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摘要 碳一化工就是利用含一个碳原子化合物的有机物为原料，生产有机化合物的重要技术。此类化工技术是替代石油合成基本化工原料的一个新途径，其重要的意义在于对能源开发的集成，以此提高能源开发的附加价值，本文分析了目前碳一化工的生产现状，并对其发展进行了展望。
关键词 碳一化工；合成产品；关键技术；发展方向
中图分类号 TQ 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0200-01
1 基于一个碳原子化合物化学工业概述
以含一个碳原子化合物为基础的化工生产，是早在乙酸生产中提出的，简言之为“碳一化学”，即从合成气生产甲醇，通过铑络合物的催化体系进而反应生产乙酸。广义上看就是以一个碳原子化合物为生产原料的化工生产，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、HCN、甲醇等所参与的化学反应，都可以被定义为碳一化学。到了上个世纪的末期，日本催化学会的碳一化学委员会将碳一化工定义两个部分，即制造一氧化碳、氢或者合成气的技术和利用一氧化碳以及合成气制造化学品两个部分。近些年碳一化工体系被不断拓展，包括了合成气生产，即天然气、煤层气、煤炭、重质油等转化而获得；还有甲烷为原料合成碳数为两个或者多个的化合物的化学和工艺。这些都可以看做是以含一个碳原子化合物为基础的工业生产。
2 碳一化合物的主要产品以及生产工艺分析
2.1 甲醇羰化工艺
在20世纪70年代，碳一化工得到了各国的重视，目前采用甲醇羰化合成乙酸的工艺生产的乙酸站世界乙酸产量的六成以上。与采用钴催化剂不同的是，采用了铑催化剂的副反应很少，几乎不会因为冲入氢气而生成乙醛、乙醇等，获得的甲醇到乙酸的回收率可近似百分之百，而一氧化碳计量的乙酸收率也在90%以上。其反应的机理是通过催化剂碘甲烷在一价铑催化剂的作用下与一氧化碳进行插入反应，从而生成乙酰碘，然后从乙酰碘与水或者甲醇发生反应生成乙酸或者甲酸甲酯，同时完成碘到碘甲烷的还原。
随着技术拓展，在20世纪80年代还开发了低水乙酸工艺，成为了甲醛羰基化生成工艺的新工艺核心，其内容就是在铑催化剂中添加高浓度的碘化锂，提高催化剂的相对稳定，加入碘化锂与碘甲烷后，使得水的质量得到了调整，降低了10个百分点，同时保持了高效反应过程，达到了以甲醇计乙酸选择性近似百分百，以一氧化碳计乙酸选择性高于97%的效果。通话在工艺创新中，为了降低铑的使用量，钴催化剂已经进入到人们研究的范围内，但是最有希望替代铑的则是镍系催化工艺，通过添加助剂，如：PR3、NR3、SnI4和碱及过渡金属等，已经可以获得与铑催化剂相似的效果。
2.2 乙二醇的生产
此类生产集中在从草酸酯生产乙二醇的工艺上，其主要是指利用一氧化碳和醇类首先合成草酸二酯，然后在催化加氢生产乙二醇。这个工艺最早有美国公司提出，采用的是PdCl2-CuCl2作为催化剂的液相，合成草酸酯，反应温度为25℃，压力在7MPa。这种由醇类与一氧化碳直接反应的方法收率很低，同时含有氯的催化剂会腐蚀设备，限制了其应用。
到了20世纪80年代，美国公司推出了草酸酯加氢生产乙二醇的专利技术，其中采用了铜-铬催化剂在3 MPa的压力下，乙二醇的收率可以达到97%以上。同时还有美国公司申请了类似的专利技术，即草酸酯气相加氢生产乙二醇的技术，其采用的是Cu/SiO2作为催化剂在氢气压力1 MPa-10 MPa与180℃-240℃的高速气相条件下，乙二醇的收率为95%。
2.3 碳酸二甲酯的生产
