Катализатор и способ преобразования парафиновых углеводородов с низким молекулярным весом в алкены - RU2007119938A

Реферат

1. Способ получения перовскитного соединения, имеющего общую структуру АВХ₃, состоящий из этапов:

приготовление раствора, состоящего из:

щелочноземельного металла, растворенного в органической кислоте, для чего выбирается щелочноземельный металл из группы, состоящей из бария (Ва), магния (Mg), кальция (Са) и стронция (Sr);

металла, выбранного из группы IV переходных металлов периодической таблицы элементов, растворенного в той же органической кислоте, и

металла лантаноидной группы, растворенного в той же органической кислоте, где лантаноидный металл - самарий (Sm);

нагревание раствора в течение периода времени, достаточного для удаления избытка органической кислоты и образования геля;

высушивание геля до порошкообразного состояния;

нагревание порошка с повышением температуры по специальному температурному режиму; и

кальцинация нагретого порошка для образования перовскитного состава;

в котором компонент «А» является щелочноземельным металлом и лантаноидом, «В» - металлом группы IV и «X» - анионом, и анион характеризуется как имеющий валентность минус 2 (-2); щелочноземельный металл составляет от примерно 1 моля до примерно 2 молей, металл группы IV составляет примерно 1 моль, лантаноид составляет от примерно 0,1 моля до примерно 1,0 моля, и анионом является кислород.

2. Способ по п.1, в котором органическую кислоту выбирают из группы: пропановая кислота, хлорпропановая кислота, гидроксипропановая кислота, муравьиная кислота, уксусная кислота, трихлоруксусная кислота, дихлоруксусная кислота, щавелевая кислота, ацетоуксусная кислота, бромуксусная кислота, хлоруксусная кислота, иодуксусная кислота, фенилуксусная кислота, тиоуксусная кислота, гликолевая кислота, какодиловая кислота, циануксусная кислота, акриловая кислота, пировиноградная кислота, малоновая кислота, молочная кислота, глицериновая кислота, цистеиновая кислота, барбитуровая кислота, аллоксановая кислота, малеиновая кислота, щавелево-уксусная кислота, метилмалоновая кислота, яблочная кислота, винная кислота, дигидроксивинная кислота, бутановая кислота, гидроксибутановая кислота, хлорбутановая кислота, аспарагиновая кислота, итаконовая кислота, мезаконовая кислота, диметималоновая кислота, глутаровая кислота, янтарная кислота, метилянтарная кислота, L-глутамовая кислота, диаминопимелиновая кислота, пентановая кислота, триметилуксусная кислота, пикриновая кислота, пиколиновая кислота, пиридинкарбощавелевая кислота, бензолсульфоновая кислота, аминобензолсульфоновая кислота, аскорбиновая кислота, лимонная кислота, изолимонная кислота, карбоксиглутамоновая кислота, адипиновая кислота, капроевая кислота, бензойная кислота, гидроксибензойная кислота, дигидроксибензойная кислота, галловая кислота, аминобензойная кислота, циклогексанкарбощавелевая кислота, гептандионовая кислота, этилглутамоновая кислота, гептановая кислота, фталевая кислота, терефталевая кислота, хлорфенилуксусная кислота, нитрофенилуксусная кислота, толуиловая кислота, гомогентизиновая кислота, октановая кислота, хлоркоричная кислота, цианофенощавелевая кислота, коричная кислота, гиппуровая кислота, мезитиленовая кислота, нонановая кислота, метилкоричная кислота, нафтоновая кислота, тридециламиновая кислота и дифенилуксусная кислота.

3. Способ по п.2, в котором органическую кислоту выбирают из группы, состоящей из пропионовой кислоты, муравьиной кислоты, хлорпропионовой кислоты и гидроксипропионовой кислоты.

4. Способ по п.1, в котором металлом из группы IV является титан.

5. Способ по п.1, в котором состав характеризуется как имеющий коэффициент выносливости ("t") в диапазоне от примерно 0,8 до примерно 1,1, где t определяется уравнением:

t=(r_a+r_o)/(√2(r_b+r_o)),

в котором в кристаллической структуре состава r_а и r_b - ионные радиусы катионов А и В, соответственно, и r_о - ионный радиус анионов.

