甲烷(CH4)的直接转化利用技术
211171490_甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 4 期甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展阮鹏1，杨润农1，2，林梓荣1，孙永明2（1 广东佛燃科技有限公司，广东 佛山 528000；2 中国科学院广州能源研究所，广东 广州 510640）摘要：天然气是一种前景广阔的清洁燃料，甲烷作为天然气的主要成分，其高效利用具有重要的现实意义。
在众多甲烷转化途径中，甲烷催化部分氧化（CPOM ）具有能耗低、合成气组分适宜、反应迅速等优势。
本文简要介绍了CPOM 反应机理，即直接氧化机理和燃烧-重整机理；重点综述了过渡金属、贵金属、双金属和钙钛矿这四类CPOM 催化剂的研究现状；分析了反应温度、反应气体碳氧比和反应空速对CPOM 反应特性的影响；阐述了积炭和烧结这两种催化剂失活的主要原因及应对措施。
根据研究结果可知，通过选取合适的催化剂组分、采用优化的制备方法、精确控制催化剂活性组分分布和微观结构等措施，可以保证更多的有效活性位更稳定地暴露在催化剂表面，以此提高催化性能（包括甲烷转化率、合成气选择性、合成气生成率、反应稳定性等）。
最后指出了对CPOM 催化剂微观结构的合理设计与可控制备以及对CPOM 反应机理的深入研究仍将是今后关注的重点。
关键词：甲烷；部分氧化；催化剂；合成气；多相反应中图分类号：TE644 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）04-1832-15Advances in catalysts for catalytic partial oxidation of methane to syngasRUAN Peng 1，YANG Runnong 1，2，LIN Zirong 1，SUN Yongming 2(1 Guangdong Foran Technology Company Limited, Foshan 528000, Guangdong, China; 2 Guangzhou Institute of EnergyConversion, Chinese Academy of Science, Guangzhou 510640, Guangdong, China)Abstract: Natural gas is a promising clean fuel. The efficient use of methane, the major component of natural gas, is of great practical importance. Among many methane conversion routes, catalytic partial oxidation of methane (CPOM) has the advantages of low energy consumption, suitable syngas fraction and rapid reaction. This paper briefly introduced the CPOM reaction mechanisms (i.e. direct oxidation mechanism and combustion-reforming mechanism), reviewed the current research on four types of CPOM catalysts (i.e. transition metal, noble metal, bimetal and perovskite catalysts), analysed the effects of reaction temperature, carbon to oxygen molar ratio of reactant gas and reaction space velocity on CPOM reaction characteristics, and explained the two main causes of catalyst deactivation (i.e. carbon deposition and