碳一化工部分产品反应机理研究进展及应用前景
重质碳资源高效利用的科学基础化工进展
重质碳资源高效利用的科学基础化工进展随着全球经济的发展和人口的增加，能源和资源的需求也越来越大。
然而，目前全球的主要能源和资源都是传统石油、天然气、煤炭等重质碳资源，这些资源的开采、加工和利用正面临许多挑战，如环境污染、天然资源紧缺、能源安全等问题。
因此，为了保障能源和资源的可持续利用，重质碳资源的高效利用成为当今化学工程和化学科学研究的热点之一。
重质碳资源高效利用的科学基础化工进展是指通过化学工程和化学科学方法，从重质碳资源中高效提取和利用各种有用的化学品和能源。
随着化学科学和技术的不断发展，人们可以从重质碳资源中提取和制备出许多有用的化学品和能源，如乙烯、芳香烃、烷烃、氢气、烯烃、低碳烷等。
其中，催化裂化技术是目前最主要的重质碳资源高效利用技术之一。
该技术通过将重质碳资源在高温下和催化剂作用下裂解成较轻的烃类化合物，如乙烯、丙烯、芳香烃等，从而实现重质碳资源的高效利用。
而催化裂化技术也在不断地进行科学化和工程化的进步和提高，例如新型的催化剂、新型的反应体系和反应工程等方面都有很大的创新和突破。
此外，化学合成路线也是重质碳资源高效利用的重要途径之一。
以芳香烃为例，有机合成化学家可以通过芳香烃的化学反应，如烷基化、芳基化、杂原子插入等反应制备出更多有用的化学品。
例如，氟化芳基反应可以制备出聚合物、胺基酸和其他有机合成用原料，烯基化反应可以制备出聚合物、橡胶和其他有机合成用原料等等。
此外，许多新兴的重质碳资源高效利用技术和研究也在不断涌现，如生物能源技术、电化学技术、太阳能能源技术等等，这些技术都有很大的潜力和前景。
然而，对于重质碳资源高效利用来说，科学基础仍然是最重要的基础。
化学科学家需要深入研究重质碳资源的化学性质和反应活性，以发现新型反应体系和反应机理等重要信息。
此外，化学工程师也需要结合化学科学的研究成果，进行工程化设计和创新，以实现重质碳资源的高效利用。
总之，重质碳资源的高效利用是当今化学科学和化学工程的重要研究方向之一。
碳基化合物的生物材料应用研究与展望
碳基化合物的生物材料应用研究与展望随着科学技术的不断发展，碳基化合物作为一种重要的生物材料，正逐渐引起人们的关注。
碳基化合物在生物医学领域的广泛应用，为人类的健康和生活品质提供了新的可能性。
本文将从碳基化合物的特性、应用领域以及未来的发展方向等方面进行探讨。
首先，我们来了解碳基化合物的特性。
碳基化合物是由碳元素组成的化合物，具有多样的结构和性质。
其中，碳纳米管是一种具有独特性能的碳基化合物，具有高强度、高导电性和高热稳定性等特点。
碳纳米管在生物医学领域的应用潜力巨大，可以用于制备生物传感器、药物传递系统和组织工程等。
其次，碳基化合物在生物医学领域的应用领域广泛。
碳基化合物可以用于制备生物传感器，用于检测生物分子的存在和浓度。
例如，碳纳米管可以作为传感器的载体，通过与生物分子的特异性相互作用，实现对生物分子的高灵敏度检测。
此外，碳基化合物还可以用于制备药物传递系统，用于治疗癌症等疾病。
通过将药物包裹在碳纳米管中，可以提高药物的稳定性和生物利用度，减少副作用。
此外，碳基化合物还可以用于组织工程，用于修复和再生组织。
通过将碳纳米管与细胞或组织相结合，可以促进细胞的生长和分化，实现组织的修复和再生。
然而，碳基化合物在生物医学领域的应用还存在一些挑战。
首先，碳基化合物的制备和表征技术还不够成熟。
目前，碳基化合物的制备方法多种多样，但仍存在一些问题，如产率低、纯度不高等。
此外，对于碳基化合物的表征方法也需要进一步改进，以提高其准确性和可重复性。
其次，碳基化合物的生物相容性和安全性问题还需要解决。
尽管碳基化合物在体外实验中表现出良好的生物相容性，但在体内应用时可能引发免疫反应和毒性效应。
因此，需要进一步研究和评估碳基化合物的生物相容性和安全性。
展望未来，碳基化合物在生物医学领域的应用前景广阔。
首先，随着碳基化合物制备和表征技术的不断改进，碳基化合物的性能和品质将得到进一步提高。
其次，碳基化合物的生物相容性和安全性问题将得到解决，为其在临床应用中的推广提供了保障。
碳基材料发展的趋势与前景
碳基材料发展的趋势与前景1. 引言碳基材料是一类由碳元素构成的材料，具有优异的物理和化学性质，广泛应用于能源存储、电子设备、纳米技术等领域。
随着科学技术的不断进步，碳基材料的研究和应用正在迅速发展。
本文将对碳基材料发展的趋势和前景进行探讨。
2. 发展趋势2.1 多功能性随着对碳基材料的深入研究，人们开始发现其在不同领域具有多种功能。
石墨烯具有优异的导电性和导热性，可应用于电子器件和热管理；碳纳米管具有良好的机械性能和光学性能，可用于强化材料和传感器；金刚石膜具有极高的硬度和耐磨性，可应用于切削工具和涂层等。
未来，碳基材料将朝着实现多功能化发展，以满足不同领域的需求。
2.2 可控性合成为了实现碳基材料的多种功能，研究人员致力于开发可控性合成方法。
通过调控合成条件和原料配比，可以合成出具有特定结构和性质的碳基材料。
通过控制碳纳米管的直径、长度和结构，可以调节其光学性能和电子性能；通过调控石墨烯的层数和晶格性质，可以优化其导电性和机械性能。
未来，随着合成技术的进一步改进，将能够实现更精确的碳基材料合成。
2.3 纳米化和二维化纳米化和二维化是当前碳基材料研究的热点方向。
纳米化可以带来更大比表面积和更优异的性能，将能够应用于催化剂、能源储存和传感器等领域。
二维化则能够改变材料的电子结构和光学性能，对于开展纳米电子器件和光电子器件研究具有重要意义。
未来，纳米化和二维化技术将在碳基材料领域发挥重要作用。
3. 应用前景3.1 能源存储碳基材料在能源存储领域具有广阔的前景。
石墨烯超级电容器因其高比表面积和优异的导电性能，成为新一代高性能能源储存装置的候选材料。
碳纳米管和石墨烯复合材料的应用也为锂离子电池和钠离子电池等储能系统提供了新的解决方案。
3.2 电子设备碳基材料在电子设备领域有着重要应用。
石墨烯和碳纳米管的高电子迁移率和优异的载流子传输性能，使其成为下一代高性能晶体管和柔性电子器件的理想替代材料。
碳基材料的柔性和透明性也使其在可穿戴设备和显示屏技术方面具有潜在应用。
第5章 碳一化工及主要产品 总
14
3.反应条件
