本發明專利技術涉及一種用于電解甲烷直接制取甲醇的乙醇基溶液，屬天然氣化工技術和應用電化學技術領域。乙醇基溶液通過在乙醇濃度80?95vol％，余量為水的溶液中，加入NaCl?0.21?3.76g·L?1，NaOH?0.21?0.71g·L?1得到，其電導率為2×102?1.5×103μs·cm?1，甲烷的溶解量為0.04?6.3g·L?1。在封閉的電解槽中，用石墨做陽極，不銹鋼做陰極，在電解槽的陽極區加入本發明專利技術的乙醇基電解液，陰極區加入20g·L?1的NaCl溶液，室溫條件下，將甲烷氣體通入電解槽的陽極區進行電解氧化，獲得甲醇，甲醇產率為5.27?10.34wt％，電流效率為46.00?95.71％。本發明專利技術的乙醇基溶液具有甲烷溶解量高、溶液電導率好，用于電解氧化甲烷制取甲醇，甲醇產率高的優點。
Ethanol based electrolyte used for preparing methanol by electrolytic oxidation of methane
The invention relates to an alcohol based solution for the direct production of methanol from methane, which belongs to the technical field of natural gas chemical industry and the application of electrochemical technology. Ethanol based solution by ethanol concentration in 80 95vol%, the balance of water solution, adding 0.21 3.76g NaCl L 1, NaOH 0.21, L 0.71g 1, the conductivity of 2 x 102 1.5 * 103 s and 1 cm, dissolved methane is 0.04 6.3g L 1. In the closed electrolytic tank, using graphite as anode, stainless steel as the cathode, ethanol based electrolyte of the invention is added in the anode electrolytic cell, the cathode area of 20g L adding NaCl solution 1, room temperature, the methane gas into the anode electrolytic tank electrolytic oxidation, ethanol, methanol yield was 5.27 10.34wt%, the current efficiency was 46 95.71%. The ethanol based solution of the invention has the advantages of High Methane Solubility and good solution conductivity, and is used for the electrolytic oxidation of methane to methanol and the high yield of methanol.
【技術實現步驟摘要】
：本專利技術涉及一種用于電解甲烷直接制取甲醇的乙醇基溶液，屬天然氣化工技術和應用電化學
技術介紹
：甲烷是天然氣、沼氣的主要成分。甲烷在天然氣中的含量通常為83-99％，甲烷的轉化和利用在天然氣化工中占有非常重要的位置，是天然氣化工的主要研究內容。同樣，甲烷在沼氣中的含量通常為50-80％，作為清潔的、可再生能源的沼氣的主成分。甲醇是一種潔凈的液體燃料和基礎化工原料，其儲存和運輸都比較方便，因此，甲烷制備甲醇是當今能源戰略研究的重要領域。甲烷合成甲醇主要有直接轉化法和間接轉化法兩種方式。甲烷的間接轉化方是先由甲烷制成合成氣(CO+H2)，然后再由合成氣轉化合成甲醇，目前工業生產中大多應用間接轉化法，在這種方法中，合成氣的制備和壓縮占整個過程投資的60％以上，且過程能耗大、運行成本高、轉化率低。甲烷的直接轉化無需經過合成氣、在理論上有著潛在的優勢，其傳統的應用領域包括甲烷直接生產乙炔、氫氣、碳黑、氯甲烷、氫氰酸、硝基甲烷、二硫化碳等化工產品，但由于甲烷分子非常穩定，上述產品的生產都需要在高溫、高壓、高能耗的苛刻條件下進行，且副產物多，需要復雜的后續處理。由甲烷直接氧化合成甲醇是工業上最理想的方法，人們對有關催化劑、催化機理、熱力學分析、工藝條件等均進行了大量探索研究[1-13]，但所面臨的主要問題是由于甲烷的活化能很高，甲烷分子一旦被活化，很難控制反應進行的程度，使生成的甲醇不被進一步氧化，結果通常是甲烷轉化率和甲醇選擇性基本呈反比關系，甲醇的產率太低[14]，極大地限制了甲烷的直接轉化利用。通過電解氧化的方法用甲烷制取甲醇的方法，能在室溫條件下進行，具有反應條件溫和，反應速度能通過陽極電流控制，甲醇選擇性高的優點，屬于甲烷直接轉化制甲醇的類型[15]，但由于甲烷難溶于水，水基電解液中甲烷濃度很低，只能用較小電流進行電解，難于提高甲醇的產率和生產效率。本專利技術是針對電解氧化甲烷直接制取甲醇的電化學系統而專利技術的乙醇基電解液，經文獻檢索，未見與本專利技術相同的公開報道。參考文獻：[1]王華，劉中民.甲烷直接轉化研究進展[J].化工進展，2004,16(4)，593-602[2]陳立宇等.甲烷部分氧化反應的磷鎢酸催化劑的研究[J].高校化學工程學報,2007,21(4):650-653.