[发明专利]一种甲烷制备烃类化合物的方法

说明书

本发明提供了一种甲烷制备烃类化合物的方法，该方法包括：将含有CH₄和CO的原料气与固体催化剂接触，反应，得到烃类；固体催化剂包括分子筛催化剂；分子筛催化剂包括沸石分子筛和金属元素，金属元素负载在沸石分子筛上；金属元素包括钒、铬、锰、钨、锌、铝中的一种或几种；烃类化合物中的碳原子数≥2。本发明通过CH₄和CO羰基化反应，改变了传统甲烷直接转化过程中甲烷的活化、转化路径，降低了反应温度，提高了甲烷转化效率，提供了一条甲烷直接转化的新方法。

技术领域

本发明涉及一种甲烷制备烃类化合物的方法，属于能源催化转化领域。

背景技术

甲烷是天然气、页岩气、可燃冰的主要成分，作为能源消费的重要组成部分，甲烷的高效转化持续受到研究者的重点关注。目前，甲烷的转化利用研究主要包含直接转化和间接转化两个方面。甲烷间接转化法流程复杂，能耗大，投资大，生产成本高。相对于间接转化法，甲烷直接转化可以一步得到高附加值的燃料或化学品，工艺简单，且原子经济性好，因此，甲烷的直接转化以及高效利用的研究具有重要的理论意义和工业应用价值。

通常情况下，甲烷直接转化需要在苛刻条件下(如高温、强酸介质等)进行，造成中间物种极不稳定：如含氧气氛下易于生成CO₂和H₂O，无氧条件下易于生成积碳物种，进而导致反应产物选择性偏低。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种甲烷制备烃类化合物的方法，该方法通过甲烷和一氧化碳耦合，经羰基化路线，改变了甲烷的活化路径，降低了反应温度，提供了一条甲烷直接转化的新方法。

根据本申请的一个方面，提供了一种甲烷制备烃类化合物的方法，所述方法至少包括：将含有CH₄和CO的原料气与固体催化剂接触，反应，得到烃类；所述固体催化剂包括分子筛催化剂；所述分子筛催化剂包括沸石分子筛和金属元素，所述金属元素负载在所述沸石分子筛上；所述金属元素包括钒、铬、锰、钨、锌、铝中的一种或几种。

可选地，所述烃类化合物中的碳原子数≥2。

可选地，所述烃类化合物包括低碳烃类、单环芳烃类和稠环芳香烃类中的至少一种；所述低碳烃类的碳原子数n为2≤n≤5。

可选地，所述CO与所述CH₄的摩尔比为0.05～100。

优选地，所述CO与所述CH₄的摩尔比为0.1～90。

优选地，所述CO与所述CH₄的摩尔比为1～80。

可选地，所述CO与所述CH₄的摩尔比的上限独立地选自10：1、20：1、50：1、60：1、80：1、90：1、100：1；下限独立地选自0.05：1、0.1:1、0.5:1、1:1、2：1、10：1、20：1、50：1、60：1、80：1、90：1。

可选地，所述反应的条件为：反应温度为350-650℃；反应压力为0.3～20MPa；所述CH₄的质量空速为0.01～10h^-1。

可选地，所述反应的条件为：反应温度为360-640℃；反应压力为0.5～18MPa；所述CH₄的质量空速为0.015～9h^-1。

可选地，所述反应温度的上限独立地选自380℃、400℃、450℃、500℃、530℃、540℃、560℃、580℃、620℃、640℃、650℃；下限独立地选自350℃、360℃、370℃、450℃、490℃、530℃、580℃、620℃、630℃、640℃。

可选地，所述反应压力的上限独立地选自0.5MPa、6MPa、10MPa、15MPa、20MPa；下限独立地选自0.3MPa、1MPa、6MPa、10MPa、15MPa。