[发明专利]一种以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C2-烃类的方法

权利要求书

1.一种以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C₂-烃类的方法，其特征在于：通过反应(1)—中温下甲烷定向催化活化分解制得高活性炭物种和氢气，反应(2)—碳-碳偶联的低聚态炭物种催化加氢或炭物种加氢后的中间体耦合反应生成C₂-烃类；反应(3)—空气气氛下的金属催化剂氧化再生和表面积碳去除，依次循环进行，将甲烷连续转化为C₂-烃；所述反应(1)～(3)具体表示如下：

2.一种用于如权利要求1所述的以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C₂-烃类的方法中的能源化工系统，其特征在于：所述系统包括燃料反应器(1-1)，加氢反应器(1-2)和空气反应器(1-3)及与之配合的余热回收式热力发电系统(1-9)、燃料反应器出口气体分离单元(1-10)以及在所述相互串联的三个反应器间循环流动的金属催化剂(1-4)。

3.根据权利要求1所述的以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C₂-烃类的方法，其特征在于：所述的三个独立反应(1)、反应(2)、反应(3)分别在相互串联的燃料反应器、加氢反应器和空气反应器内依次循环进行，并通过金属催化剂在所述三个串联的反应器间的顺序循环流动促进反应进行。

4.根据权利要求2所述的以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C₂-烃类的方法，其特征在于：所述三个独立反应(1)、反应(2)、反应(3)通过金属催化剂在所述三个串联反应器间的顺序循环流动实现物质和能量耦合，并与热力发电装置配合形成化学链式的能源化工系统，实现C₂-烃、热和电联产。

5.根据权利要求2所述的以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C₂-烃类的方法，其特征在于：所述燃料反应器采用气-固逆流移动床，操作温度为500K～850K；所述加氢反应器采用气-固顺流移动床或鼓泡流化床以提高传热传质效率和目标产物浓度，操作温度为370K～450K；所述空气反应器采用流化床，反应温度为600K～900K。

6.一种用于如权利要求1所述的以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C₂-烃类的方法中的金属催化剂，其特征在于：所述金属催化剂为催化活性中心、表面积碳、晶格氧和热的多功能载体，通过金属催化剂在上述三个串联反应器间的顺序循环流动和不同状态实现所述反应(1)、反应(2)和反应(3)在反应温度、物质和能量上的耦合。

7.根据权利要求6所述的以甲烷为燃料的非等温化学链方式直接生产C₂-烃类的方法中的金属催化剂，其特征在于：所述金属催化剂包括金属二元活性组分、载体和添加助剂；所述金属二元活性组分为Ru、Co、Pt、Pd、Ni和Wu元素中的单个或两个配对，负载于载体表面并为纳米级单晶结构；所述载体为Al₂O₃、TiO₂、SiO₂和沸石类载体在内的一种或其混合物；所述添加助剂为Na、K和Cu元素中的一种。