甲烷低温活化制甲醇研究进展

简要评述了当前国内外在甲烷直接部分氧化合成甲醇和甲烷经卤代后合成甲醇领域的研究进展。众多研究表明,甲烷多相催化氧化制甲醇是最具有工业化应用前景的技术,其中钼系催化剂的效果较好;以Pt、Pd配合物为催化剂的甲烷液相催化氧化法制甲醇方法具有较高的甲烷转化率和甲醇选择性,但是催化剂价格昂贵、反应条件苛刻、环境污染严重;甲烷气相均相氧化属于非催化反应,在高温高压下进行,且反应器须具备特殊的形式,结构复杂;虽然酶催化氧化法的选择性较高,但是生物酶的制备有一定难度,不适用于大范围应用,该路线目前仅限于实验室研究阶段;光催化氧化是一种环境友好的技术,反应条件温和、避免氧化剂应用,但是该类催化剂局限于半导体和盐类,还有待于进一步开发新型高效的催化剂。同时,甲烷经卤代后合成甲醇的方法对解决甲烷活化的难题具有独特优势,是一种比较有开发前景的路线,正在受到研究者们的密切关注。     

烷氧基卤代吡啶及其二苯基膦衍生物的合成研究

设计合成了新型手性催化剂的中间体。以氯代吡啶为原料,经烷氧基取代,选择性单溴代,合成了系列烷氧基溴代吡啶,最后利用锂化反应的区域选择性,制备了二苯基膦烷氧基溴代吡啶;并对反应选择性进行了重点讨论。     

助剂对煤基合成气甲烷化反应用镍基催化剂的促进作用

助剂促进的合成气甲烷化反应用镍基催化剂具有反应活性高、使用寿命长以及甲烷选择性高等优点,被广泛应用于煤基合成气甲烷化制替代天然气反应中。本文重点介绍了贵金属、碱土金属、稀土金属以及过渡金属助剂等对活性镍基催化剂的分散度、还原度、双金属合金协同效应、镍基催化剂结构稳定性及其对合成气甲烷化反应速率和产物选择性的影响。较系统地分析了这些助剂改性镍基催化剂的作用机制。提出了非贵金属助剂以及复合助剂将是合成气甲烷化用镍基催化剂助剂研发的发展方向,旨在为煤基合成气制替代天然气甲烷化催化剂的研发提供借鉴和参考。     

甲醇液氯法联产氯代甲烷的工艺特点及其发展前景

介绍了以甲醇、液氯为原料的两步反应法生产氯代甲烷,即甲醇气相催化生产一氯甲烷和一氯甲烷液相催化生产其他氯代甲烷的工艺特点及其发展前景。     

高选择性合成N-(2-丙氧基乙基)-2,6-二乙基苯胺

N-(2-丙氧基乙基)-2,6-二乙基苯胺是除草剂丙草胺的重要中间体,其合成方法有:1)2,6-二乙基苯胺与溴乙基丙基醚或氯代乙基丙基醚反应合成;2)2,6-二乙基苯胺与乙二醇单丙醚直接烷基化反应合成。第1种方法存在着单烷基化选择性不高的问题;而第2种方法需贵金属催化剂及高温、高压等反应条件。芳香胺的N-烷基化还可以通过芳香胺与醛或酮     

邻氯代苯甲醛与硝基甲烷的缩合反应

以邻氯代苯甲醛与硝基甲烷为原料,甲醇作为溶剂,研究在碱性及低温零度条件下邻位卤代芳香醛与活性α-H的化合物发生的Aldol缩合反应,得到对有机合成具有重要价值的中间体2-氯-β-硝基苯乙烯。2-氯-β-硝基苯乙烯是构建杂环四氢喹啉和吲哚啉的中间体,也是合成部分农药、医药成分以及功能高分子的原料。实验主要是通过控制反应温度、加料顺序及选择95%乙醇作为重结晶试剂,找到了合成该有机中间体较佳的条件。     

