[發明專利]使用甲烷或天然氣的雙轉化的二氧化碳至甲醇的轉化

在審

• 申請號: 201510615957.1
• 申請日: 2008-06-19
• 公開（公告）號: CN105175225A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 喬治·A·歐拉;G.K.·蘇里亞·普拉卡什
• 申請（專利權）人: 南加州大學
• 主分類號: C07C31/04
• 分類號: C07C31/04;C07C29/154;C07C29/151
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 陳平

本申請是申請日為2008年6月19日、國際申請號為PCT/US2008/067462、中國國家申請號為200880021308.7且發明名稱為“使用甲烷或天然氣的雙轉化的二氧化碳至甲醇的轉化”的申請之分案申請。

背景

烴類在現代生活中極其重要。烴類被用作包括化學、石油化學、塑料和橡膠工業的各種領域中的燃料和原料。化石燃料如煤、石油和天然氣由具有不同的碳與氫的比率的烴類組成。盡管它們具有廣泛的應用和高的需求，但是化石燃料也具有局限性和缺點，特別由于它們的有限儲量、不可逆的燃燒和對空氣污染(并且因而對全球變暖)的影響。不管這些問題，高度期望的是對仍存在的天然氣源的更有效率的使用。需要用于可再循環的并且環境友好的碳燃料的另外的新來源和途徑。

一種備選的經常提到的非碳燃料是氫氣，以及它在所謂的“氫氣經濟”中的使用。氫氣燃燒時僅產生水，據認為作為清潔燃料是有益的。然而，游離氫不是地球上的天然主要能源，原因在于它與大氣氧的不相容性。它必須從烴類或水產生，這是高能耗過程。此外，由于氫氣是由烴或煤產生的，所以任何宣稱的氫氣作為清潔燃料的益處均比不過如下事實：主要通過天然氣、石油或煤至合成氣(“合成氣(syn-gas)”，即CO和H₂的混合物)的轉化的氫氣的產生，或用于水的電解的電的產生，是遠非清潔的，除此之外，氫氣在處理、運輸和配送方面困難且昂貴。由于它極為輕、具有揮發性并且可能爆炸，所以它需要高壓裝備。所需的非現有的基本設施還使得成為必要的是用于最小化擴散和滲漏的特殊材料，以及用于防止爆炸的大量安全措施。

從遙遠并且經常難以接近的場所連續輸入天然氣還使得成為必要的是它的安全儲存和運輸，特別是當涉及液化天然氣(LNG)的時候。這使得成為必要的是，將LNG在低溫以它的液態形式運輸，從而將它暴露于嚴酷的環境和安全危險。建議的是，對于LNG的更加實際和安全的替代物是甲醇或二甲醚(DME)，其容易從天然氣制備。甲醇是最簡單的液態含氧烴，其與甲烷(CH₄)的區別在于單個的附加氧原子。甲醇，也稱為甲基醇或木醇，是一種具有柔和醇味的無色水溶性液體。它容易儲存和運輸。它在-97.6℃凝固，在64.6℃沸騰，并且在20℃的密度為0.791。

甲醇是容易經由自二十世紀二十年代以來開發并實踐的方法從現有的煤或天然氣源得到的方便安全的液體。然而，使用煤以及隨后的天然氣至合成氣(H₂和CO的混合物)的轉化(轉化)的這些方法是高能耗的，并且產生作為副產物的大量CO₂。這顯然是經濟缺點，而且由于增加引起全球變暖的主要溫室氣體之一而代表了嚴重的環境問題。

甲醇不僅代表用于儲存和運輸能量的方便且安全的方式，而且與它的衍生產物二甲醚(DME)一起是優異的燃料。二甲醚容易從甲醇通過脫水得到，或從甲烷(天然氣)與CO₂經由雙轉化^TM(BI-REFORMING^TM)方法得到。由于它的高十六烷值和有利的燃燒性質，因此它是用于柴油發動機的特別有效的燃料。甲醇和二甲醚與汽油或柴油極好地混合，以用作內燃機或發電機中的燃料。甲醇的一種最有效用途是在燃料電池中，特別是在直接甲醇燃料電池(DMFC)中，其中在產生電的同時甲醇被空氣直接氧化成二氧化碳和水。