专利名称：高频等离子体裂解天然气合成c的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高频等离子体裂解天然气合成C2烃类物的方法，属于低分子物的合成领域。
从二十世纪八十年代以来，在天然气转化方面，国内外已有许多研究与本发明相关的方法，有甲烷氧化偶联法(OCM)、固体电解质电化学反应(SSER)、甲烷微波裂解、激光催化甲烷氧化偶联反应等。其中与本发明较为相近的是美国ConnecticutUniversity Stiven L.Sulb等U.S 5,131,993,Low power density plasma excitationmicrowave energy induced chemical reaction报道的甲烷通过微波冷等离子体直接转化为C2烃的过程。该过程采用频率为2.45GHz，可调功率0.1～400W的微波电源，选用管式石英反应器，用外部金属催化剂，在400Pa压力下，利用高电压火花产生等离子体，其中较高结果为甲烷转化率55.3％，产物选择性为乙烷53.6％，乙烯26.8％，CO213％，丙烷6.7％。微波等离子体的发生是当微波电源的输出功率(等于入射功率与反射功率之差)适当，便可以使气体击穿实现持续放电，而在传输终端大多利用空腔谐振器与放电管耦合，在设计初主要是用2.45GHz的电源进行匹配来达到放电效果。但是当气体经过放电后，由于放电过程反应温度很高，能量密度太大，很容易使甲烷完全裂解，生成大量积碳，积碳附着在反应器内，改变了谐振腔的阻抗，而在使用电源频率固定情况下，导致了输出功不匹配，就不能产生很好的微波效果，需要进行清理积碳，这样就使整个过程复杂化，不利于工业化生产；另一方面是微波功率不是很高，与同类的大功率等离子体发生设备相比较，造价贵，这也是不能大规模发展的原因；在微波过程中，甲烷转化率虽然高，但C2烃的收率却不太高，这也是该专利的不足之处。
本发明的目的由以下技术措施实现。
1、高频等离子体的产生将功率为500～100×103W和频率为1～25MHz的高频电源(3)加在反应器(2)的电极上，调节反应器内的真空度为-0.1～0.001MPa和电源输出功率，使反应器内激发产生稳定的辉光放电，即等离子体。
2、天然气裂解合成C2烃类物将含甲烷约90％的天然气(1)通过流量计进入反应器(2)，在等离子体区间内甲烷被激发产生大量的CH3·、CH2·、CH·自由基，它们相互碰撞形成新的C2烃类物，甲烷转化率为24.02～77.5％，C2烃类物收率为20.50～76.79％，C2烃类物选择性为85.35～98.96％，产品经真空泵(4)进入储罐(5)。
3、C2烃类物的分离采用变压吸附或化学吸附分离C2烃类物，获得很有价值的聚合级乙烯30.72％、乙炔46.07％。
本发明者发现，与高频电源耦合的负载——反应器为容性或感性，其电极可以是内电极或者外电极，负载与电源振荡回路并联，也可以串联，其目的是达到最佳耦合效果。
本发明者发现，反应器的真空度是先抽至较低真空度0.09MPa，后调节天然气流量，既能保持反应区均匀辉光放电，又能使甲烷转化率提高，在不同条件下的功率调节是为了维持反应区稳定的辉光放电和高的甲烷裂解转化率。
本发明具有如下优点
1、采用高频电源激发形成等离子体对天然气进行裂解直接合成制备C2烃类物、原料不需要处理和添加其他引发等离子体的物质、造价低、产物分离、纯化方便；2、采用高频电源、低温放电、放电条件缓和、稳定性好；3、反应过程中，甲烷转化率高，产物收率和选择性较高，重复性好；4、过程和设备简单，一次性投资少，在全国推广应用，有显著的经济效益和社会效益。
图2为反应器负载与高频振荡回路耦合图。
三相交流电通过整流堆加在高频振荡管的阳极，经振荡回路获得所需频率，反应器作为负载与振荡回路耦合，以便达到最佳输出。
实施例将高频功率电源3加在装有特制电极板的反应器2上，激发产生等离子体，将含甲烷90％的天然气1进入反应器中的等离子体区时，其中甲烷受高能电子碰撞、激发产生活性的CH3·、CH2·、CH·自由基，它们相互碰撞、合成新的C2烃类物，产品经真空泵4进入储罐5。详见表1所示。
表1 高频等离子体裂解天然气合成C2烃类物的制备*真空度 CH4转化率C2烃收率 C2烃选择性序号MPa ％ ％ ％1 -0.02 24.02 20.50 85.352 -0.07 35.09 30.61 87.243 -0.092 59.42 56.99 95.914 -0.092 72.26 70.84 98.045 -0.093 76.77 75.96 98.966 -0.094 64.36 62.41 97.007 -0.094 77.59 76.79 98.96*表内结果是在功率为8KW、频率为5MHz设备下制备的。
权利要求
1.高频等离子体裂解天然气合成C2烃类物的方法，其特征在于(1)高频等离子体的产生将功率为500～100×103W和频率为1～25MHz的高频电源(3)加在反应器(2)的电极上，调节反应器内的真空度为-0.1～0.001MPa和电源输出功率，使反应器内激发产生稳定的辉光放电，即等离子体；(2)天然气裂解合成C2烃类物将含甲烷约90％的天然气(1)通过流量计进入反应器(2)、在等离子体区间内甲烷被激发产生大量的CH3·、CH2·、CH·自由基，它们相互碰撞形成新的C2烃类物，甲烷转化率为24.02～77.5％，C2烃类物收率为20.50～76.79％，C2烃类物选择性为85.35～98.96％，产品经真空泵(4)进入储罐(5)；(3)C2烃类物的分离采用变压吸附或化学吸附分离C2烃类物，获得很有价值的聚合级乙烯30.72％、乙炔46.07％。
全文摘要
一种高频等离子体裂解天然气合成C
文档编号C07C4/00GK1468833SQ02133480
公开日2004年1月21日 申请日期2002年7月16日 优先权日2002年7月16日
发明者唐建华, 党亚固, 谢懋浓, 刘一超, 杨琴, 黄开华 申请人:成都川科化工有限公司