6. Способ по п.1, в котором порошок нагревают с повышением температуры порошка по температурному режиму, состоящему из серии последовательных линейных повышений со стадиями выдерживания до температуры кальцинации, и в котором температуру повышают до температуры кальцинации со скоростью от примерно 200°С до примерно 400°С в час.

7. Способ по п.6, в котором температурный режим, в частности, состоит из:

линейного повышения температуры от окружающей до примерно 200°С за примерно 1/4 часа и выдерживания в течение некоторого периода времени;

линейного повышения температуры до примерно 400°С за следующие уа часа и выдерживания в течение некоторого периода времени;

линейного повышения температуры до примерно 600°С за следующие 1/4 часа и выдерживания в течение некоторого периода времени;

линейного повышения температуры до температуры кальцинации за следующие 1/4 часа и выдерживания в течение от примерно 8 ч до примерно 24 ч.

8. Способ по п.6, в котором температура кальцинации находится в пределах от примерно 700°С до примерно 1000°С.

9. Способ по п.8, в частности, состоящий из стадии добавления несущего агента в состав, и в котором несущий агент выбирают из группы, состоящей из двуокиси кремния (SiO₂), окиси алюминия (Al₂О₃), смеси двуокиси кремния (SiO₂) и окиси алюминия (Al₂О₃), цеолитов, окиси магния (MgO), окиси бария (ВаО), окиси кальция (СаО), магниевой окиси алюминия (MgAl₂O₄), магниевой двуокиси хрома (MgCr₂O₄), хромата циркония (ZrCrO4₎, циркониевой окиси алюминия (ZrAl₂O₄), окиси альфа-алюминия (α-Al₂О₃), окиси титана (TiO₂), окиси церия (CeO₂) и окиси циркония (ZrO₂).

10. Перовскитный состав, имеющий общую структуру АВХ3, в которой

А - щелочноземельный элемент и металл группы лантаноидов, в которой щелочноземельный металл выбирается из группы, состоящей из бария (Ва), магния (Mg), кальция (Са) и стронция (Sr), где лантаноидный металл - самарий (Sm).

В - переходный металл группы IV и

Х - анион, и анион характеризуется наличием валентности минус 2(-2), и в котором барий составляет от примерно 1 моля до примерно 2 молей, металл группы IV составляет примерно 1 моль и лантаноид составляет от прмиерно 0,1 моля до примерно 1,0 моля.

11. Состав по п.10, в котором металлом группы IV является титан.

12. Состав по п.11, в котором барий, титан и самарий входят в состав в молярном отношении 3:2:1 (Ba:Ti:Sm) соответственно.

13. Состав по п.11, в котором состав характеризуется как имеющий коэффициент выносливости ("t") в диапазоне от примерно 0,8 до примерно 1,1, где t определяется уравнением:

t=(ra+ro)/(√2(rb+ro)),

в котором в кристаллической структуре состава r_а и r_b - ионные радиусы катионов А и В, соответственно, и r_o - ионный радиус анионов.

14. Состав по п.12, в частности, состоящий из несущего агента, и в котором несущий агент выбирают из группы, состоящей из двуокиси кремния (SiO2), окиси алюминия (Al₂O3), смеси двуокиси кремния (SiO2) и окиси алюминия (Al2O3), цеолитов, окиси магния (MgO), окиси бария (ВаО), окиси кальция (СаО), магниевой окиси алюминия (MgAl2O4), магниевой двуокиси хрома (MgCr2O4), хромата циркония (ZrCrO4), циркониевой окиси алюминия (ZrAl2O4), окиси альфа-алюминия (α-Al2O3), окиси титана (TiO2), окиси церия (CeO2) и окиси циркония (ZrO2).

15. Состав по п.10, приготовленный способом, состоящим из следующих этапов:

приготовление раствора, состоящего из:

раствора щелочноземельного металла в органической кислоте;

раствора переходного металла группы IV в той же органической кислоте;

раствора металла группы лантаноидов в той же органической кислоте;

получение комбинированного раствора, состоящего из растворенного щелочноземельного металла, растворенного переходного металла группы IV и растворенного лантаноида;

нагревание раствора в течение некоторого периода времени, достаточного для удаления избытка органической кислоты и образования геля;

высушивание геля до получения порошка;

нагревание порошка при повышении температуры по некоторому определенному температурному режиму;

кальцинация нагретого порошка до образования перовскитной структуры.

