碳一化学.ppt

低碳经济中的碳一化学地球的碳循环转化生产与生活相互转化固碳CO2CO2从去年开始，到哥本哈根联合国气候变化大会，“低碳”这个词语渐渐进入了国人的视野。在后金融危机时代，世界经济把低碳经济当成救命稻草的形势下，这股低碳经济之风也在神州大地刮起。不论是网上关于两会热点的民意调查，还是媒体披露的政协委员们的提案重点，低碳经济已经越来越受到全社会所重视。2010201020102010年年年年3 3 3 3月，月，月，月，生态环保、可持生态环保、可持续发展成为两会的主题，全国政续发展成为两会的主题，全国政协协“一号提案一号提案”内容就是谈低碳内容就是谈低碳环保。环保。全球的碳排放各项数据全球的碳排放各项数据什么是低碳经济？低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。态环境保护双赢的一种经济发展形态。CO2是最主要的温室气体是最主要的温室气体,而其可以作为碳一化学的主要原料而其可以作为碳一化学的主要原料经煤炭或生物质制得的经煤炭或生物质制得的CO可充分利用可充分利用大自然固碳资源合成化工原料大自然固碳资源合成化工原料.清洁利用天然气等其它碳一资源清洁利用天然气等其它碳一资源低碳经济与低碳经济与碳一化学的碳一化学的关系关系 什么是碳一化学什么是碳一化学选择催化化学转化选择催化化学转化 小分子的活化小分子的活化 定向转化定向转化以含一个碳原子的化合物以含一个碳原子的化合物CH4、CO和和H2、CO2、CH3OH、HCHO等为初始反应物等为初始反应物重要化工原料和燃料的化学重要化工原料和燃料的化学碳一化学路径演示图碳一化学路径演示图CO2生物质生物质甲醇甲醇大量化工原料大量化工原料生物质衍生物生物质衍生物碳氢化合物碳氢化合物CH4 4其它含氧化合物其它含氧化合物1.生物质制合成气植物每年通过光合作用制造了大量生物质,是替代现有常规能源的最佳选择.光合作用光合作用催化转化催化转化太阳能太阳能生物质生物质工业原料工业原料生物质的转化生物质的转化热化学及催化热化学及催化液化液化汽化汽化热解热解原材料原材料产物产物木炭木炭(比较原始比较原始)CH4,CO,H2等混合气体等混合气体液体液体,也称衍生物也称衍生物(如各种生物质原油如各种生物质原油,脂肪醇等脂肪醇等)我国有着丰富的煤炭资源,因此清洁利用煤炭成了我国科学家的重要研究领域.而煤制合成气则是其中的主要方向之一.CH2OCOH2+F-T 反应反应(制碳氢制碳氢化合物化合物)主要用于合成长主要用于合成长链烃链烃及乙烯及乙烯,丙稀等不丙稀等不饱和烃类饱和烃类CO+H2制备含氧化合物制备含氧化合物主要合成甲醇及主要合成甲醇及其下游产品其下游产品C2含氧化合物含氧化合物(如如乙醛乙醛,乙醇乙醇,乙酸等乙酸等)n CO+2n H2 (-CH2-)n+n H2OF-T F-T 反反反反 应应应应催化体系催化体系:Co,Fe,Ni,Ru 等催化剂等催化剂主要生成产物为直链的脂肪族碳氢混合物主要生成产物为直链的脂肪族碳氢混合物,而根据而根据SF分布分布,轻质碳氢化合物轻质碳氢化合物(C2-C4),汽油汽油(C5-C11),轻油轻油(C12-C17)馏分的最大收率馏分的最大收率 分别只有分别只有56%,47%和和 40%.而为了提高主产物的选择性而为了提高主产物的选择性,一般可以通过对载体改性一般可以通过对载体改性,添加助催化剂来控制碳链的增长添加助催化剂来控制碳链的增长.eg:在在Fe中加入中加入 Mn,K等助剂等助剂,可促进可促进CO 的解离的解离,抑制抑制氢的吸附氢的吸附,从而增加稀烃的选择性从而增加稀烃的选择性.合成甲醇CO+H2 CH3OH催化剂催化剂:Cu-Zn-Al工艺工艺:帝国化学公司和德国鲁奇工艺帝国化学公司和德国鲁奇工艺存在不足存在不足:1)低温对甲醇合成有利低温对甲醇合成有利,但传统催化但传统催化 在较高温度进行在较高温度进行,因此单程转化率低因此单程转化率低.2)合成过程中反应热难移出合成过程中反应热难移出.合成C2含氧化合物 CO+H2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH等等催化剂:Rh基催化剂和F-T改良型催化剂 CO加氢反应机理加氢反应机理COOa+CaCOaCH3OH+4H+3HCH3aCH3Ca+CO+nHCnH2n+1OHHydrocarbonsCH4+H+COCH3COaCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH甲醇的利用甲醇既是C1化学的起始化合物,也是可由合成气工业化生产的基本原料其在基本有机原料中有着相当主要的地位,仅次于乙烯,丙稀和 苯.下面简单的介绍一下甲醇在碳一化学中的应用: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来C1化学的重大进展,在美国和英国均已实现工业化.主要采用铑络合催化剂,助催化剂为碘化物.甲醇与丙酮合成乙二醇 日本国立工业化学研究所开发 采用氧化铑催化剂在常温常压下光催化反应 甲醇羰基化制甲酸甲酯 德国Huls公司以甲醇和CO 在叔二胺与乙烷作用下进行加压羰基化反应制甲酸甲酯,转化率可达 80.7%,选择性达到了99.4%.甲醇裂解制稀烃 美国Mobil公司开发成功的ZSM-34沸石分子筛,对甲醇转化为稀烃的选择性达到了80%.值得一提的是,这方面我国大化所的工作具世界领先水平.他们所制的催化剂甲醇转化率100%,稀烃选择性达到了85%-90%.合成尿素 2NH3+CO2 =CO(NH2)2+H2O制甲醇 CO2+H2 =CH3OH催化剂:目前效果最好的催化剂是Cu-Zn-Zr体系与甲烷重整 CO2+CH4 =CO+H2 催化体系:1,贵金属;2,过渡金属氧化物;Ni-Co基催化剂COCO2 2的利用的利用的利用的利用