温度、压力： Cu-Zn-Al催化剂：230~280℃，5.0~10.0MPa； 空速： 一般：5000~10000 l／h ； 原料气组成： 低压铜系催化剂：n(H2)／n(CO)=2.0~3.0, H2过量； 氢气过量： 可改善甲醇质量，提高反应速度，有利于导出反应热； (高CO：温度不宜控制，催化剂积羰基铁，易失活；)。原 料中一定CO2（5%）：可降低峰值温度，可抑制二甲醚的 生成。 15
2CH3OH 2CH3OH
CH3OCH3 ＋ H2O
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合成气（CO+H2）一步法
气相催化脱水
甲醇脱水法（二步法）
液相催化脱水
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⑴甲醇脱水法（二步法）
2CO+4H2=== 2CH3OH 2CH3OH == H3COCH3+ H2O 包括： 气相催化脱水 液相催化脱水
甲醇气相法
是最合理的生产方法 国外拟建的大型装置都采用此法
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⑶作制冷剂、气雾剂、发泡剂
二甲醚粘性小，气化量大，与一般有机溶剂可 以互溶，与水有高的互溶性，化学稳定性好，不 生成过氧化物，不起氯化反应，不与其他组分产 生作用，不破坏效率，不腐蚀材料，而且不会对 臭氧层构成危害，理化性能很适合作制冷剂、气 雾剂、发泡剂。
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2.二甲醚生产方法
合成的工艺过程
甲醇液相法现已逐步淘汰
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⑵甲醇气相法
甲醇蒸汽通过固体催化剂床层进行脱水反应而得二甲醚
2CO 4 H 2 (CH 3 ) 2 O H 2O CO 3H 2 CH 4 H 2O 4CO 8 H 2 C4 H 9OH 3H 2O CO2 4 H 2 CH 4 2 H 2O 2CO CO2 C
碳一化学和天然气化工发展趋势和最新进展
碳一化学和天然气化工发展趋势和最新进展碳一化学是指从一个碳原子的化合物(如CH4、CO、CO2、CH3OH、HCHO等)出发合成各种化学品的技术。
对上述一碳化合物合成其他化学品的研究和开发，逐渐形成了C1化学的主要分支：天然气化工、煤化工、合成气化工、CO化工、CO2化工、甲醇化工及甲醛化工等。
从煤、天然气制合成气再进一步制备各种化工产品和洁净燃料，已成为当今化学工业发展的必然趋势。
由于碳一化学以化工原料多样化和能源“非石油化”为战略目标，所以受到世界各国的关注和重视，投入大量的人力物力，从事研究和开发，取得很大的进展。
以煤或天然气制合成化学品的原料气，全世界每年消费合成气3000亿Nm3,其中55%用于制造合成氨，25%用于制造甲醇。
而且，30种重要的有机化工产品中有24种可由合成气制得，这对氮肥企业的产品结构调整和寻找新的经济增长点来说，确实是令人欢欣鼓舞的。
1. 抓住机遇，加快发展天然气化工（1）21世纪世界能源将进入天然气时代世界上蕴藏有相当丰富的天然气资源，常规资源总量为327.4万亿M3，非常规资源总量为849万亿M3，总计约1176.4万亿M3。
截止2001年初，已探明储量149.48万亿M3，待探明储量152.6万亿M3，估计到2030年探明储量可达404万亿M3。
世界天然气的消费量也逐年上升，占能源消费构成的比例也逐年上升，1995年世界天然气消费量为2.22万亿M3，占世界能源消费构成23%，1996年两者分别上升为2.325万亿M3和24%。
预测2030年世界天然消费量将比1996年翻一倍，年消费量达4万亿M3。
相反，石油资源与消费量却不断萎缩，截止1996年，世界探明石油储量1511亿吨，剩余探明储量1374.2亿吨，1996年世界石油产量31.61亿吨，按现有生产水平石油资源仅可开采40多年。
而天然气资源尽管以极高的消费速度增长，世界范围内的天然气供应仍可保证100多年。
第13章 碳一化工
的费用。
甲醇CH3OH，相对分子质量32，无色， 略带有醇香气味的挥发性液体，沸点64.7℃， 能溶于水，在汽油中有较大的溶解度。 甲醇有毒，易燃，其蒸气与空气能形成爆 炸性混合物，其爆炸极限为6％～34.8％。 甲醇对人体的神经系统和血液系统有影响， 人误饮5～10mL甲醇就会造成双目失明。饮 入30mL会致死，安全允许的甲醇蒸气含量为 0.05mL／L。故应注意安全操作和使用。
制造合成气的原料包括煤、重油、石油焦，天然
气 、生物质甚至城市垃圾。 采用农业废弃物的“炼碳厂”可能对中国相当重 要，例如通过多联产生产DME以及根据需要来发电。 DME是一种杰出的第三类（和电、氢相互补充的 碳基燃料）能源载体候选对象，它可以应用于多种燃 料市场，即使不作尾气处理，DME发动机造成的空气 污染也相当小。
我国煤炭资源较丰富，且煤炭产地价格
便宜，如山西、内蒙、陕西几大煤炭基地，
同等热值的煤价仅为世界煤价的1／3。因此，
在一次能源中，煤炭一直占70％以上。
氨和甲醇是合成气的两大主要产品，
目前世界合成氨年生产能力15000×104t， 甲醇年生产能力3400×104t。 中国是世界第一大合成氨生产国，目 前主要是搞好大型企业的节能技改，生产 规模向系列大型化发展。
基于气化的煤炭现代化技术可以生产合成液 体燃料、联产电力和过程热。 成本最低的多联产可以使用不同的碳基原料， 如同目前的炼油厂一样，在一个工厂（炼碳厂） 内生产多种能源产品（以及化工产品），将非石 油的各种碳基原料以气化的形式炼制成各种能源 载体和化工产品，例如DME（二甲醚）。 对这些能源载体（中期主要是DME，远期主 要是氢）加以利用，需要新的工艺和设施。
Al2O3 Ag Mn Co W Cr V Mg
碳一化工
由甲烷为原料的化工产品生产简介摘要:一碳化学指以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学，其中甲烷是一碳化学中重要的组成部分。
所以由甲烷出发的一系列化工产品的合成路线是现在化工产业中重要的生产路线。
本文就一些以甲烷为原料的化工产品合成路线做一些简介。
关键字：甲烷甲醇氨乙炔氢氰酸炭黑烯烃芳烃一、甲烷的来源甲烷是天然气的主要成分，也大量存在于煤层气、沼气和垃圾填埋气等之中。
