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高效甲烷直接制芳烃：芳构化反应与甲基化反应耦合新路线
世界范围内储存着丰富的天然气资源，其主要成分为甲烷。随着近年来海洋中天然气水合物的大范围发现以及页岩气、生物沼气开采技术的大规模提高，人们对天然气这一清洁、低廉的资源的利用方式已不仅仅局限于燃烧供能，而是越来越多地将目光投向将天然气直接转化为具有高附加值的化工产品。其中，以Mo/HZSM-5为催化剂的甲烷无氧脱氢芳构化反应（MDA）因产物选择性高、易分离、附加值高且过程安全无污染的特点成为天然气直接转化和利用的方法之一。但该反应平衡转化率低（~12%），尤其是活泼的芳烃类产物易发生聚合形成积碳造成催化剂快速失活，严重制约了其工业化发展的脚步。
近日，北京化工大学张燚教授研究团队和埃克森美孚公司徐腾博士合作首次报道了在Mo/HZSM-5催化剂上将甲烷无氧脱氢芳构化反应与芳烃甲醇烷基化反应耦合，使甲烷直接转化为苯、甲苯、二甲苯的过程。该过程高效（甲烷转化率26.4%）、稳定（催化剂连续运行60h未见失活），实现了芳构化反应与烷基化反应产物和热量的高效耦合，并获得了具有高附加值的苯、甲苯、二甲苯（选择性>90%）产品。此外，该研究还通过13C同位素示踪结合NMR等表征手段证明了烷基化试剂甲醇在反应过程中主要与苯反应生成甲基取代芳烃，有效抑制了稠环芳烃的生成，减少了催化剂的高温积碳，维持了Mo/HZSM-5催化剂表面酸中心的数量稳定，从而显著提高了催化剂的活性，保障了催化剂的稳定性。这一耦合反应过程为实现甲烷的高效转化创造了新的研究思路，同时也是甲烷无氧芳构化反应迈向工业化的重要一步。
该项目研究得到国家高技术研究发展计划（863计划）和国家自然科学基金（NSFC）多相反应过程中的介尺度机制及调控重大研究计划的资助。
该研究成果发表于《ACS Catalysis》上。
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6b01362
原文：Efficient Conversion of Methane to Aromatics by Coupling Methylation Reaction
ACS Catal., 2016, 6, 5366-5370, DOI:10.1021/acscatal.6b01362