碳一化工从20世纪70年代，就开始利用甲醇和一氧化碳为基础合成碳酸二甲酯，在英国某公司就利用气态、液态、固态的三相反应首先实现了甲醇的氧化羰基化生产了碳酸二甲酯，其中配合的是氯化亚铜作为生产催化剂，设置的反应温度在100℃-120℃之间，反应的压力则为2 MPa-3 MPa，按照此种方法的甲醇计碳酸二甲酯的转化率为三成左右，这个方式的回收率相对较高，但是缺点还是有氯元素的参与，造成和对设备的严重腐蚀，此外，一些国外的公司也相继研发了此种羰基合成的技术。而另一方面，其他公司利用对亚铜羰基络合物的分离压力进行了细致的测试与动力研究，进而提出了低水浓度下的氧化还原工艺，进一步推动了此类生产的发展。
3 碳一化工的发展趋势
随着能源危机的愈演愈烈，加之环保与资源压力，碳一化工的研究已经集中到了基本化工产品上，如乙烯、甲醇、二甲醚、碳酸二甲酯等等。研究的途径已经逐步分化为两个途径，直接转化与间接转化。
目前工业化的合成气生产存在一定的缺陷，即能耗高和氢碳比例失衡等，国内外的研究已经对甲烷部分氧化生产合成气、二氧化碳重整生产合成气进行了拓展，并形成了一些有价值的成果。
在碳一化工生产中欧能个合成乙烯也成为了一个重要的产品开发方向，在世界范围内曾经集中开展了甲烷氧化偶联生产乙烯的工艺研究，但是获得的乙烯收率较低，不能达到工业化标准。催化剂与反应器的改进和反应、分离配套工艺的探索、新反应技术的研究也没有获得突破性进展。从而转为其他方向，研究主要集中在利用一氧化碳加氢、甲醇转化、二甲醚脱水等几个方向上，并在开发适应催化剂的研究上取得了进展。
在碳一化工合成甲醇上，研究主要针对了合成气转化催化、二氧化碳加氢、甲酸甲酯氢解、甲烷部分氧化等方面。对于二氧化碳加氢的反应，应为采用了相对价格低的氢成为了决定其应用的主要因素。同时寻找低温适应性好且火花效果高的催化剂也成为了研究的焦点。曾经有国内的学者研究采用纳米技术生产的碳管作为催化载体，取得了较好的效果。而对于甲烷部分氧化的关键问题研究，因为其收益率始终不高，因此研究集中在突破现有收率的方向上。
在合成乙酸的生产中，研究的方向集中在甲醇羰基的反应与合成其直接转化合成乙酸、甲烷+一氧化碳等方面。这一类反应涉及了多个原子经济反应，如甲烷和二氧化碳、甲醇羰基化都是百分百的原子经济反应，所有反应都是反应前后没有改变，在理论与实践等方面都十分重要。
4 结束语
因为石油资源的不断减少，价格上升速度快，开发以煤炭资源为基础的碳一化工就成为了重要的资源开发手段，尤其是对于国家资源安全与产业结构转变等方面都十分重要，进而实现煤气、电能、化工一体化模式，并以此推动未来能源开发的新技术。在这样的经济环境下，碳一化工的研究与拓展都将成为未来经济发展的重要阵地。目前，我国乙二醇的生产能力得到了一定的提高到但是和实际的消费预测相比还有一定的空间，从草酸酯到乙二醇的碳一化工生产技术正在进行拓展性研究；乙酸生产的能力也是如此，还没有满足国内的基本消费需求，其羰基化技术的单套生产能力已经获得了较大的提高；而碳酸二甲酯生产则被誉为新世纪的有机化工的重要基础，其研究已经得到了拓展。另外，选择相对价格较低的金属催化剂替代原有昂贵的铑金属完成乙酸合成，从草酸酯或者甲醛生产乙二醇、羰基化合成碳酸二甲酯等技术的研发也是将来碳一化工业发展的重要方向与研究
重点。
参考文献
[1]洪定一.发展碳一化学 开发替代能源[J].石油与天然气化工,2004,S1.
[2]周正明.我国碳一化学中长期科技战略发展规划建议[J].化工生产与技术,2006,01.
[3]孙启坡,苗园.碳一化学的开发与应用[J].化工时刊,2004,04.
[4]刘延伟.碳一化工产品发展展望—Ⅱ.二甲醚、合成油、乙烯和丙烯(续完)[J].化工技术经济,2005,10.