16. Способ превращения парафинистых углеводородов в алкены, состоящий из следующих этапов:

использование перовскитной структуры, имеющей состав с общей формулой BaSmTiO3, в котором барий составляет от примерно 1 моль до примерно 2 молей, самарий составляет от примерно 0,1 моля до примерно 1,0 моля и титан составляет примерно 1 моль;

нагревание реактора, который содержит эту структуру до температуры в диапазоне от примерно 400°С до примерно 500°С с помощью газа и средств для нагревания;

подача исходного газа в нагретый реактор, который состоит из одного или нескольких парафинистых углеводородов, некоторого количества кислорода и некоторого количества азота и который при превращении в алкены выделяет тепло, которое нагревает реактор до температуры в пределах от примерно 650°С до примерно 1000°С, при которой создаются условия для превращения парафинистого углеводорода в один или несколько алкенов; и

сбор газов, выходящих из реактора, в которых присутствуют алкены.

17. Способ по п.16, в котором парафинистый углеводород выбирают из группы, состоящей из метана, этана, пропана, бутана, пентана, гексана, алканов с большим молекулярным весом (алканов, содержащих больше шести атомов углерода) и лигроина.

18. Способ по п.16, в частности, включающий этап обогащения исходного газа дополнительным количеством кислорода, источником которого является пар.

19. Способ по п.16, в котором алкены являются органическими соединениями, состоящими из двух или более углеродных единиц ("соединения С₂+"), и доля соединений С₂+ составляет не менее 20%.

20. Способ по п.17, в котором превращение парафинистых углеводородов в алкены характеризуется некоторой избирательностью к этилену ("избирательность к С₂Н₄"), и эта избирательность к С₂Н₄ находится в диапазоне от примерно 35% до примерно 80%.

21. Способ по п.16, в котором, в частности, реактор содержит несколько средств для нагревания, и эти средства для нагревания распределены по длине реактора.

22. Способ по п.21, в котором температура находится в пределах от примерно 750°С до примерно 950°С.

23. Способ по п.22, в котором температура находится в пределах от примерно 780°С до примерно 850°С.

24. Способ по п.16, содержащий, в частности, этап добавления источника хлора в сырьевой газ, в котором источник хлора выбирается из группы, состоящей из тетрахлорида углерода (CCl₄), хлороформа (CHCl₃), газообразного хлора (Cl₂), хлорида метана (СН₃Cl), хлорида этана (C₂H₅Cl), хлорида метилена, хлорида этилена винилхлорида, хлорида олова (SnCl₂) или других органических или неорганических хлоридов и/или хлористоводородной кислоты (HCl).

25. Способ по п.24, в котором источник хлора выбирают из группы, состоящей из тетрахлорида углерода (CCl₄), хлороформа (CHCl₃) и газообразного хлора (Cl₂).

26. Способ по п.16, в частности, включающий этап добавления нейтрализующего агента в сырьевой газ, и в котором этот нейтрализующий агент выбирается из группы, состоящей из аммиака (NH₃), гидроокиси аммония (NH₄OH), метиламина, диметиламина, триметиламина, этиламина, диэтиламина, триэтиламина и диметилэтиламина.

27. Способ по п.26, в котором нейтрализующий агент выбирают из группы, состоящей из аммиака и гидроокиси аммония.

28. Способ по п.17, в котором исходный газ нагревают до температуры, которая примерно равна температуре реактора перед вводом исходного газа в реактор.

29. Способ по п.17, в частности, включающий этапы отделения алкенов из выходных газов с получением остаточного выходного газа и введения этого остаточного выходного газа снова в исходную смесь газов.

30. Способ по п.16, в котором перовскитная структура характеризуется коэффициентом выносливости ("t") в диапазоне от примерно 0,8 до примерно 1,1, где t определяется уравнением:

t=(ra+ro)/(√2(rb+ro)),

в котором в кристаллической структуре состава r_а и r_b - ионные радиусы катионов А и В, соответственно, и r_о - ионный радиус анионов.

31. Способ по п.21, в котором в реакторе перовскитная структура размещается между слоями кварца.

32. Технологический процесс для превращения парафинистых углеводородов в алкены в присутствии перовскитной структуры, приготовленной способом, описанным в п.1.