[3]陳立宇等.V2O5催化甲烷液相部分氧化工藝過程研究[J].高校化學工程學報,2006,20(3):417-421.[4]王利娟等.CoMoO4負載Mo-V-Cr-Bi氧化物催化劑上甲烷部分氧化的研究[J].遼寧化工,2006,35(9):503-505.[5]裴素朋等.負載型P-Mo-V/SBA-15催化劑上的甲烷選擇氧化反應[J].化學學報,2008,66(8):902-908[6]張昕，賀德華等.甲烷氣相均相選擇氧化合成甲醇[J].石油化工,2003,32(3):195-199[7]王承學，李紹芬.甲烷部分催化氧化合成甲醇和甲醛[J].工業催化,1997,2,3-10[8]張益群，張沛，馬建新，MoO3/La2O3催化劑上的甲烷選擇性氧化制甲醇[J].催化學報,1997,18(5),425-427[9]張昕，賀德華等，Mo/La-Co-O催化劑上甲烷選擇氧化制甲醇反應[J].催化學報,2003,24(4),305-311[10]Shilov A E.Activation and Functionalization of Alkanes[M].New York:Wiley,1989[11]Labinger J A,Bercaw J E.Understanding and exploiting C-H bond Activation[J].Nature,2002,417:507-514[12]陳希慧,李樹本.含水的多孔TiO2光催化分子氧化甲烷的初步研究[J].分子催化,2000,14(4):243-244[13]高峰，鐘順和.激光促進磷酸鹽表面甲烷直接氧化合成甲醇的研究[J].燃料化學學報,2000,28(5):402-405[14]蘇永慶，王萍，任年軍，等.甲烷直接轉化的研究現狀與展望[J].云南化工，2009,36(4):1-6.[15]蘇永慶，任年軍，車廣坤.一種用甲烷直接制取甲醇的電化學方法[P].中國專利，ZL201010106288.2
技術實現思路
：本專利技術的目的在于提供一種用于電解氧化甲烷制取甲醇的乙醇基電解液。本專利技術采用乙醇作為電解液的基液，在基液中加入少量的水、NaCl、NaOH制得乙醇基電解液。乙醇基電解液中含有Cl–離子，OH–離子，H2O分子，具有導電性，能溶解甲烷。本專利技術的乙醇基電解液通過在乙醇濃度80-95vol％，余量為水的溶液中，加入NaCl 0.21-3.76g·L-1，NaOH 0.21-0.71g·L-1得到，其電導率為2×102-1.5×103μs·cm-1，甲烷的溶解量為0.04-6.3g·L-1。本專利技術的乙醇基電解液用于電解甲烷直接制取甲醇，即：選擇現有用石墨做陽極，不銹鋼做陰極的封閉電解槽中，在電解槽的陽極區加入本專利技術的乙醇基電解液，陰極區加入20g·L-1的NaCl溶液，在室溫條件下，將甲烷氣體通入電解槽的陽極區進行電解氧化，獲得甲醇；甲醇產率為5.27-10.34wt％，電流效率為46.00-95.71％。本專利技術具有甲烷溶解量高、溶液電導率好，用于電解氧化甲烷制取甲醇，甲醇產率高的優點。具體實施方式：下面通過實施例對本專利技術作進一步的詳細說明。實施例1：本專利技術的乙醇基電解液通過在乙醇濃度80vol％，余量為水的溶液中，加入0.21g·L-1NaCl和0.21g·L-1NaOH得到，其甲烷溶解度1.93g·L-1，電導率8.6×102μs·cm-1。本專利技術的乙醇基電解液用于電解甲烷直接制取甲醇，即：選擇現有用石墨做陽極，不銹鋼做陰極的封閉電解槽，在電解槽的陽極區加入本專利技術的乙醇基電解液602ml，陰極區加入500ml水和10g(20g·L-1)NaCl配成的溶液。在25℃恒溫條件下，將甲烷氣體通入電解槽的陽極區，甲烷氣體的流速為13mL·min-1，電解電流密度為0.17A·dm-2，甲醇產率為7.51wt％，電流效率為69.92％。實施例2：本專利技術的乙醇基電解液通過在乙醇濃度80％，余量為水的溶液中，加入3.758g·L-1NaCl和0.626g·L-1NaOH得到，其甲烷溶解度0.8g·L-1，電導率1.5×103μs·cm-1。本專利技術的乙醇基電解液用于電解甲烷直接制取甲醇，即：選擇現有用石墨做陽極，不銹鋼做陰極的封閉電解槽，在電解槽的陽極區加入乙醇基電解液539ml，陰極區加入500ml水和10g(20g·L-1)NaCl配成的溶液。在25℃恒溫條件下，將甲烷氣體通入電解槽的陽極區，甲烷氣體的流速為13mL·min-1，電解電流密度為0.21A·dm-2，甲醇產率為9.44wt％，電流效率為67.84％。實施例3：本專利技術的乙醇基電解液通過在乙醇濃度90％，余量為水的溶液中，加入0.238g·L-1NaCl和0.238g·L-1NaOH得到，其甲烷溶解度4.34g·L-1，電導率2.7×103μs·cm-1。本專利技術的乙醇基電解液用于電解甲烷直接制取甲本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于電解氧化甲烷制取甲醇的乙醇基電解液，其特征在于該電解液通過在乙醇濃度80?95vol％，余量為水的溶液中，加入NaCl?0.21?3.76g·L?1，NaOH?0.21?0.71g·L?1得到，其電導率為2×102?1.5×103μs·cm?1，甲烷的溶解量為0.04?6.3g·L?1。
【技術特征摘要】
1.一種用于電解氧化甲烷制取甲醇的乙醇基電解液，其特征在于該電解液通過在乙醇濃度80-95vol％，余量為水的溶液中，加入NaCl 0.21-3.76...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇永慶，薛婷婷，苗艷，
申請(專利權)人：云南師范大學，
類型：發明
國別省市：云南;53
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