又稱C1化學或一碳化學,研究以含有一個碳原子的物質(CO、CO2、CH4、CH3OH及HCHO)為原料合成工業產品的有機化學及工藝。
工業應用 迄今,已工業化的C1化學生產技術有:
①醋酸合成 以甲醇、一氧化碳為原料,在銠-碘催化劑存在下,進行羰化反應,反應條件2.8MPa、175℃。以甲醇計,選擇性為99%;以一氧化碳計,選擇性為90%以上。
②醋酐合成 美國田納西州的伊斯曼化學產品公司以銠系催化劑生產醋酐的方法是:
CH3COOH+CH3OH─→CH3COOCH3+H2O
CH3COOCH3+CO─→(CH3CO)2O
哈康-科學研究公司開發的方法則是將醋酸甲酯與一氧化碳生成的醋酐,一半直接作為產品,而另一半與甲醇反應生成醋酸甲酯,即:
CH3-COOCH3+CO─→(CH3CO)2O
2(CH3CO2)O+2CH3OH─→2CH3COOCH3+H2O
總的結果為:2CH3OH+2CO─→(CH3CO)2O+H2O
③草酸合成 現已工業化的方法是日本宇部興產公司的工藝,其反應過程為:
2CO+2C4H9OH+½O2─→(COOC4H9)2+H2O
上述反應以鈀為催化劑,在亞硝酸丁酯的存在下進行,反應溫度80~100℃,一氧化碳分壓5.0~7.0MPa,催化劑濃度50~100ppm,亞硝酸丁酯濃度10%,按丁醇計反應選擇性為90%~93%,按一氧化碳計選擇性為75%~80%。所得草酸丁酯經酸化後可得草酸及丁醇。後者可循環使用。④費托合成 用鐵系催化劑,由一氧化碳和氫氣合成液體燃料。此法在第二次世界大戰期間曾得到應用,戰後隻在南非得到繼續發展。
⑤莫比爾法70年代莫比爾化學公司開發成功的C1化學新技術。它采用ZSM-5分子篩催化劑,在340℃、1.0~2.0MPa條件下使甲醇一步轉化為高辛烷值汽油。新西蘭利用其豐富廉價的天然氣資源,已投資建設以天然氣為原料的大型甲醇合成工廠,和以莫比爾法合成汽油的工廠。此法生產每噸汽油需耗2.4t甲醇。
研究開發 近期可能工業化的產品有乙二醇、醋酸乙烯,在技術經濟上差距較大的產品有烯烴、乙醇和乙醛等。
①乙二醇 開發的路線很多(見表),其中以甲醇甲醛縮合法、乙二酸酯法及甲醛氫甲酰化法的結果較好。
C1化學合成乙二醇的各種路線②醋酸乙烯 已經開發的路線為:
CH3OH+CH3COOH─→CH3COOH3+H2O
2CH3COOCH3+2CO+H2─→CH3CH(COOCH3)2+CH3COOH
CH3CH(COOCH3)2─→CH3COOCH3+CH3COOH
反應過程中產生的醋酸可循環使用。此法有可能在近期內工業化。③烯烴 由合成氣或由甲醇合成等不同路線。
④乙醇 也有合成氣和甲醇兩種路線,前者有氣相法和液相法。