專利名稱：高頻等離子體裂解天然氣合成c的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高頻等離子體裂解天然氣合成C2烴類物的方法，屬于低分子物的合成領(lǐng)域。
從二十世紀(jì)八十年代以來，在天然氣轉(zhuǎn)化方面，國(guó)內(nèi)外已有許多研究與本發(fā)明相關(guān)的方法，有甲烷氧化偶聯(lián)法(OCM)、固體電解質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)(SSER)、甲烷微波裂解、激光催化甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)等。其中與本發(fā)明較為相近的是美國(guó)ConnecticutUniversity Stiven L.Sulb等U.S 5,131,993,Low power density plasma excitationmicrowave energy induced chemical reaction報(bào)道的甲烷通過微波冷等離子體直接轉(zhuǎn)化為C2烴的過程。該過程采用頻率為2.45GHz，可調(diào)功率0.1～400W的微波電源，選用管式石英反應(yīng)器，用外部金屬催化劑，在400Pa壓力下，利用高電壓火花產(chǎn)生等離子體，其中較高結(jié)果為甲烷轉(zhuǎn)化率55.3％，產(chǎn)物選擇性為乙烷53.6％，乙烯26.8％，CO213％，丙烷6.7％。微波等離子體的發(fā)生是當(dāng)微波電源的輸出功率(等于入射功率與反射功率之差)適當(dāng)，便可以使氣體擊穿實(shí)現(xiàn)持續(xù)放電，而在傳輸終端大多利用空腔諧振器與放電管耦合，在設(shè)計(jì)初主要是用2.45GHz的電源進(jìn)行匹配來達(dá)到放電效果。但是當(dāng)氣體經(jīng)過放電后，由于放電過程反應(yīng)溫度很高，能量密度太大，很容易使甲烷完全裂解，生成大量積碳，積碳附著在反應(yīng)器內(nèi)，改變了諧振腔的阻抗，而在使用電源頻率固定情況下，導(dǎo)致了輸出功不匹配，就不能產(chǎn)生很好的微波效果，需要進(jìn)行清理積碳，這樣就使整個(gè)過程復(fù)雜化，不利于工業(yè)化生產(chǎn)；另一方面是微波功率不是很高，與同類的大功率等離子體發(fā)生設(shè)備相比較，造價(jià)貴，這也是不能大規(guī)模發(fā)展的原因；在微波過程中，甲烷轉(zhuǎn)化率雖然高，但C2烴的收率卻不太高，這也是該專利的不足之處。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)。
1、高頻等離子體的產(chǎn)生將功率為500～100×103W和頻率為1～25MHz的高頻電源(3)加在反應(yīng)器(2)的電極上，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的真空度為-0.1～0.001MPa和電源輸出功率，使反應(yīng)器內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生穩(wěn)定的輝光放電，即等離子體。
2、天然氣裂解合成C2烴類物將含甲烷約90％的天然氣(1)通過流量計(jì)進(jìn)入反應(yīng)器(2)，在等離子體區(qū)間內(nèi)甲烷被激發(fā)產(chǎn)生大量的CH3·、CH2·、CH·自由基，它們相互碰撞形成新的C2烴類物，甲烷轉(zhuǎn)化率為24.02～77.5％，C2烴類物收率為20.50～76.79％，C2烴類物選擇性為85.35～98.96％，產(chǎn)品經(jīng)真空泵(4)進(jìn)入儲(chǔ)罐(5)。
