[其他]甲烷转化

说明书

本发明涉及的是甲烷的转化方法。更具体地说，本发明涉及了甲烷转化成高级烃的方法。再具体一点，本发明涉及了甲烷转化成乙烯和乙烷的方法。

烯烃，例如乙烯和丙烯已经成为有机化学工业和石油化学工业的主要原料。在这些原料中，乙烯是更重要的化学原料，因为乙烯原料的需要量大约是丙烯原料需要量的两倍。因此，用于生产乙烯的原料相对地供应不足。

已经提出了由各种原料用各种工艺方法生产乙烯的为数众多的方案。

目前，乙烯几乎仅仅用乙烷和丙烷、粗汽油，在一些情况下用粗柴油的脱氢或高温热解来生产。大约75%的乙烯是由天然气中的乙烷和丙烷的蒸汽裂解生产的。然而，天然气仅含有5%（体积）的，在极少情况下，含有60%（体积）的除甲烷而外的其它烃类，其中大部分是乙烷。但是，典型的天然气只含有少于大约12%到15%的乙烷。除了相对少量的乙烷和丙烷可以应用以外，从天然气中分离这些组分本身就是一个昂贵而复杂的过程，通常包括压缩和膨胀，低温工艺和采用其混合工艺。

因此，最理想的将是能够由非常丰富的甲烷生产乙烯。但是，与其它脂肪族化合物比较起来，甲烷具有较高的分子安定性，这使甲烷难于用于生产乙烯，况且，目前工业上还没有能够用甲烷生产出大量的乙烯。

已有人提出使甲烷或天然气通过高温热解或脱氢作用转化成高级烃。然而，却需要相当苛刻的条件，特别是需要高于1000℃的温度。另外，这样的反应是强吸热反应，因此需要提供充足的反应能量。为了降低这些条件的苛刻度，特别是温度，又提出了许多进行催化热解的建议。事实上，这些工艺中的某些工艺的确降低了所需要的反应温度，但是，甲烷的转化率以及其对乙烯的选择性仍然是相当低的。

另一具有潜力的方法是将甲烷或天然气氧化转化成高级烃。但是，这些技术仍处于研究阶级，而且其试验过程还因意见分歧而且缺乏对此工艺方法的充分认识而受到阻碍。例如，许多本技术领域的工作人员将此工艺称为“氧化偶合”。然而，就氧的作用以及此作用是怎样实现的而言，基本上还没有一致的看法。因此，在本发明说明书中将避免使用“氧化偶合”这一术语，对氧气的作用或者实现这一作用的方式不加以考虑，本发明的方法将被称为“甲烷的氧化转化”。在这样的工艺过程中，通常将甲烷与固态物质接触。这些接触物质的性质，其作用以及完成这种作用的方式，根据不同的理论还有不同的解释。例如，本技术领域里的工作人员视接触物质的作用为纯物理现象，有时又称为吸附-脱附现象，其中可以是原子或分子氧，在固态物质表面进行或包藏在固态物质内部进行，利用具有氧化还原能力的多价金属进行的氧化还原，在固态物质表面进行烃的吸附和脱附，或自由基机理，等等。所以在本方法中使用的固态物质称为“接触物质”，“助催化剂”，“活化剂”，和“催化剂”。因此，为了避免对其功能分类，在申请中将采用“固态接触物质”或者“固态接触物质类”这一术语。

根据现有技术，甲烷进行氧化转化后形成了各种产物。最容易产生的产物是二氧化碳，一氧化碳和/或水和甲醇，甲醛以及与一个或多个二氧化碳，一氧化碳和水结合在一起的其它氧化烃。高级烃，特别是乙烯和乙烷，或是没有形成或是形成的量非常小以致于到目前为止，还没有开发出工业上富有生命力的工艺方法。除了对高级烃，特别是乙烯和乙烷，更为特别的是对乙烯有很差的选择性而外，这类工艺方法中甲烷进料的转化率仍然很低。

从上述可以清楚地看到，特定接触物质的适宜性是无法预料的。甲烷的转化率和对特定产品的选择性，除了取决于接触物质的类型而外，还取决于反应完成的条件和方式，而且还几乎没有什么根据能够预测采用什么样的操作条件和操作方式可达到对特定产品的高转化率和高选择性。

因此，本发明的目前之一是提供甲烷转化的改进方法。目的之二是提供甲烷氧化转化的改进方法。目的之三是提供在提高转化率的条件下将甲烷氧化转化的方法。本发明的目的之四是提供在提高对高级烃的选择性条件下对甲烷的氧化转化方法。本发明的目的之五是提供可提高对高级烃的转化率和选择性的甲烷氧化转化方法。本发明的目的之六是提供可提高对乙烯和乙烷的选择性的甲烷氧化转化方法。本发明的目的之七是提供可提高对乙烯和乙烷的转化率和选择性的甲烷氧化转化方法。本发明的目的之八是提供可提高对乙烯的选择性的甲烷氧化转化方法。本发明的目的之九是提供可提高对乙烯的转化率和选择性的甲烷氧化转化方法。本发明的目的之十是提供能以简单而连续的方式完成甲烷氧化转化的方法。本发明的目的之十一是提供可使用廉价原料可以完成的甲烷氧化转化方法。本发明目的之十二是提供能够在相当温和的条件下完成的甲烷氧化转化方法。本发明目的之十三是提供使用改进的接触物质的甲烷氧化转化方法。