低碳經濟中碳一化學1/21地球碳循環轉化生產與生活相互轉化固碳CO2CO22/21

從去年開始，到哥本哈根聯合國氣候改變大會，“低碳”這個詞語漸漸進入了國人視野。在后金融危機時代，世界經濟把低碳經濟當成救命稻草形勢下，這股低碳經濟之風也在神州大地刮起。不論是網上關于兩會熱點民意調查，還是媒體披露政協委員們提案重點，低碳經濟已經越來越受到全社會所重視。

年3月，生態環境保護、可連續發展成為兩會主題，全國政協“一號提案”內容就是談低碳環境保護。3/21全球碳排放各項數據4/21什么是低碳經濟？低碳經濟，是指在可連續發展理念指導下，經過技術創新、制度創新、產業轉型、新能源開發等各種伎倆，盡可能地降低煤炭石油等高碳能源消耗，降低溫室氣體排放，到達經濟社會發展與生態環境保護雙贏一個經濟發展形態。5/21CO2是最主要溫室氣體,而其能夠作為碳一化學主要原料經煤炭或生物質制得CO可充分利用大自然固碳資源合成化工原料.清潔利用天然氣等其它碳一資源低碳經濟與碳一化學關系6/21

什么是碳一化學選擇催化化學轉化小分子活化定向轉化以含一個碳原子化合物－CH4、CO和H2、CO2、CH3OH、HCHO等為初始反應物主要化工原料和燃料化學7/21碳一化學路徑演示圖CO2生物質甲醇大量化工原料生物質衍生物碳氫化合物CH4CO+H2其它含氧化合物8/211.生物質制合成氣植物每年經過光合作用制造了大量生物質,是替換現有常規能源最正確選擇.光合作用催化轉化太陽能生物質工業原料9/21生物質轉化熱化學及催化液化汽化熱解原材料產物木炭(比較原始)CH4,CO,H2等混合氣體液體,也稱衍生物(如各種生物質原油,脂肪醇等)10/21我國有著豐富煤炭資源,所以清潔利用煤炭成了我國科學家主要研究領域.而煤制合成氣則是其中主要方向之一.煤制合成氣CH2OCOH2++11/21合成氣利用F-T反應(制碳氫化合物)主要用于合成長鏈烴及乙烯,丙稀等不飽和烴類CO+H2制備含氧化合物主要合成甲醇及其下游產品C2含氧化合物(如乙醛,乙醇,乙酸等)12/21

nCO+2nH2

→(-CH2-)n+nH2OF-t反應催化體系:Co,Fe,Ni,Ru等催化劑主要生成產物為直鏈脂肪族碳氫混合物,而依據SF分布,輕質碳氫化合物(C2-C4),汽油(C5-C11),輕油(C12-C17)餾分最大收率分別只有56%,47%和40%.而為了提升主產物選擇性,普通能夠經過對載體改性,添加助催化劑來控制碳鏈增加.

eg:在Fe中加入Mn,K等助劑,可促進CO解離,抑制氫吸附,從而增加稀烴選擇性.13/21合成甲醇CO+H2

→CH3OH催化劑:Cu-Zn-Al工藝:帝國化學企業和德國魯奇工藝存在不足:1)低溫對甲醇合成有利,但傳統催化在較高溫度進行,所以單程轉化率低.2)合成過程中反應熱難移出.合成含氧化合物14/21合成C2含氧化合物

CO+H2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH等催化劑:Rh基催化劑和F-T改良型催化劑

15/21CO加氫反應機理COOa+CaCOaCH3OH+4H+3HCH3aCH3Ca+CO+nHCnH2n+1OHHydrocarbonsCH4+H+COCH3COaCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH16/21甲醇利用甲醇既是C1化學起始化合物,也是可由合成氣工業化生產基本原料其在基本有機原料中有著相當主要地位,

僅次于乙烯,丙稀和苯.下面簡單介紹一下甲醇在碳一化學中應用:17/21甲醇羰基化制醋酸及酸酐甲醇羰基化制醋酸及酸酐是近年來C1化學重大進展,在美國和英國均已實現工業化.

主要采取銠絡合催化劑,助催化劑為碘化物.甲醇與丙酮合成乙二醇

日本國立工業化學研究所開發

采取氧化銠催化劑在常溫常壓下光催化反應

18/21甲醇羰基化制甲酸甲酯德國Huls企業以甲醇和CO在叔二胺與乙烷作用下進行加壓羰基化反應制甲酸甲酯,轉化率可達80.7%,選擇性到達了99.4%.甲醇裂解制稀烴

美國Mobil企業開發成功ZSM-34沸石分子篩,對甲醇轉化為稀烴選擇性到達了80%.

值得一提是,這方面我國大化所工作具世界領先水平.他們所制催化劑甲醇轉化率100%,稀烴選擇性到達了85%-90%.19/21合成尿素

2NH3+CO2==CO(NH2)2+H2O制甲醇CO2+H2==CH3OH