sintering) together with their countermeasures. According to the results of the research, the catalytic performance (including methane conversion, syngas selectivity, syngas yield, reaction stability) could be improved by selecting suitable catalyst components, adopting an optimized preparation method and precisely controlling the distribution of active components and microstructure of the catalyst. These method could ensure that more active sites are consistently exposed to the surface of catalyst. Finally, it综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1109收稿日期：2022-06-13；修改稿日期：2022-08-22。
甲烷转化的基础知识
甲烷转化的基础知识一、甲烷部分氧化（POM）：甲烷部分氧化（POM）制合成气的一个优势是温和的放热反应。
在750~800℃下，甲烷平衡转化率可达90%以上，CO和H2的选择性高达95%，反应接触时间短（下于10-2s），可避免高温非催化部分氧化法伴生的燃烧反应，生成合成气的CO和H2摩尔比接近2，适合于甲醇生产要求。
二、甲烷转化的化学反应：甲烷部分氧化制合成气的总反应式如下：CH4+ 1/2O2=CO+2H2+35.5kJ/mol但实际反应过程非常复杂，而且伴有一些副反应发生，包括氧化反应、重整反应、水煤气变换反应以及积炭和消炭反应等。
①氧化反应CH4 + 2O2=CO2+2H2O +802kJ/molCH4 + 3/2O2=CO+2H2O +519kJ/molCH4 + 1/2O2= CO2+H2+561kJ/molCH4 + 3/2O2= CO2+2H2+319kJ/molH2+ 1/2O2= H2O +241.83kJ/molCH4+ O2=CO+ H2O +H2+278kJ/mol②重整反应CH4+ H2O≒CO+3H2－206kJ/molCH4+ CO2≒2CO+2H2－247kJ/mol③水煤气变换反应CO+ H2O≒CO2+H2+41.2kJ/mol④积炭和消炭反应CH4≒C+H2－74.9 kJ/mol2CO≒CO2+C +172.4 kJ/molC+ H2O≒CO +H2－131.36 kJ/mol三、甲烷部分氧化制合成气反应的平衡常数：甲烷部分氧化制合成气反应的平衡常数可用下面公式表示：k p= (p CO·p H22) / (p CH4·p O21/2)式中k p——甲烷部分氧化制合成气反应的平衡常数p CH4、p CO、p H2、p O2——分别表示甲烷、一氧化碳、氢气、氧气的平衡分压。
对甲烷部分氧化制合成气反应CH4+ 1/2O2=CO+2H2用公式计算结果的平衡。
甲烷的转化和利用
甲烷的转化和利用甲烷是一种丰富的可再生，低碳的天然气，它含有一氧化碳（CO），两氧化碳（CO2），氢（H2）和甲烷（CH4）等组成部分。
由于低辐射性，环境正被积极推广作为家庭和工业燃料的重要供求来源。
一、甲烷的提炼1.1传统提炼：采用除外法将甲烷从其他成分中分离出来。
传统提炼方法分为低温冷凝法和深度分离法。
最常用的是深度分离法，它使用压缩机将甲烷浓度提高到97%以上，达到提炼所需要的高品质要求。
1.2新型提炼：随着新型能源的发展，非传统的提炼方法越来越成为主流，如超臨界液体溶剂技术、微流技术和分子滤技术。
超臨界液体溶剂技术利用超臨界溶剂来改变甲烷的极性，使其与其他分子体系分离，从而实现分离。
微流技术可以利用物理分离原理，将甲烷和非甲烷空间分离，有效实现分离。
二、甲烷的转化及利用2.1甲烷转化：其中活性炭吸附分甲烷转化可以有效地分离甲烷，从而满足用于进一步加工的工业应用。
