甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯工藝的能量利用

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1、甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯工藝的能量利用　　論文關鍵詞：甲烷氧化偶聯(lián)　乙烯　電能　聯(lián)產(chǎn)　　論文摘要：甲烷氧化偶聯(lián)反應（OCM）的提出為由資源豐富且相對廉價的天然氣替代主要由石腦油制取乙烯提供了新的可能途徑，并且該途徑是通過一步法制乙烯，是現(xiàn)有乙烯生產(chǎn)工藝中最為簡捷的途徑。但是由于甲烷化學性質(zhì)穩(wěn)定，使甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯的轉(zhuǎn)化率一直無法突破30％（最低的工業(yè)生產(chǎn)要求）。近期研究發(fā)現(xiàn)，可以利用OCM反應放出的熱量來實現(xiàn)乙烯生產(chǎn)和發(fā)電的結(jié)合，以提高它的經(jīng)濟效益，增加實現(xiàn)工業(yè)化的可能性。本文介紹了有關OCM的先進技術，并主要對OCM反應熱量的利用進行了分析，提出生產(chǎn)

2、高溫高壓蒸汽，實施冷熱電聯(lián)產(chǎn)?！　eyethane；ethylene；electricity；co-generation　　Abstract：Thereactionofoxidativecouplingofmethane（OCM）providesaneaterial.Itgainsethylenebyonestep，plestanddirectestinproducingethylenenoethaneisverysteady，sotheyieldofethylenecannotbreakthrough30%，edthatthismaybeove

3、rebyproducingnotonlyethylenebutalsoelectricitybymakinguseoftheheatfromtheexothermiccouplingreaction.Theethanecanincreaseeconomicbenefitandfeasibilityinindustrialization.Thispaperintroducesadvancedtechnologyonthereactionofoxidativecouplingofmethaneandmainlystudiestheheatfromthe

4、exothermiccouplingreaction，peratureandhighpressuresteamtoetruebinedcold，hotandpo3，天然氣儲采比已由1973年的47、1983年的58提高到2000年的61，超過石油儲采比39.9。所以，如何很好地利用天然氣以緩解石油緊缺是全世界相當關注的問題。天然氣中C2、C3等低碳烴可用于制乙烯，但由于其含量低，且我國天然氣中“濕氣”比例不高，所以研究利用甲烷制乙烯顯得十分緊迫?！　?982年，美國UCC公司的Keller和Bhasin[1]發(fā)表第一篇報告以來，甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯

5、（OCM）受到世界的普遍關注。經(jīng)過20多年的研究，雖然取得了一些成就，但是由于甲烷性質(zhì)穩(wěn)定，而且由甲烷制得的產(chǎn)物的活性比甲烷還要強，所以OCM反應的產(chǎn)率一直達不到工業(yè)的要求（工業(yè)要求乙烯的產(chǎn)率最低為30％）[2]。但是，近來一些研究發(fā)現(xiàn)[3]，由于OCM反應是高溫強放熱反應，如果充分利用　　其熱量實施熱電冷聯(lián)產(chǎn)，就可以提高其整個工藝過程的能量利用效率（甚至實現(xiàn)能量外供），降低生產(chǎn)成本，最終達到提高OCM技術實用性的目的；同時還可以有效地控制反應溫度，避免反應加深，生成丙烯、丁烯、CO2等副產(chǎn)物，提高C2H4的選擇性，提高經(jīng)濟效益?！　?甲烷氧化偶聯(lián)

6、制乙烯　　1.1甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯的歷程　　OCM反應的機理很復雜[4]，一般認為它是催化劑表面活性氧種引發(fā)的多相－均相自由基反應?；钚匝踉诖呋瘎┍砻鎶Z去CH4中一個H產(chǎn)生CH3·，CH3·氣相偶聯(lián)成C2H6，然后脫氫制得乙烯。乙烯和乙烷在催化劑表面或氣相中深度氧化必將導致CO2的生成?！　》磻獨v程可表示為　　4CH4+O2→2C2H6+2H2O　　ΔH25℃=-177kJ/mol　　ΔH800℃＝-174.3kJ/mol　　高溫下，乙烷脫氫生成乙烯：　　C2H6+0.5O2→C2H4+H2O　　ΔH25℃=-105kJ/mol　　ΔH800℃＝-

7、103.9kJ/mol　　除此之外，還有其他副反應生成CO2、CO、H2等副產(chǎn)品：　　CH4+2O2→CO2+2H2O　　ΔH25℃=-802kJ/mol　　ΔH800℃＝-801.6kJ/mol　　但CO、H2會通過循環(huán)系統(tǒng)回到反應器，經(jīng)過甲烷化變成甲烷?！　CM反應是高溫強放熱反應，加上其他副反應，整個反應所釋放出來的熱量會更多，因此，熱量的有效釋放和反應溫度的有效控制相當重要?！　?.2甲烷氧化偶聯(lián)反應器　　OCM反應器必須滿足以下條件：　　(1)在固相催化劑條件下的氣相反應；　　(2)壓力為1bar，溫度為600～900℃；　　(3)產(chǎn)率

8、大概為20％甚至更高；　　(4)高的熱量移出能力（大概為34MJ/kg乙烯）；　　(5)大規(guī)模（經(jīng)濟規(guī)模是100kt/a乙