用于由甲烷制備乙烯的包括等離子體源及包括介孔載體材料的催化劑的反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及包括等離子體源及包括介孔載體材料的催化劑的反應(yīng)器。為了獲得乙 締、氨氣或碳中的一種或多種或源自那些產(chǎn)物的下游產(chǎn)物，本發(fā)明還設(shè)及包括將甲燒進(jìn)料 至所述反應(yīng)器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 乙締長(zhǎng)時(shí)間W來(lái)是源自石油化學(xué)燃料的最期望的物質(zhì)之一。它在聚乙締及其衍生 物的生產(chǎn)中的使用促成了其的高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一種制備乙締的路線是裂解含有多于2個(gè)碳原 子的高級(jí)石油化學(xué)部分。另一由甲燒制備乙締的路線在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)受到頻繁的研究。在現(xiàn)有 技術(shù)中，對(duì)用于由甲燒制備乙締的改善的方法，具體地具有低能耗、長(zhǎng)催化劑壽命、高產(chǎn)率 和高生產(chǎn)速率的方法仍然保持有需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 反應(yīng)器包括，作為反應(yīng)器部分的:a.殼體;并且在所述殼體中的;b.等離子體源；W 及C.催化劑，其中所述催化劑包含作為催化劑部分的：i)介孔載體;ii)選自Pd、Ni、Ag或它 們至少兩種的組的金屬，其中金屬是由所述介孔載體攜帶的；其中所述等離子體源的至少 一部分位于所述殼體中的所述催化劑上游。
[0004] 用于制備選自乙燒和氨氣或它們二者的產(chǎn)物的方法，包括：i.將甲燒進(jìn)料入根據(jù) 任一前述權(quán)利要求的反應(yīng)器;W及ii.將甲燒反應(yīng)W供應(yīng)反應(yīng)器中的產(chǎn)物。
[0005] W上描述的和其它特征通過(guò)W下附圖和詳細(xì)描述進(jìn)行舉例說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 現(xiàn)在參考附圖，其是示例性實(shí)施方式，并且其中相同的元件用類似的標(biāo)號(hào)標(biāo)示，并 且給出附圖是為了說(shuō)明本文公開(kāi)的示例性實(shí)施方式的目的而非用于限制其的目的。
[0007] 圖1示出了反應(yīng)器的示意圖，在該反應(yīng)器中，在單個(gè)殼體中設(shè)置幾個(gè)反應(yīng)器組件 [000引圖2示出了反應(yīng)器的示意圖，在該反應(yīng)器中，將幾個(gè)反應(yīng)器組件設(shè)置為相連的模 塊。
[0009] 圖3示出了反應(yīng)器的示意圖，在該反應(yīng)器中，等離子體源和催化劑存在至少部分空 間重疊。
[0010] 圖4示出了反應(yīng)器的示意圖，在該反應(yīng)器中，等離子體源和催化劑沒(méi)有存在空間重 疊。
[0011] 圖5示出了包括另外的反應(yīng)器組件的反應(yīng)器的工藝流程。
[001^ 圖6示出了如在實(shí)施例中采用的等離子體源的示意圖。
[0013]圖7示出了具有催化劑金屬的介孔載體材料的制備實(shí)例的工藝流程。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明總體上基于克服設(shè)及反應(yīng)甲燒W給出選自乙締、氨氣和碳的至少一種產(chǎn) 物，優(yōu)選地為乙締，或源自其的下游產(chǎn)物，優(yōu)選地聚乙締或其衍生物的現(xiàn)有技術(shù)遇到的至少 一個(gè)問(wèn)題。
[0015]更具體地，本發(fā)明進(jìn)一步基于提供用于具有低能耗、高催化劑壽命、高總體銷量、 和快速產(chǎn)出速率的反應(yīng)的反應(yīng)器和方法。
[0016]另一期望是提供用于生產(chǎn)下游產(chǎn)物和成形體的高效且可持續(xù)的乙締源。
[0017] 通過(guò)形成本發(fā)明權(quán)利要求的范疇的主題，對(duì)于本文中公開(kāi)的至少一個(gè)問(wèn)題的解決 做出了貢獻(xiàn)。進(jìn)一步的貢獻(xiàn)是由代表本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的本發(fā)明的從屬權(quán)利要求的主題 做出的。
[0018]實(shí)現(xiàn)W上提及的至少一個(gè)問(wèn)題的貢獻(xiàn)是由反應(yīng)器做出的，該反應(yīng)器包括作為反應(yīng) 器部件的：
[0019] a.殼體；W及在所述殼體中的
[0020]b.等離子體源；W及
[0021 ] C.催化劑，其中所述催化劑包含作為催化劑部分的：
[0022] i)介孔載體；
[0023]ii)選自Pd、Ni、Ag或它們至少兩種的組的金屬，其中，金屬是由所述介孔載體攜帶 的；
[0024]其中所述等離子體源的至少一部分位于所述殼體中的所述催化劑上游。
[0025]在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，介孔載體具有約2至約50納米(nm)，優(yōu) 選地約10至約50nm，更優(yōu)選地約20至約50nm的孔隙直徑的d加值。
[0026]在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，介孔載體是介孔娃石。
[0027]在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，介孔載體具有約10至約1500平方米/ 克(mVg)，優(yōu)選地約500至約1200mVg，更優(yōu)選地約800至1000 mVg的表面積比質(zhì)量比率。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，催化劑中的金屬是PcL
[0029]在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，介孔載體選自W下種類之一：SBA-15 (可商購(gòu)自ACS材料）、SBA-16 (可商購(gòu)自ACS材料）、MCM-48 (可商購(gòu)自ACS材料）、MCM-41 (可商 購(gòu)自SigmaAl化ich)，或它們至少兩種的組合，優(yōu)選地SBA-15。
