乙烯制造装置和乙烯制造方法与流程

本公开涉及乙烯制造装置和乙烯制造方法。

背景技术：

1、作为制造乙烯的方法，以往已知有如下方法等：将石脑油等高级烃进行热裂解并分馏的方法；将天然气来源的乙烷进行热裂解的方法。进而作为其他方法，提出了如下方法：通过使用了催化剂的甲烷氧化偶联反应，将甲烷转化为乙烯来制造乙烯(例如参照专利文献1和非专利文献1)。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：日本特开平5-238961号公报

5、非专利文献

6、非专利文献1：brittany lancaster farrell et al.,acs catal.2016,6,4340-4346

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、使用甲烷氧化偶联催化剂的方法与将烃进行热裂解来制造乙烯的方法相比，可以削减制造乙烯时应投入的能量，是有利的。这种使用了甲烷氧化偶联催化剂的乙烯制造中，从工业化的观点出发，期望乙烯制造的效率的进一步改善。

3、用于解决问题的方案

4、本公开可以作为以下的方式而实现。

5、(1)根据本公开的一方式，提供由含甲烷气体制造乙烯的乙烯制造装置。该乙烯制造装置具备：陶瓷膜，其具有氧化物离子传导性和质子传导性中的至少一者；第1催化剂层，其设置于前述陶瓷膜的一侧的面上、且具备促进由甲烷生成乙烯的甲烷氧化偶联反应的催化剂；甲烷供给部，其向由前述陶瓷膜隔开的2个空间中的、前述陶瓷膜的前述一面侧的空间供给前述含甲烷气体；和，电荷移动部，其使电子从前述陶瓷膜的前述一侧的面向另一侧的面移动，或者使空穴从前述陶瓷膜的前述另一侧的面向前述一侧的面移动，由前述甲烷供给部向前述一面侧的空间供给前述含甲烷气体时，在前述第1催化剂层中生成乙烯。

6、根据该方式的乙烯制造装置，甲烷氧化偶联反应在第1催化剂层中进行时，可以持续地进行在陶瓷膜内氧化物离子、质子移动的动作、和利用电荷移动部使电子、空穴在陶瓷膜的一侧的面与另一侧的面之间移动的动作。因此，可以促进甲烷氧化偶联反应的进行，可以提高由甲烷生成乙烯的整个反应的效率。

7、(2)上述方式的乙烯制造装置还具备如下氧供给部：其向前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间供给含有氧的含氧气体，前述电荷移动部具备连接前述陶瓷膜的前述一侧的面与前述另一侧的面的外部电路，利用由于前述陶瓷膜的前述一侧的面与前述陶瓷膜的前述另一侧的面之间的电位差而产生的电动势，借助前述外部电路，可以使电子从前述陶瓷膜的前述一侧的面向前述另一侧的面移动。如果形成这种构成，则可以提高乙烯的制造效率，且伴随乙烯制造，从乙烯制造装置取出电力。

8、(3)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有氧化物离子传导性，前述乙烯制造装置可以还具备第2催化剂层，所述第2催化剂层设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进由氧生成氧化物离子的反应的催化剂。如果形成这种构成，则通过设置第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率。

9、(4)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有质子传导性，前述乙烯制造装置可以还具备第2催化剂层，所述第2催化剂层设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进使用氧和质子生成水的反应的催化剂。如果形成这种构成，则通过设置第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率。

10、(5)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有质子传导性，前述乙烯制造装置还具备：非活性气体供给部或减压部，所述非活性气体供给部向前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间供给非活性气体，所述减压部将前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间减压；和，第2催化剂层，其设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进由质子生成氢的反应的催化剂，前述电荷移动部具备连接前述陶瓷膜的前述一侧的面与前述另一侧的面的外部电路，利用由于前述陶瓷膜的前述一侧的面与前述陶瓷膜的前述另一侧的面之间的电位差而产生的电动势，借助前述外部电路，可以使电子从前述陶瓷膜的前述一侧的面向前述另一侧的面移动。如果形成这种构成，则通过设为第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率，且伴随乙烯制造，可以从乙烯制造装置取出电力。另外，伴随乙烯制造，乙烯制造装置中可以制造氢。

11、(6)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有质子传导性，前述乙烯制造装置还具备：二氧化碳供给部，其向前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间供给含有二氧化碳的含二氧化碳的气体；和，第2催化剂层，其设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进使用二氧化碳和质子生成甲烷的反应的催化剂，前述电荷移动部具备连接前述陶瓷膜的前述一侧的面与前述另一侧的面的外部电路，利用由于前述陶瓷膜的前述一侧的面与前述陶瓷膜的前述另一侧的面之间的电位差而产生的电动势，借助前述外部电路，可以使电子从前述陶瓷膜的前述一侧的面向另一侧的面移动。如果形成这种构成，则通过设置第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率，且伴随乙烯制造，可以从乙烯制造装置取出电力。另外，伴随乙烯制造，乙烯制造装置中可以制造甲烷。