工业用甲烷主要由天然气中分离而来。
二、各种工业产品的制备1、由甲烷制甲醇工业技术甲醇是极其重要的一种基础有机化工原料，广泛应用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
随着科学技术的发展，甲醇又开辟了一些新的应用领域，以甲醇为原料的系列产品也越来越多，甲醇的燃料用途也越来越受重视。
天然气是制造甲醇的主要原料.天然气的主要组分是甲烷,还含有少量的其他烷烃、烯烃与氮气.以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、催化部分氧化、非催化部分氧化等方法,其中蒸汽转化法应用得最广泛,它是在管式炉中常压或加压下进行的.由于反应吸热必须从外部供热以保持所要求的转化温度,一般是在管间燃烧某种燃料气来实现,转化用的蒸汽直接在装置上靠烟道气和转化气的热量制取.由于天然气蒸汽转化法制的合成气中,氢过量而一氧化碳与二氧化碳量不足,工业上解决这个问题的方法一是采用添加二氧化碳的蒸汽转化法,以达到合适的配比,二氧化碳可以外部供应,也可以由转化炉烟道气中回收.另一种方法是以天然气为原料的二段转化法,即在第一段转化中进行天然气的蒸汽转化,只有约1／4的甲烷进行反应,第二段进行天然气的部分氧化,不仅所得合成气配比合适而且由于第二段反应温度提高到800℃以上,残留的甲烷量可以减少,增加了合成甲醇的有效气体组分.天然气进入蒸汽转化炉前需进行净化处理清除有害杂质,要求净化后气体含硫量小于0.1mL/m3.转化后的气体经压缩去合成工段合成甲醇2、由甲烷制乙炔乙炔曾是世界化学工业中“有机合成之母”，早期的石油化工就始于天然气乙炔工业和天然气凝析液（NGL）制乙烯工业的兴起。
碳材料的发展前沿和展望
碳材料的发展前沿和展望在当今的工业生产和科技领域中，碳材料被视为一种非常重要的材料。
它们既具有轻量化、耐腐蚀等优良性能，又包含多种结构和形态，可以用于制造各种功能性材料和器件。
近年来，碳材料的研究和应用领域不断拓展，取得了许多新的成果和进展。
下面将介绍碳材料的发展前沿和展望。
碳材料的发展前沿1. 三维打印技术三维打印技术可以打印出各种形状和复杂度的结构，这对于制造碳材料的复杂器件具有重要意义。
目前，基于三维打印技术的碳纤维增强聚酰亚胺复合材料已经成功实验。
未来，三维打印技术将可用于构建更为复杂的碳材料器件。
2. 炭烤液态金属炭烤液态金属是指在炭烤后得到的具有类金属外观的多孔炭化体。
通过这种方法可以制造出各种具有特殊形状和功能的碳材料，如超级电容器、钠离子电池等。
由于其多孔性，炭烤液态金属还具有非常好的分离效果，可以用于水处理等领域。
3. 石墨烯材料石墨烯是一种新兴的碳材料，拥有极高的导热、导电、机械强度和化学稳定性。
石墨烯材料具有一个原子层的厚度，具备很多现有材料所没有的优异性能和潜在应用，如电子器件、生物医学材料、过滤和分离领域。
石墨烯的研究和发展成为了碳材料的重要方向之一。
碳材料的展望1. 发展碳材料复合材料碳材料复合材料是将碳材料与其他材料复合形成新型材料的方法。
未来，复合材料的发展领域会非常广阔，如碳纤维与塑料复合材料、碳化硅与炭纤维复合材料、石墨烯与聚合物复合材料等。
这些复合材料将能够满足更多的应用需求。
2. 在新能源材料中的应用新能源汽车、储能、光伏和光催化等领域需要大量的碳材料。
经过科学家的不断研究和开发，碳材料已经成功地应用于新能源中，如钠离子电池、超级电容器等。
3. 探索碳材料的光电响应性质碳材料有着良好的光学、光电性质，可以发挥出光学、光电及光化学等特殊功能。
未来，可以通过改变碳材料的具体结构和形态来探索该领域的可能性。
预计随着人们对光电响应性质的理解越来越深入，碳材料光电应用领域将不断扩大。
碳一化工原理
碳一化工原理
碳一化工是指以含有一个碳原子的物质（如CO、CO2、CH4、CH3OH、HCHO等）为原料合成化工产品或液体燃料的有机化工工艺。
其核心原理是利用这些含有一个碳原子的化合物进行转化，以得到所需的化工产品或液体燃料。
这种转化可以通过多种途径实现，例如通过合成气（CO+H2）的合成，或者通过其他化学反应，如烃和燃料油类合成、含氧化合物合成（如甲醇、甲酸、甲醛、醋酸等）、含氮化合物合成（如氢氰酸、二甲基甲酰胺等）。
碳一化工技术的原料来源广泛，传统上主要以煤和重油为主，但随着能源结构的调整和低碳政策的驱动，甲烷资源也逐渐成为原料之一。
碳一化工的应用领域广泛，包括烃和燃料油类合成、含氧化合物合成、含氮化合物合成等，可以生产出甲醇、甲醛、甲酸甲酯、醋酸及其系列产品等多种化工产品。
此外，碳一化工的高效催化技术是碳一化工领域的关键技术之一。
通过使用高效催化剂，可以在较温和的条件下实现碳一化合物的转化，提高反应效率和产物选择性，降低能耗和废弃物排放。
这种技术在碳一化工的生产过程中发挥着重要作用，有助于实现碳一化工的绿色、高效和可持续发展。
总的来说，碳一化工原理是利用含有一个碳原子的物质进行转化合成，得到所需的化工产品或液体燃料。
通过选择合适的原料和反应途径，以及应用高效催化技术，可以实现碳一化工的高效、绿色和可持续发展。
有机化学反应机理的研究进展
有机化学反应机理的研究进展近年来，有机化学反应机理的研究取得了长足的进展。
通过揭示有机反应的细节和机理，我们可以更好地理解有机化学的基本原理并开发出更高效、高选择性和环境友好的合成方法。
本文将介绍近期有机化学反应机理研究的重要进展。
一、C-C键形成反应机理的研究C-C键形成是有机合成中至关重要的步骤。
传统方法中，醇或酯类化合物通过金属催化剂催化的反应（如Cross-Coupling等）与卤代烷烃反应，形成C-C键。
然而，这些反应存在金属残留和庞大配体等问题，限制了其应用范围。
近年来，有机化学家们开始关注更可持续的方法，例如采用有机催化剂催化的C-C键形成反应。
近期研究表明，有机催化剂催化的C-C键形成反应机理与传统的金属催化剂催化反应有所不同。
一些有机催化剂，如脲或氨基酸衍生物，通过酸碱催化机制促进反应。
例如，邓肯缩合反应中，脲类有机催化剂能够催化醛和酮的缩合反应，形成C-C键。
详细的机理研究表明，在碱的作用下，脲类有机催化剂可以活化醛或酮，生成临时的缩合物中间体，然后进行C-C键形成。
这种有机催化剂催化的C-C键形成反应机理由于操作简单、底物适用范围广而备受关注。
