RU2134675C1 - Method of preparing c2-c3 hydrocarbons - Google Patents
Method of preparing c2-c3 hydrocarbons Download PDFInfo
- Publication number
- RU2134675C1 RU2134675C1 RU98114072A RU98114072A RU2134675C1 RU 2134675 C1 RU2134675 C1 RU 2134675C1 RU 98114072 A RU98114072 A RU 98114072A RU 98114072 A RU98114072 A RU 98114072A RU 2134675 C1 RU2134675 C1 RU 2134675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- methane
- oxides
- rare
- mixture
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам получения углеводородов C2-C3: этилена (этана) и пропилена (пропана), являющихся исходным сырьем для получения полимерных материалов и других органических продуктов.The invention relates to the field of chemical technology, and in particular to methods for producing C 2 -C 3 hydrocarbons: ethylene (ethane) and propylene (propane), which are the feedstock for the production of polymeric materials and other organic products.
Известен (US N 5336826 A, 09.08.94) [1] способ получения указанных продуктов на гетерогенном катализаторе путем окислительных превращений метана. В качестве катализатора используют соединения элементов III - VIII групп периодической системы, такие как оксиды титана, циркония и церия, промотированные литием, а также промотированную литием промышленную смесь оксидов РЭЭ цериевой группы, состоящую в основном из оксида церия. Молярное отношение литий/металл составляет 2:1. Катализатор готовят смешением оксидов металлов с карбонатом лития при добавлении воды, сушат при 125oC и прокаливают при 800oC. При подаче газовой смеси, содержащий метан и кислород в соотношении CH4:O2=2-12:1, скорости подачи сырья 600-1200 ч-1 и температуре 690-836oC, максимальная конверсия метана достигает 41,2% при селективности по целевым продуктам 52,9%, а максимальная селективность по целевым продуктам достигает 77,5% при конверсии метана 15,3%. Максимальная производительность катализаторов по целевым продуктам не превышает 56 мл/мл катализатора в час.Known (US N 5336826 A, 09.08.94) [1] a method for producing these products on a heterogeneous catalyst by oxidative conversion of methane. As the catalyst, compounds of the elements of groups III - VIII of the periodic system, such as titanium, zirconium and cerium oxides promoted by lithium, as well as lithium-promoted industrial mixture of cerium group REE oxides, consisting mainly of cerium oxide, are used. The molar ratio of lithium / metal is 2: 1. The catalyst is prepared by mixing metal oxides with lithium carbonate when water is added, dried at 125 o C and calcined at 800 o C. When applying a gas mixture containing methane and oxygen in the ratio of CH 4 : O 2 = 2-12: 1, the feed rate 600-1200 h -1 and a temperature of 690-836 o C, the maximum methane conversion reaches 41.2% with a selectivity for the target products of 52.9%, and the maximum selectivity for the target products reaches 77.5% with a methane conversion of 15.3% . The maximum productivity of the catalysts for the target products does not exceed 56 ml / ml of catalyst per hour.
Недостатком способа является низкий выход целевых продуктов. The disadvantage of this method is the low yield of target products.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ превращения метана в высшие углеводороды на катализаторе, составленном из смеси, содержащей по 0,2 г карбоната самария, ацетата неодима и ацетата лантана (US 4929787 A, 29.05.90) [2]. На данном катализаторе при 750oC и подаче 947 мл/мин смеси метана и кислорода, содержащей 5% O2, конверсия метана составляет 9,3%, выход C2 - продуктов - 7,01%, причем содержание этилена не превышает 30%.The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a method of converting methane to higher hydrocarbons on a catalyst composed of a mixture containing 0.2 g of samarium carbonate, neodymium acetate and lanthanum acetate (US 4929787 A, 05.29.90) [2] . On this catalyst at 750 o C and a flow of 947 ml / min of a mixture of methane and oxygen containing 5% O 2 , the methane conversion is 9.3%, the yield of C 2 products is 7.01%, and the ethylene content does not exceed 30% .
Производительность катализатора по C2 - продуктам составляет 3210 мл/г катализатора в час (по этилену - 884 мл/г катализатора в час). Эти результаты уступают полученным там же на катализаторе-карбонате лантана, промотированном стронцием. Этот катализатор при 854oC и скорости подачи метанкислородной смеси (13% O2) 1050 мл/мин с добавлением водяного пара обеспечивает конверсию метана 19,5%, селективность по этилену 36,9%, селективность по этану 35,3%, выход C2 - продуктов 14,08%.The productivity of the catalyst for C 2 products is 3210 ml / g of catalyst per hour (for ethylene - 884 ml / g of catalyst per hour). These results are inferior to those obtained on the lanthanum carbonate catalyst promoted with strontium. This catalyst at 854 ° C and a methane-oxygen mixture feed rate (13% O 2 ) of 1050 ml / min with the addition of water vapor provides a methane conversion of 19.5%, an ethylene selectivity of 36.9%, an ethane selectivity of 35.3%, yield C 2 - products of 14.08%.
