[发明专利]甲烷氧化偶联反应与乙烷催化脱氢反应耦合制备乙烯的方法和系统

说明书

本发明涉及甲烷氧化偶联反应领域，公开了一种甲烷氧化偶联反应与乙烷催化脱氢反应耦合制备乙烯的方法和系统，该方法在含有至少两层套管的固定床套管反应器中进行，该方法包括：将含有甲烷和氧气的反应物料I引入至进行所述甲烷氧化偶联反应的管中以进行所述甲烷氧化偶联反应；以及将含有乙烷的反应物料II引入至进行所述乙烷催化脱氢反应的管中进行所述乙烷催化脱氢反应；所述固定床套管反应器的材质使得进行所述甲烷氧化偶联反应和进行所述乙烷催化脱氢反应的管之间能够进行热量传递。本发明提供的方法不仅能够解决甲烷氧化偶联反应反应温度高的问题，还能够有效地防止甲烷氧化偶联反应高温时的飞温。

技术领域

本发明涉及甲烷氧化偶联反应领域，具体地，涉及一种甲烷氧化偶联反应与乙烷催化脱氢反应耦合制备乙烯的方法、一种甲烷氧化偶联反应与乙烷催化脱氢反应耦合制备乙烯的系统。

背景技术

乙烯作为最重要的基础有机化工原料，长期以来，它的生产一直依赖于石油裂解路线，由此产生的环境污染等问题日趋严重。近年来，原油价格持续攀升，引发乙烯裂解原料价格的上涨，同时乙烯裂解原料的供不应求现象也十分突出，面对这一现状，世界各国都在调节能源利用结构，并不断寻找新的乙烯生产路线。

其中，从天然气出发，若采用部分氧化制合成气/合成气制甲醇/甲醇制烯烃三步法(POM/GTM/MTO)能够制取乙烯，不但反应过程步骤繁多，而且要先把氧原子插入再取出，是非原子经济反应，从技术、资源利用、环境保护等方面考虑，多步法不是经济合理的最佳选择，因此，近几十年来，甲烷氧化偶联制乙烯(OCM)成为了世界各国研究的重点。

在OCM催化剂体系研究中，以二氧化硅为载体，钨酸钠和锰为活性组分的负载型催化剂是性能最好的催化剂体系之一，但是，此类催化剂通常的都是在高温下才能发生反应，反应温度在750-850℃甚至更高，因此，OCM反应不仅需要的反应温度高，能耗高，对反应器材质和操作工艺带来困难，同时在高温时反应热量的撤除也是一个技术难题，极易出现飞温的问题。

因此，有必要提供一种新的甲烷氧化偶联反应制乙烯的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中甲烷氧化偶联反应反应温度高以及高温时易飞温的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种甲烷氧化偶联反应与乙烷催化脱氢反应耦合制备乙烯的方法，该方法在含有至少两层套管的固定床套管反应器中进行，并且，在所述套管的至少一个管内进行所述甲烷氧化偶联反应，以及在相邻的至少另一个管内进行所述乙烷催化脱氢反应，在进行所述甲烷氧化偶联反应的管中，按照反应物料的流动方向，依次装填用于所述甲烷氧化偶联反应的催化剂I和用于所述甲烷氧化偶联反应的催化剂II，其中，所述催化剂I的反应温度不高于600℃，所述催化剂II的反应温度不低于700℃；在进行所述乙烷催化脱氢反应的管中装填用于所述乙烷催化脱氢反应的催化剂III，所述催化剂III选自Pt/SiO₂、Pt-In/SiO₂、Pt/Mg(Al)O、Pt-Sn/Mg(Al)O、Pt-Ir/Mg(Al)O、Pt-Sn/Mg(Ga)(Al)O、Pt-Zn/ETS-2、Cr/BaZrO₃、Cr/BaCeO₃、Cr/MCM-41、Ga/HZSM-5、P-Mo/ZSM-5、Pd-In/SiO₂中的至少一种；

该方法包括：在所述固定床套管反应器中，将含有甲烷和氧气的反应物料I引入至进行所述甲烷氧化偶联反应的管中以进行所述甲烷氧化偶联反应；以及将含有乙烷的反应物料II引入至进行所述乙烷催化脱氢反应的管中进行所述乙烷催化脱氢反应；

所述固定床套管反应器的材质使得进行所述甲烷氧化偶联反应和进行所述乙烷催化脱氢反应的管之间能够进行热量传递。