[发明专利]一种丙烷催化脱氢反应与甲烷氧化偶联反应耦合的方法及系统

权利要求书

1.一种丙烷催化脱氢反应与甲烷氧化偶联反应耦合的方法，其特征在于，该方法在固定床套管反应器中进行，所述固定床套管反应器中含有至少两层套管，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管内进行所述丙烷催化脱氢反应；在进行所述甲烷氧化偶联反应的管中，装填用于所述甲烷氧化偶联反应的催化剂I，所述催化剂I的反应温度不低于700℃；在进行所述丙烷催化脱氢反应的管中，装填用于所述丙烷催化脱氢反应的催化剂II，所述催化剂II选自改性或未改性的氧化铬/氧化铝催化剂、改性或未改性的铂锡/氧化铝催化剂、铂锡/分子筛催化剂中的至少一种，所述催化剂II中任选存在的改性元素各自独立地选自Sn、Ge、Zn、Ga、Mg、K、Ca、Na、La、Ce中的至少一种；以及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的管和进行所述丙烷催化脱氢反应的管之间能够进行热量传递；

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；将含有丙烷的反应物料II引入至进行所述丙烷催化脱氢反应的管中以进行所述丙烷催化脱氢反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述铂锡/分子筛催化剂中，所述分子筛选自SBA-15、ZSM-5、KIT-6、silicate-1、silicate-2中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述催化剂I和所述催化剂II的装填重量比为1：0.1-10；

优选地，所述催化剂I和所述催化剂II的装填重量比为1：0.2-5；

更优选地，所述催化剂I和所述催化剂II的装填重量比为1：0.2-4。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在所述甲烷氧化偶联反应中，甲烷的体积空速为100-1500h^-1；

优选地，在所述丙烷催化脱氢反应中，丙烷的体积空速为500-1500h^-1。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，在所述甲烷氧化偶联反应中，甲烷和氧气的用量摩尔比为1-10：1，优选为3-10：1。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述催化剂I的反应温度为700-900℃，优选为750-900℃，更优选为780-850℃；

优选地，所述催化剂II的反应温度为550-650℃，更优选为580-620℃。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述催化剂I中含有载体和负载在所述载体上的活性组分，所述活性组分包括锰元素、钨元素、碱金属元素，以及任选还包括钛元素和稀土金属元素；

优选地，以所述催化剂I的总重量计，所述锰元素的含量为1-15重量％，所述钨元素的含量为1-18重量％，所述碱金属元素的含量为0.1-5重量％，所述钛元素的含量为0-10重量％，所述稀土金属元素的含量为0-2重量％；

优选地，在所述催化剂I中，所述活性组分包括锰元素、钨元素、钠元素以及任选还包括钛元素和稀土金属元素；所述载体选自二氧化硅、氧化铝、钛酸钡、分子筛中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述催化剂I选自Mn₂O₃-Na₂WO₄-TiO₂/SiO₂、Na₂WO₄-Mn-Eu/BaTiO₃和Na₂WO₄-Mn/SiO₂中的至少一种。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其中，所述反应物料I和所述反应物料II为逆流运行。