[发明专利]甲烷化催化剂和甲烷化法处理甲烷氧化偶联制乙烯反应尾气的方法

说明书

本发明涉及甲烷氧化偶联反应领域，具体地，涉及一种甲烷化催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的催化剂能够将甲烷氧化偶联反应尾气作为原料合成甲烷，实现了甲烷氧化偶联反应原料的回收和循环利用，挺高了甲烷氧化偶联反应工业化应用的整体碳原子利用率，降低了生产成本，实现了可持续生产。

技术领域

本发明涉及甲烷氧化偶联反应领域，具体地，涉及一种甲烷化催化剂和甲烷化法处理甲烷氧化偶联制乙烯反应尾气的方法。

背景技术

甲烷氧化偶联反应是甲烷化工利用最直接最有效的途径，而且随着全球天然气储量探明和天然气开采技术的进步，对甲烷氧化偶联反应的研究，尤其是针对甲烷氧化偶联反应的工业化应用的研究也越来越热门。目前，针对甲烷氧化偶联工艺的研究主要针对提高反应转化率和选择性，而对于反应原料回收循环利用的研究却较少。

甲烷氧化偶联反应产物分离出乙烯等目标产物后所产生的尾气主要成分为未反应的CO、H₂、CH₄等，其中的CO和H₂含量较低，而且其中H₂和CO的体积比较低。一般对于甲烷氧化偶联反应尾气的处理方法为氧化燃烧法，将其转化为CO₂和H₂O，但是这种方法不仅对碳原子的利用效率低，而且还造成了原料的浪费，但是将尾气中的各组分重新分离再调配后用于甲烷氧化偶联反应则会很大程度地提高成本，不利于甲烷氧化偶联反应工业化应用。若能直接将甲烷氧化偶联反应尾气进行甲烷化处理，使其转化为CH₄，则能实现反应原料的循环利用，不仅降低甲烷氧化偶联反应工业化应用的成本，而且更符合可持续发展需要。然而，由于甲烷氧化偶联反应尾气中的H₂和CO的体积比较低，且含有大量CH₄，使得仅利用甲烷氧化偶联反应尾气作为原料的甲烷化反应在热力学上面临较大阻碍，而且反应效率和原料转化率都较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的以甲烷氧化偶联反应尾气作为原料进行甲烷制备时反应效率和原料转换率低的问题，提供一种甲烷化催化剂和甲烷化法处理甲烷氧化偶联制乙烯反应尾气的方法。本发明提供的催化剂能够将甲烷氧化偶联反应尾气中含量较少的CO和H₂转化为原料甲烷，实现甲烷氧化偶联反应原料的回收和循环利用，提高了碳原子利用率，并且提高了甲烷氧化偶联反应工业化应用的经济可行性。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种甲烷化催化剂，所述催化剂包括载体、活性组分和任选的助剂，其中，所述载体选自Al₂O₃和/或全硅分子筛，所述活性组分为Ni，所述助剂选自La和/或Mn。

本发明第二方面提供一种制备甲烷化催化剂的方法，所述方法包括将活性组分前驱体和任选的助剂前驱体负载于载体上，而后依次进行干燥和焙烧；

其中，所述载体选自Al₂O₃和/或全硅分子筛，所述活性组分前驱体为Ni前驱体，所述助剂前驱体选自La前驱体和/或Mn前驱体。

本发明第三方面提供如上所述的方法制备获得的甲烷化催化剂。

本发明第四方面提供如前所述的甲烷化催化剂在甲烷氧化偶联反应尾气处理中的应用。

本发明第五方面提供一种处理甲烷氧化偶联反应尾气的方法，所述方法包括：将甲烷氧化偶联反应尾气与如前所述的甲烷化催化剂接触，在甲烷化条件下，发生甲烷化反应。

本发明第六方面提供如前所述的催化剂和方法在甲烷催化偶联反应中的应用，尤其是在工业化甲烷催化偶联反应中的应用。

通过上述技术方案，本发明能够取得以下有益效果：