甲烷选择性氧化制甲醛/甲醇多相催化剂研究进展

甲烷是天然气、页岩气等化石能源的主要成分,储量十分丰富。由于甲烷分子结构高度稳定,其高效活化与选择性转化具有很大的挑战性,被认为是催化反应领域的“圣杯”,因此,如何在温和条件下实现甲烷选择性氧化为高附加值的含氧化合物(如甲醇、甲醛)成为研究热点。近几十年来,研究者在甲烷选择性氧化催化剂的设计与制备方面开展了大量卓有成效的工作,但仍不能满足工业化生产要求。围绕这一反应,主要介绍甲烷通过气固相催化氧化、液固相催化氧化反应制备甲醛和甲醇的研究进展,并对这些催化体系的作用机理、活性物种类型和活性位结构进行科学认识。期望通过对甲烷选择性氧化催化剂的深入探究,最终指导高活性、高选择性催化剂的设计与开发。     

离子交换树脂催化合成二苯甲烷二氨基甲酸酯的研究

二苯甲烷二氨基甲酸酯是非光气合成二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)的重要中间体。以离子交换树脂为催化剂,对苯氨基甲酸甲酯与甲醛缩合反应制备二氨基甲酸酯进行了研究,考察了催化剂、反应温度、原料配比、催化剂用量和反应时间对反应的影响。优惠条件:温度100℃,原料配比n(对苯氨基甲酸甲酯)∶n(甲醛)=6∶1,催化剂用量为苯氨基甲酸甲酯质量的10%,反应时间4h。此条件下,二氨基甲酸酯收率为57%,选择性为60%。     

富铈Ce1-xLaxO2催化甲烷氧氯化性能

以硝酸铈、硝酸镧为前体,用氨水共沉淀法制备了一系列Ce_1-xLa_xO₂(x≤0.5)催化剂,利用XRD、N₂吸附-脱附、SEM、Raman、H₂-TPR和OSC对催化剂的物理化学性质进行了表征,并考察其在甲烷氧氯化反应中的催化性能。结果表明:Ce_1-xLa_xO₂催化剂的氧化还原性质随着镧含量的变化发生显著改变,并且这一性质的变化与反应的转化率及产物分布具有较强的联系。Ce_1-xLa_xO₂表面氧物种的活泼性对催化剂活性影响显著,而体相氧物种容易将生成的甲烷氯化物深度氧化。在Ce_1-xLa_xO₂(x<0.3)催化剂上表面氧物种起主导作用,氯甲烷为主要反应产物,Ce_0.8La_0.2O₂催化剂上氯甲烷选择性最高为52%。在体相氧物种更活泼的Ce_0.7La_0.3O₂和Ce_0.5La_0.5O₂上产物中CO的选择性显著上升,Ce_0.5La_0.5O₂催化剂上CO选择性高达48%。稳定性测试表明Ce_0.8La_0.2O₂催化剂具有良好的稳定性。     

温室气体三氟甲烷资源化转化技术研究进展

主要综述了国内外有关副产三氟甲烷资源化转化技术的研究进展,包括直接作为三氟甲基化试剂合成含三氟甲基中间体、通过碘代反应制备三氟碘甲烷、高温裂解转化为四氟乙烯及六氟丙烯等含氟烯烃、与甲烷高温共裂解合成偏氟乙烯、通过氟氯交换反应将CHF_3转化为卤代烷烃。通过综合比较以上路线,发现CHF_3与CHCl_3进行氟氯交换制备CHClF_2和CHCl_2F反应是具有较好工业化应用前景的路线。     

甲烷空气催化部分氧化制含氮合成气的研究

采用常规的浸渍法制备了镍基催化剂和经过镧改性的镍基催化剂,研究了甲烷催化部分氧化制备含氮合成气的催化功能,结果说明,镍含量在8％时催化活性达到最好,同时加入镧进行改性后催化剂的活性和选择性有所提高;该催化剂对甲烷空气催化部分氧化制合成气在常压下具有较高的转化率,随压力升高,转化率明显下降,并且积极严重,通过向体系加入H2O和CO2可以提高加压条件下甲烷的转化率并抑制催化剂积碳,还可以获得H2／CO接近2的合成气,满足合成液体燃料的要求。     