二、环化反应的机理研究环化反应在有机合成中具有重要的地位。
通过环化反应，我们可以实现分子的构建和多样性的建立。
研究环化反应机理可以帮助我们更好地设计和优化有机合成的策略。
最近进行的研究中，催化剂在环化反应中起到了关键作用。
催化剂通过激活底物，降低能垒，从而促进环化反应的进行。
例如，通过采用氧化铜催化剂，研究人员发现羧酸与烯丙基醇反应时，催化剂可以帮助形成C-C键，并催化羧酸中的羰基氧原子与烯丙基醇的烯丙基氧原子发生反应，形成酯类产物。
通过详细的机理研究，研究人员发现，氧化铜催化剂通过与底物发生氧化还原反应，生成活性中间体，并促进环化反应的进行。
三、催化剂设计的研究进展催化剂在有机化学反应中起到了关键的作用。
通过设计和开发高效的催化剂，可以加速反应速率、提高产物选择性，并减少副反应的生成。
新型碳材料的研究进展和应用前景
新型碳材料的研究进展和应用前景近年来，随着全球对环境和能源问题的关注度越来越高，低碳经济与清洁能源成为了全球的热门话题。
而作为其中的一个重要组成部分，新型碳材料的研究也日益受到了越来越多的关注。
本文将重点介绍新型碳材料的研究进展和应用前景。
首先，我们先来认识一下什么是新型碳材料。
新型碳材料是指具有一定结构和功能的碳材料，不仅具备传统碳材料的基本性质，还具有很多新的特性和应用。
其中最常见的新型碳材料包括碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳材料等。
目前，新型碳材料的研究正在蓬勃发展。
在碳纳米管方面，科研人员通过不断改进和完善制备工艺，已经可以制备出高质量、高稳定性和高比表面积的碳纳米管。
这些碳纳米管具有广泛的应用前景，包括储氢材料、光电器件、催化剂载体等方面。
而在石墨烯领域，石墨烯的制备技术也日渐成熟。
石墨烯具有优异的电学、热学和机械性能，在电子器件、传感器、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
除此之外，纳米多孔碳材料也是新型碳材料领域的一大热点。
纳米多孔碳材料具有高比表面积、多孔性和高导电性等特性，可以作为高性能催化剂、电极材料和分离材料等，用途非常广泛。
随着科研人员对这些材料的研究深入，相信未来还会有更多的新型碳材料涌现出来。
除了在科学研究中的应用，新型碳材料也具有广泛的工业应用前景。
例如在电池、超级电容器和储氢材料方面，新型碳材料的应用可以大大提高产品性能。
此外，新型碳材料还可以用于污水处理、废气处理等环境领域，具有非常鲜明的低碳环保特点。
总的来说，新型碳材料研究和应用的前景非常广泛。
研究人员在这个领域不断地探索、尝试，致力于将碳材料的应用范围不断扩大、提高其性能，为低碳经济和清洁能源发展做出自己的贡献。
我们有理由相信，未来新型碳材料的发展会更加快速、全面，给我们的生活带来更多的创新和变化。
新型碳材料的研究与应用前景展望
新型碳材料的研究与应用前景展望近年来，一种新型的碳材料——石墨烯，引起了科学界的广泛关注。
由于其出色的导电性、耐腐蚀性和强度等特性，在研究领域和工业应用中，石墨烯带来了突破性的变革。
在这个趋势下，人们开始探索新型碳材料的研究和应用前景，并做出了一些有趣的成果和创新。
本文旨在对新型碳材料的研究和应用进行展望，并探讨碳材料在各领域的可能性和潜力。
一、新型碳材料的发展历程早在20世纪初期，钻石等天然碳材料就已经被人们广泛应用。
而人工合成碳材料的研究则始于20世纪50年代。
在此之后的几十年里，人们发现了不同种类的碳材料，例如碳纳米管和葫芦状结构等。
但这些碳材料的应用仍然有许多限制，比如纳米管和葫芦状结构的制备成本高昂，生产过程中的污染物难以处理，而且稳定性、可靠性等问题也不容忽视。
而在2004年，来自英国曼彻斯特大学的安德里·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫等人，制备出了一种在22纳米尺度下具有独特性质的三维网状结构——石墨烯。
石墨烯是一种以花式的二维碳原子为基础单位，形成蜂窝状花纹结构，从而形成六角形的花瓣，呈现一种类似于蜂窝的结构。
石墨烯的独特性质极大地推动了人们对新型碳材料的研究和应用。
与其他碳材料相比，石墨烯具有以下优点：1. 极高的导电性2. 高强度和高韧性3. 高透明度4. 超大的比表面积5. 较高的热稳定性二、新型碳材料在各领域的应用前景1. 材料科学领域纳米电子、磁学、反应和表面化学等领域中对于新材料的应用需求不断增加。
发展新型碳材料将在将来对这些领域带来革命性的变化。
例如，基于石墨烯的半导体等电子学器件可在超低电压下工作。
通过各种处理工艺结合微纳加工制造的碳纳米管和石墨烯薄膜可以在热电、电池等领域得到应用。
石墨烯的热性能在铁热学领域也有重要应用前景。
2. 生物医学领域碳材料在生物领域的应用可以追溯到有机天然物质碳水化合物。
随着医学和生命科学的发展，人们也开始探索碳材料在生物医学领域的应用。
碳一化工主要产品
新催化剂
FT合成
产物分离
产品精制
FT合成法工艺流程
在不同的条件下，FT合成法可用获得多种产物。但其存在的主要问题是 产品太复杂，而且选择性差。
2.3 工艺流程
2.几种间接液化的典型工艺
1-反应器； 2-催化剂沉降室； 3-竖管；4-油洗塔； 5-气体洗涤分离塔； 6-分离器；7-洗塔； 8-开工炉
英国lCl工艺
甲醇合成传统 工艺 德国Lurgi工艺 单程转化率低 脱硫投资大
AVEYMAKE 合成新工艺
有效地改善了合成过程传热 和传质，使反应过程基本在 等温下操作，提高了反应空 速和单程转化率，为反应器 大型化创造了条件
甲醇合成新工 艺
浆态床合成甲 醇反应器
气—固—液滴 流反应水平器
2 费托合成
优势
碳转化率高
其中，德士古气化煤气有效成分CO和H2占78％～80%，Shell气化约占90%。
1.2“碳一化工”技术发展的主要成就
2.合成油技术
煤液化是用煤为原料来加工转化以制取液体烃类为主要产品 的技术。
“
（1）直接液化
煤直接催化加氢液化
煤的溶剂抽提
按工艺特点分类
煤的热解（以获取液 体燃料为目的）和氢 解
反应温度
反应压力
增加压力可加快反应速率，副反应也加快
一般5~10 MPa
低空速有利于副反应进行 高空速导致转化率低，甲醇浓度低 一般空速10000 h-1 CO过高，不宜控制反应温度，且容易积碳，
空速
原料气组成
催化剂失活