2.2甲烷利用:（1）热电联产：热电联产可以从甲烷收集的氢，在温度范围内进行合成，制备氢燃料电池；（2）甲烷水裂解：利用热能将甲烷水裂解成氢和一氧化碳，为制备高纯度氢气提供原料；（3）汽轮机利用甲烷：利用汽轮机利用甲烷发电，节约高碳资源，减少环境污染；（4）甲烷发动机：利用发动机可以有效消耗甲烷，替代汽油燃料，用于轮船，汽车等运输工具的运行；（5）甲烷催化裂化：利用催化剂将甲烷转化为低碳的产物，从而缓解室内污染，为绿色能源贡献力量。
综上所述，甲烷是一种可再生的低碳天然气，它具有优良的环境净化效果，可以通过不同的提炼方法进行提炼；可以通过转化、利用等方法将甲烷转化为各种低碳能源，实现可持续发展。
同时，科学研究也正不断提升这种低碳能源的转化和利用效率，推动甲烷发挥更多的作用，为环境保护、资源开发及能源市场的稳定发展贡献力量。
甲烷转化原理
甲烷转化原理
甲烷（CH4）转化是指将甲烷分子转化为其他化合物的化学反应。
甲烷转化的原理可以通过以下几种途径实现：
1. 甲烷部分氧化：将甲烷与氧气反应，生成一氧化碳（CO）和水（H2O）。
这种反应通常需要高温和催化剂的存在。
一氧化碳是一种具有重要工业应用的化学物质。
2. 甲烷完全氧化：将甲烷与足够的氧气反应，生成二氧化碳（CO2）和水。
这是甲烷在自然条件下最常见的反应路径，也是燃烧的过程。
3. 甲烷部分氟化：将甲烷与光气（Cl2）或氟气反应，生成氯化甲烷（CH3Cl）或氟化甲烷（CH3F）。
这种反应常用于有机合成领域。
4. 甲烷裂解：在高温和催化剂的作用下，将甲烷分解成较小的碳氢化合物，如乙烯（C2H4）和丙烷（C3H6）。
这种反应被广泛用于生产石墨烯等碳材料。
5. 甲烷转化为甲醇：通过甲烷催化氧化反应，将甲烷转化为甲醇（CH3OH）。
这种反应是甲烷利用的重要途径之一，甲醇是一种常用的工业原料和能源载体。
以上是甲烷转化的几种原理，具体的反应条件和催化剂选择取决于所需产物和反应的具体目的。
不同的反应路径可以实现对甲烷的有效利用和价值提升。
污泥处理技术二：厌氧消化
污泥处理技术二：厌氧消化1. 原理与作用厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机物质，实现污泥稳定化非常有效的一种污泥处理工艺。
污泥厌氧消化的作用主要体现在：（1）污泥稳定化。
对有机物进行降解，使污泥稳定化，不会腐臭，避免在运输及最终处置过程中对环境造成不利影响；（2）污泥减量化。
通过厌氧过程对有机物进行降解，减少污泥量，同时可以改善污泥的脱水性能，减少污泥脱水的药剂消耗，降低污泥含水率；（3）消化过程中产生沼气。
它可以回收生物质能源，降低污水处理厂能耗及减少温室气体排放。
厌氧消化处理后的污泥可满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918中污泥稳定化相关指标的要求。
2. 应用原则污泥厌氧消化可以实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化和资源化，减少温室气体排放。
该工艺可以用于污水厂污泥的就地或集中处理。
它通常处理规模越大，厌氧消化工艺综合效益越明显。
3. 厌氧消化工艺3.1. 厌氧消化的分类1）中温厌氧消化中温厌氧消化温度维持在35℃±2℃，固体停留时间应大于20d，有机物容积负荷一般为2.0~4.0kg/m3⋅d，有机物分解率可达到35％~45％，产气率一般为0.75~1.10Nm3/kgVSS（去除）。
2）高温厌氧消化高温厌氧消化温度控制在55℃±2℃，适合嗜热产甲烷菌生长。
高温厌氧消化有机物分解速度快，可以有效杀灭各种致病菌和寄生虫卵。
一般情况下，有机物分解率可达到35%~45%，停留时间可缩短至10~15d。
缺点是能量消耗较大，运行费用较高，系统操作要求高。
3.2. 传统厌氧消化工艺流程与系统组成传统厌氧消化系统的组成及工艺流程，如图4-1所示。
当污水处理厂内没有足够场地建设污泥厌氧消化系统时，可将脱水污泥集中到其他建设地点，经适当浆液化处理后再进行污泥厌氧消化，其系统的组成及工艺流程图，如图4-2所示。
图1传统污泥厌氧消化工艺流程图图2脱水污泥厌氧消化工艺流程图传统污泥厌氧消化系统主要包括：污泥进出料系统、污泥加热系统、消化池搅拌系统及沼气收集、净化利用系统。
天然气甲烷化学转化反应机理
天然气甲烷化学转化反应机理天然气是一种重要的能源来源，在能源结构中占有重要地位。
