[发明专利]形成乙烯的方法

说明书

本发明涉及形成乙烯的方法，以及特别是从甲烷形成乙烯的方法。

乙烯作为一种大宗化工产品，是化工行业的基础原料。乙烯可用来制造的产品包括但不限于食品包装材料，眼镜，汽车零部件，医疗器械，润滑剂，发动机冷却液以及液晶显示器。

当前形成乙烯的工艺是将氧气作为氧化剂，通过甲烷氧化偶联实现。在甲烷氧化偶联工艺中，甲烷在催化剂表面实现不均匀的活化，生成甲基自由基，然后在气相中偶联生成乙烷。然后，乙烷通过脱氢生成乙烯。但是，使用氧气作为氧化剂的甲烷氧化偶联，显示出对乙烯形成的选择性差，以及不希望的过度氧化(生成二氧化碳)。

图1中的扫描是通过将部分硫化钯催化剂执行X射线衍射获取的。图1中所示的扫描表明了相关曲线，其代表强度，单位：每秒计数(cps)，以及相对角度(2θ)。

图2表明了甲烷转化率和时间(小时)之间的关系，与实施例1，实施例2和对比性实施例A相关联。

图3表明了乙烯选择性和时间(小时)之间的关系，与实施例1，实施例2和对比性实施例A相关联。

本发明提供了一种从甲烷形成乙烯的方法，包括使负载型钯和硫化氢接触，以形成硫化钯催化剂，以及使硫化钯催化剂和甲烷接触，从而形成乙烯。值得一提的是本申请方法能够实现理想的甲烷转化率和理想的乙烯选择性。

本申请方法包括使负载型钯和硫化氢接触。负载型钯可被称为催化剂前体。负载型钯的载体选自MO₂，二氧化铈(CeO₂)，二氧化硅(SiO₂)，氧化镁(MgO)，Ln₂O₃，三氧化二铝(Al₂O₃)，Li₂O，或其组合，其中M是钛，锆，铪，或其组合，以及Ln是镧系元素，钇，钪，或其组合。钯的含量可以为钯和载体总重量的1-50wt.％。

本申请方法的条件包括重时空速(WHSV)，其被定义为进料(例如硫化氢或甲烷)的质量流率，单位质量催化剂或催化剂前体，例如硫化钯催化剂或负载型钯。例如，重时空速可通过甲烷以克每小时为单位的质量除以硫化钯催化剂以克为单位的质量或硫化氢以克每小时为单位的质量除以负载型钯的质量计算得出。

硫化氢可以在0-2000摄氏度的温度和负载型钯接触。硫化氢可以在200-1500摄氏度的优选温度和负载型钯接触。硫化氢以毫升每小时为单位的体积除以负载型钯以克为单位的质量的取值范围是6000-30000mL·g^-1·h^-1。硫化氢(H₂S)可以在101.32-1013.2KPa的绝对压力和负载型钯接触。

通过使负载型钯和硫化氢接触生成硫化钯催化剂。本发明使用的硫化钯催化剂可以包括钯硫化物和/或钯多硫化物(subsulfide)，例如Pd₄S，Pd₃S和/或Pd₁₆S₇。

本申请方法包括使硫化钯催化剂和甲烷接触生成乙烯。甲烷可以在850-2000℃的温度和硫化钯催化剂接触。甲烷可以在900-1500℃的优选温度和硫化钯催化剂接触。甲烷以毫升每小时为单位的体积除以硫化钯催化剂以克为单位的质量的取值范围是6000-30000mL·g^-1·h^-1。甲烷可以在101.32-1013.2KPa的绝对压力和硫化钯催化剂接触。

本申请方法可包括提供惰性载气，以输送硫化氢和甲烷中的至少一种，例如输送到硫化钯催化剂。惰性载气的实例包括但不限于氩气，氦气，氮气，或者其组合。本申请方法中，甲烷和硫化氢所使用的摩尔比的取值范围可以是2.9:1至17.4:1。本申请方法中，甲烷和硫化氢的摩尔比的取值范围也可以是5:1至7:1。

实施例

原材料包括：甲烷(Airgas,Inc.)；氩气(Airgas,Inc.)；硫化氢(Sigma-)；负载型钯：Pd/ZrO₂(10wt.％钯，Sigma-)。所需设备包括一多相催化反应器体系(Altamira仪器公司)，此多相催化反应器体系具有蒸汽发生器，反应器预热器和管式反应器。

催化剂1形成