一般H2过量：理论H2/CO=2:1，实际为5~10:1
3.3 甲醇下游产品生产
主反应：甲烷化反应
合成气制甲烷
应用化工技术毕业设计(论文)-甲醇合成技术的研究进展
毕业设计（论文）甲醇合成技术的研究进展专业名称：应用化工技术学生姓名：丁志敏班级： 2010应化（1）班学号： 1006100101指导教师：刘迪2012 年12月15日摘要介绍了近年国内甲醇产业最新发展情况，特别对煤基甲醇和以它为原料生产低碳烯烃作了比较详细论述。
煤基甲醇制乙烯和丙烯在我国具有重要意义，2006年我国甲醇表观消费量达800万吨，2007年需求量将达900万吨以上，今后几年还将以每年8%-10%的速度增长。
甲醇生产能力和产量的快速增长、特别是煤基甲醇的兴起已引起关注。
预计，煤基甲醇为原料生产乙烯、丙烯和作为新型燃料以及相关技术，在中国具有璀璨的发展空间和广阔的市场前景。
关键词：甲醇，煤气化，燃料，烯烃目录前言 (1)1 天然气制甲醇合成气工艺及进展 (2)1.1天然气添加CO2一段蒸汽转化 (2)1.2天然气与CO2催化转化 (2)1.3两段转化法 (3)1.3.1常规两段蒸汽转化法 (3)1.3.2纯氧换热转化工艺 (3)1.4甲烷部分氧化 (4)1.4.1非催化部分氧化 (4)1.4.2催化部分氧化 (4)2 甲醇合成反应器的分析与选择 (5)2.1国外主要甲醇合成反应器 (5)2.1.1 ICI冷激型反应器 (5)2.1.2 Lurgi管壳型甲醇合成塔 (5)2.2国外甲醇反应器发展趋势 (6)2.3国内甲醇反应器研发情况 (7)2.3.1绝热管壳式反应器 (7)2.3.2内冷管壳式反应器 (7)3 LURGI型轴向低压甲醇合成技术 (9)3.1工艺流程 (9)3.2合成塔结构 (9)3.3技术特点 (11)4 大型甲醇技术发展现状评述 (12)4.1计算技术的发展 (12)4.2新的甲醇工艺流程配置 (12)4.3甲醇合成催化剂性能的不断提高 (14)5 总结 (15)参考文献 (16)致谢 (17)前言甲醇是极为重要的有机化工原料和洁净液体燃料，是碳一化工的基础产品。
固体原料煤炭、液体原料石脑油和渣油、气体原料天然气和油田气或煤层气等经，它们在催部分氧化法或蒸汽转化法制得合成气。
甲醇作为碳一化工最核心的中间产品
利用CO2 合成甲醇的催化剂合成开发研究——节能减碳，变废为宝甲醇是一碳化工中最核心的中间产品，是生产醋酸、甲醛、对苯二甲酸二甲酯、医药、农药等有机化工产品的原料，也是部分替代燃料和裂解生产烯烃的重要原料。
甲醇还可作为液体清洁燃料，便于携带和运输。
它既可作为车用替代燃料，又是重要的高附加值产品的特点，使得甲醇的合成和应用研究越来越受到人们重视。
甲醇化学作为21世纪的化学交出学科的一个分支和甲醇化工同时作为化学工业与能源工业的一个重要领域的地位正在形成。
甲醇产量是一个国家一碳化工发展水平的标志和能源化工的晴雨表。
现有的甲醇生产是通过消耗不可再生的能源煤、气、油，通过制气、变换、合成工序生产，消耗较多。
我国是世界上能源消耗最大的国家，但高耗能、低效率使得我国的能耗效率很低。
2008年全球CO2排放量达到86.7×108t/a，我国占21%，全世界第一。
CO2主要为回收合成氨厂、石化厂、炼油厂、乙醇厂、天然气化工厂外排的CO2，但目前全球CO2的利用不足1×108t，浪费极大。
我国CO2产能约为125×104t，大量CO2排入大气。
以煤为主，石油、天然气、水核电仅占25%左右的能源结构，决定了我国CO2排放量持续增长的趋势在短期内难以改善。
经济的快速持续发展，与之相适应的能源增长，CO2排放量增加与保护环境、减少CO2类温室气体的排放，已成为制约经济发展的瓶颈。
而通过提高能源的利用率、降低能源消耗和综合利用外排CO2是减少CO2排放量的有效措施。
二氧化碳加氢合成甲醇将二氧化碳转化成可用化工产品，为上述问题提出了最好的解决方案。
二氧化碳制甲醇法中每摩尔甲醇所产生的反应热仅是传统甲醇合成法的一半。
采用CO2加氢合成甲醇的装置的合成和蒸馏单元的投资与传统的C2加氢合成甲醇装置相当。
以CO2为原料的绿色合成甲醇技术为降低CO2排放、综合利用CO2碳资源、开拓C1化工的发展空间提供了强大的技术支持。
化学反应机理研究及应用前景
化学反应机理研究及应用前景化学反应机理研究是化学领域极为重要的一部分，它是各种化学过程的基础，并对于工业生产、环境保护、药物研发等方面有着重要的应用。
本文将分别从化学反应机理的定义、研究方法、应用前景等方面进行探讨。
一、化学反应机理的定义化学反应机理是指描述化学反应过程中分子间相互作用方式的一个完整的过程。
在化学反应机理研究中，通常需要解析化学反应方程式，探索不同反应物的特殊性质，透彻了解反应机理中的关键环节及其反应轨迹。
二、化学反应机理的研究方法1.实验方法对于反应机理的研究，实验方法是主要的手段。
实验方法主要包括测定反应物和产物的物理性质、用光谱学分析反应物和产物的分子结构、利用手工制备样品或现代仪器化合物并分离纯化，进而分析化合物的结构以及分子之间的相互作用等。
2.理论方法理论计算方法也是研究反应机理的重要手段。
通过理论计算，可以对反应活化能、自由能变化、相对速率常数等进行预测和分析。
理论计算方法通常与实验方法相结合，例如在某些反应物的结构未知或不易合成时，可通过理论模型进行分析，以多角度确认反应机理的正确性。
三、化学反应机理的应用前景1.在工业生产中的应用化学反应机理研究在工业生产中具有极为广泛的应用前景。
例如确定某个化学反应过程、合成某种化学物质、监测和控制工业废物中的污染物质等方面都需要深入研究反应机理，以保证生产的稳定性、有效性和安全性。
2.在环境保护中的应用如今，环境污染已成为大家关注的一个重要问题。
化学反应机理可以帮我们更好地了解环境污染物质的来源和生成过程。
这有助于我们准确地制定环境污染防治措施。
例如，对于某些有毒物质，理解其反应机理可以为寻找最佳降解剂提供方向，这对于环境保护具有重要意义。
3.在药物研发中的应用药物研发是化学中重要应用之一，其中对药物作用机理的了解更是药物研发的核心。
化学反应机理研究可以帮助研究人员了解活性成分的反应过程及产物的特征，进一步确定药物的作用途径，并进行有针对性地药物修饰和结构优化综上所述，化学反应机理的研究是化学领域中极为重要的一部分，其应用前景十分广阔，可以为工业生产、环境保护、药物研发等领域带来巨大的推进。