天然气中主要成分是甲烷，而甲烷的化学转化反应机理一直是化学家研究的热点。
本文将从甲烷的结构与化学性质、甲烷的化学转化反应机理以及甲烷的应用等方面进行探讨。
一、甲烷的结构与化学性质甲烷（CH4）是简单有机物中最简单的一种化合物，由一个碳原子和四个氢原子组成。
甲烷是一种无色无味的气体，在常温常压下是一种烷烃气体，燃烧时能释放出大量的能量。
甲烷的结构中，碳原子与氢原子的电性差异较大，使碳原子带有一部分正电荷（δ+），氢原子带有一部分负电荷（δ-），因此甲烷具有部分离子型的特点。
甲烷的化学性质具有活泼性、稳定性、难溶性等特点。
甲烷不易于发生反应，需要具有较高的活化能才能使它发生化学反应。
同时，甲烷还具有高热稳定性和高化学稳定性，使得它在自然界中稳定存在于空气和地下深处。
二、甲烷的化学转化反应机理甲烷的化学转化反应机理一直是化学家研究的热点。
主要包括氧化还原反应、加氢反应、脱氢反应、环化反应、亲电加成反应以及基团转移反应等反应。
1. 氧化还原反应甲烷可以通过氧化还原反应与氧气发生反应，生成二氧化碳和水。
这是甲烷的主要氧化反应，也是热能的最主要来源。
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O在反应时，甲烷被氧气氧化为CO2和H2O，并放出大量的热能。
这个反应是在火焰中发生的，是天然气中燃烧使用的基础。
2. 加氢反应甲烷可以通过加氢反应生成丙烷、异丁烷等烃类。
这个反应需要高温和高压的条件下才能实现。
CH4 + H2 → C2H6在这个反应中，甲烷与氢分子发生作用，甲烷中的碳原子被氢原子取代，生成了丙烷分子。
3. 脱氢反应甲烷能够通过脱氢反应生成乙烯、丙烯等不饱和烃类。
这个反应同样需要高温和高压的条件下才能实现。
CH4 → C2H4 + 2H2在这个反应中，甲烷的一个氢原子被移走，生成乙烯。
在高温下，这个反应还可以继续进行，生成丙烯、丁烯等不饱和烃类。
沼气转化的原理
沼气转化的原理
沼气转化是指将有机废弃物（如农业废弃物、畜禽粪便、食品废弃物等）通过生物发酵产生的沼气经过处理和利用，转化为可再生能源的过程。
沼气主要由甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）组成，还含有少量的氢气（H2）、硫化氢（H2S）、氮气（N2）等。
沼气转化的原理主要分为四个阶段：水解、酸化、甲烷产生和稳定阶段。
第一阶段是水解，有机废弃物经过细菌分解生成有机酸、醇、糖等，这些有机物能够提供能源给后续的阶段。
第二阶段是酸化，通过厌氧细菌的作用，有机酸和醇被进一步分解生成酸性物质如乙酸、丙酸、丁酸等。
在这个过程中，由于缺乏氧气，生物产生的酸性物质无法被氧化成二氧化碳，而是转化为氢气、甲酸、乙酸等物质。
第三阶段是甲烷产生，甲烷是沼气主要的成分，这一阶段通过乙酸消耗产生。
乙酸再通过乙酸菌的作用，转化为甲酸和二氧化碳，甲酸又通过甲酸菌的作用，将乙酸进一步氧化生成甲烷和二氧化碳。
这个过程需要一定的温度、pH值和适宜的微生物环境条件。
最后一个阶段是稳定阶段，稳定阶段的主要作用是降低沼气中的硫化氢和氮气的含量，以减少对环境的污染和对后续利用设备的腐蚀。
在稳定阶段中，硫化氢通
过硫化氢还原菌的作用转化为硫化物或硫。
而氮气则通过放气的方式排出。
总的来说，沼气转化的原理是通过微生物（如厌氧菌、乙酸菌、硫化氢还原菌等）的作用，将有机废弃物分解并转化为甲烷和二氧化碳的过程。
这一过程不仅能够有效地处理有机废弃物，减少环境污染，还能够产生可再生的能源沼气，用于替代传统的化石能源，有助于减少温室气体排放、改善能源利用效率。
同时，沼气转化也能够产生有机肥料，用于农田的土壤改良和植物生长。
ch4燃料电池的方程式
ch4燃料电池的方程式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：CH4燃料电池是一种利用甲烷作为燃料的电池，通过氧化还原反应产生电能。
它是一种高效、清洁的能源转换技术，具有广泛的应用前景。
在CH4燃料电池中，甲烷气体在阳极进行氧化反应，生成电子和质子，电子流经外部电路产生电能，质子通过固体电解质传导至阴极与氧气发生还原反应。
这一过程涉及多个反应方程式，下面我们将详细介绍CH4燃料电池的方程式。
甲烷在阳极的氧化反应方程式：CH4 + 2H2O → CO2 + 8H+ + 8e-这是甲烷在阳极氧化反应的基本方程式，其中CH4与水在催化剂的作用下发生反应，生成二氧化碳、质子和电子。