[5]刘延伟.碳一化工产品发展展望(1)甲醇、合成氨[J].化工技术经济,2005,09.
关键词 碳一化工；合成产品；关键技术；发展方向
中图分类号 TQ 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0200-01
1 基于一个碳原子化合物化学工业概述
以含一个碳原子化合物为基础的化工生产，是早在乙酸生产中提出的，简言之为“碳一化学”，即从合成气生产甲醇，通过铑络合物的催化体系进而反应生产乙酸。广义上看就是以一个碳原子化合物为生产原料的化工生产，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、HCN、甲醇等所参与的化学反应，都可以被定义为碳一化学。到了上个世纪的末期，日本催化学会的碳一化学委员会将碳一化工定义两个部分，即制造一氧化碳、氢或者合成气的技术和利用一氧化碳以及合成气制造化学品两个部分。近些年碳一化工体系被不断拓展，包括了合成气生产，即天然气、煤层气、煤炭、重质油等转化而获得；还有甲烷为原料合成碳数为两个或者多个的化合物的化学和工艺。这些都可以看做是以含一个碳原子化合物为基础的工业生产。
2 碳一化合物的主要产品以及生产工艺分析
2.1 甲醇羰化工艺
在20世纪70年代，碳一化工得到了各国的重视，目前采用甲醇羰化合成乙酸的工艺生产的乙酸站世界乙酸产量的六成以上。与采用钴催化剂不同的是，采用了铑催化剂的副反应很少，几乎不会因为冲入氢气而生成乙醛、乙醇等，获得的甲醇到乙酸的回收率可近似百分之百，而一氧化碳计量的乙酸收率也在90%以上。其反应的机理是通过催化剂碘甲烷在一价铑催化剂的作用下与一氧化碳进行插入反应，从而生成乙酰碘，然后从乙酰碘与水或者甲醇发生反应生成乙酸或者甲酸甲酯，同时完成碘到碘甲烷的还原。
随着技术拓展，在20世纪80年代还开发了低水乙酸工艺，成为了甲醛羰基化生成工艺的新工艺核心，其内容就是在铑催化剂中添加高浓度的碘化锂，提高催化剂的相对稳定，加入碘化锂与碘甲烷后，使得水的质量得到了调整，降低了10个百分点，同时保持了高效反应过程，达到了以甲醇计乙酸选择性近似百分百，以一氧化碳计乙酸选择性高于97%的效果。通话在工艺创新中，为了降低铑的使用量，钴催化剂已经进入到人们研究的范围内，但是最有希望替代铑的则是镍系催化工艺，通过添加助剂，如：PR3、NR3、SnI4和碱及过渡金属等，已经可以获得与铑催化剂相似的效果。
2.2 乙二醇的生产
此类生产集中在从草酸酯生产乙二醇的工艺上，其主要是指利用一氧化碳和醇类首先合成草酸二酯，然后在催化加氢生产乙二醇。这个工艺最早有美国公司提出，采用的是PdCl2-CuCl2作为催化剂的液相，合成草酸酯，反应温度为25℃，压力在7MPa。这种由醇类与一氧化碳直接反应的方法收率很低，同时含有氯的催化剂会腐蚀设备，限制了其应用。
到了20世纪80年代，美国公司推出了草酸酯加氢生产乙二醇的专利技术，其中采用了铜-铬催化剂在3 MPa的压力下，乙二醇的收率可以达到97%以上。同时还有美国公司申请了类似的专利技术，即草酸酯气相加氢生产乙二醇的技术，其采用的是Cu/SiO2作为催化剂在氢气压力1 MPa-10 MPa与180℃-240℃的高速气相条件下，乙二醇的收率为95%。
2.3 碳酸二甲酯的生产
