1.2　工业上甲烷转化利用的几种主要技术

由于甲烷化学性质稳定，很难实现温和条件下的化学转化。其工业转化主要有以下两个方面的途径：直接法和间接法。

1.2.1　直接转化法

就是将甲烷直接转化为化工产品或轻烯烃，再通过轻烯烃的齐聚制备汽油等液体燃料。这种转化包括甲烷的部分氧化、甲烷氧化偶联以及还原偶联等过程，其中，甲烷部分氧化制C₁氧化物被认为是最具工业化潜力的路线，也是研究较多的方向^［12］。

但由于目的产物（甲醇和甲醛）的氧化速度要比原料甲烷的氧化速度大得多，导致反应选择性降低，产物被深度氧化成CO和CO₂，很难获得5%以上的单程产率^［13］。

另一种直接转化途径是甲烷氧化偶联反应，但同样由于产物乙烯、乙烷的活性远高于原料甲烷的活性，C₂烃的选择性还达不到工业化的要求，同时尾气的分离和纯氧的价格也限制了其工业化的经济可行性^{［14，15］}。

由于受到以上产物选择性的限制，选择非氧条件下甲烷直接转化是一条很好的途径。20世纪90年代我国研究人员采用Mo/HZSM-5双功能催化剂首次在无氧条件下实现了连续反应状态下甲烷高选择性地转化为苯^［16］。随后各国科研人员开发了一系列的双功能催化剂，但由于甲烷的高稳定性，到目前为止，除少量用于氨氧化制氢氰酸、氯化制氯甲烷和高温热裂解制乙炔外，还没有一个甲烷直接转化实现大规模工业化的先例^［17］。

1.2.2　间接转化法

就是先将富甲烷气体转化为合成气（CO+H₂），再通过F-T反应合成液体燃料^{［18，19］}，或羰基合成，以制备各种不同的化工产品与液体燃料^{［20，21］}。其主要的转化反应有：a.经合成气途径制甲醇、二甲醚、乙醇、改良F-T合成汽油、柴油^［22］；b.经甲醇途径合成汽油、烯烃、二甲醚、乙酸、甲酸甲脂、碳酸二甲酯^［23］。目前已有甲烷水蒸气重整等过程实现了大规模的工业化生产合成气。与直接转化法相比较，这是一条更易于实现的途径。基于以上原因，间接转化法成为世界各国天然气催化转化的研究热点，下文主要就间接转化法进行讨论。