这个过程释放出能量，产生电子通过外部电路产生电能，质子则通过固体电解质传导至阴极。
在阴极处，氧气与质子和电子结合发生还原反应：这是氧气在阴极的还原反应方程式，氧气与质子和电子结合生成水。
这个反应释放出的能量也有助于产生电能。
整个CH4燃料电池系统的方程式可以总结为：这是CH4燃料电池的总反应式，包括了甲烷在阳极氧化和氧气在阴极还原的所有反应步骤。
通过这个方程式，我们可以看到，CH4燃料电池是一种高效的能源转换技术，不仅可以利用甲烷等廉价燃料产生电能，还可以减少有害气体的排放，对环境友好。
除了以上方程式外，CH4燃料电池还涉及一些辅助反应，如水和CO2的吸收和排放等。
这些反应都是CH4燃料电池运行的必要条件，也是其高效、稳定运行的关键。
CH4燃料电池的方程式是一个复杂的系统，在阳极和阴极都涉及多个气体和离子的参与。
通过控制各个反应的平衡和速率，可以实现CH4燃料电池的高效运行，为清洁能源的发展做出贡献。
希望未来能够进一步优化CH4燃料电池技术，实现更高效、更环保的能源转换方式。
【2000字以上】第二篇示例：CH4燃料电池是一种使用甲烷作为燃料的电池，它利用甲烷气体的化学能将其转化为电能。
这种电池是燃料电池中最常见的一种，因为甲烷是一种易于获取且相对低成本的燃料，同时也是可再生能源的一种。
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甲烷(CH4)的直接转化利用技术
摘要:目前较为成熟的技术路线是将甲烷转化为合成气,再合成甲醇或合成氨,进而开发相关的下游产品。
但由于间接利用甲烷的技术路线存在投资费用高、工艺流程复杂,生产成本较高等原因,目前在工业上还并未得到大规模化应用。
从原理上看,甲烷直接转化利用是最直接有效的途径。
研究表明,由于甲烷的化学惰性,目前的很难在较高的甲烷转化率下获得理想的产物选择性。
因此,甲烷直接转化法在工业上应用的较少,大都还处于实验室研究阶段。
一旦催化技术有所突破,天然气必将成为最理想的石油替代品。
关键词:甲烷直接转化利用技术
一、甲烷直接制备甲醇
(1)甲烷直接部分氧化制备甲醇。
甲烷直接部分氧化制备甲醇的关键技术还是催化剂,常见的催化剂目前主要是过渡金属的氧化物。
例如陈立宇,杨伯伦等采用V2O5为催化剂,在发烟H2SO4中进行了甲烷液相选择性氧化的研究。
V2O5催化甲烷液相部分氧化反应遵循亲电取代机理,反应为一级反应,甲烷在部分氧化反应中首先转化为硫酸甲酯,后者进一步水解得到甲醇。
甲烷转化率可达54.5%,选择性45.5%。
王利娟等研究了CoM004负载Mo-V-Cr-Bi氧化物催化剂上甲烷部分氧化反应,发现反应存在一转折温度,当反应温度低于此温度时,CO是主要产物,氧化产物中甲醇的选择性低于20%,而当反应温度高于此温度时,CO的选择性大大降低,而CO2的选择性大大升高,主要产物变为CO2,甲醇的选择性降为0。
在甲烷首先转化生成醋酸甲酯,醋酸甲酯水解生成甲醇。
在压力0.1MPa、温度267-280℃下,甲烷转化率为26.61%,目的产物选择性97.26%。
(2)甲烷和水合成甲醇。
甲烷和水直接合成甲醇和H2,具有天然气资源和清洁氢能源综合开发利用的应用价值。
桑丽霞,钟顺和在固定床环隙反应器中,150℃下,MoO3-TiO2/SiO2为催化剂光催化气相甲烷和水合成了目的产物甲醇和H2,甲醇选择性达87.3%。
二、甲烷制备低碳烯烃
(1)甲烷部分氧化制备烯烃。
1982年美国的Union Carbide化学公司首次公开发表了甲烷催化偶联制乙烯的研究成果,该工艺是迄今为止天然气制乙烯最简捷的工艺,反应一步完成。
最近LG化学公司正在进行利用天然气的主要成分甲烷生产乙烯的技术开发。
这是目前世界上利用甲烷生产乙烯的首例技术尝试。
甲烷氧化偶联制乙烯的技术关键在于催化剂,目前催化剂品种多达2000种以上。
其中,碱金属-碱土金属、稀土金属、过渡金属氧化物和具有特定结构的复合金属氧化物等几大体系的催化剂,以及电催化、等离子催化、激光表面催化和以钙钛矿催化膜为核心的催化技术均具有较好的甲烷氧化偶联生成C2烃的反应活性。
苑慧敏,张永军等综述了甲烷氧化偶联制乙烯催化剂的研究进展情况。
侯思聪等采用浸渍法制备了Li-ZnO/La2O3催化剂并考察了其低温催化甲烷氧化偶联反应性
