[发明专利]甲烷转化

说明书

本发明涉及甲烷的转化，具体地讲，本发明涉及甲烷转化成高级烃，更具体地讲本发明涉及将甲烷转化成乙烯和乙烷。

烯烃，如乙烯和丙烯已成为有机化工和石油化工的主要原料，由于乙烯作为原料的需求量大约是丙烯的两倍，故乙烯已成为更重要的化工原料，这样生产乙烯的原料就相对的供应不足了。

已经提出了许多种采用不同工艺，用不同原料来生产乙烯的建议。

目前，几乎完全采用乙烷、丙烷和石脑油，有时也采用汽油脱氢或热裂解方法生产乙烯。大约75%的乙烯是以天然气中的乙烷和丙烷为原料采用蒸汽裂解法生产的。然而除甲烷外，天然气中只含有很少量的其它烃类化合物。一般只含有百分之五的其它烃类化合物，偶尔才达到百分之六十，其中主要是乙烷。典型的天然气含乙烷量不高于12到15%。此外由于可供使用的乙烷和丙烷的含量相对较低，要从天然气中分离出这些成分是一个复杂和昂贵的过程，通常包括压缩、膨胀、低温技术以及它们的组合。

这就迫切期望用资源丰富的甲烷生产乙烯，但是甲烷分子比其它脂族化合物分子稳定，因此用它生产乙烯比较困难，目前用甲烷做原料生产的乙烯量还不大。

有关甲烷或天然气经热裂解或脱氢转化成高级烃化合物的工作 有过报导，但是，条件相当苛刻，特别是温度要求超过1000℃。此外，由于反应为强吸热反应故能耗很高。为了降低对反应条件特别是温度的苛刻要求，提出了许多催化裂化反应方案。其中的一些方法虽然事实上降低了对温度的要求，但甲烷的转化率和乙烯的选择性仍然很低。

另一种很有希望的方法是甲烷或天然气氧化转化为高级烃化合物，不过，这些技术仍处于开发阶段，由于观点分歧和缺乏对工艺的全面了解使实验难于进行。例如，大部分该领域工作者认为工艺为“氧化偶合”。但也有人不同意对氧的作用，以及如何起作用的解释。因此本发明方法回避了氧化偶合这一术语，不考虑氧化的作用或其起作用的方式，只涉及甲烷的氧化转化。这些工艺采用常规的甲烷与固体物质相接触的方法，这些接触物质的实质、作用和起作用的方式，在理论上也有各种各样的解释。例如，该领域工作者认为接触物质的作用是一种纯物理现象，在一些场合下为吸附-解吸，无论是分子氧还是原子氧，无论是在固体物质表面，还是在其内部均是如此。也有人认为是使用具有氧化-还原作用的多价金属进行氧化-还原反应，以及在固体物质上烃化合物的吸附-解吸作用，自由基机理等理论。因此，本发明方法使用的固体物质涉及“接触物质”、“促进剂”、“活化剂”和“催化剂”。为了避免按功能进行分类，本专利申请书使用术语“固体接触物质”。

根据现有技术，甲烷氧化转化可生成各种产物，很容易生成二氧化碳、一氧化碳和/或水以及与二氧化碳、一氧化碳和/或水一起生成的甲醇、甲醛和其它烃类氧化物。高级烃化合物、特别是乙 烯和乙烷，或者不生成，或者生成量很少，直到现在还不能工业化。高级烃如乙烯和乙烷，特别是乙烯的选择性很差。这种工艺的甲烷转化率也很低。

综上所述可以清楚地看出，特别合适的接触物质尚无法预言。除了取决于接触物质的类型外，甲烷的转化率和具体产物的选择性还取决于反应条件和反应进行的方式。很难预言以什么样的条件，什么样的操作方式，才能取得高转化率和具体产物的高选择性。

本发明目的是：

ⅰ：提供一种改进甲烷转化的方法。

ⅱ：提供一种改进的甲烷氧化转化方法。

ⅲ：提供一种改进甲烷氧化转化率的方法。

ⅳ：提供一种改进高级烃化合物选择性的甲烷氧化转化方法。

ⅴ：提供一种改进转化率和高级烃化合物选择性的甲烷氧化转化方法。

ⅵ：提供一种改进乙烯和乙烷选择性的甲烷氧化转化方法。

ⅶ：提供一种改进转化率和乙烯与乙烷选择性的甲烷氧化转化方法。

ⅷ：提供一种改进乙烯选择性的甲烷氧化转化方法。

ⅸ：提供一种改进转化率和乙烯选择性的甲烷氧化转化方法。

ⅹ：提供一种使用廉价原料的甲烷氧化转化方法。

ⅹⅰ：提供一种能在比较温和的条件下进行的甲烷氧化转化方法。

ⅹⅱ：提供一种使用改进的接触物质甲烷氧化转化的方法。

本发明的上述的和其它的目的及其优点将在下面加以叙述：

根据本发明，甲烷可转化成高级烃特别是乙烯和乙烷方法是：

在足以将所述的甲烷转化为所述的高级烃的氧化转化条件下，令含有甲烷的原料与含有游离氧的气体和固体接触物质相接触，所述固体接触物质含有：

（a）至少一种选自ⅠA族和ⅡA族金属的组分;