[0030] 在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，催化劑包含SBA-15、SBA-16、MCM-48、 MCM-41、或它們至少兩種的組合上承載的Pd,優(yōu)選地在SBA-15上承載的Pd。
[0031]在反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，介孔載體是SBA-15。
[0032]在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，等離子體源和催化劑存在至少部分空 間重疊。
[0033]在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方式中，等離子體源和催化劑不存在空間重 疊。
[0034]解決本文中公開(kāi)的至少一個(gè)問(wèn)題的貢獻(xiàn)是由，用于制備選自乙締和氨氣或它們二 者，優(yōu)選地乙締的產(chǎn)物的方法做出的，該方法包括：
[0035]i.將甲燒進(jìn)料入根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器;并且
[0036] ii.將甲燒反應(yīng)W供應(yīng)反應(yīng)器中的產(chǎn)物。
[0037]解決本文中公開(kāi)的至少一個(gè)問(wèn)題的貢獻(xiàn)是由，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的，選 自由乙締和氨氣或它們二者所組成的組的產(chǎn)物做出的。
[003引在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，將甲燒與選自由化、Ar、或化、或它們至 少兩種的組合，優(yōu)選地化組成的組的載氣混合進(jìn)料至反應(yīng)器。
[0039] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，滿足至少一個(gè)，或兩個(gè)或更多，或所有的 W下條件：
[0040] a.反應(yīng)器內(nèi)的最高溫度為約0至約200°C，優(yōu)選地約30至約180°C，最優(yōu)選地約50至 約 150。。
[0041 ]b.進(jìn)料至反應(yīng)器的甲燒的分壓為約0.05兆帕(MPa)至約0.2MPa(約0.5至約2大氣 壓(atm.))，或約0.OSMPa至約0.15MPa(約0.8至約 1.5atm.)，或約0.IMPa至約IOMPa(約 10至 約IOOatm.)。
[0042]C.等離子體源輸出的功率密度，表示為等離子體源的功率除W甲燒的流速，為約 0.1至30千焦耳/克化J/g)，優(yōu)選地約1至約20kJ/g，更優(yōu)選地約5至約1OkJ/g。
[0043] d.載氣的分壓為約0.1至約IOatm.，或約0.5至約5千瓦每克化W/g)，或約0.1至約 lOOkW/go
[0044] 該實(shí)施方式的優(yōu)選的方面對(duì)應(yīng)于W下組合，表示為字母組合a、b、c、d、ab、ac、ad、 bc、bd、cd、abc、abd、acd、bcd、或abed。
[0045]解決本文中公開(kāi)的至少一個(gè)問(wèn)題的貢獻(xiàn)是由用于制備下游產(chǎn)物的方法做出的，包 括W下步驟：
[0046] i.通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法制備乙締;并且
[0047] ii.反應(yīng)乙締W形成下游產(chǎn)物。
[0048]解決本文中公開(kāi)的至少一個(gè)問(wèn)題的貢獻(xiàn)是由通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的下游 產(chǎn)物，優(yōu)選地聚合物，優(yōu)選地聚乙締或其衍生物，優(yōu)選地W成形體的形式做出的。
[0049] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，下游產(chǎn)物是聚合物。
[0050]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，下游產(chǎn)物是聚乙締。
[0051] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，將下游產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為成形體。
[0化2] 這喧
[0053]解決本文中公開(kāi)的至少一個(gè)問(wèn)題的貢獻(xiàn)是由提供一種或多種選自由碳、乙締或氨 氣，優(yōu)選地乙締組成的組的產(chǎn)物的甲燒的反應(yīng)做出的。優(yōu)選的反應(yīng)是具有低能耗、高催化劑 壽命、高產(chǎn)率，具體地，期望的產(chǎn)物相對(duì)于副產(chǎn)物的高選擇性，W及快速產(chǎn)出率的那些。
[0054] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，期望乙締作為產(chǎn)物W及乙締相對(duì)于其他產(chǎn)物的高選 擇性，具體地，乙締、乙燒和碳是優(yōu)選的。
[0055] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，期望碳作為產(chǎn)物，并且給出高選擇性的特定的一種 或多種形式的碳(優(yōu)選地碳納米管、富勒締或碳納米薄片，或它們至少兩種的組合）的反應(yīng) 是優(yōu)選的。
[0056] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，期望乙締和氨氣二者作為產(chǎn)物，并且運(yùn)兩種產(chǎn)物隨 著它們?cè)诜磻?yīng)器中形成而彼此分離。
[0057]等離子體源
[0058]優(yōu)選的等離子體源是，作為根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)的一部分，能夠破壞甲燒中的至少 一個(gè)C-H鍵的裝置。進(jìn)一步優(yōu)選地，選擇等離子體源W有助于根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)的有利特 性。
[0059] 等離子體源是技術(shù)人員已知的?？蒞采用任何技術(shù)人員已知的W及他認(rèn)為適于本 發(fā)明的上下文的等離子體源，如非熱等離子體(低溫等離子體，non-thermalplasma)、電暈 放電（coronadischarge)、介電阻擋放電（dielectricbarrierdischarge)、微波放電 (microwavedischarge)和正常輝光放電（glowdi