Недостатками данного способа являются использование в процессе катализатора, полученного из дорогостоящих чистых солей РЗЭ, низкая селективность катализаторов по этилену даже при высокой температуре (что сильно осложняет разделение продуктов реакции и вызывает необходимость рециркуляции большого количества метана и этана) и необходимость использовать метан-кислородную смесь, являющуюся взрывоопасной и дорогой (из-за использования чистого кислорода). The disadvantages of this method are the use in the process of a catalyst obtained from expensive pure REE salts, low selectivity of catalysts for ethylene even at high temperatures (which greatly complicates the separation of reaction products and necessitates the recycling of a large amount of methane and ethane) and the need to use a methane-oxygen mixture, being explosive and expensive (due to the use of pure oxygen).
Задачей изобретения является упрощение и удешевление способа получения углеводородов C2 - C3 за счет использования катализаторов, представляющих смесь оксидов РЗЭ, полученную промышленной переработкой руд, использования более безопасной и дешевый метан-воздушной смеси, а также повышение селективности процесса по целевым продуктам.The objective of the invention is to simplify and reduce the cost of producing hydrocarbons C 2 - C 3 through the use of catalysts representing a mixture of REE oxides obtained by industrial processing of ores, the use of a safer and cheaper methane-air mixture, as well as increasing the selectivity of the process for the target products.
Поставленная задача решается предлагаемым способом получения углеводородов C2 - C3 окислительным превращением метана в присутствии катализатора при повышенной температуре, в котором согласно изобретению в качестве катализатора используют смесь оксидов РЗЭ европиево- иттриевой или самариево-тербиевой группы, полученную из промышленных азотнокислых растворов редкоземельных элементов.The problem is solved by the proposed method for producing C 2 - C 3 hydrocarbons by oxidative conversion of methane in the presence of a catalyst at elevated temperature, in which according to the invention, a mixture of REE oxides of a europium-yttrium or samarium-terbium group obtained from industrial nitric acid solutions of rare-earth elements is used as a catalyst.
А также тем, что в качестве катализатора используют смесь оксидов редкоземельных элементов европиево-иттриевой группы, имеющую состав (мас.% в пересчете на оксиды R2O3):Sm 7-9; Eu 1-3; Gd 8-9; Tb 1-2; Dy 7-9; Ho 1-3; Er 4-6; Tm 0,1-1; Yb 3-5; Y 60-62; La 0,1-0,2; Ce 0,1-0,2; Pr 0,1-0,3; Nd 0,1 - 0,3; в качестве катализатора используют смесь оксидов редкоземельных элементов самариево-тербиевой группы, имеющую состав (мас.% в пересчете на оксилы R2O3): Sm 35-40, Eu 8-12; Gd 40-55; Td 4-7; Ce 0,1-0,3; Nd 0,4-0,6; Dy 4-5; Lu 0,1-0,2; Y 1-2; используют катализатор, содержащий в качестве промотора оксид лития в количестве 1-3 мас.%; процесс ведут при температуре 700-870oC; превращению подвергают метанвоздушные смеси с мольным отношением метан: кислород, равном от 6,1:1 до 19,7:1; скорость подачи метанвоздушной смеси составляет 10000-144670 мг/г катализатора в час.And also by the fact that a catalyst is used a mixture of oxides of rare-earth elements of the europium-yttrium group, having the composition (wt.% In terms of oxides R 2 O 3 ): Sm 7-9; Eu 1-3; Gd 8-9; Tb 1-2; Dy 7-9; Ho 1-3; Er 4-6; Tm 0.1-1; Yb 3-5; Y 60-62; La 0.1-0.2; Ce 0.1-0.2; Pr 0.1-0.3; Nd 0.1-0.3; as a catalyst, a mixture of rare-earth oxides of the samarium-terbium group is used, having the composition (wt.% in terms of R 2 O 3 oxides): Sm 35-40, Eu 8-12; Gd 40-55; Td 4-7; Ce 0.1-0.3; Nd 0.4-0.6; Dy 4-5; Lu 0.1-0.2; Y 1-2; using a catalyst containing as a promoter lithium oxide in an amount of 1-3 wt.%; the process is conducted at a temperature of 700-870 o C; methane-air mixtures with a molar ratio of methane: oxygen equal to from 6.1: 1 to 19.7: 1 are subjected to conversion; the feed rate of the methane-air mixture is 10000-144670 mg / g of catalyst per hour.