碳材料在光催化领域的应用前景
碳材料在光催化领域的应用前景随着环境问题的日益严峻，绿色能源的研究和应用成为了当今科学界的热点。
在这个领域中，碳材料作为一种重要的材料，正逐渐展现出其在光催化领域的广阔应用前景。
本文将从碳材料的特性、光催化原理以及应用前景三个方面来探讨碳材料在光催化领域的潜力。
首先，我们来了解一下碳材料的特性。
碳材料是一类由碳元素组成的材料，包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维等。
这些材料具有许多独特的特性，如高导电性、高比表面积、优良的化学稳定性等。
这些特性使得碳材料在光催化反应中具备了良好的催化性能和稳定性，为其在光催化领域的应用提供了有力的支撑。
其次，我们来探讨一下光催化的原理。
光催化是利用光能激发催化剂表面的电子，从而促进化学反应的进行。
光催化反应通常涉及到光吸收、电子转移和催化反应三个步骤。
碳材料作为一种优良的光吸收材料，能够有效地吸收可见光和紫外光，并将其转化为电子能量。
同时，碳材料具有优异的电子传导性能，能够快速地将激发的电子传输到催化剂表面，从而提高催化反应的效率。
此外，碳材料还能够调控光催化反应的反应路径和产物选择性，进一步提高光催化反应的效果。
基于碳材料的特性和光催化原理，碳材料在光催化领域具有广阔的应用前景。
首先，碳材料可以应用于水分解制氢领域。
水分解制氢是一种绿色的氢气生产方法，可以利用太阳能等可再生能源来提供能量。
碳材料作为一种优良的光吸收材料和电子传导材料，可以用于制备高效的光催化剂，实现水分解制氢的高效转化。
其次，碳材料还可以应用于有机物降解和废水处理领域。
碳材料的高比表面积和优良的化学稳定性使其成为一种理想的吸附材料，可以有效地吸附和降解有机污染物。
此外，碳材料还可以通过调控其表面结构和功能化修饰来提高降解效率和选择性。
最后，碳材料还可以应用于光电子器件和储能器件领域。
碳材料的高导电性和优良的光电性能使其成为一种理想的光电子材料和电极材料，可以用于制备高效的光电子器件和储能器件。
总之，碳材料在光催化领域具有广阔的应用前景。
碳基化合物的自由基反应与自由基链反应机理
碳基化合物的自由基反应与自由基链反应机理碳基化合物是一类含有碳元素的化合物，它们在自然界中广泛存在，并且在生物体系中起着重要的作用。
碳基化合物的自由基反应和自由基链反应机理是化学领域中的重要研究课题。
本文将探讨碳基化合物的自由基反应的基本概念和机理，并重点介绍自由基链反应的原理和应用。
一、碳基化合物的自由基反应自由基是一种带有未成对电子的化学物质，具有高度的活性。
碳基化合物中的自由基反应是指碳原子与其他化合物中的自由基发生反应。
这种反应在有机合成和生物化学中具有广泛的应用。
自由基反应的机理可以分为三个步骤：引发、传递和终止。
首先，引发步骤是指外界能量激发碳基化合物中的某个化学键，使其断裂产生自由基。
例如，光照、热能或化学反应都可以引发自由基的生成。
接下来，传递步骤是指碳基自由基与其他化合物中的自由基发生反应，形成新的自由基。
这个过程中，自由基之间的反应可以是加成、取代或氧化还原等。
最后，终止步骤是指自由基反应停止的过程，通常是由于反应物中的自由基浓度下降或者反应物被完全消耗。
二、自由基链反应机理自由基链反应是指在反应中形成的自由基可以参与下一个反应步骤，从而形成一个自由基链。
自由基链反应有三个基本步骤：链引发、链传递和链终止。
链引发是指一个引发步骤产生的自由基可以引发下一个反应步骤，形成一个自由基链。
例如，在氯代烷烃中，光照可以引发氯原子的生成，而氯原子可以进一步引发其他氯代烷烃分子中的氯原子生成。
这样，一个氯原子引发的自由基链反应就形成了。
链传递是指链中的自由基与其他分子中的自由基发生反应，形成新的自由基。
这个过程中，自由基之间的反应可以是加成、取代或氧化还原等。
例如，氯原子可以与甲烷反应，形成甲基自由基和氯化氢。
甲基自由基又可以与另一个氯代烷烃反应，形成一个新的氯原子，从而继续链传递。
链终止是指链中的自由基反应停止的过程。
这可以是由于反应物中的自由基浓度下降或者反应物被完全消耗。
例如，两个自由基相遇并结合形成一个非自由基物质，或者自由基与抗氧化剂反应等。
低碳烯烃的前景
结合煤、石油、天然气目前的市场价格分析低碳烯烃合成的经济性班级：煤化工1001班姓名：武佳娜学号：341006070101结合煤、石油、天然气目前的市场价格分析低碳烯烃合成的经济性【摘要】：阐述了我国主要石化产品的供求状况、我国资源赋存特点，重点分析了由煤炭制备低碳烯烃的技术路线，认为在我国发展煤制烯烃具有重要意义。
通过模型测算了不同原料价格以及对应的烯烃生产成本,以及相同烯烃生产成本下,烯烃生产企业能承受的石油、煤和天然气的价格对应关系。
对石油、煤、天然气和烯烃合成的经济性进行了分析。
初步分析了融资方案对成本测算和项目决策的影响。
指出在考虑融资方案影响的情况下,低碳烯烃合成的经济性。
【关键词】：煤天然气石油价格技术经济对比一、我国三大主要能源现状1.我国共有各类性质煤矿2.78万处，其中原国有重点煤矿生产原煤7.94亿吨，国有地方煤矿生产原煤2.63亿吨；乡镇及个体煤矿生产原煤2.28亿吨。
从可供性的角度考虑，煤炭的可供储量为900亿－1200亿吨。
煤炭储量：截止到2002年末，全国己查明的煤炭资源量为1.01万亿吨。
其中：基础储量3317.61亿吨，储量1886.44亿吨，资源量6872.98亿吨。
原煤产量14.1亿吨。
我国共有各类性质煤矿2.78万处，其中原国有重点煤矿生产原煤7.94亿吨，国有地方煤矿生产原煤2.63亿吨；乡镇及个体煤矿生产原煤2.28亿吨。
从可供性的角度考虑，煤炭的可供储量为900亿－1200亿吨。
煤炭价格：根据不同地区而定，新疆340元每吨、山东800元、内蒙古锡林郭勒的煤价160元，均价在500元每吨。
煤炭消耗数量：3.2亿吨每年。
石油储量：目前我国石油储量每年增加10亿吨得地质储量，探明储量可以达到2亿到3亿吨。
中国已发现石油储藏量达到40亿吨。
石油价格：6000元每吨。
石油消耗数量：2亿多吨每年。
天然气储量：我国天然气探明储量10288亿立方米，占世界第十四位，我国天然气经济可采资源量只占世界经济可采资源量的2％；人均占有量占世界人均占有量的10％。
碳基材料的研究与应用
