2022年担载型MoC催化剂的制备及其催化剂加氢转化反应性能研究——学年论文.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 二氧化碳催化加氢制甲醇争论进展郑健摘要随着全球经济的进展,人类向大气中排放的二氧化碳正对地球生态系统、社会进展、人类健康以及生活质量产生着日益严峻的影响,掌握二氧化碳排放已成为全球性的战略目标,C02 的回收转化利用是重要途径之一;因此,争论开发二氧化碳的有效活化和固定化技 术成为 C,化学的前沿课题之一,它的实际意义不仅在于能够有效 降低 CO 2排放量,而且能够利用自然界中廉价而丰富的碳资源合成重 要的化工产品,“ 催生” 一系列绿色合成工艺,在环境爱护、变革 化工原料结构等方面形成良性循环;关键词: 催化剂甲醇加氢转化二氧化碳二氧化碳的来
2、源二氧化碳的来源有:生物的呼吸作用、化石燃料的燃烧、石灰石煅烧制石 灰过程等;当然,大量化石燃料的燃烧是空气中二氧化碳的主要来源;在过 去的几个世纪,煤、石油、自然气这些富含碳的化石燃料的使用已经使人类 的进展拥有了前所未有的富强和进步;然而,二氧化碳在大气中的浓度也因 此由工业革命以前的 280 ppm 升至 2022 年的 390 ppm ,并且有专家猜测在 本世纪末大气中的二氧化碳浓度将会到达 570 ppm 4 ;而这全球性的温室效 应将给人类的生活带来庞大的困扰,如气候变暖,土地干旱、沙漠化严峻等;二氧化碳的利用以气态、液态和固态等各种形式存在的二氧化碳在工业和国民经济各部门中 具有
3、广泛的用途 , 主要包括物理、化学等应用方式;如图给出了二氧化碳的直接 或间接的用途;名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二氧化碳的物理应用是指利用它的物理性能, 如在啤酒、碳酸饮料中的应用;作为惰性气体用于气体爱护焊; 作为汽车空调制冷剂、空调保鲜剂; 作为干冰及研磨清洗 ; 作为灭火器、喷枪等的压力剂 化碳的冷量用于食品蔬菜的冷藏、贮运临界二氧化碳萃取等行业;; 作为固化硬化剂 ; 利用液体、固体二氧 ; 果蔬的自然降氧、气调保鲜剂 , 以及超二氧化碳的化学应用主要是利用二氧化碳分子的化学特性 , 通过化学、光学
4、、电学、生化等转化途径 , 生产含碳化学品;主要表现在无机和有机精细化学品、高分子材料等的争论应用上;从而在实现二氧化碳固定的同时实现了资源化利用, 以以下举了几个二氧化碳的化学利用途径;1.CO2重整 CH4制备合成气合成气 H2+CO是一种重要的化工原料, 被誉为“ 合成工业的基石” ;目前主要是通过 CH4水蒸气重整的方法制备合成气, 见式 1.1 ;, 能CH4+H2OCO+3H21.1 , 但目前仍旧存在催化剂积炭严峻该过程在世界各地都得到了广泛的应用耗高等问题 , 同时, 该过程所制得的合成气H2/CO摩尔比偏高 , 不利于合成气的进一步转化;针对近年来 CH4一 CO2重整反应【
5、见式 1.2 的争论逐步升温 , 这一过程将两种价格低廉的温室气体转化为合成气 , 兼具环保效益和经济效益;CH4+CO22CO+2H21.2CO2直接加氢合成甲醇由于能削减二氧化碳的排放, 二氧化碳加氢合成甲醇已经引起了许多人的爱好,与一氧化碳加氢合成甲醇相比, 二氧化碳加氢可以在更低温度下获得更高的甲醇挑选性 , 当然这个反应目前仍存在许多问题;二氧化碳用在加氢合成甲醇反应中时, 氢气的来源是一个基本问题;当考虑二氧化碳释放量时 二氧化碳要少于甲醇合成过程中消耗的二氧化碳;, 生产过程中产生的名师归纳总结 传统的甲醇生产是用CO和 H2 为原料 , 原料气 CO和 H2 的制取方法 , 一
6、般用煤、第 2 页,共 10 页自然气、炼厂气、油田伴愤怒、汽油和重油等制取, 这就都需要消耗宝贵而又有- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 限的化石能源;用丰富的 之一;CO2为原料和 H2反应来合成甲醇是具开发前景的课题1.2.3 由 CO2制备碳酸二甲酯在 CO2制备碳酸二甲酯 dimethyl carbonate,DMC这类 CO2资源化利用途径中, 最具代表性的是 CO2与甲醇反应合成碳酸二甲酯 , 式1.3 ;CO2+2CH3OHCH3OCOOCH3+H2O 1.3 由于 DMC分子中含有甲基、羰基、甲氧基等官能团, 可代替光气、氯甲酸甲酯、硫
