甲烷的转化和利用

　　随着石油资源日益枯竭，天然气在能源和化工领域的利用引起世界范围内广泛关注。本书内容涉及天然性的主要成分——甲烷的转化和利用，包括甲烷分子的活化，甲烷的转化途径和利用现状，以及该领域的最新发展趋势。本书选材新颖，针对甲烷转化和利用中的难点和热点问题进行了深入剖析，有很强的指导意义。本书可供从事天然气化工科研、生产技术人员参考，也可作为高等院校催化专业师生的参考书。本书介绍天然气的主要成分——甲烷的化工利用，即以甲烷分子的活化为基础，结合当前新的发展和研究情况，较全面介绍甲烷的转化和利用成果。本书重点论述了甲烷分子活化、甲烷间接转化和甲烷直接转化三方面内容。甲烷分子活化部分主要介绍均相催化活化和多相催化活化。对于甲烷的间接转化，介绍了合成气的制备，甲烷经合成气制备氨、甲醇、二甲醚、合成液体燃料、低碳醇等内容。对于甲烷的直接转化，介绍了甲烷直接制备甲醇和甲醛，甲烷氧化偶联制乙烯，甲烷无氧芳构化等内容。另外，对于甲烷的性质、生产方法、分析检验以及甲烷其他方面的转化与利用也进行了简要介绍。本书可供从事天然气化工科研、生产技术人员参考，也可作为高等院校催化专业师生的参考书。

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第1章绪论1
1--1甲烷的转化和利用途径3
1--2甲烷转化利用技术研究开发现状4
1--3甲烷转化利用技术展望7
参考文献8
第2章甲烷的性质与生产9
2--1甲烷的物理性质9
2--2甲烷的化学性质10
2--3甲烷的生产13
2--3--1实验室制备13
2--3--2工业生产方法13
2--4产品标准及分析方法17
2--4--1产品标准17
2--4--2分析方法19
2--5储存、运输和安全性20
参考文献21
第3章甲烷分子的活化22
3--1引言22
3--1--1反应分子的活化22
3--1--2甲烷分子的活化25
3--2均相催化活化28
3--2--1烷烃中C—H键的活化29
3--2--2甲烷中C—H键配位活化的基本模式33
3--2--3甲烷的过渡金属配合物40
3--3多相催化活化41
3--3--1化学吸附的基本特性41
3--3--2吸附与催化活性43
3--3--3化学吸附物种的结构、反应性和研究方法45
3--3--4甲烷在真实催化剂表面上的活化46
3--3--5甲烷在模型催化剂表面上的活化50
3--4甲烷活化研究进展55
参考文献56
第4章合成气的制备57
4--1甲烷蒸汽重整58
4--1--1反应热力学59
4--1--2反应机理和反应动力学68
4--1--3催化剂70
4--1--4工艺条件74
4--1--5工艺简介75
4--2CH4--CO2重整76
4--2--1CO2分子的活化77
4--2--2反应热力学分析77
4--2--3催化剂积炭研究78
4--2--4动力学和反应机理87
4--2--5催化剂95
4--2--6反应条件98
4--2--7CH4--CO2重整反应的应用99
4--3甲烷部分氧化101
4--3--1反应热力学102
4--3--2反应机理和反应动力学103
4--3--3催化剂积炭研究110
4--3--4催化剂114
4--3--5反应条件120
4--3--6反应器121
4--4联合重整制合成气127
4--5合成气的精制和分离129
4--5--1合成气的精制129
4--5--2CO和H2的分离130
参考文献133
第5章甲烷的间接转化和利用135
5--1合成氨135
5--1--1氨的物理和化学性质137
5--1--2合成氨原料气制备139
5--1--3水煤气变换反应140
5--1--4甲烷化反应141
5--1--5氨合成基本原理145
5--1--6氨合成动力学146
5--1--7催化剂148
5--1--8氨的利用与生产150
5--2合成气制甲醇152
5--2--1甲醇的物理和化学性质155
5--2--2甲醇原料气的制造157