介质阻挡放电常压低温等离子体转化甲烷制C2及高碳烃的研究

对介质阻挡放电(DBD)反应器用于甲烷常压低温等离子体转化过程,分别就停留时间、输入功率、内电极材料及温度、介质厚度等对反应的影响进行了研究。实验结果表明,甲烷转化率随停留时间、输入功率的增加而增加,但增加的幅度逐渐减小。内电极材料对反应积炭有很大的影响。紫铜和紫铜(镀银)材料能够有效地抑制积炭的产生,从而可以增加反应寿命,还对甲烷转化率有很大的影响。较低的内电极温度可以抑制积炭,但是甲烷转化率有所降低,同时液态高碳烃选择性增加。在甲烷流量较低时介质厚度对反应的影响很小,但随着甲烷流量的提高会逐渐增大,并且介质厚度越小,甲烷转化率越高。     

玄武岩催化甲烷裂解制 C2 烃

以天然玄武岩为甲烷裂解催化剂,通过XRF、XRD、SEM及XPS对催化剂组成、结构、表面活性物种进行了研究。利用固定床反应装置考察了不同反应温度、空速条件下玄武岩催化甲烷裂解制C_2烃的效果。结果表明,在气体空速为4 L·h-1条件下,当反应温度为1 225 K时,甲烷的转化率为7.66%,C_2烃的选择性为33.64%;当反应温度升至1 325 K时,甲烷的转化率可达17.13%,同时C_2烃的选择性为27.21%。相同温度下,气体空速越大,乙烷的选择性越高,乙炔的选择性越低。催化剂活性因表面积炭的产生而降低,积炭类型为芳烃积炭。     

甲烷液相部分氧化合成甲醇过程研究

以碘系列化合物为催化剂,在发烟硫酸溶剂中进行了甲烷液相选择性氧化制取甲醇。考察了催化剂种类、用量、反应温度、发烟硫酸浓度等工艺条件对反应收率的影响,探讨了甲烷液相选择性氧化的催化机理以及发烟硫酸中 SO3 含量的作用。实验结果表明,甲烷液相部分氧化的最佳催化剂为 I2,最佳的工艺条件为催化剂浓度为0.099 mol?L?1、反应温度 473K、发烟硫酸(SO350%(wt))、反应时间 3h。 在此条件下,甲烷转化的转化率可达 82.65%,选择性可达 70.43%。机理研究表明,甲烷在部分氧化反应中首先转化为硫酸单甲酯,然后进一步水解得到甲醇, 反应遵循亲电取代机理。发烟硫酸中的游离 SO3的作用就在于提供较好的亲电环境、反应的氧源以及亲核试剂。     

流化床中甲烷芳构化过程

在石英流化床反应器中研究了无氧条件下甲烷直接催化转化制备芳烃的过程.发现催化剂的诱导期长短、甲烷的总转化率与温度、甲烷分压及甲烷空速相关.在973 K下,液体产品中苯的选择性与萘的选择性随着催化剂的失活呈现不同的变化趋势.所得主要技术指标（甲烷转化率、苯的收率与选择性等）与固定床微型反应器中的结果相近.还研究了催化剂上的积炭对甲烷转化率、催化剂失活的影响,为将来的进一步研究提供了基础.     

钇对甲烷芳构化催化剂Mo／HZSM—5性能影响的研究

研究了稀土钇的含量对Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂的活性和选择性的影响，发现稀土钇的加入，不同程度上提高了Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５的活性和选择性。特别是，当Ｙ／Ｍｏ＝０．０４时，活性最佳。甲烷在１０２３Ｋ芳构化反应，转化率达１９．６％，苯的选择性达９６．５％，且活性较稳定。     

太阳能甲烷干重整复杂反应体系的热化学储能特性

基于热力学第一和第二定律对太阳能甲烷干重整复杂反应体系的热力学特性进行建模分析,研究该体系在不同太阳光照强度时的反应器温度响应及热化学储能特性,以及副反应和各部分能量损失对整个体系能量效率的影响规律。通过平衡常数法计算反应器平衡状态时的物质组成,并进而利用热力学模型计算不同条件下入口气转化率、选择性、功效率和能量转换效率的变化规律。结果表明：进料比n(CO₂)/n(CH₄)的升高有助于提高甲烷转化率、选择性、功效率和能量转换效率;反应器温度的变化对系统热化学储能特性的影响显著,在较低温区（923～1123K）,副反应较多,且随着温度的升高副反应逐渐受到抑制,积炭减少,功效率和能量转换效率逐渐升高,并在1123K时达到峰值;温度继续升高（>1123K）,反应器辐射损失显著增加,导致功效率和能量转换效率随温度升高而降低;高温区（>1200K）,副反应受到抑制,复杂反应体系的系统效率同单一反应体系趋于一致,副反应基本对系统性能无影响。     