碳基材料的研究与应用碳基材料是指含碳元素为主体的材料，包括石墨、烟墨、碳纳米管、石墨烯等种类。
这些材料因其具有良好的热导性、导电性、机械性能和化学惰性而受到研究者们的广泛关注。
随着科技的不断发展，碳基材料也得到了越来越广泛的应用。
本文将介绍碳基材料的研究和应用现状。
一、碳基材料的研究进展1. 石墨石墨是碳基材料中应用最广泛、最成熟的一种。
石墨由层状的石墨烯片堆积而成，具有良好的导电性和热导性。
石墨被广泛应用于轴承、密封件、石墨电极等领域。
石墨纤维还可以制作为高强度、高韧性、低密度的复合材料，具有广泛的应用前景。
2. 烟墨烟墨是由碳黑和聚合物形成的一种复合材料。
烟墨具有良好的导电性和导热性能，广泛应用于印刷电路板、复合材料增强、防静电材料等领域。
3. 碳纳米管碳纳米管是由碳原子构成的管状结构，具有良好的导电性、导热性、机械性能和化学稳定性。
碳纳米管可用于制备传感器、导电纺织品、高强度复合材料等。
此外，碳纳米管还具有良好的催化性能，有望用于催化反应领域。
4. 石墨烯石墨烯是由一个层厚仅为一个原子的石墨片组成，具有极强的导电性、热导性和机械性能。
石墨烯具有广泛的应用前景，可以用于高效能太阳能电池、二维材料电子器件、智能薄膜等领域。
二、碳基材料的应用前景1. 碳基纳米材料在能源领域的应用碳基纳米材料具有较高的导电性、导热性和化学缓蚀性，可以用于制备高效能太阳能电池、锂离子电池等新型能源材料。
2. 碳基材料在催化领域的应用碳基材料因其独特的催化性能，在光催化、电催化、化学催化等领域有广泛的应用前景。
3. 碳基材料在电子器件领域的应用碳基纳米材料因其优异的导电性、导热性和机械性能，可以用于制备超薄电子器件、传感器、电容器、电极等。
4. 碳基纳米材料在材料强化领域的应用碳纳米管、石墨烯等碳基纳米材料具有极高的强度和韧性，可以用于制备高强度、高韧性、低密度的复合材料，具有广泛的应用前景。
结论碳基材料因其良好的电、热、机械性能和化学稳定性在各领域有着广泛的研究和应用。
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煤炭科技 加工转化 兖矿集团煤化公司协办碳一化工部分产品反应机理研究进展及应用前景刘定华1,2 刘晓勤2 钟 秦1(1 南京理工大学化工学院,江苏省南京市,210094;(2 南京工业大学化学化工学院,江苏省南京市,210009)摘 要 介绍了乙酸、乙二醇、碳酸二甲酯等重要碳一化工产品的催化反应机理及过程开发的研究技术进展,讨论了其工业化的可行性。
关键词 碳一化工 羰基化 甲醇 催化反应机理中图分类号 T Q529 文献标识码 AProspect of industrialization and technology developmentof reaction mechanism on C1chemical engineering productLiu Dinghua1,2,Liu Xiaoqin2,Zho ng Qin11 Chemical Eng ineering Co llege,Nanjing U niver sity of Science&T echnolog y;Nanjing,Jiang su P ro vince210094,China;2 Co llege of Chemistr y and Chemical Engineer ing,Nanjing U niver sity o f T echno log y,N anjing Jiang su Pr ov ince210009,ChinaAbstract T he technolog y develo pment of chemical eng ineer ing pro cess and reactio n mechanism on C1chemica l eng ineering pr oduct o f ethanonic acid,ethy lene glycol and dimethyl car bo nat e w ere descr ibed T he feasibility of in dustria l prospect by carbonylatio n r eact ion was discussedKey words C1chemical eng ineer ing;carbonnylat ion;methanol;catalytic r eaction mechanism1 甲醇羰化合成乙酸1913年,德国巴斯夫(BASF)公司最早发现了甲醇羰基化反应,但直到1960年,抗腐蚀镍/钼合金出现后才建成第一套中试装置,使用碘化钴作催化剂,反应温度为250 ,反应压力为68 9 MPa,以甲醇、CO计乙酸的选择性分别达到90%和70%。
1966年,美国孟山都(M onscanto)公司在巴斯夫(BASF)技术基础上成功开发低压甲醇羰基化制乙酸,选用铑 碘催化剂体系,该法条件缓和,催化剂寿命长,1970年工业化后,受到各国重视,目前采用此工艺制乙酸已占世界乙酸总量的64%以上。
与采用钴催化剂不同,使用铑催化剂副反应甚少,几乎没有因加氢而生成乙醛、乙醇等副产物,获得了以甲醇计乙酸的收率为99%、以CO计乙酸的收率也在90%以上的结果。
其反应机理是通过助催化剂碘甲烷在一价铑催化剂的作用下与CO完成插入反应,生成乙酰碘,然后由乙酰碘与水或甲醇反应生成乙酸或甲酸甲酯,同时将碘还原成碘甲烷,反应机理如下:RhI3+2CO [Rh(CO)2I2]-+I-(1) C H3OH+H I CH3I+H2O(2) C H3I+[Rh(CO)2I2]- [I3Rh(CH3)(CO)2]-(3) [I3Rh(CH3)(CO)2]-+CO [I3Rh(COCH3)(CO)2]-(4) [I3Rh(COCH3)(CO)2]-+H2O [Rh(CO)2I2]-+CH3COOH+ H I(5)孟山都法的缺点是贵金属Rh催化剂稳定性差,尤其是在蒸馏过程中,当CO分压大幅度降低,催化剂易分解形成3价铑(RhI3)沉淀。
在实际工艺中,孟山都法采用下列措施以避免上述现象:(1)采用绝热闪蒸技术;(2)体系中添加大量水、氢碘酸及乙醇,提高反应介质的极性来降低铑沉淀的生成(添加量为总量的85%)。