能。
在680℃,甲烷转化率为27.3%,C2选择性为65.2%,C2收率为17.8%的结果;在700℃,C2收率达到21.8%。
王凡,郑丹星通过平衡常数法研究了500-1000℃、0.1-3.0MPa,以及进料组成中甲烷与氧的摩尔比(即n0,CH4/n0,O2)为1-10下的甲烷转化率及其他各组分收率和选择性的变化情况,在对甲烷氧化偶联制烯烃体系的热力学平衡进行分析后发现,在甲烷氧化偶联制烯烃体系中,H2、CO的生成相对容易,C2产物(C2H6、C2H4)不容易生成。
实验为甲烷氧化偶联反应器和催化剂的开发研究提供热力学依据。
由于甲烷氧化偶联制乙烯反应本身受动力学控制,C2烃单程收率低,产物分离困难。
目前同时能使甲烷转化率、C2选择性之和达到或接近100%的催化剂为数不多,催化剂筛选成为其实现工业化的重要阻碍。
(2)等离子体催化甲烷合成烯烃。
除了传统的催化剂活化甲烷合成乙烯外,电催化、等离子催化、激光表面催化也被用于甲烷氧化偶联的催化研究中。
陈韩飞等综述了等离子体活化及等离子体与催化剂协同活化甲烷转化的国内外研究进展。
同时对其反应机理进行了讨论,分析了当前利用等离子体活化甲烷所存在的问题,并提出了今后的研究方向。
(3)氯甲烷路线。
1988年,TaylorC.E.等人提出了甲烷经氯甲烷合成汽油产品的循环利用途径。
氯甲烷转化为低碳烯烃作为天然气利用的一个全新途径,已经引起了甲烷转化研究领域的关注。
甲烷首先在催化剂的作用下发生氧氯化反应得到氯甲烷,氯甲烷干燥后在催化剂上转化为汽油产品,而过程中产生的HCl可以通过循环继续参与第一步的反应形成循环过程。
使用分子筛催化剂可以将氯甲烷转化为烃类产品,但产物大多数以芳烃和烷烃为主,使用镁和磷镁修饰的催化剂可以提高产物中烯烃的选择性。
张大治等经过研究认为镁的修饰对催化剂酸性的影响导致了产物中低碳烯烃的增加。
(4)天然气部分氧化制乙炔。
天然气部分氧化制乙炔主要采用气相氧化法,主要有德国的BASF工艺、比利时的SBA工艺和意大利的Motecatini工艺。
其中,以BASF工艺为主,约占80%。
BASF工艺原料中的O2,与CH4的摩尔比为0.6,在反应炉进行复杂的气相反应,主要反应通过部分甲烷进行部分氧化提供热量,剩余甲烷被加热到1500℃后裂解缩合为乙炔。
三、甲烷制备芳烃
(1)甲烷部分氧化制备芳烃。
上个世纪80年代,Shepelev等对甲烷催化氧化制芳烃技术进行了研究,结果表明,在氧化条件下,甲烷合成芳烃的反应很难控制,甲烷的转化率很低,芳烃选择性和收率也很低,在经济上不具备开发前景。
舒玉瑛等发现,不同方法制备的Mo/H-ZSM-5催化剂上甲烷的芳构化反应,对甲烷制备芳烃反应有较大的影响。
(2)甲烷无氧脱氢制备芳烃。
从热力学角度来讲,甲烷直接转化为芳烃要比直接转化为乙烷和乙烯更为有利。
而且,在无氧条件下也不生成CO和CO2。
自1993年大连化学物理研究所首先报道了在无氧和连续流动的反应条件下,甲烷在Mo/HZSM-5催化剂上直接转化为芳烃以来,甲烷无氧芳构化已经成为甲烷直接催化转化研究中的一个重要分支,是目前甲烷直接转化的主要研究内容。
魏飞等
综述了利用甲烷直接脱氢制备芳烃的催化剂方面的研究情况,此外,郑海涛等人还研究了甲烷和丙烷混合气体在不同催化剂上的无氧芳构化,结果显示,丙烷的存在促使甲烷活化并参与芳构化反应。
四、利用甲烷制备碳纳米管
赵社涛等在对制备碳纳米管的几种方法和催化裂解法制备碳纳米管几种工艺进行了对比后认为,目前采用天然气为原料、镍系催化剂,碳纳米管的生产成本可降至15万元·t-1。
而且制得的碳纳米管管径很均匀,且纯度很高,看不到杂质。
周玉红等在甲烷部分氧化制备合成气的过程中发现,副产的碳经检测是碳纳米管。
进一步实验发现,在甲烷部分氧化制合成气过程中所生成的纳米碳管不是甲烷裂解所得,而是由CO歧化生成,反应装置中的控温热电偶可能起催化剂的作用。
H2在CO歧化制备纳米碳管的过程中起着很重要的作用。
梁奇等采用CH4/O2氧化-还原气氛,利用Ni-Ce催化剂合成出大量纯度较高的碳纳米管。
五、结束语
随着石油资源的日趋紧张,天然气资源的转化利用越来越受到人们关注。
在我国,天然气目前主要仍然被作为能源使用,除了合成氨(包括甲醇)工业外,其化工利用率较低。
从资源的角度考虑,适当发展天然气的化工利用,用天然气生产化工产品,以弥补石油资源的不足,应该是今后天然气化工的主要发展方向。