[发明专利]金属掺杂分子筛催化转化甲烷无氧直接制乙烯的方法

权利要求书

1.一种分子筛晶格掺杂金属原子催化剂在无氧连续流动条件下 甲烷直接转化为乙烯，并联产芳烃和氢气产物的方法，其特征在于：

将甲烷为原料气直接催化转化为乙烯，同时联产芳烃和氢气；

所采用的催化剂为一种分子筛晶格掺杂金属原子催化剂；所谓 的晶格掺杂是指掺杂金属元素(掺杂金属原子)与掺杂基质元素(构 成分子筛的元素)发生交换，掺杂金属元素与掺杂基质的其它元素 (构成分子筛的未交换的元素)形成(如离子键等)或不形成化学 键，使掺杂金属元素被限制于掺杂基质的晶格中，从而产生催化 性能；

按催化剂的总重量为100％计，金属元素掺杂的催化剂中金属掺 杂量应大于等于0.001wt.％，小于等于10wt.％；优选掺杂量大于等于 0.005wt.％，小于等于5wt.％。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

反应温度为500～1200℃，优选650～1150℃。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

进行该方法反应过程前，催化剂可以包括或者不包括一个催化剂 预处理过程，预处理气氛为反应原料气，预处理温度为300～900℃； 预处理压力0.1～1MPa；预处理的质量空速为500～3000mL/g/h，优 选800～2400mL/g/h。

4.按照权利要求1和3所述的方法，其特征在于：

反应以甲烷为原料，反应原料气体为甲烷气体或甲烷与其它气 体的混合气；

反应原料气体组成包括除甲烷之外，还可能包括其它惰性气氛 气体和非惰性气氛气体等其它气体中的一种或二种；

惰性气氛气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气中的一种或二 种以上，惰性气氛气体在反应原料气中的体积含量为0～95％；

非惰性气氛气体为一氧化碳、氢气、二氧化碳、水、C数为 1～5的一元或二元醇、C数为2～8烷烃中的一种或二种以上的混合 物，非惰性气氛气体与甲烷的体积含量比为0～15％；

反应原料气体中甲烷的体积含量为5～100％。

5.按照权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于：

采用的反应装置为流化床、移动床或固定床；

进行连续流动反应时，反应温度为500～1200℃，优选 650～1150℃；反应压力为0.1～1Mpa，优选常压；反应原料气的质 量空速为1000～30000mL/g/h，优选1500～20000mL/g/h；

或，进行间歇反应时，反应压力优选0.1～20MPa；反应时间≥ 5分钟。

6.按照权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于：

所述反应过程可以包括或者不包括一个反应/再生周期切换流 程；

当反应包括一个反应和催化剂的再生周期切换流程时，反应原料 气体的质量空速1000～10000mL/g/，进入反应器的时间优选为2～90 分钟；再生气的质量空速优选为1000～5000mL/g/h，再生气的停留时 间为优选2-90分钟；依此规律进行周期切换；

所述再生气优选为氢气、氨气、氮气、氦气、氩气一种或二种以 上的混合物。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的产物乙烯在烯烃产物中占主导；同时联产芳烃产物和 氢气，芳烃产物包括苯、甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、 乙苯、萘中的一种或二种以上。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述分子筛晶格掺杂金属原子催化剂的特征为：掺杂金属原子掺 杂于分子筛晶格(与分子筛原有元素形成化学键，如离子键、共价键 等)的单金属中心活性位；

所述掺杂金属元素包括钠、镁、钾、锰、铁、钴、镍、铜、钼、 锌、镓、锗中的一种或二种以上。