甲烷等离子体转化合成碳二烃反应过程和过渡态理论

The direct synthesis of C2 hydrocarbons （ethylene, acetylene and ethane） from methane is one of the most important task in C1 chemistry. Higher conversion of methane and selectivity to C2 hydrocarbons can be realized through plasma reaction. In order to explore the reaction process and mechanism, the possible reaction paths （1）--（4） were proposed on coupling reaction of methane through plasma and studied theoretically using semi-PM3 method [PM3 is parameterization method of modified neglect of diatomic overlap （MNDO）] including determining the transition state, calculating the activation energy and thermodynamic state functions and analyzing the bond order and intrinsic reaction coordinate. The reaction heat results indicate that the reactions （2） and （4） are exothermic, while reactions of （1） and （3） are endothermic. The activation energy results show that activation energy for reactions （1） and （2） was much lower than that of reaction paths （3） and （4）. Therefore, paths （1） and （2） is the favorable reaction path energetically. More interestingly by comparing the intrinsic reaction coordinated （IRC） of the reaction paths （1） and （2）, it is found that the variations of bond lengths in reaction path （1） has a crucial effect on the potential energy, while in reaction path （2）, the adjustment of the system geometry also contributes to the whole potential energy of the system.     

甲烷与正丁烷微小尺度催化燃烧性能比较

对微圆管内甲烷和正丁烷在Pt/ZSM-5上的催化燃烧进行实验研究,获得并分析了二者的稳燃范围、产物浓度、壁温分布和壁面散热等燃烧性能。发现在富燃条件下甲烷和正丁烷能够在大当量比下实现催化自稳燃烧。相同流量下正丁烷稳燃当量比范围宽于甲烷,贫燃范围在0.4附近。流量由200 ml·min^-1增大至1000 ml·min^-1,甲烷和正丁烷转化率出现大幅下降。在实验范围内,正丁烷和甲烷的转化率差异不大。化学当量比条件下随流量增大,正丁烷的转化率在600 ml·min^-1开始高于甲烷。甲烷和正丁烷能够在散热比例高达70%的情况下自稳催化燃烧且转化率在95%以上。相同流量下,与甲烷相比,正丁烷催化燃烧的壁温、散热功率和散热比例都更高。整体来看,正丁烷催化稳燃范围较甲烷略宽,两者转化率曲线相近,放热功率和壁面散热功率相差较小,正丁烷在必要时可作为甲烷的替代燃料。     

Low methane selectivity using Co/MnO catalysts for the Fischer-Tropsch reaction: Effect of increasing pressure and Co-feeding ethene

CO hydrogenation using cobalt/ manganese oxide catalysts is described and discussed. These catalysts are known to give low methane selectivity with high selectivity to C₃ hydrocarbons at moderate reaction conditions (GHSV < 500 h^–1, < 600 kPa). In this study the effect of reaction conditions more appropriate to industrial operation are investigated. CO hydrogenation at 1–2 MPa using catalyst formulations with Co/Mn = 0.5 and 1.0 gives selectivities to methane that are comparable to those observed at lower pressures. At the higher pressure the catalyst rapidly deactivates, a feature that is not observed at lower pressures. However, prior to deactivation rates of CO + CO₂ conversion > 8 mol/1-catalyst h can be observed. Co-feeding ethene during CO hydrogenation is investigated by the reaction of¹³C0-¹²C₂H₄-H₂ mixtures and a significant decrease in methane selectivity is observed but the hydrogenation of ethene is also a dominant reaction. The results show that the co-fed ethene can be molecularly incorporated but in addition it can generate a C, species that can react further to form methane and higher hydrocarbons.