Используемые в предлагаемом способе в качестве катализатора смеси РЗЭ получают напрямую из дешевых промышленных азотнокислых растворов РЗЭ, тогда как используемые в [2] чистые соли РЗЭ получают многостадийным сложным и дорогостоящим способом. The REE mixtures used in the proposed method as a catalyst are obtained directly from cheap industrial REE nitric solutions, while the pure REE salts used in [2] are obtained in a multi-stage complex and expensive way.
Используемый в [1] концентрат оксидов РЗЭ легкой группы (содержащий преимущественно церий) дешев, но неэффективен как катализатор. The light-group REE concentrate used in [1] (mainly containing cerium) is cheap but ineffective as a catalyst.
Используемые в предлагаемом способе катализаторы не меняют активности в течение 300 и более часов работы, позволяя получать C2 - C3 углеводороды из метан- воздушной смеси при конверсии метана до 20,5%, селективности по целевым продуктам до 86%, селективности по этилену до 54,4%. Производительность катализатора по этилену и пропилену составляет до 1520 мл/г катализатора в час.The catalysts used in the proposed method do not change activity for 300 or more hours of operation, making it possible to obtain C 2 - C 3 hydrocarbons from a methane-air mixture with methane conversion up to 20.5%, target product selectivity up to 86%, ethylene selectivity up to 54.4%. The productivity of the catalyst for ethylene and propylene is up to 1520 ml / g of catalyst per hour.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Приготовление катализаторов. Катализаторы готовят из получаемых в промышленности водных растворов нитратов редкоземельных элементов, прошедших стадию группового разделения, соответствующих ТУ 05.20.094.88 "Редкоземельные элементы. Концентрат европиево-иттриевый. Азотнокислые растворы". Example 1. Preparation of catalysts. The catalysts are prepared from aqueous solutions of rare-earth elements nitrates obtained in the industry, which have passed the group separation stage, corresponding to TU 05.20.094.88 "Rare-earth elements. Euro-yttrium concentrate. Nitric acid solutions".
Растворы подвергают обработке избытком углекислого газа или щавелевой кислоты, получая осадок оксалатов или карбонатов редкоземельных элементов. Осадок высушивают при 100oC и прокаливают в муфельной печи 2 часа при 850oC. После прокалки получают смесь оксидов РЗЭ. Оксиды РЗЭ могут быть промотированы литием путем пропитки необходимым количеством водного раствора нитрата лития с последующей сушкой и прокалкой.The solutions are treated with excess carbon dioxide or oxalic acid to obtain a precipitate of rare earth oxalates or carbonates. The precipitate is dried at 100 ° C. and calcined in a muffle furnace for 2 hours at 850 ° C. After calcination, a mixture of REE oxides is obtained. REE oxides can be promoted with lithium by impregnation with the necessary amount of an aqueous solution of lithium nitrate, followed by drying and calcination.
Катализаторы можно формовать или использовать в виде порошка. The catalysts can be molded or used in powder form.
Были получены катализаторы следующего состава. Catalysts of the following composition were obtained.
Катализатор N 1. Концентрат оксидов РЗЭ среднетяжелой группы (европиево- иттриевый концентрат) состава (мас.% в пересчете на оксиды R2O3): Sm 7,9; Eu 1,8; Gd 8,5; Tb 1,0; Dy 7,7; Ho 1,7; Er 4,8; Tm 0,6; Yb 4,1; Y 61,4; La O,1; Ce 0,1; Pr 0,1; Nd 0,2.Catalyst
Катализатор N 2. Концентрат оксидов РЗЭ средней группы (самариево-тербиевый концентрат) состава (мас.% в пересчете на оксиды R2O3): Sm 35,0; Eu 8,1; Gd 46,6; Tb 4,3; Ce 0,1; Nd 0,5; Dy 4,2; Lu 0,1; Y 1,1.Catalyst
Катализатор N 3. Приготовлен из катализатора N 1 введением 1 мас.% Li2O.Catalyst
Катализатор N 4. Приготовлен из катализатора N 1 введением 2 мас.% Li2O.Catalyst
Катализатор N 5. Приготовлен из катализатора N 1 ведением 3 мас.% Li2O.Catalyst
Пример 2-28. В вертикальный обогреваемый кварцевый реактор проточного типа внутренним диаметром 35 мм с расположенным в центре карманом для термопары наружным диаметром 10 мм помещают 2 г катализатора между слоями кварцевой крошки. Высота слоя катализатора 5 мм. В реактор подают метанвоздушную смесь. Катализатор нагревают до нужной температуры и вводят газовую смесь, выходящую из реактора через водяной холодильник в хроматограф для анализа. Example 2-28. In a vertical heated flow-through quartz reactor with an internal diameter of 35 mm and a central thermocouple pocket with an external diameter of 10 mm, 2 g of catalyst are placed between the layers of quartz chips. The height of the catalyst layer is 5 mm. The methane-air mixture is fed to the reactor. The catalyst is heated to the desired temperature and a gas mixture is introduced leaving the reactor through a water cooler into a chromatograph for analysis.
