选择性氧化转化甲烷至甲醇、二甲醚和衍生产物制造技术

本发明专利技术涉及在足以形成甲醇和甲醛的混合物同时最小化甲酸和二氧化碳形成的条件下通过甲烷氧化从甲烷源生产甲醇的方法。在氧化步骤之后为处理步骤，其中将甲醛转化为甲醇和甲酸，而它们自身可以通过中间形成的甲酸甲酯催化加氢而进一步转化为甲醇。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】选择性氧化转化甲烷至曱醇、二甲醚和衍生产物
技术介绍
烃类在现代生活中极其重要。烃类被用作各种领域(包括化学、 石化、塑料和橡胶工业)的燃料和原料。化石燃料如煤、石油和天然 气由具有不同比率碳和氢的烃组成和其燃烧形成二氧化碳和水之后 不可再生使用。尽管它们有广泛应用和大量需求，但化石燃料也有许 多缺点，包括有限的储量、不可逆的燃烧和对空气污染及全球变暖的 影响。考虑到这些缺点和对能源需求的日益增加，因此需要替代能源。经常提到的一种替代物是氢气和所谓的"氢气经济"。氢气燃烧 时仅仅产生水，因此作为清洁燃料是有益的。但游离氢不是天然能源 及从烃类或水产生氢是高能耗工艺。进一步地，当由烃类产生氢气时，所宣称的作为清洁燃料的氢气的任何益处均比不过如下事实主要通 过将天然气、石油或煤重整成为合成气C0和H2的混合物("合成气") 来产生氢气的过程自身远非清洁的。它消耗化石燃料，其中燃料能量 的四分之一作为热量损失掉。由于处理、储存、运输和配送上的困难 和昂贵，氢气也不是方便的贮能介质。由于它极易挥发和可能爆炸， 氢气需要高压装置、昂贵和非现有的基本设施、特殊材料来最小化扩 散和渗漏，以及需要大量的安全措施来防止爆炸。据建议更实际的替代物是曱醇。曱醇(CH30H)是最简单的液态含氧 烃，其与曱烷(CIU的区别仅在于单个的附加氧原子。甲醇也称为曱基醇或木醇，是一种具有柔和醇味的无色水溶性液体且容易储存和运输。 曱醇的凝固点为-97. 6X:，沸点为64. 6X:和201C下的密度为0. 791。甲醇不是储存能量的唯一合适和安全的方式，但和其衍生物二甲 醚(DME)—起则是优良的燃料。二甲醚容易从曱醇通过脱水获得，由于具有高的十六烷值和有利的性能，它特别是柴油发动机中有效的燃料。 甲醇和二甲醚可以与汽油或柴油混合用作燃料，例如在内燃机或发电机中使用。甲醇的一种最有效用途是在燃料电池中，特别是在直接曱醇燃料电池(DMFC)中，其中在产生电的同时甲醇直接被空气氧化成二 氧化碳和水。与作为许多不同烃类和添加剂的复杂混合物的汽油不同，甲醇是 单一化合物。它包含约为汽油一半的能量密度，这意味着两升曱醇提 供与一升汽油相同的能量。尽管甲醇的能量含量较低，但其具有IOO 的较高辛烷值(研究法辛烷值(RON) 107和马达法辛烷值(M0N) 92的平 均)，这意味着燃料/空气混合物在点燃之前可以压缩到更小体积。这 就允许发动机以更高的压缩比(10-11对1，与汽油发动机的8-9对l 相比)运行，因此比汽油动力发动机更有效。效率也由于甲醇较高的"火 焰速度"而提高，它能使发动机中燃料燃烧得更快更完全。这些因素 说明了甲醇的高效率，尽管甲醇的能量密度比汽油低。进一步，为了使 曱醇即使在最寒冷的条件下更可燃，可以将甲醇与汽油、挥发性化合 物(如二曱醚)、其它组分混和，或者使用装置蒸发或雾化甲醇。例如， 通过将甲醇加入汽油中以制备车用燃料，该燃料的最小汽油含量为至 少15体积％ (M85燃料)，使得它即使在低温环境下也可以容易地起动。 当然，在这类燃料中汽油的任何替换均将保存石油储量，和要加入的 曱醇数量可以根据具体的发动机设计而确定。甲醇具有的汽化潜热为汽油的约3. 7倍，并且当从液体变为气体 时可吸收明显更大的热量。这有助于从发动机移走热量和能够使用空 冷散热器代替更重的水冷系统。因此，相比于汽油动力汽车，甲醇动 力发动机提供更小、更轻的发动机组、降低的冷却要求和更好的加速 和里程性能。曱醇也比汽油更为环境友好，产生的空气污染物如烃类、 N0X、 S02和微粒的总体排放低。甲醇也是一种最安全的可用燃料。与汽油相比，甲醇的物理和化 学性质明显降低了着火的危险。