为改进孟山都法的缺陷,提高催化剂的稳定性和反应速率,各大公司及研究者已公开一些专利,如美国专利、中国专利,在反应介质中添加碱金属,或者碱土金属的碘盐,或者是季铵碘或季磷碘,作为铑催化剂的73碳一化工部分产品反应机理研究进展及应用前景稳定剂,提高铑催化剂的稳定性。
其中色兰斯(Celanese)公司于20世纪80年代初开发成功低水乙酸生成工艺代表目前甲醇羰基化生成工艺的最新进展,核心内容是在铑催化剂中添加高浓度碘化锂,提高催化剂体系的稳定性,加入碘化锂与碘甲烷后,使水的质量分数从原来的14%~15%下降到4%~5%,同时又保持了较高的反应速率,以甲醇计乙酸的选择性大于99%,以CO计乙酸的选择性大于97%。
另外,鉴于世界铑资源匮乏,人们一直在寻找较便宜金属以代替价格昂贵的铑。
虽有报道添加助剂钴催化体系,但最有希望替代铑的催化体系是镍,通过添加助剂,如PR3、NR3、SnI4和碱及过渡金属,使用过量的CH3I,可与铑的催化性能相当。
2 乙二醇自从法国化学家乌日特(Wur t)1859年以乙二醇二乙醇酯与氢氧化钾作用制得乙二醇以来,国内外已开发了多种可行的制备方法。
目前,世界上乙二醇生产大都采用环氧乙烷加压直接水合工艺(1968年),总生产能力已达2000万t,主要生产商为英荷壳牌、美国麦克-SD(M alcon-SD)、美国U CC等3家公司,他们拥有的生产能力占全世界的90%左右。
该生产工艺使用水和环氧乙烷的摩尔比为22 1(水比)左右,乙二醇产品收率为88%,装置需要设置多个蒸发器,消耗大量能量用于脱水,造成生产工艺流程长、设备多、能耗高,直接影响乙二醇的生产成本,为了提高经济效益,降低原料和能耗,国内外专家学者一直致力于以降低水比为目标的催化水合法合成乙二醇的研究工作,其中,英荷壳牌公司和日本三菱化学公司共同推进的 Shell/MCC 联合工艺水比已经降到了1 5 1,以环氧乙烷计的选择性达到99%,第一张生产工艺许可证已经发出,计划2008年在我国台湾建1套400kt/a乙二醇工厂。
近年来,由于石油资源的逐渐匮乏,石油价格快速增长,基于煤化工和天然气的合成气制乙二醇的生产工艺,以其原料来源广泛且低廉、技术经济性高等众多优点,越来越受到重视。
2 1 从草酸酯制乙二醇草酸酯法主要是指由CO和醇类首先合成草酸二酯,再经催化加氢制取乙二醇,其反应方程如下。
2RO H+2CO+1/2O2 [COO R]2+H2O(6) [COO R]2+H2 [CH2OH]2+2ROH(7) 1966年美国联合石油(Union Petr oleum)公司提出采用PdCl2 CuCl2催化剂液相合成草酸酯法(简称Fenton法),反应温度为25 ,反应压力为7M Pa。
反应机理如下:PdCl2+2RO H ROP dO R+2H Cl(8) ROP dO R+2CO Pd(CO OR)2 (COO R)2+Pd(9) Pd+2CuCl2 PdCl2+2CuCl(10) 2CuCl+2H Cl+1/2O2 2CuCl2+H2O(11)这种由醇类与CO直接反应的方法收率低、含氯催化剂造成设备严重腐蚀,限制了该法的经济效益。
1978年日本的Ube公司和美国的U CC公司在芬腾(Fenton)法的基础上引入亚硝酸酯,采用活性炭负载钯催化剂,在反应温度为90 、压力为9 8M Pa条件下,使CO与醇催化合成草酸二酯,解决了原方法收率低与设备腐蚀的问题,生产的草酸二酯选择性高达95%,于1999年建立了1套6kt/a的草酸二甲酯生产装置。
通过研究反应机理,认为亚硝酸酯对钯的络合物氧化加成,CO 对钯 烷氧钯的插入,第2个钯 烷氧链和二烷氧羰基钯中间体的形成,最后通过还原消去产生草酸酯,其反应式表达如下:2N O+1/2O2 N2O3(12) Pd(0)+2R ON O R OP dO R+2N O(13) ROP dO R+2CO Pd(CO OR)2(14) Pd(CO OR)2 (CO OR)2+Pd(0)(15) 1986年,美国ARCO公司首先申请了草酸酯加氢制乙二醇的专利,采用Cu Cr催化剂在3 0M Pa压力下,乙二醇收率达到97 2%。
1987年美国的U CC公司巴特利(Bartly)等申请了草酸酯气相加氢制乙二醇的专利,采用Cu/SiO2催化剂在氢气压力为1~10M Pa、温度为180~ 240 、气相空速为5000~15000h-1的条件下,乙二醇收率可达95%以上。
2 2 以甲醛为原料羰基合成乙二醇美国杜邦(Du Po nt)公司早在1940年开发甲醛和合成气为原料三步法合成乙二醇的研究,1965年兴建了1个68kt/a制乙二醇工业装置。
但由于反应条件过于苛刻(强酸催化剂、高压),1968年以后就被环氧乙烷水合制乙二醇路线所取代。
后来日本相马芸枝发现氧化亚铜溶于硫酸中对CO吸附量增多,多羰基铜化合物使甲醛羰基化反应可常压低温下定量进行,使得杜邦法反应条件大大得以改74中国煤炭第34卷第11期2008年11月善,并使过去3步反应化为2步反应,其反应机理及过程可描述如下:Cu++nCO Cu(CO)n+(16) HCH O+H+ H2C+OH(17) H2C+O H+Cu(CO)n+ HO CH2C+O+Cu(CO)+n-1(18) HO CH2C+O+H2O HO CH2COO H+H+(19) HO CH2COO H+2H2 H OCH2CH2OH+H2O(20)3 碳酸二甲酯自20世纪70年代以来,国外以甲醇和CO为原料直接合成碳酸二甲酯技术发展很快,1983年意大利英凯姆(Enichem)公司采用气液固三相反应率先实现甲醇氧化羰基化生产碳酸二甲酯,用氯化亚铜为催化剂,反应温度为90~120 、反应压力为2~3 0M Pa,以甲醇计碳酸二甲酯的转化率可达30%,该法的优点是收率较高,缺点是氯离子对设备的腐蚀严重,除了英凯姆公司外,世界上其他各大公司如英国ICI、美国德士古、美国陶氏(Dow)化学公司也竟相开发此羰基合成技术。
意大利U go等根据对亚铜羰基络合物的离解压的测定和动力学研究,提出了低水浓度情况下[不致引起Cu(OCH3)Cl的水解]氧化还原机理:2CuCl+2CH3O H+1/2O2 2Cu(O CH3)Cl+H2O(21) CuCl+CO (CuCOCl)(22) 2Cu(OCH3)Cl+(CuCOCl) (CH3O)2CO+3CuCl(23)萨古莎(Saegusa)等对还原步骤机理的看法是:CO插入铜-氧键形成不稳定的羧酯基络合态,后者再与邻位的甲氧基通过还原消去得到烷基碳酸酯。