一、技术背景
现有甲烷化技术(CO或CO2甲烷化)因反应放热难以移出,导致必须高温下反应并使用三台反应器串联保障转化效率。因此现有甲烷化是高温高能耗高水耗的工艺过程。而且只有单一产品甲烷,有难以储存,受天然气消费波峰波谷影响,附加值较低的缺点,难以保证企业盈利。甲烷无氧芳构化仍存在着一些没有解决的问题。一方面,甲烷无氧芳构化反应严重受到热力学平衡限制,甲烷的转化率和苯的收率都比较低,目前报道的固定床反应器上,700℃温度下,甲烷的转化率约为12%,远低于工业化的要求,难以实现单独工业化。另一方面,较高的反应温度导致催化剂积碳严重,催化剂寿命非常短暂,使得该反应很难达到工业化的标准。催化剂的积碳失活和较低的转化率是甲烷无氧芳构化的两个重要问题。
CO转化为天然气和重要化工原料芳烃是解决能源问题和环境问题的有效途径。如采用本项目技术,经济性概算如下:年产40亿立方米合成天然气厂如果使用本课题技术,可年产32亿立方米天然气并联产46万吨芳烃,增加产值约28亿元。可以大幅度改善企业盈利水平。
目前,将甲烷化与芳构化耦合,合成天然气并联产高附加值芳烃的研究还未见任何报道。因此本项目具有很强的创新性。
二、技术介绍
本项目将通过CO甲烷化反应放热与甲烷芳构化反应吸热的耦合,实现在低温条件下CO加氢合成甲烷联产高附加值芳烃,增加产品种类,降低设备投资及能耗水耗并大幅度降低生产成本。创制同时具有CO甲烷化和甲烷芳构化活性中心的双功能催化剂,避免多活性中心的相互干扰,同时提高甲烷化和芳构化反应稳定性。解决企业产品单一销售波动大难以实现经济效益的实际问题。
主要研究内容
1)工艺条件研究
考察反应温度、空速、压力,确定两个反应的最佳耦合反应条件。
调控反应活性及热量平衡提高芳烃选择性。
通过反应热力学与动力学计算与模拟,研究两个反应的匹配规律。
2)催化材料研究
研究嵌入式催化材料的最佳配比及合成工艺条件。
研究嵌入式催化材料的合成机理指导催化材料的高效合成。
运用各种表征手段研究反应耦合机理。
3)研究催化剂工程放大规律,完成300-500ml以上催化剂装量的中试研究工作。
三、项目合作
研究目标
本项目独创性的将放热反应(甲烷化)与吸热反应(甲烷芳构化)的合理耦合,将反应放热原位移出实现反应过程强化,促进两个反应的高效进行。并创制具有甲烷化和甲烷芳构化双活性中心的嵌入式催化剂,实现两个反应的原位耦合。解决在低温下实现CO甲烷化和甲烷芳构化反应偶合及高效稳定运行问题。创制同时具有CO甲烷化和甲烷芳构化活性中心的双功能催化剂,避免多活性中心的相互干扰,同时提高甲烷化和芳构化反应稳定性。实现甲烷化联产高附加值芳烃,解决合成天然气工艺产品单一盈利水平低的问题。
形成CO甲烷化联产芳烃的独有技术,实现在300-400度低温下CO转化率大于90%,芳烃选择性大于20%,并稳定运行。
催化剂稳定运行200小时以上。完成300-500ml以上催化剂装量的小试工作,为工程放大做好准备工作。
合作方式
拟采取联合开发的合作方式。本项目拟进行12-24个月。
费用概算
1)初步概算本项目需要经费400-500万元,包括实验设备费用约200万,材料费100-150,测试分析费约20-30万,学生劳务费约10万等。
2)支付方式:与学校签订联合研发合同,经费分阶段汇入学校指定账户。
各方权益
根据以往经验及学校要求,合作研究一般学校占40%权益。