甲烷氧化偶联制乙烯工艺的能量利用

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1、甲烷氧化偶联制乙烯工艺的能量利用　　论文关键词：甲烷氧化偶联　乙烯　电能　联产　　论文摘要：甲烷氧化偶联反应（OCM）的提出为由资源丰富且相对廉价的天然气替代主要由石脑油制取乙烯提供了新的可能途径，并且该途径是通过一步法制乙烯，是现有乙烯生产工艺中最为简捷的途径。但是由于甲烷化学性质稳定，使甲烷氧化偶联制乙烯的转化率一直无法突破30％（最低的工业生产要求）。近期研究发现，可以利用OCM反应放出的热量来实现乙烯生产和发电的结合，以提高它的经济效益，增加实现工业化的可能性。本文介绍了有关OCM的先进技术，并主要对OCM反应热量的利用进行了分析，提出生产

2、高温高压蒸汽，实施冷热电联产。　　Keyethane；ethylene；electricity；co-generation　　Abstract：Thereactionofoxidativecouplingofmethane（OCM）providesaneaterial.Itgainsethylenebyonestep，plestanddirectestinproducingethylenenoethaneisverysteady，sotheyieldofethylenecannotbreakthrough30%，edthatthismaybeove

3、rebyproducingnotonlyethylenebutalsoelectricitybymakinguseoftheheatfromtheexothermiccouplingreaction.Theethanecanincreaseeconomicbenefitandfeasibilityinindustrialization.Thispaperintroducesadvancedtechnologyonthereactionofoxidativecouplingofmethaneandmainlystudiestheheatfromthe

4、exothermiccouplingreaction，peratureandhighpressuresteamtoetruebinedcold，hotandpo3，天然气储采比已由1973年的47、1983年的58提高到2000年的61，超过石油储采比39.9。所以，如何很好地利用天然气以缓解石油紧缺是全世界相当关注的问题。天然气中C2、C3等低碳烃可用于制乙烯，但由于其含量低，且我国天然气中“湿气”比例不高，所以研究利用甲烷制乙烯显得十分紧迫。　　从1982年，美国UCC公司的Keller和Bhasin[1]发表第一篇报告以来，甲烷氧化偶联制乙烯

5、（OCM）受到世界的普遍关注。经过20多年的研究，虽然取得了一些成就，但是由于甲烷性质稳定，而且由甲烷制得的产物的活性比甲烷还要强，所以OCM反应的产率一直达不到工业的要求（工业要求乙烯的产率最低为30％）[2]。但是，近来一些研究发现[3]，由于OCM反应是高温强放热反应，如果充分利用　　其热量实施热电冷联产，就可以提高其整个工艺过程的能量利用效率（甚至实现能量外供），降低生产成本，最终达到提高OCM技术实用性的目的；同时还可以有效地控制反应温度，避免反应加深，生成丙烯、丁烯、CO2等副产物，提高C2H4的选择性，提高经济效益。　　1甲烷氧化偶联

6、制乙烯　　1.1甲烷氧化偶联制乙烯的历程　　OCM反应的机理很复杂[4]，一般认为它是催化剂表面活性氧种引发的多相－均相自由基反应。活性氧在催化剂表面夺去CH4中一个H产生CH3·，CH3·气相偶联成C2H6，然后脱氢制得乙烯。乙烯和乙烷在催化剂表面或气相中深度氧化必将导致CO2的生成。　　反应历程可表示为　　4CH4+O2→2C2H6+2H2O　　ΔH25℃=-177kJ/mol　　ΔH800℃＝-174.3kJ/mol　　高温下，乙烷脱氢生成乙烯：　　C2H6+0.5O2→C2H4+H2O　　ΔH25℃=-105kJ/mol　　ΔH800℃＝-

7、103.9kJ/mol　　除此之外，还有其他副反应生成CO2、CO、H2等副产品：　　CH4+2O2→CO2+2H2O　　ΔH25℃=-802kJ/mol　　ΔH800℃＝-801.6kJ/mol　　但CO、H2会通过循环系统回到反应器，经过甲烷化变成甲烷。　　OCM反应是高温强放热反应，加上其他副反应，整个反应所释放出来的热量会更多，因此，热量的有效释放和反应温度的有效控制相当重要。　　1.2甲烷氧化偶联反应器　　OCM反应器必须满足以下条件：　　(1)在固相催化剂条件下的气相反应；　　(2)压力为1bar，温度为600～900℃；　　(3)产率

8、大概为20％甚至更高；　　(4)高的热量移出能力（大概为34MJ/kg乙烯）；　　(5)大规模（经济规模是100kt/a乙