[发明专利]一种基于太阳能光催化耦合热裂解制取丙烯的方法及系统

说明书

本发明属于丙烯制取技术领域，并公开了一种基于太阳能光催化耦合热裂解制取丙烯的方法及系统。该方法包括S1将丙酮气体与正丁烷气体混合，形成混合气体I；S2对混合气体I进行光照，以得到含有甲基自由基的混合气体Ⅱ；S3加热混合气体Ⅱ，得到混合气体Ⅲ；S4对混合气体Ⅲ进行梯度降温，以获取液态丙烯以及其他混合气体；S5将获取液态丙酮和液态正丁烷用于下一循环反应。本发明还公开了采用上述方法进行制取丙烯的系统。本发明通过将气化的丙酮光解产生甲基自由基作为催化剂的机理与正丁烷热解反应的机理结合起来，使得正丁烷热解反应需能更低，最终获取的丙烯产物量高。

技术领域

本发明属于丙烯制取技术领域，更具体地，涉及一种基于太阳能光催化耦合热裂解制取丙烯的方法及系统。

背景技术

低碳烯烃(Light Olefins)，如乙烯、丙烯、丁烯等，是重要的基本有机化工原料，其重要用途之一是通过烯烃齐聚反应制备环境友好的液体烃燃料，特别是航用燃油。而现有低碳烯烃的制备以石油等不可再生的化石能源为最主要原料，我国已成为全球第二大乙烯生产国，这进一步加剧了我国的对外原油依赖度，同时我国乙烯、丙烯的市场仍然供不应求，目前乙烯和丙烯的对外依存度仍分别为52.5％和38％左右，因此开发非石油原料生产低碳烯烃方法对减少对石油的消耗、缓解低碳烯烃的供需矛盾有着重要的意义。

目前我国的低碳烯烃主要是通过传统的热化学方法低碳烯烃生产主要依靠催化裂解重油和蒸气裂解石脑油，再由石脑油或柴油等长链烃类蒸汽裂解得到。随着石油资源日趋短缺,石油价格大幅度提高,石油路线制备低碳烯烃在未来发展中必将受到限制。欧美，加拿大等发达国家的烯烃主要来源于乙烷脱氢或者重质烷烃裂解生产的。我国的传统工艺过程非常复杂，且效率低，能耗高，本领域亟需做出进一步的研究和改进，以开发一种相对简单的转化制备低碳烯烃的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于太阳能光催化耦合热裂解制取丙烯的方法，其通过将气化的丙酮光解产生甲基自由基作为催化剂的机理与正丁烷热解反应的机理结合起来，进而相应的能够利用太阳光提供的特定波长和热能，使得正丁烷热裂解反应获取丙烯需能更低，同时，所获得的产物丙烯的纯度和产量更高，同时其他相应产物能够高效地参与下一循环反应，本方法与现有技术相比在不消耗其他天然气等化石能源的基础上，能够在低能耗条件下转化制备低碳烯烃，具有结构紧凑、操作工艺简单、太阳能利用率高、初始投入成本低，环境友好等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种基于太阳能光催化耦合热裂解制取丙烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1将丙酮气体与正丁烷气体混合，形成混合气体I；

S2对混合气体I进行光照，使得混合气体I中的丙酮气体进行光解，以得到含有甲基自由基的混合气体Ⅱ；

S3加热混合气体Ⅱ，使得混合气体Ⅱ中的正丁烷气体在甲基自由基的催化作用下发生热裂解反应，得到含有丙酮、正丁烷、甲烷、丙烯、乙烷和乙烯的混合气体Ⅲ；

S4根据混合气体Ⅲ各组分气体的沸点和熔点的不同，对混合气体Ⅲ进行梯度降温，依次获取液态丙酮、液态正丁烷、液态丙烯以及其他混合气体；

S5将获取液态丙酮和液态正丁烷用于下一循环反应。

进一步的，所述混合气体I中，丙酮与正丁烷的摩尔体积比为10:1～4:1。

进一步的，所述S2中采用波长为220nm～335nm光对混合气体I进行光照。

进一步的，所述S3中混合气体Ⅱ的加热温度为340℃～360℃。

进一步的，所述S4具体包括以下步骤：

S21将混合气体Ⅲ降温至0℃～50℃，分离出液态丙酮，并将分离出的丙酮作为原料，参与下一个循环反应；