3、C2烴類物的分離采用變壓吸附或化學(xué)吸附分離C2烴類物，獲得很有價(jià)值的聚合級(jí)乙烯30.72％、乙炔46.07％。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，與高頻電源耦合的負(fù)載——反應(yīng)器為容性或感性，其電極可以是內(nèi)電極或者外電極，負(fù)載與電源振蕩回路并聯(lián)，也可以串聯(lián)，其目的是達(dá)到最佳耦合效果。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器的真空度是先抽至較低真空度0.09MPa，后調(diào)節(jié)天然氣流量，既能保持反應(yīng)區(qū)均勻輝光放電，又能使甲烷轉(zhuǎn)化率提高，在不同條件下的功率調(diào)節(jié)是為了維持反應(yīng)區(qū)穩(wěn)定的輝光放電和高的甲烷裂解轉(zhuǎn)化率。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、采用高頻電源激發(fā)形成等離子體對(duì)天然氣進(jìn)行裂解直接合成制備C2烴類物、原料不需要處理和添加其他引發(fā)等離子體的物質(zhì)、造價(jià)低、產(chǎn)物分離、純化方便；2、采用高頻電源、低溫放電、放電條件緩和、穩(wěn)定性好；3、反應(yīng)過程中，甲烷轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)物收率和選擇性較高，重復(fù)性好；4、過程和設(shè)備簡(jiǎn)單，一次性投資少，在全國(guó)推廣應(yīng)用，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
圖2為反應(yīng)器負(fù)載與高頻振蕩回路耦合圖。
三相交流電通過整流堆加在高頻振蕩管的陽(yáng)極，經(jīng)振蕩回路獲得所需頻率，反應(yīng)器作為負(fù)載與振蕩回路耦合，以便達(dá)到最佳輸出。
實(shí)施例將高頻功率電源3加在裝有特制電極板的反應(yīng)器2上，激發(fā)產(chǎn)生等離子體，將含甲烷90％的天然氣1進(jìn)入反應(yīng)器中的等離子體區(qū)時(shí)，其中甲烷受高能電子碰撞、激發(fā)產(chǎn)生活性的CH3·、CH2·、CH·自由基，它們相互碰撞、合成新的C2烴類物，產(chǎn)品經(jīng)真空泵4進(jìn)入儲(chǔ)罐5。詳見表1所示。
表1 高頻等離子體裂解天然氣合成C2烴類物的制備*真空度 CH4轉(zhuǎn)化率C2烴收率 C2烴選擇性序號(hào)MPa ％ ％ ％1 -0.02 24.02 20.50 85.352 -0.07 35.09 30.61 87.243 -0.092 59.42 56.99 95.914 -0.092 72.26 70.84 98.045 -0.093 76.77 75.96 98.966 -0.094 64.36 62.41 97.007 -0.094 77.59 76.79 98.96*表內(nèi)結(jié)果是在功率為8KW、頻率為5MHz設(shè)備下制備的。
權(quán)利要求
1.高頻等離子體裂解天然氣合成C2烴類物的方法，其特征在于(1)高頻等離子體的產(chǎn)生將功率為500～100×103W和頻率為1～25MHz的高頻電源(3)加在反應(yīng)器(2)的電極上，調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的真空度為-0.1～0.001MPa和電源輸出功率，使反應(yīng)器內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生穩(wěn)定的輝光放電，即等離子體；(2)天然氣裂解合成C2烴類物將含甲烷約90％的天然氣(1)通過流量計(jì)進(jìn)入反應(yīng)器(2)、在等離子體區(qū)間內(nèi)甲烷被激發(fā)產(chǎn)生大量的CH3·、CH2·、CH·自由基，它們相互碰撞形成新的C2烴類物，甲烷轉(zhuǎn)化率為24.02～77.5％，C2烴類物收率為20.50～76.79％，C2烴類物選擇性為85.35～98.96％，產(chǎn)品經(jīng)真空泵(4)進(jìn)入儲(chǔ)罐(5)；(3)C2烴類物的分離采用變壓吸附或化學(xué)吸附分離C2烴類物，獲得很有價(jià)值的聚合級(jí)乙烯30.72％、乙炔46.07％。
全文摘要
一種高頻等離子體裂解天然氣合成C
文檔編號(hào)C07C4/00GK1468833SQ02133480
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2002年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者唐建華, 黨亞固, 謝懋濃, 劉一超, 楊琴, 黃開華 申請(qǐng)人:成都川科化工有限公司