12、(7)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜除具有氧化物离子传导性和质子传导性中的至少一者之外还具有电子传导性和空穴传导性中的至少一者，前述电荷移动部为前述陶瓷膜，伴随前述陶瓷膜的前述一侧的面的乙烯生成，在自身内部，可以使电子从前述一侧的面向另一侧的面移动、或者使空穴从前述另一侧的面向前述一侧的面移动。如果形成这种构成，则电荷的移动因此，无需外部电路，因此，可以简化装置构成。

13、(8)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有氧化物离子传导性且具有电子传导性和空穴传导性中的至少一者，前述乙烯制造装置可以还具备：氧供给部，其向前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间供给含有氧的含氧气体；和，第2催化剂层，其设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进由氧生成氧化物离子的反应的催化剂。如果形成这种构成，则通过设置第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率。

14、(9)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有质子传导性且具有电子传导性和空穴传导性中的至少一者，前述乙烯制造装置还可以具备：氧供给部，其前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间供给含有氧的含氧气体；和，第2催化剂层，其设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进使用氧和质子的反应的催化剂。如果形成这种构成，则通过设置第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率。

15、(10)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有质子传导性，前述乙烯制造装置可以还具备：非活性气体供给部或减压部，所述非活性气体供给部向前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间供给非活性气体，所述减压部将前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间减压；和，第2催化剂层，其设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进由质子生成氢的反应的催化剂。如果形成这种构成，则通过设置第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率，且伴随乙烯制造，乙烯制造装置中可以制造氢。

16、(11)上述方式的乙烯制造装置中，前述陶瓷膜具有质子传导性，前述乙烯制造装置可以还具备：二氧化碳供给部，其向前述陶瓷膜的前述另一面侧的空间供给含有二氧化碳的含二氧化碳的气体；和，第2催化剂层，其设置于前述陶瓷膜的前述另一侧的面上、且具备促进使用二氧化碳和质子生成甲烷的反应的催化剂。如果形成这种构成，则通过设置第2催化剂层，从而可以进一步提高乙烯的制造效率，且伴随乙烯制造，乙烯制造装置中可以制造甲烷。

17、(12)上述方式的乙烯制造装置可以还具备如下甲烷回收部：其将在前述陶瓷膜的前述另一侧的面生成的甲烷混合在前述甲烷供给部向前述陶瓷膜的前述一面侧的空间供给的含甲烷气体中。如果形成这种构成，则随着乙烯的生成而将第2催化剂层中生成的甲烷由甲烷回收部混合在向陶瓷膜的一面侧的空间供给的含甲烷气体，因此，削减为了制造乙烯而对乙烯制造装置从甲烷供给部应供给的甲烷的量，可以改善甲烷的利用效率。

18、(13)上述方式的乙烯制造装置中，前述第1催化剂层所具备的前述催化剂可以具有通式(a1-xa’x)(zr1-y-zbyb’z)o3(式中，a为选自碱土金属中的至少1种元素，a’为镧(la)和钇(y)中的至少1种元素，b为钛(ti)和铈(ce)中的至少1种元素，b’为选自钇(y)、钪(sc)、镱(yb)、铝(al)、铟(in)和钕(nd)中的至少1种元素)所示的钙钛矿结构，前述x、前述y和前述z满足：0≤x≤0.4、0.3≤(1-z)≤1、0≤y、0<(1-y-z)。如果形成这种构成，则可以进一步提高乙烯制造装置中的乙烯制造的效率。

19、(14)上述方式的乙烯制造装置中，前述电荷移动部具备：连接前述陶瓷膜的前述一侧的面与前述另一侧的面的外部电路、和连接于前述外部电路的外部电源，利用前述外部电源的电动势，借助前述外部电路，可以使电子从前述陶瓷膜的前述一侧的面向前述另一侧的面移动。如果形成这种构成，则可以提高乙烯的制造效率。

20、(15)根据本公开的另一方式，提供由含甲烷气体制造乙烯的乙烯制造方法。该乙烯制造方法如下：向如下空间供给前述含甲烷气体，所述空间为由具有氧化物离子传导性和质子传导性中的至少一者的陶瓷膜隔开的2个空间中的一个空间、且为具备促进由甲烷生成乙烯的甲烷氧化偶联反应的催化剂的第1催化剂层设置于前述陶瓷膜上的前述陶瓷膜的一面侧的空间，使电子从前述陶瓷膜的前述一侧的面向另一侧的面移动、或者使空穴从前述陶瓷膜的前述另一侧的面向前述一侧的面移动，从而在前述一侧的面与前述另一侧的面之间进行电荷的移动，在前述第1催化剂层中，由前述含甲烷气体中的甲烷生成乙烯。

21、根据该方式的乙烯制造方法，第1催化剂层中甲烷氧化偶联反应进行时，可以持续地进行陶瓷膜内中氧化物离子、质子移动的动作、和在陶瓷膜的一侧的面与另一侧的面之间使电子、空穴移动的动作。因此，可以促进甲烷氧化偶联反应的进行，可以提高由甲烷生成乙烯的整个反应的效率。

22、本公开可以以上述以外的各种方式实现，例如可以以乙烯的制造方法等方式实现。