碳一化工从20世纪70年代，就开始利用甲醇和一氧化碳为基础合成碳酸二甲酯，在英国某公司就利用气态、液态、固态的三相反应首先实现了甲醇的氧化羰基化生产了碳酸二甲酯，其中配合的是氯化亚铜作为生产催化剂，设置的反应温度在100℃-120℃之间，反应的压力则为2 MPa-3 MPa，按照此种方法的甲醇计碳酸二甲酯的转化率为三成左右，这个方式的回收率相对较高，但是缺点还是有氯元素的参与，造成和对设备的严重腐蚀，此外，一些国外的公司也相继研发了此种羰基合成的技术。而另一方面，其他公司利用对亚铜羰基络合物的分离压力进行了细致的测试与动力研究，进而提出了低水浓度下的氧化还原工艺，进一步推动了此类生产的发展。
3 碳一化工的发展趋势
随着能源危机的愈演愈烈，加之环保与资源压力，碳一化工的研究已经集中到了基本化工产品上，如乙烯、甲醇、二甲醚、碳酸二甲酯等等。研究的途径已经逐步分化为两个途径，直接转化与间接转化。
目前工业化的合成气生产存在一定的缺陷，即能耗高和氢碳比例失衡等，国内外的研究已经对甲烷部分氧化生产合成气、二氧化碳重整生产合成气进行了拓展，并形成了一些有价值的成果。
在碳一化工生产中欧能个合成乙烯也成为了一个重要的产品开发方向，在世界范围内曾经集中开展了甲烷氧化偶联生产乙烯的工艺研究，但是获得的乙烯收率较低，不能达到工业化标准。催化剂与反应器的改进和反应、分离配套工艺的探索、新反应技术的研究也没有获得突破性进展。从而转为其他方向，研究主要集中在利用一氧化碳加氢、甲醇转化、二甲醚脱水等几个方向上，并在开发适应催化剂的研究上取得了进展。
在碳一化工合成甲醇上，研究主要针对了合成气转化催化、二氧化碳加氢、甲酸甲酯氢解、甲烷部分氧化等方面。对于二氧化碳加氢的反应，应为采用了相对价格低的氢成为了决定其应用的主要因素。同时寻找低温适应性好且火花效果高的催化剂也成为了研究的焦点。曾经有国内的学者研究采用纳米技术生产的碳管作为催化载体，取得了较好的效果。而对于甲烷部分氧化的关键问题研究，因为其收益率始终不高，因此研究集中在突破现有收率的方向上。
在合成乙酸的生产中，研究的方向集中在甲醇羰基的反应与合成其直接转化合成乙酸、甲烷+一氧化碳等方面。这一类反应涉及了多个原子经济反应，如甲烷和二氧化碳、甲醇羰基化都是百分百的原子经济反应，所有反应都是反应前后没有改变，在理论与实践等方面都十分重要。
4 结束语
因为石油资源的不断减少，价格上升速度快，开发以煤炭资源为基础的碳一化工就成为了重要的资源开发手段，尤其是对于国家资源安全与产业结构转变等方面都十分重要，进而实现煤气、电能、化工一体化模式，并以此推动未来能源开发的新技术。在这样的经济环境下，碳一化工的研究与拓展都将成为未来经济发展的重要阵地。目前，我国乙二醇的生产能力得到了一定的提高到但是和实际的消费预测相比还有一定的空间，从草酸酯到乙二醇的碳一化工生产技术正在进行拓展性研究；乙酸生产的能力也是如此，还没有满足国内的基本消费需求，其羰基化技术的单套生产能力已经获得了较大的提高；而碳酸二甲酯生产则被誉为新世纪的有机化工的重要基础，其研究已经得到了拓展。另外，选择相对价格较低的金属催化剂替代原有昂贵的铑金属完成乙酸合成，从草酸酯或者甲醛生产乙二醇、羰基化合成碳酸二甲酯等技术的研发也是将来碳一化工业发展的重要方向与研究
重点。
参考文献
[1]洪定一.发展碳一化学 开发替代能源[J].石油与天然气化工,2004,S1.
[2]周正明.我国碳一化学中长期科技战略发展规划建议[J].化工生产与技术,2006,01.
[3]孙启坡,苗园.碳一化学的开发与应用[J].化工时刊,2004,04.
[4]刘延伟.碳一化工产品发展展望—Ⅱ.二甲醚、合成油、乙烯和丙烯(续完)[J].化工技术经济,2005,10.
[5]刘延伟.碳一化工产品发展展望(1)甲醇、合成氨[J].化工技术经济,2005,09.