一步法DME合成催化剂的完全液相制备工研究

摘要

目前我国正处于能源消耗强度较高的工业化阶段，能源供应已成为制约国民经济发展的重要因素，尤其是以汽油和柴油为燃料的机动车工业的石油能源消费供应紧张，因此寻找一种新型的能源载体己迫在眉睫。结合我国富煤贫气少油的能源结构，将丰富的煤炭资源转化为洁净替代燃料是解决我国能源危机的重要途径之一，其中二甲醚由于十六烷值高、动力性能好、污染少，被公认为柴油的理想替代燃料。 浆态床反应器由于具有优异的移热性能而成为低成本制二甲醚最有前景的反应床型，但催化剂的稳定性差是制约其工业化应用的主要障碍。本课题组针对浆态床催化剂的使用特性，提出了一种从溶液到浆液直接制备浆态床用催化剂的完全液相法，前期研究结果显示完全液相法制备的催化剂具有优异的稳定性，但其CO转化率偏低。 本研究针对完全液相法存在的问题，对CuZnAl催化剂组分配比、还原温度进行了优化，重点考察了热处理气氛中引入不同比例CO<,2>对催化性能的影响。对有代表性的催化剂进行了XRD、BET、XPS、TPR、NH<,3>-TPD、CO<,2>-TPD等表征，并与反应活性相关联，得到以下主要结论： 1．还原温度对催化剂活性有显著影响。采用280℃还原CuZnAl浆状催化剂，其CO转化率和DME的选择性均优于240℃下还原的催化剂。DME选择性的提高，主要由于抑制了CH<,4>等烃生成的副反应，使体系中生成的水量减少，限制了水煤气变换反应，抑制了CO<,2>的生成，从而使DME的选择性显著提高。 2．Cu/Zn 比率对催化剂性能有显著影响。催化剂上存在一个合适的铜锌比率范围，由催化剂活性评价可知，在这一范围内催化剂可以获得较高转化率，还可以显著提高DME的选择性。DME选择性的提高主要由于对CO<,2>的选择性降低导致的，CO<,2>选择性的降低又是由于抑制了CH<,4>等烃生成的副反应，反应体系中产生的水量减少从而限制了水煤气变换反应的进行；由表征结果发现，在这一范围内催化剂反应前后体相结构和表面组成稳定，还原性能优异，酸强度酸量适中。在本文考察的四种铜锌比率中Cu/Zn=2：1时，催化剂CO转化率和DME选择性最高，催化剂综合性能最佳。 3．CO<,2>热处理气氛对反应前催化剂结构有显著影响，但对反应后的催化剂结构影响不大。在反应环境中催化剂的相结构、孔结构和表面态会自行趋于一致。热处理气氛中引入CO<,2>在一定程度上抑制了水煤气变换反应，提高了DME选择性，适中含量CO<,2>有利于目的产物DME的生成。在本实验中，CO<,2>引入量为50％时催化剂性能最佳。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2二甲醚合成的研究进展

1.2.1二甲醚的物理性质

1.2.2二甲醚的用途

1.2.3.二甲醚的生产工艺

1.2.4一步法二甲醚合成催化剂

1.3选题背景及意义

1.4本文主要研究内容

第二章催化剂制备及表征方法

2.1浆状催化剂的制备

2.2.催化剂活性评价

2.2.1反应方法

2.2.2分析方法

2.2.3数据处理

2.2.4实验原料与反应流程装置一览表

2.3催化剂表征

2.3.1样品的制备

2.3.2 XRD表征

2.3.3 BET表征

2.3.4 XPS表征

2.3.5 TPR表征

2.3.6 NH3-TPD表征

2.3.7 CO2-TPD表征

第三章还原温度对催化剂性能的影响

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1催化剂的制备

3.2.2催化剂的活性评价

3.3结果与讨论

3.3.1不同还原温度对催化活性的影响

3.4小结

第四章Cu/Zn比率对催化剂性能的影响

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1催化剂的制备

4.2.2催化剂的活性评价

4.2.3催化剂的表征

4.3结果与讨论

4.3.1.不同铜锌比率对催化活性的影响

4.3.2催化剂表征

4.4小结

第五章不同热处理气氛对催化剂性能的影响

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1催化剂的制备

5.2.2催化剂的活性评价

5.2.3催化剂的表征

5.3结果与讨论

5.3.1不同热处理气氛对催化活性的影响

5.3.2催化剂表征

5.4小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢

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