合成甲醇催化剂改性研究

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1、合成甲醇催化剂改性研究1绪论1.1引言从上世纪后期到木世纪初，环境问题日益凸显，在众多环境问题中最令公众关注的就是全球气候变暖，即温室效应co2是造成温室效应的主要气体，如何抑制全球变暖并对C02进行资源化利用引起了世界各国的普遍关注，对其的研究也不断地深入。C02是重要的碳源，利用C02催化加氢合成甲醇是二氧化碳的化学固定方法之一，受到国内外化学工作者的广泛关注，并取得了一系列的研究成果〔街〕。甲醇是重要的C］化工产品同时也是重要的化工原料，主要应用于甲醛、醋酸、甲酸甲酯等冇机产品的生产，它们是生产药品、染料、香料和涂料的原料，同时甲

2、醇也是一•种新型的清洁燃料，可以单独或者与汽油混合作为汽车燃料。CO2代替co加氢合成甲醇的研究己经成为合成甲醇催化反应过程屮重要的研究领域，在化学工业和环境保护领域有着优良的应用前景，对缓解温室效应具有很重要的现实意义。二丁一世纪如何对温室气体进行控制以及资源化利用已成为大气污染控制的新焦点，其屮C02加氢催化合成甲醇技术备受关注。1.2甲醇的各种用途甲醇化分子式为CH3OH,相对分子质量为32.04,它是最简单的化学品之一。甲醇的应用非常广泛，是一种重要的有机化工原料，主要应用于冇机合成、医药、农药、涂料、汽车、国防工业等行业中，在

3、国民经济的发展中起着越来越重要的作用。1.2.1甲醇用作有机化工原料甲醇的需求量在近年来增长平稳，在传统的应用领域中，甲醇主要用于甲醛的生产。甲醛可以用来生产木材加工业的胶粘剂，其次用作膜塑料、涂料、纺织物、纸张的处理剂。在新的应用领域，甲醇还可以作为醋酸、甲丙基烯酸甲酯、MTBE、缩酸树脂以及特种化学甜1,4■丁二醇的生产，这些有机产品的增长速度很快，但不会明显改变甲醛口前的总体需求状况叫為着化工得到长足发展，甲醇作为原材料在合成乙二醇、乙醛和乙醇等工艺方面受到重视。甲醇做为原料在农药、医药、染料和合成纤维的工业生产中也有着重要的地位

4、，甲醇述可以通过生物发酵制取甲醇蛋白，在饲料生产屮用作添加剂。甲醇作为重要的化工原料，在有机合成方面有着广阔的应用前景。1.2.2甲醇用作混合燃料甲醇是重要的有机化工原料，还可以作为车用燃料和能源，而且性能优良。在寻找汽油的替代燃料过程中，醇瞇类燃料具有很大的应用潜力和发展前景。甲醇和二甲醴可以按照一定比例配制成醇储燃料，这种新型燃料燃烧率和热效率均高于液化气，该燃料还克服了甲醇燃料的齐种缺点。可以将T醇直接掺入汽油作为T醇■汽油燃料，而且对于T醇掺入汽油的混合燃料，低浓度甲醇混合燃料已经得到广泛的商业应用。由于受到卬醇燃烧性能的限制，

5、对汽油发动机进行合理改造使其达到最佳性能是今后甲醇■汽油燃料的研究发展趋势〔9〕。和汽油发动机一样，为了能在柴油机上使用甲醇燃料，人们希望配制成甲醇■柴油混合燃料以便在柴油机上使用。由于甲醇几乎不溶于柴油，必须加入足够的助溶剂才能提高燃料的混合度。因此混合燃料的配制和柴油机的改造引起了各国的重视，我国已经开始重视这方面的研究和示范工作［⑼。1.2.3甲醇用作燃料电池原料甲醇易于和水蒸气重整转化为氢，常态下为液体，便于贮存和运输，冇着丰富的来源，是一种理想的用于电动车燃料电池的贮氢介质。由于氢和天然气不利于贮存和运输,致使在燃料电池使用方

6、面受到限制，甲醇便被认为是最好的氢转化介质，因此甲醇作为燃料电池的燃料受到很大重视。除了以甲醇通过水蒸气重整制氢作为燃料屯池的原料外，还冇直接以甲醇为燃料的燃料屯池也正在研究和开发中。前者称为间接式甲醇燃料电池，后者称为直接式燃料电池。各国相继对甲醇燃料电池进行深入的研究，说明甲醇燃料电池在未来的重要性与可行性，甲醇是最有前途的洁净燃料［H-12］o1.3加氢合成甲醇催化剂体系甲醇作为现代化工工业中最重要的化工原料之一，甲醇工业的发展依赖于催化剂的研发及其相应的操作条件，因此不同的甲醇生产工艺就有不同的催化剂以及相应的反应器來实现。早期

7、的合成甲醇工业催化剂是锌鎔(Zn/Cr)催化剂，曲德国BASF公司于1923年首先开发成功。但锌鎔(Zn/CQ催化剂反应活性低，需在高温高压的操作条件下反应，催化剂的耐热性、抗毒性、机械性能才能令人满意。自二十世纪60年代开始，英国的ICI公司和徳国的Lurgi公司相继研制出铜基催化剂后，世界上几乎所冇的甲醇合成厂家都在使用铜基催化剂。锌銘催化剂逐渐被淘汰，铜基催化剂逐步成为合成甲醇工业的主导催化剂。我国的合成甲醇催化剂研究始于二十世纪60年代末期，先后开发出了C207、C301、C302、C302-kNC・501、NC-306等合成甲

8、醇催化剂。随着国内外的合成甲醇催化剂的不断更新换代，合成甲醇催化剂的研究朝着低温低压、低能耗、高活性、高选择性、高热稳定性和高机械强度的方向发展〔四。目前，合成甲醇催化剂有三人类：铜系催化剂、非铜系催化剂以