Cu-Mn基直接合成二甲醚催化剂的优化及动力学研究

【摘要】：二甲醚(DME)作为一种重要的化工产品和清洁的二次能源,实现其经济地合成,对我国能源的多样化、清洁化具有重要的现实意义。与传统两步法制二甲醚相比,合成气一步法制二甲醚具有更大的技术优势和经济优势,成为许多研究者关注的热点。在开发成功的新型Cu-Mn-Zn/Y双功能催化剂基础上,本论文着重对催化剂及反应条件进行了优化,并对其合成二甲醚的本征动力学方程进行研究。得到的主要结果如下: 对催化剂中金属组分负载量、Cu含量和Mn含量的优化结果显示,当金属负载量为30mmol/g-Y,Cu/(Cu+Mn+Zn)和Mn/(Cu+Mn+Zn)比分别为0.6和0.3时,催化剂活性最好,并使催化剂的活性提高了24%左右。XRD、TPR和TPD实验结果表明,该组成配比的催化剂中存在较多量的与Cu_(1+x)Mn_(2-x)O_4和ZnMn_2O_4的物相适当作用的CuO,并且对CO的吸附能力适当。 对温度、压力、空速和氢碳摩尔比等反应条件的考察结果显示,当温度250℃、压力2.0MPa、空速1500h~(-1)、氢碳摩尔比1.5时,催化剂具有较好的活性和选择性,CO转化率85%,DME的选择性为67%。 通过对不同吸附模型和不同表面反应控制步骤的动力学模型选择,并利用等温积分反应器上的动力学实验结果对各种模型进行参数回归及筛选,根据参数的物理化学意义及统计结果,我们认为CO和H_2竞争吸附,经由HCO历程的甲醇合成模型和甲醇间接脱水模型是比较合适的,动力学方程为:模型计算结果与实验结果比较吻合。