基于ReaxFF的甲烷无氧转化气相机理研究

晶格限域的Fe■SiO_(2)催化剂在甲烷无氧直接转化生成乙烯的反应中表现出优异的性能。但由于反应条件苛刻,对该反应的分子机理研究一直存在较大的挑战。本文采用反应力场的方法模拟近反应条件下甲烷无氧直接转化气相机理,发现当气相只有甲基自由基存在时,很难产生高选择性乙烯产物。当在气相中加入氢自由基时,虽能在一定程度上增强甲烷的活化,但同样较难生成乙烯。高温下热裂解C_(10)H_(12)分子能同时产生氢自由基和乙烯分子,能合理地解释实验中加入C_(10)H_(12)分子可以在一定程度上提高乙烯选择性和甲烷转化率的现象。总之,甲烷无氧直接转化高选择性生成乙烯很难通过单纯的气相反应机理来实现,进而推断催化剂表面在甲烷活化和转化的整个过程中起着至关重要的作用。

甲烷无氧直接转化反应动力学研究及设计模拟

根据甲烷无氧直接转化反应机理的动力学表达式以及相关文献资料,对甲烷无氧催化反应实验数据进行处理,估算动力学模型参数。利用建立的动力学模型,在Aspen plus过程模拟软件中对甲烷无氧直接转化反应器进行分析与设计,得出合适的反应器设计温度及设计压力,对研究以及工程设计有一定的参考价值。

纳秒脉冲火花放电高效转化甲烷的实验研究

火花放电是一种气体温度介于电弧放电和介质阻挡放电(DBD)之间的放电形式,具有设备简单、成本较低、转化率高和能量利用效率高等优点,是存在工业化潜力的甲烷高效转化技术。纳秒脉冲放电具有窄脉宽和上升沿,能够提高火花放电等离子体的不平衡程度,降低气体温度,进一步提高甲烷转化能量利用效率。本文研究纳秒脉冲甲烷放电的放电特性和产物分布,实验结果表明在输入能量为170kJ/mol的条件下,甲烷转化率可达60%、氢气选择性和产率分别为44.4%和26.6%、乙炔选择性和产率分别为28.8%和16.8%、总能量利用效率为33.9%、氢气能量利用效率为23%。获得了350～700nm的甲烷等离子发射光谱(OES),包括Ha、Hb、Hg 氢原子等Balmer谱线和CH、C^+、C_2等谱线,并利用Ha 的Stark展宽效应估算了电子密度约为1017cm-3量级。利用ICCD和单色仪获得了电子密度和CH、C_2发射光谱演变过程,实验结果表明电子密度随时间逐渐减少;C+几乎仅在外加脉冲时存在,CH仅在外加脉冲结束后出现,说明C+主要是由电子碰撞产生的,而C+在放电结束后与H发生反应生成CH,CH进一步复合生成C_2H2。

甲烷无氧直接制备烯烃/芳烃研究进展(Ⅱ)

在“碳达峰、碳中和”的背景下,甲烷无氧直接制备烯烃/芳烃具有零二氧化碳排放、100%碳原子利用和富产氢等优势,是碳一化学和催化领域中一个热点研究课题。本综述基于作者在甲烷无氧直接制备烯烃/芳烃反应的研究工作,结合2018−2021年的相关文献,对目前甲烷无氧芳构化反应和甲烷无氧直接制备烯烃、芳烃和氢气反应的世界各国研究现状进行综合评述。重点讨论活性位确认、反应中间体、反应机理、催化剂性能及提升等工作。最后对甲烷无氧直接制备烯烃/芳烃的研究前景进行了展望。

天然气直接转化制乙烯和高值化学品的新途径——中国科学院大连化物所甲烷高效转化相关研究获重大突破

近日,中国科学院大连化学物理研究所包信和研究团队基于"纳米限域催化"的新概念,创造性地构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂,成功地实现了甲烷在无氧条件下选择活化,一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。相关成果发表在2014年5月9日出版的Science[344(6184):616—619]上。同时,相关成果的PCT专利申请已进入美国、俄罗斯、日本、欧洲和中东等国家和地区。