Результаты, полученные на разных катализаторах при варьировании температуры от 700 до 870oC, мольного отношения метан: кислород в метанвоздушной сырьевой смеси от 4,6 до 19,7 скорость ее подачи (W) мг/г катализатора в час от 10000 до 144670, приведены в таблице. В качестве показателей эффективности способа выбраны конверсия метана, селективность образования продуктов реакции (в расчете на превращенный метан) и выход продуктов.The results obtained on different catalysts when varying the temperature from 700 to 870 o C, the molar ratio of methane: oxygen in the methane-air feed mixture from 4.6 to 19.7, its feed rate (W) mg / g of catalyst per hour from 10000 to 144670, are given in the table. Methane conversion, the selectivity of the formation of reaction products (based on converted methane), and the yield of products were selected as indicators of the effectiveness of the method.
Как видно из данных, приведенных в таблице, предложенный способ обеспечивает селективность по этилену до 54,4% и по сумме C2+- продуктов - до 89,2%. Выход этих продуктов достигает 16,2%. По указанным показателям предложенный способ превосходит прототип и аналог, использующие более дорогие катализаторы и сырье.As can be seen from the data given in the table, the proposed method provides an ethylene selectivity of up to 54.4% and a total of C 2+ products of up to 89.2%. The yield of these products reaches 16.2%. According to these indicators, the proposed method is superior to the prototype and analogue using more expensive catalysts and raw materials.
Сравнение примеров 2-5 показывает, что увеличение температуры с 750 до 870oC способствует росту селективности по этилену при использовании катализатора N 1. Аналогичные выводы можно сделать и для других катализаторов на основании примеров 8-11, 12-13, 14-15, 17-18, 19-22.A comparison of examples 2-5 shows that an increase in temperature from 750 to 870 o C contributes to an increase in ethylene selectivity using
Примеры 6,8,23 показывает, что проведение процесса при температуре ниже 700oC нецелесообразно.Examples 6,8,23 shows that the process at a temperature below 700 o C is impractical.
Сравнение примеров 1-11 и 12-25 показывает, что введение литиевого промотора в количестве 1-3 мас.% улучшает достигаемые показатели. A comparison of examples 1-11 and 12-25 shows that the introduction of a lithium promoter in an amount of 1-3 wt.% Improves the achieved performance.
Литература
1. Патент США N 5336826, МКИ C 07 C 2/00, нац. кл. 585/500, заявл. 22.12.1986, опубл. 9.08.1994 г.Literature
1. US patent N 5336826, MKI C 07
2. Патент США N 4929787, МКИ C 07 C 2/00, нац. кл. 585/500, заявл. 4.08.1988, опубл. 29.05.1990 г. 2. US patent N 4929787, MKI C 07
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114072A RU2134675C1 (en) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | Method of preparing c2-c3 hydrocarbons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114072A RU2134675C1 (en) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | Method of preparing c2-c3 hydrocarbons |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2134675C1 true RU2134675C1 (en) | 1999-08-20 |
Family
ID=20208789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98114072A RU2134675C1 (en) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | Method of preparing c2-c3 hydrocarbons |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2134675C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9956544B2 (en) | 2014-05-02 | 2018-05-01 | Siluria Technologies, Inc. | Heterogeneous catalysts |
US9963402B2 (en) | 2011-05-24 | 2018-05-08 | Siluria Technologies, Inc. | Catalysts for petrochemical catalysis |
US10195603B2 (en) | 2010-05-24 | 2019-02-05 | Siluria Technologies, Inc. | Production of ethylene with nanowire catalysts |
US10300465B2 (en) | 2014-09-17 | 2019-05-28 | Siluria Technologies, Inc. | Catalysts for natural gas processes |
US10308565B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-06-04 | Silura Technologies, Inc. | Catalysts for petrochemical catalysis |
US11078132B2 (en) | 2011-11-29 | 2021-08-03 | Lummus Technology Llc | Nanowire catalysts and methods for their use and preparation |
