碳一化学化工发展及展望

    二十世纪70年代快速发展的碳一(C1)化学化工，是以能源的非石油化和化工原料的多样化为战略目标，从一个碳原子的矿物原料或化合物(如煤、天然气、甲醇、甲醛和CO、CO2及工业废气等)出发合成各种化工产品和燃料。C1化学已成为当今化学工业发展的主要分支之一。

1．碳一化学化工当前进展

    当前C1化学的进展主要集中在合成气化工和甲醇化工方面。 我国C1化学化工经20多年的研究与开发，通过“七五”、“八五”、“九五”、“十五”攻关，取得了一批不同阶段的试验成果，涌现一批科研从事C1化学研究与开发的研究单位和人才，目前已有20多个单位从事C1化学的研究工作，为我国今后C1化学化工的发展奠定了一定的基础。已取得的试验成果有：(1) 合成气制备工艺技术及催化剂； (2) 甲醇脱水或合成气一步制二甲醚； (3) 甲醇脱氢制甲酸甲酯催化剂及工艺技术； (4) 甲醇脱水或合成气一步制二甲醚； (5) 合成气制烃类； (6) 合成碳酸二甲酯(DMC)； (7) 甲醇制烯烃（MTO，MTP）； (8) 甲醇羰基合成醋酸； (9) CO偶联制乙二醇（即煤法制乙二醇）； (10)合成气制乙醇； (11)含CO气体中净化提纯CO的研究与开发； (12)高浓度甲醛的合成技术研究； (13)CO2化工利用研究。

2．发展趋势预测

    现代C1化工是未来中国能源技术发展的战略方向，紧密依托于各种资源的开发，并与化工技术结合，形成能源化工一体化的新兴产业； 重点技术应包括的基本内容有：从煤、天然气、生物质、城市废弃物为原料制取C1化学合成气先进技术的研发；C1化学原料气制作过程中相关的分离和净化和环保技术；以天然气、合成气、甲醇为原料合成烃类化合物的大型化技术的开发；大型化合成甲醇技术的开发；合成低碳含氧化合物的C1化工技术的开发及工业化试点平台；C1化工产品下游加工技术的研发。 在21世纪以天然气和煤为原料基础的C1化工，将形成新兴的化工产业而成为未来的重要支柱产业。

3．总体发展思路和前景展望

3．1、总体发展思路

    我国C1化学化工科技战略发展规划的总体思路是：以科学发展观和循环经济为发展理念，以提升行业整体技术水平为战略目标，以倡导绿色化工清洁生产为技术支撑，以创建生态工业共生体系为战略重点，以实施技术集成创新专项为战略突破。 以产业资源整合为主线，实施技术集成创新，充分发挥高新技术集成体系的支撑作用，通过循环经济试点及成功示范推广，创建大型C1化学工业共生体系和绿色生态产业链。并向产业链的横向和纵深发展，以有限的资源，获得最大的经济利益。 紧紧围绕能源“非石油化”和化工原料多样化的战略目标，开发替代能源、可再生能源。大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略。

3．2、重点科研领域发展展望

(1)进行C1化学的催化剂基础研究。 通过催化剂体系和反应机理的基础研究，提出新的催化过程和新催化材料，在合成燃料、含氧化合物和制烯烃等方面有所突破。

 (2)开发新一代气化技术。包括煤气化技术，天然气自热转化制合成气工艺和催化剂的研究与开发、CO2/CH4转化制合成催化剂的开发研究。

(3)合成气合成油技术的工程开发和推广应用。完成万吨级工业示范装置建设和试验并消化吸收国外合成油技术的基础上，开发出具有中国特色的合成油工艺和催化剂。

(4)甲醇制烯烃技术的工程开发。完成万吨级工业示范装置建设和试验并消化吸收国外MTO或MTP技术的基础上，开发出具有中国特色的合成烯烃工艺和催化剂。

(5)甲醇深加工催化剂的研制与开发。我国目前有甲醇厂150家左右，甲醇产能已经过剩，以甲醇为原料生产高附加值产品将会有更大的经济效益。  

(6)甲醇羰基化制醋酸新型催化剂和合成醋酐新工艺及其催化剂开发研究，对现有装置进行技术改造，节能降耗，提高生产能力。

(7)甲醇羰基合成甲酸甲酯及其下游产品的开发研究。

(8)非光气法合成碳酸二甲酯、碳酸二苯酯及聚碳酸酯和异氰酸酯合成工艺，及其催化体系的开发研究。

(9)开展甲醇水蒸气、氧气重整制氢技术及催化剂进行开发，为氢燃料电池提供氢源。

(10)资源再利用，工业废气的净化、分离、提纯和利用。包括:①煤矿瓦斯气的净化、脱氧和富集及化工利用技术的研究；②黄磷尾气、电石炉尾气的脱硫、脱砷、脱氟和提纯CO供羰基合成应用的工程开发研究；③城市垃圾发酵气净化浓缩制城市煤气技术的工程开发研究；④硝酸尾气(或NOx)的回收技术的工程研究；⑤催化裂解干气中浓缩回收乙烯的工程研究；⑥聚氯乙烯尾气浓缩的工程研究。

(11)天然气、合成气和焦炉气等脱硫新技术的研究与开发。

(12)制取高含量甲醛工艺及催化剂、甲醛下游产品的研究与开发。

(13)合成气合成乙二醇工艺技术的研究与开发。包括CO氧化偶联制草酸酯、加氢制乙二醇，甲醛二聚、加氢制乙二醇，甲酸甲酯、甲醛、加氢制乙二醇，合成气直接合成乙二醇等的研究与开发。

(14)天然气(或甲烷)直接合成化学品的研究。包括氧化合成甲醇、甲醛，合成醋酸和芳烃，氧化偶联制烯烃和等离子制乙炔或氢的研究与开发。

(15)CO2的化工利用研究。包括二氧化碳加氢合成烃类和含氧化合物的研究，及合成生物降解塑料技术的工程开发研究。

4、上海戊正工程技术有限公司在碳一化学方面取得的成果

    该公司多年来联合国内外多家高校及科研院所联合开发合成气氧化偶联合成草酸二甲酯，并进一步加氢制乙二醇的技术。该技术可利用CO（CO可来源于煤制合成气，或富含CO的化工尾气如电石炉尾气、黄磷尾气等）间接合成乙二醇，目前该公司的技术已申请国家专利多项，专利申请号：200810043079.0，《一种生产乙二醇并联产碳酸二甲酯的工艺流程》；专利申请号：200810043085.6, 《一种用于草酸二甲酯加氢合成乙二醇的催化剂》；专利申请号：200820060461.8, 《自平衡列管式等温反应器》。