5--2--3甲醇合成热力学163
5--2--4甲醇合成催化剂165
5--2--5甲醇合成原料气组分在催化剂上的化学吸附168
5--2--6甲醇合成反应机理169
5--2--7甲醇合成动力学173
5--2--8甲醇合成工艺条件175
5--2--9几种典型甲醇合成工艺178
5--3合成气直接制二甲醚182
5--3--1物理性质和化学性质183
5--3--2二甲醚合成热力学分析186
5--3--3二甲醚合成动力学187
5--3--4反应机理190
5--3--5催化剂191
5--3--6合成工艺条件193
5--3--7工业示范装置195
5--3--8国内技术进展199
5--4F--T合成制液体燃料201
5--4--1F--T合成热力学201
5--4--2F--T合成动力学202
5--4--3反应物分子在催化剂表面的吸附205
5--4--4反应机理206
5--4--5F--T合成产物分布210
5--4--6F--T合成催化剂212
5--4--7F--T合成工艺245
5--4--8国内研究现状251
5--5合成气制低碳醇252
5--5--1合成低碳醇反应热力学253
5--5--2合成低碳醇催化剂253
5--5--3低碳醇合成机理258
5--5--4低碳醇合成工艺现状260
5--5--5工艺条件的影响262
参考文献262
第6章甲烷的直接转化和利用266
6--1甲烷直接制甲醇和甲醛266
6--1--1甲烷非催化气相部分氧化267
6--1--2甲烷催化氧化制甲醇和甲醛273
6--1--3甲烷液相催化氧化直接合成甲醇283
6--1--4其他方法直接制甲醇292
6--2甲烷氧化偶联制乙烯（OCM）302
6--2--1热力学研究303
6--2--2催化剂研究304
6--2--3反应机理313
6--2--4反应工艺323
6--2--5反应器328
6--2--6经济技术评价334
6--3甲烷芳构化337
6--3--1热力学分析337
6--3--2甲烷在氧化条件下的芳构化339
6--3--3甲烷无氧芳构化343
6--3--4研究进展373
6--4甲烷无氧同系化反应374
6--4--1热力学研究374
6--4--2反应机理376
6--4--3催化剂378
6--4--4反应条件380
参考文献380
第7章甲烷的其他转化与利用387
7--1甲烷氯化物387
7--1--1甲烷氯化物的生产387
7--1--2甲烷氯化物的用途388
7--2二硫化碳390
7--2--1二硫化碳的生产390
7--2--2二硫化碳的用途391
7--3氢氰酸391
7--3--1氢氰酸的生产391
7--3--2氢氰酸的用途393
7--4硝基甲烷394
7--4--1硝基甲烷的生产394
7--4--2硝基甲烷的用途395
7--5炭黑395
7--5--1炭黑的生产395
7--5--2炭黑的用途398
7--6乙炔399
7--6--1乙炔的用途399
7--6--2天然气制乙炔技术400
7--6--3等离子体裂解天然气制乙炔404
7--7甲烷与小分子化合物的偶合反应406
7--7--1甲烷选择催化还原NO406
7--7--2甲烷与烯烃的反应406
7--7--3甲烷与CO的偶合反应407
7--7--4甲烷与CO2偶合反应制含氧有机物408
7--8甲烷制氢408
7--8--1氢气的物理和化学性质408
7--8--2甲烷水蒸气重整制氢410
7--8--3甲烷部分氧化制氢412
7--8--4甲烷裂解制氢413
7--8--5等离子体裂解甲烷制氢415
7--9甲烷制低碳烯烃416
7--9--1合成气直接制低碳烯烃416
7--9--2甲醇制低碳烯烃(MTO)418
7--9--3二甲醚制低碳烯烃(DTO)419
7--10甲烷催化燃烧和甲烷燃料电池420
7--10--1甲烷催化燃烧421
7--10--2甲烷燃料电池422
参考文献422