涉及到世界上的许多天然气田包含大量，有时超过50％的二氧化碳。二氧化碳不仅由于其潜在地促进全球气候变化而因此成为日益增多的政府规章的目标，而且需要分离和处理来自天然气的大量二氧化碳的任何方法很可能在经济上被禁止。实际上，一些天然气田具有如此高的二氧化碳含量以致于目前被认为在经济上是不可回收的。