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甲醇介质阻挡放电直接合成乙二醇的研究

李腾  
【摘要】:甲醇可由煤、天然气和生物质经合成气制得,资源十分丰富,并且具有可持续性。由甲醇出发生产石油化工化学品对于缓解石油资源短缺问题和日益严重的环境问题具有重要意义。本文围绕甲醇介质阻挡放电直接合成乙二醇开展了系统的研究,主要研究内容和结果如下:1.研究介质阻挡放电的放电参数(载气、放电频率和放电功率)和反应条件(反应压力和反应温度)对甲醇转化率及产物分布的影响。优化出最佳的放电参数为:最佳放电频率:12 kHz;最佳放电功率:11 W-17 W;最佳载气:H2。最佳的反应条件为:最佳温度:300℃~450℃;最佳压力:0.07 MPa。结合示波器检测和发射光谱原位诊断结果发现,最佳的放电参数和反应条件时发射光谱中H。谱线强度较强,且乙二醇收率与Hα谱线强度呈一定的线性关系。因此得出H:作为载气的同时也可以解离产生H原子,H原子可催化甲醇合成乙二醇反应。在最佳的条件下进行100 h连续运转实验,反应结果稳定,甲醇转化率可达15.8%,乙二醇选择性可达71.5%。2.在介质阻挡放电的反应条件下,详细研究添加“水”对甲醇等离子体反应转化率和产物分布的影响,同时优化水的最佳添加量及反应条件。实验结果表明,添加不同含量的水会对影响甲醇转化率和乙二醇选择性,当甲醇与水的比例为2时,甲醇的转化率和乙二醇的收率达到最佳,分别为28.22%和18.43%。在负压的条件下,甲醇转化率和乙二醇收率在显著提高,当反应压力为0.06 MPa时,甲醇的转化率和乙二醇的收率分别达到47.33%和37.01%,且合成乙二醇能量效率由CH3OH/H2等离子体的9.45 g/kWh提高到CH3OH/H2/H2O等离子体的20 g/kWh。3.理论分析和原位发射光谱诊断结果表明,当加入适量水的时候,H20分子可与H2在等离子体中协同产生H原子,进而促进乙二醇生成,这可能是CH3OH/H2/H2O等离子体的乙二醇收率明显高于CH3OH/H2等离子体的原因。当水的加入量过多时,甲醇转化率和乙二醇选择性降低的原因可能是H自由基被H20分子捕获而过度消耗。


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