世界首家甲烷直接生產(chǎn)乙烯裝置在美得克薩斯州開車

儲量豐富、價格低廉的天然氣可直接轉(zhuǎn)化為世界上最大宗的化工基礎(chǔ)原料乙烯。近日，美國Siluria技術(shù)公司為其在得克薩斯州的試驗工廠舉行盛大開車儀式，該工廠成為世界上第一家實現(xiàn)將天然氣直接工業(yè)化大規(guī)模轉(zhuǎn)化為乙烯的企業(yè)。新路線或?qū)⒔o傳統(tǒng)以石油為原料的乙烯行業(yè)帶來重大變革。

作為基礎(chǔ)工業(yè)原料，乙烯在石化工業(yè)中占有重要地位，乙烯產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。除北美和中東，世界上包括中國在內(nèi)的大部分國家和地區(qū)以石腦油為原料，采用蒸汽裂解法制乙烯。該方法不僅耗能高、排放溫室氣體多、成本高，而且由于原料來自于石油，還需要擠占寶貴的石油資源。

為減少石油依賴，各國開展以主要成分為甲烷的天然氣制烯烴的研究。天然氣制乙烯的路線分直接法和間接法兩種。相比間接法冗長煩瑣的過程，直接法只需一步即可將甲烷轉(zhuǎn)化成乙烯，具有很高的經(jīng)濟價值，非常具有吸引力。

但甲烷的選擇活化和定向轉(zhuǎn)化是世界級難題，被譽為整個化學(xué)界的“圣杯”，因而從上世紀(jì)80年代至本世紀(jì)初，學(xué)界始終沒能開發(fā)出工業(yè)可行的甲烷直接制乙烯工藝。

突破的關(guān)鍵在催化劑。2010年，Siluria公司創(chuàng)造性地使用生物模板精確合成納米線催化劑，使用高通量技術(shù)從大量備選催化劑中篩選出最合適的元素組成，開發(fā)出工業(yè)可行的甲烷直接制成乙烯催化劑。

該催化劑可在低于傳統(tǒng)蒸汽裂解法操作溫度200℃～300℃的情況下，在5～10個大氣壓下，高效催化甲烷轉(zhuǎn)化成乙烯，活性是傳統(tǒng)催化劑的100倍以上。

Siluria公司設(shè)計的反應(yīng)器分為兩部分，一部分用于將甲烷轉(zhuǎn)化成乙烯和乙烷，另一部分用于將副產(chǎn)物乙烷裂解成乙烯，裂解反應(yīng)所需的熱量來自甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)放出的熱量。這種設(shè)計使反應(yīng)器的給料既可以是天然氣也可能是乙烷，同時最大化地節(jié)約了能源。