US11370724B2 (en) | 2012-05-24 | 2022-06-28 | Lummus Technology Llc | Catalytic forms and formulations |
-
1998
- 1998-07-27 RU RU98114072A patent/RU2134675C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10195603B2 (en) | 2010-05-24 | 2019-02-05 | Siluria Technologies, Inc. | Production of ethylene with nanowire catalysts |
US9963402B2 (en) | 2011-05-24 | 2018-05-08 | Siluria Technologies, Inc. | Catalysts for petrochemical catalysis |
US10654769B2 (en) | 2011-05-24 | 2020-05-19 | Siluria Technologies, Inc. | Catalysts for petrochemical catalysis |
EA036627B1 (en) * | 2011-05-24 | 2020-12-01 | Силурия Текнолоджиз, Инк. | Catalysts for petrochemical catalysis |
US11795123B2 (en) | 2011-05-24 | 2023-10-24 | Lummus Technology Llc | Catalysts for petrochemical catalysis |
US11078132B2 (en) | 2011-11-29 | 2021-08-03 | Lummus Technology Llc | Nanowire catalysts and methods for their use and preparation |
US11370724B2 (en) | 2012-05-24 | 2022-06-28 | Lummus Technology Llc | Catalytic forms and formulations |
US10308565B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-06-04 | Silura Technologies, Inc. | Catalysts for petrochemical catalysis |
US10865166B2 (en) | 2013-03-15 | 2020-12-15 | Siluria Technologies, Inc. | Catalysts for petrochemical catalysis |
US9956544B2 (en) | 2014-05-02 | 2018-05-01 | Siluria Technologies, Inc. | Heterogeneous catalysts |
US10780420B2 (en) | 2014-05-02 | 2020-09-22 | Lummus Technology Llc | Heterogeneous catalysts |
US10300465B2 (en) | 2014-09-17 | 2019-05-28 | Siluria Technologies, Inc. | Catalysts for natural gas processes |
US11000835B2 (en) | 2014-09-17 | 2021-05-11 | Lummus Technology Llc | Catalysts for natural gas processes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9364817B2 (en) | Oxide catalyst and method for producing the same, and methods for producing unsaturated aldehyde, diolefin, and unsaturated nitrile | |
CN103118777B (en) | Nano-wire catalyst | |
RU2495024C2 (en) | Method for oxidative ammonolysis or oxidation of propane and isobutane | |
KR20120031953A (en) | Catalysts for oxidative coupling of hydrocarbons | |
KR20120109998A (en) | Process for the oxidative coupling of methane | |
EA023714B1 (en) | Zinc and manganese aluminate catalyst useful for alkane dehdyrogenation | |
US4192776A (en) | Catalysts and process for the ammoxidation of olefins | |
US8927455B2 (en) | Single-step precipitation method of producing magnesia-zirconia complex carrier for catalyst for oxidative dehydrogenation of n-butane, magnesium orthovanadate catalyst supported on magnesia-zirconia complex carrier, and method of producing n-butene and 1,3-butadiene using said catalyst | |
RU2134675C1 (en) | Method of preparing c2-c3 hydrocarbons | |
CN101417229A (en) | Catalyst for organic carboxylic acid ester synthesis, preparation and use thereof | |
US5043308A (en) | Crystalline rare earth aluminum borates | |
JP2571954B2 (en) | Method for converting methane to higher hydrocarbons | |
Santhanalakshmi et al. | Selective N-methylation of aniline by calcined MgIIAlIII layered double hydroxides | |
JP2007137785A (en) | Method for dehydration of polyhydridic alcohol | |
CA2283137A1 (en) | Use of ce/zr mixed oxide phase for the manufacture of styrene by dehydrogenation of ethylbenzene | |
US4460705A (en) | Catalyst for oxidative dimerization | |
US7754910B2 (en) | Mixed metal oxide catalysts for the ammoxidation of propane and isobutane | |
RU2341507C1 (en) | Method of obtaining hydrocarbons c2-c3 | |
CN104529819A (en) | Acetic acid ammonization method for preparing acetonitrile | |
Landau et al. | Oxidative conversion of LPG to olefins with mixed oxide catalysts: Surface chemistry and reactions network | |
KR20080096686A (en) | Use of chemical reaction to separate ethylene from ethane-based process to produce acetic acid | |
EP0450810B1 (en) | Process for the production of hydrocarbons with two or more carbon atoms from methane | |
US7531681B2 (en) | Process for the ammoxidation of propane and isobutane | |
US4929763A (en) | Alcohol conversion | |
KR101745677B1 (en) | Catalyst for dehydration of glycerin, method of preparing the same, and preparing method of acrolein |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110728 |