醋酸甲酯加氢制备乙醇Cu/SiO2催化剂的改性研究

摘要

随着全球石油资源的日益匮乏以及价格上升，燃料乙醇作为一种无污染的替代能源具有非常好的应用前景。醋酸酯加氢制取乙醇作为一种新型的工艺受到越来越多的关注。本论文在Cu/SiO2催化剂的基础上研究了ZrO2、MnO对醋酸甲酯加氢制备乙醇的催化性能的影响、焙烧温度及还原温度对催化剂性能的影响、工艺条件对反应的影响并且做了催化剂稳定性的研究。并采用N2-吸附脱附、XRD、H2-TPR、XPS等手段表征了不同催化剂的物性参数。主要研究内容和成果如下：
　　(1)考察了ZrO2添加量、催化剂焙烧温度和还原温度对Cu/ZrO2-SiO2催化剂性能的影响。活性评价结果表明，当ZrO2与SiO2的摩尔配比为1:5，焙烧温度为450℃，还原温度为350℃时，催化剂的催化性能比较好。并考察了Cu/SiO2和Cu/ZrO2-5SiO2催化剂连续反应100h的活性，发现ZrO2的加入提高了催化剂稳定性。
　　(2)研究了添加不同含量的助剂MnO对Cu/SiO2催化剂的影响以及焙烧温度对催化剂的影响。研究结果表明，当MnO的质量含量为3％，焙烧温度为450℃时，催化剂Cu-3MnO/SiO2的活性最高。原因在于该催化剂具有较大的比表面积、较好的铜物种分散程度、较大的Cu+/(Cu++Cu0)。在100小时的活性评价中，催化剂Cu-3MnO/SiO2的醋酸甲酯转化率和乙醇选择性分别保持在95.7%和95.8%；而且经过100h评价的催化剂中铜物种流失量远小于Cu/SiO2催化剂。
　　(3)反应温度在210-340℃范围内，催化剂的活性先随着温度的升高而升高，超过250℃后催化剂活性变化不大；反应压力在0-3MPa范围内，催化剂的活性随着压力的增大而提高；液时空速在1-3h-1范围内，催化剂活性随着液时空速的增大而下降；氢酯比在10-30范围内，催化剂的活性随着氢酯比的增大而增大，氢酯比小于15时，活性较低。综上所述，醋酸甲酯加氢制乙醇最适宜的反应条件为：温度250℃、压力2-3MPa、液空速2h-1、氢酯比15-30之间。

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第一章 文献综述

1.1乙醇的应用与生产

1.2酯加氢催化剂的研究进展

1.3催化剂制备方法

1.4催化剂失活研究

1.5本论文主要工作

第二章 实验部分

2.1实验药品与设备

2.2催化剂的制备

2.3催化剂表征

2.4催化剂活性评价

2.5分析方法

第三章 Cu/ZrO2-xSiO2催化剂的醋酸甲酯加氢性能研究

3.1 ZrO2含量对催化剂性能的影响

3.2焙烧温度对Cu/ZrO2-5SiO2性能的影响

3.3还原温度对Cu/ZrO2-5SiO2活性的影响

3.4 Cu/SiO2与Cu/ZrO2-5SiO2稳定性对比

3.5小结

第四章 MnO对Cu/SiO2催化剂醋酸甲酯加氢性能的影响

4.1不同MnO含量催化剂Cu-yMnO/SiO2的催化活性

4.2不同MnO含量催化剂的表征

4.3焙烧温度对Cu-3MnO/SiO2催化剂的影响

4.4 Cu/SiO2与Cu-3MnO/SiO2稳定性比较

4.5小结

第五章 工艺条件对催化剂性能的影响

5.1反应温度的影响

5.2反应压力的影响

5.3液时空速的影响

5.4氢酯比的影响

5.5小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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