[其他]甲烷的转化

说明书

本发明是关于甲烷的转化。具体地说，本发明涉及到将甲烷转化成较高的烃，更明确地说，是涉及将甲烷转化成乙烯和乙烷。

烯烃，如乙烯、丙烯，已成为有机化学工业和石油化学工业的主要原料。其中，由于对乙烯原料的需求量约为丙烯的两倍，所以乙烯又是最为重要的化学原料。因此，用于生产乙烯的原料就比较短缺。

曾对用各种方法从各种原料生产乙烯提出了许许多多的建议。

现今，乙烯几乎都是通过乙烷、丙烷、石脑油，有时是粗柴油的脱氢或热解制取。大约有四分之三的乙烯是采用由天然气得到的乙烷和丙烷，经蒸汽裂化制成。但是，天然气中甲烷以外的烃类，少的只占体积的5%，偶尔多的占体积的60%，其中主要成份是乙烷。而一般的天然气里乙烷的含量则还不到12-15%。天然气中除了可供利用的乙烷和丙烷含量较少外，从天然气里分离出这些成份的过程本身也是昂贵而复杂的，通常包括有压缩、膨胀，深冷分离技术及其综合过程。

因此，十分希望能从来源更为丰富的甲烷制取乙烯。不过，同其它脂族烃相比，甲烷分子的高度稳定性，使它难于用来制取乙烯。至今，工业上还没有从甲烷生产出大量的乙烯。

已经提出用甲烷或天然气经热解或脱氢转化成较高的烃。但是，这需要比较苛刻的条件，尤其是温度要超过1000℃。另外，这些反应大量吸热，因此是能量密集的。为了降低反应条件的苛刻程度，尤其是降低温度，提出了许多催化热解反应的建议。其中有些方法确实降低了所要求的反应温度，但是，甲烷的转化率以及转化成乙烯的选择性仍然很低。

另一种有希望的方法，是将甲烷或天然气氧化转化成较高的烃。不过，这些技术仍然还处于开发阶段，实验工作因意见分歧和对这种过程缺乏全面的认识而遇到阻碍。例如，大多数专业人员，把这种过程称作“氧化偶合”。不过，对于氧所起的作用以及如何起作用的问题，大家的意见并没有取得什么一致。因此，在这里，将避免用“氧化偶合”这个术语，而现在的这个过程，不管氧的作用或它起作用的方式如何将称之为“甲烷的氧化转化”。在这种过程中，通常是将甲烷同固体材料相接触。这些接触材料的特征，其所起的作用，以及所起作用的方式也有各种各样的说法。例如，从事工艺的人把接触材料的作用看作是纯物理现象，有时认为是吸附-脱附，或是原子氧或是分子氧或是在表面或是在固体材料内部，有把接触材料的作用看作是利用了能进行氧化还原的多价金属的氧化还原作用，还有认为是由于烃类化合物在固体材料表面的吸附和解吸作用，还有认为是通过游离基机理等。因此，用于本方法的固体材料可称之为“接触材料”，“活化剂”，以及“催化剂”。为了避免按作用分类，本申请将采用“固体接触材料”名称。

按照以前的方法，甲烷经氧化转化，形成许多产物。最易生成的产物是二氧化碳、一氧化碳和/或水，甲醇，甲醛，以及其它结合了氧的烃类，同时生成CO₂，CO和水。而较高的烃尤其是乙烯和乙烷，不是得不到，就是产量太少，以致至今还未开发出工业上可行的方法。这类方法对生成较高的烃尤其是乙烯和乙烷，特别是乙烯来说，选择性差。除此以外，甲烷进料的转化率也低。

从上述可见，个别的接触材料是否适合是无法预言的。甲烷的转化率以及生成特定产物的选择性，除了与接触材料的类型有关，还取决于进行反应的条件和方式。而且也没有什么根据来预言，用何种条件或操作方式会导致高的转化率和对特定产物高的选择性。

因此，本发明的目的是提供一种甲烷转化的改进方法。另一个而且是进一步的目的是提供甲烷氧化转化的改进方法。还有另一个目的是提高甲烷氧化转化的转化率，其特点是生成较高的烃的选择性提高了。本发明的另一个目的是提供一种甲烷氧化转化的方法，此方法提高了甲烷转化率和生成乙烯和乙烷的选择性。本发明还有一个目的是提供一种甲烷氧化转化的方法，此方法提高了甲烷转化率和生成乙烯和乙烷的选择性。本发明的另一个进一步的目的是提供甲烷氧化转化的方法，并且提高了生成乙烯的选择性。所提供的方法还能以简单、连续的方式进行，并利用价廉的原料，反应条件也较温和，采用的是经改进的接触材料。

从下面的说明里，可以明显看到本发明的这些目的和其它目的以及各种优点。

按照本发明，将含有甲烷的气体和含氧的气体接触，用含有效量的锂和氧化镁的接触材料，在足以生成显著的较高烃的条件下，甲烷能转化成较高的烃。