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《天津大学》 2004年
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二氧化碳催化加氢一步法制二甲醚催化剂的研究

赵彦巧  
【摘要】:二氧化碳是主要的温室气体之一。二甲醚是重要的有机化工产品。随着工业的发展,空气中的二氧化碳含量日益增多,大大加剧了人类生存环境的恶化,通过二氧化碳加氢合成二甲醚是有效利用二氧化碳的一条重要可能途径。 二氧化碳加氢合成二甲醚反应过程中主要包括二氧化碳加氢合成甲醇、甲醇脱水生成二甲醚和二氧化碳与氢的逆水煤气变换反应。本研究分别以工业C207催化剂和自制CuO-ZnO-Al2O3作为甲醇合成催化剂,以HZSM-5分子筛作为脱水催化剂,二者经机械混合制成二氧化碳加氢一步法合成二甲醚的复合催化剂。采用BET、XRD、H2-TPR、NH3-TPD、IR和实验室固定床反应活性评价等研究方法,系统地考察了HZSM-5分子筛的硅/铝比、C207 与HZSM-5两种组分的质量配比、自制甲醇合成催化剂的沉淀剂种类、沉淀顺序、沉淀方法及铜锌组分的比例等因素对复合催化剂物化性质和催化反应性能的影响。同时,本文还对反应温度、压力、空速等反应条件对催化剂反应性能的影响规律进行了探索研究,获得了在不同条件下二氧化碳加氢反应中二氧化碳转化率和甲醇、二甲醚选择性的变化规律,初步确定了在本研究范围内的最佳反应条件。 根据催化剂反应性能评价和NH3-TPD表征结果可以推测,HZSM-5分子筛的强酸中心可能是甲醇脱水的活性中心。硅/铝比为25 的HZSM-5分子筛作脱水组分的复合催化剂的强酸中心数目最大,而H2-TPR测试结果表明其还原活化温度较低,所以硅/铝比为25 的HZSM-5分子筛作为脱水组分用于制备二氧化碳加氢合成二甲醚复合催化剂效果较好。在自制的CuO-ZnO-Al2O3催化剂中,以碳酸钠水溶液作沉淀剂、用两步共沉淀法得到的甲醇合成组分效果较好。 实验结果表明,在H2/CO2(mol/mol)=3、反应温度518K、压力3MPa、空速(GHSV)1600h-1的反应条件下,复合催化剂具有较好的反应活性和选择性:以C207作为甲醇合成催化剂组分的复合催化剂,二氧化碳转化率达19.82%,甲醇和二甲醚的总收率为11.79%;以共沉淀法自制的CuO-ZnO-Al2O3作为甲醇合成催化剂组分的复合催化剂,二氧化碳转化率达26.48%,甲醇和二甲醚的总收率为17.95%。
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