甲醇具有更低的挥发性，并且甲醇蒸 气点火浓度必须为汽油4倍。即使点火后，甲醇燃烧速度为汽油1/4， 仅仅在汽油着火八分之一的速率下释放热量，并且因为低辐射热输出， 波及到周围可燃材料的可能性要小得多。据EPA估计，将汽油换为曱 醇将降低燃料相关火灾的发生率90%。甲醇燃烧为无色火焰，但添加 剂可以解决这个问题。甲醇还提供了有吸引力和更为环境友好的柴油替代品。与柴油形 成对照，甲醇燃烧时不产生烟雾、灰分或微粒，而柴油燃烧时通常会 产生污染颗粒。因为甲醇的燃烧温度比柴油低，它还产生极低的N0x 排放。此外，曱醇与柴油相比具有明显更高的蒸气压，而更高的挥发 性让它即使在寒冷天气中也容易启动，且不会产生常规柴油机冷启动 时通常产生的白烟。如果需要，可以加入添加剂或点火改进剂如硝酸 辛酯、硝酸四氩化糠酯、过氧化物或更高级烷基醚使甲醇的十六烷值 更接近柴油的水平。甲醇也可以通过脂肪酸酯化来制备生物柴油燃料。非常相关且源自甲醇的亦为理想替代燃料的是二甲醚。二曱醚 (DME， CH30CH3)是所有醚中最简单的，是一种无色、无毒、无腐蚀、非 致癌和环境友好的化学品，其目前主要用作喷气罐的气溶胶推进剂以 代替禁用的CFC气体。DME的沸点为-25X:，在环境条件下是气体。但 DME容易作为液体处理并贮存在加压罐中，这更像液化石油气(LPG)。 二甲醚作为替代燃料的益处在于其为55-60的高十六烷值，这比曱醇 的十六烷值高得多，也比常规柴油的十六烷值40-55要高。十六烷值 表明DME可以有效用于柴油发动机。有利地，DME像甲醇一样清洁燃 烧，不产生烟灰微粒、黑烟或S02，仅仅产生极低数量的N0x和其它排 放物，甚至不需要对其废气后处理。与柴油相比，DME的一些物理和 化学性质在表l中给出。表l: DME和柴油的物理性能比较DME 柴油20匸时蒸气压(巴) 2ox:时液体密度(千克/米3) 热值(千卡/千克) 十六烷值自燃温度("C)空气中可燃极限(体积％)目前只通过甲醇脱水产生DME。还开发了在单一工艺中通过联合 曱醇合成和脱水步骤而直接从合成气体合成DME的方法。另 一种甲醇衍生物是碳酸二甲酯(DMC)，其可通过用光气转化甲醇 或通过曱醇氧化羰基化获得。DMC具有高的十六烷值和可以以高达10 %的浓度掺入柴油，从而降低燃料粘度和改善排放。甲醇及其衍生物如DME、DMC和生物柴油具有许多现有和潜在的用 途。它们例如可用作ICE动力汽车中的汽油和柴油替代品而只需对现 有发动机和燃料体系作微小调整。甲醇还可以在燃料电池中用于燃料 电池载体(FCVs)，其被认为是运输领域中ICE的最好替代品。DME也 是用于房屋供暖和工业应用中的LNG和LPG的潜在替代品。甲醇还用于重整成氢。在致力于解决与氢贮存和分配有关的问题 时，已经建议经机栽重整器用富氩液体如汽油或曱醇作为车辆中的氢 源。同时考虑到甲醇是所有可用于制备氢气的材料中最安全的。进一 步地，由于液体甲醇的氢含量高，即使相比于纯净的低温氢气也是如 此(在室温下l升甲醇中98. 8克氢对比于在-253iC下液体氢中70.8 克氢)，因此甲醇是氢燃料的优良载体。甲醇中没有难以断裂的C-C 键，因此利于其以80-90%的效率转换为纯净氢气。与基于纯净氢气的储存系统形成对照，重整器系统是紧凑的，其 在容积基准上包含甚至比液态氢更多的氢，且容易储存和处理而无需 加压。甲醇蒸汽重整器有利地允许在低得多的温度(250-350X:)下操作 以及更好地适合机载应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不首先生产合成气而从甲烷源制备甲醇的方法，包括：在足以生产甲醇和甲醛与少量的甲酸和二氧化碳的混合物的条件下使甲烷氧化；在足以形成甲醇和甲酸或甲酸甲酯的条件下使甲醛转化；和随后在足以形成甲醇的条件下使甲酸甲酯加氢转化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：GA奥拉赫，SGK普拉卡什，
申请(专利权)人：南加利福尼亚大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]