基于生物质基合成气直接合成二甲醚研究

摘要

随着化石燃料储量的减少和燃烧化石燃料产生的二氧化碳导致大气温室效应的增加，替代燃料的开发和二氧化碳的减排成为全球热点问题。二甲醚作为可以替代液化石油气和柴油的清洁燃料，生物质作为可用于转化为含碳燃料的可再生能源，以生物质基合成气及其所含的一氧化碳、二氧化碳等加氢转化为二甲醚吸引了越来越多的关注。
　　 本论文以Cu、Zn和Mn作为加氢的活性组分，以HZSM-5分子筛为脱水组分，系统地考察了不同加氢组分、沉淀次序、反应条件、助剂等因素对CO2加氢直接合成二甲醚性能的影响。同时还模拟生物质合成气考察了富二氧化碳原料气体系中二氧化碳含量对催化剂性能的影响，加氢组分不同对生物质合成气合成甲醇、二甲醚的影响等。获得的主要研究结果如下：
　　 Cu/HZSM-5催化剂中添加Zn或Mn均能有效地提高催化剂的CO2加氢转化活性；同时添加Zn和Mn的Cu-Zn-Mn/HZSM-5催化剂，CO2加氢合成二甲醚性能最好。Mn的存在有利于催化剂加氢活性组分的分散，并增加对CO2的吸附能力；Zn的存在则增强了催化剂对H2的吸附活化能力，Zn和Mn同时存在产生的协同作用使催化剂具有很好的CO2加氢合成二甲醚的活性。
　　 加氢组分Cu、Zn、Mn之间作用程度和方式与其制备方式有关。同时共沉淀Cu、Zn、Mn或先沉淀Cu再沉淀Zn和Mn制得的催化剂，CO2加氢合成二甲醚的催化活性均较高，是由于Zn物种的高度分散以及与Cu物种的有效接触，使其对CO2和H2有较好的吸附能力。
　　 在Cu-Zn-Mn加氢组分中添加适量的Zr会促进催化剂中主要加氢组分的分散，并增强了催化剂对CO2和H2的吸附能力，其中添加5％Zr的Cu-Zn-Mn-Zr/HZSM-5催化剂具有最好的CO2加氢合成二甲醚的催化活性。
　　 受原料体系的热力学控制，相同催化剂上CO2加氢合成醇醚的活性明显低于CO加氢。因而一氧化碳和二氧化碳混合原料体系的加氢表观上主要是一氧化碳的加氢转化。混合原料体系中小于10％CO2的存在虽然会使催化剂对CO转化率降低，但对二呷醚的选择性提高，因而总体上对CO加氢合成二甲醚的产率影响不大。提高H2/(CO2+CO)比有利于提高催化剂的CO转化率和二甲醚产率。过多CO2的存在，会大大降低CO加氢的转化率。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 生物质的能源化利用

1.1.1 前言

1.1.2 生物质能源化利用方式

1.2 二甲醚合成的研究现状及发展趋势

1.2.1 前言

1.2.2 二甲醚合成工艺技术进展

1.2.3 CO、CO2加氢合成二甲醚的热力学研究进展

1.2.4 一步法合成二甲醚双功能催化剂研究进展

1.3 立题依据及研究内容

1.3.1 立题依据

1.3.2 研究内容

参考文献：

第二章 实验部分

2.1 实验原料与催化剂制备方法

2.1.1 实验原料

2.1.2 催化剂制备方法

2.2 催化剂反应性能评价装置及产物分析方法

2.2.1 催化剂反应性能评价装置

2.2.2 产物分析计算

2.3 催化剂表征手段及方法

2.3.1 X-射线晶体衍射分析(XRD)

2.3.2 催化剂比表面测定(BET)

2.3.3 透射电镜(TEM)

2.3.4 程序升温还原(TPR)

2.3.5 程序升温脱附(TPD)

第三章 二氧化碳加氢合成二甲醚催化剂研究

3.1 加氢组分对催化剂性能的影响

3.1.1 前言

3.1.2 催化剂制备

3.1.3 结果与讨论

3.1.4 本节小结

参考文献:

3.2 制备方法对催化剂性能的影响

3.2.1 前言

3.2.2 催化剂制备

3.2.3 结果与讨论

3.2.4 本节小结

参考文献:

3.3 助剂ZR对CU-ZN-MN/HZSM-5催化剂性能的影响

3.3.1 前言

3.3.2 催化剂制备

3.3.3 结果与讨论

3.3.4 本节小结

参考文献:

3.4 反应条件对催化剂性能的影响

3.4.1 前言

3.4.2 温度对催化剂性能的影响

3.4.3 压力对催化剂性能的影响

3.4.4 空速对催化剂性能的影响

3.4.5 双功能催化剂两组份配比不同对反应活性影响

3.4.6 催化剂试验时间内的稳定性

3.4.7 本节小结

参考文献:

第四章 一氧化碳加氢合成甲醇和二甲醚中二氧化碳的影响研究

4.1 一氧化碳加氢与二氧化碳加氢合成甲醇和二甲醚的比较

4.1.1 前言

4.1.2 实验部分

4.1.3 结果与讨论

4.1.4 本节小结

参考文献:

4.2 混合原料体系中二氧化碳对一氧化碳加氢合成二甲醚的影响

4.2.1 前言

4.2.2 实验部分

4.2.3 结果与讨论

4.2.4 本节小结

参考文献:

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

论文投稿及发表情况

作者简历:

致谢