合成气直接制取二甲醚反应体系的研究

【摘要】： 二甲醚是一种重要的化工原料和理想的清洁替代能源。由合成气直接制取二甲醚克服了甲醇合成反应的热力学限制,大大提高了合成气的单程转化率。因此,对合成气直接制取二甲醚反应(syngas-to-dimethyl ether,简称STD反应)的研究具有重要的学术价值和广阔的应用前景。 本论文重点对合成气直接制取二甲醚反应体系的反应条件影响、复合催化剂组分之间的相互影响、催化性能改进等问题进行了系统的研究和探讨。 对反应体系建立了热力学平衡模型并结合实际的反应重点考察了原料气、催化剂组成对合成气直接制取二甲醚反应体系中甲醇合成和水汽变换反应的不同影响,并深入分析了各种影响产生的原因。 研究开发了铜锌锰铝四元甲醇合成组分,发现锰在一定的加入量范围内,能够显著地提高催化剂活性。提出一种水热处理的方法,简化了甲醇合成组分的制备过程,明显提高了催化剂活性。 分类考察了各种固体酸甲醇脱水组分的活性。以ZSM-5分子筛为对象,详细考察了酸性对STD催化剂整体活性的影响。发现对于一定量的甲醇合成组分,分子筛的酸量有一个适当的匹配范围。ZSM-5分子筛的酸性对合成甲醇组分的活性有明显的影响。 首次以金属氨络离子溶液、白炭黑、正丁胺等为原料直接水热合成了含铜和锌的ZSM-5分子筛,并将其应用于合成气直接制取二甲醚反应。结合表征实验,分析了二者活性差异的原因,并提出中强酸中心是STD反应的脱水活性中心。