7、酸二甲酯等作为甲基化试剂使用 ; 而且其毒性很低 , 将其用于合成工业能够大大地提高相关过程的绿色化程度;除用于合成化学品外 燃料添加剂以及外表活性剂等 , 其用途相当广泛;CO2与环氧化合物合成环状碳酸酯,DMC仍可以用于涂料、环状碳酸酯 cyclic carbonate 主要用于聚合物单体、电解液以及制药工业等方面 , 同时仍是一种重要的医药中间体 , 具有较高的工业附加值;CO2与环氧化物合成环状碳酸酯的反应被认为是目前最为胜利的 该过程已经实现了工业化生产;微藻固定 CO2制备生物燃料CO2资源化利用途径之一 ,目前,CO2 的固定主要是通过物理吸取法, 吸取后的CO2通过陆上或海洋封
8、存的方式与大气隔离;但是这种方法存在着许多的缺点, 如空间要求高、潜在的CO2泄露危急以及目前尚不得知的环境负面效应等;就地球的整体碳循环过程而言 , 地球上最符合自然界规律的减排方式是通过生物的方法固定CO2;,近年来争论者又提出了通过生物的方法吸取CO2后, 再进行资源化利用的概念其中利用微藻固定CO2并制备生物燃料的过程极具开发和应用潜力, 这主要是因为微藻固定C02 的才能及其通过光合作用合成生物燃料的速度远高于传统的作物;另一方面 , 由于微藻能够利用生活及工农业废水作为磷、氮以及其它养分物的来源 , 因此废水处理、 CO2固定和生物燃料合成三种过程的祸合可以通过利用微藻实现 , 从
9、而使过程的经济效益和环境效益最大化;1.2.6CO2 的热分解CO2在极高温条件下可以分解生成 C、CO和 02, 争论认为该过程主要分为两步进行 , 即 CO2对金属的氧化 , 以及金属氧化物分解生成 O2并使金属再生; Galvez等对这一过程的热力学平稳状态进行了运算 , 结果发觉只有在温度高 2300时 ,才能够有 CO产生, 如此极端的高温条件带来了如下3 个难点问题 : 反应设备需要极高的耐热性 ; 过程所需的能量如何供应 ; 催化剂特别简洁发生严峻的烧结, 甚至熔化;综上所述 ,CO2在化工上、农业以及生物转化等领域得到了许多利用;名师归纳总结 - - - - - - -第 3
10、页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 甲醇的应用甲醇的用途很广泛,是C1 化学的基础产品,是仅次于烯烃和芳烃的第三大重要有机原料;甲醇主要应用于医药、染料、农药、国防、合成纤维、合成塑料 等工业,可用来合成甲醛、醋酸、甲胺、甲基叔丁基醚MTBE、乙醇、乙烯 等多种有机产品;甲醇也可用于反酯化生产柴油中,而且由于甲醇燃烧完全,燃烧后所排放的有害气体少,具有比较高的辛烷值和自燃点,汽化潜热大,抗 暴性能良好等优点,所以甲醇是性能优良的能源和车用燃料;一方面甲醇本身 可直接替代汽油作为发动机燃料,另一方面甲醇也可以添加于汽油中在现有汽 车发动机上使用 8 ;另外,甲醇
11、可以作为合成甲醇蛋白的原料,发酵速度快,价格廉价,仍可以合成甲醇植物生长促进剂等;总之,甲醇化学在化学工业和 能源化工中具有重要的位置;2.1 合成甲醇反应机理 .热力学分析总的来说, CO 2 加氢合成甲醇的反应主要有两个:CO2+3H2一 CH30H+H 20 1 H298K=-49.01KJ , G298K CO 2+H2一 CO+H 2O 2 H298K=41.17KJ, G298K 从热力学上看,为促进反应正向进行,应增大反应体系压力,降低反应温度;但考虑到反应速度和 CO 2 的惰性性质,适当提高温度对活化二氧化碳分子、增 大反应速度是特别必要的;2.3 工业甲醇的合成方法生产甲醇
12、的方法有许多种,主要有:木材或木质素的干馏法、氯甲烷水解法、甲烷部分氧化法和一氧化碳催化加氢法;木材或木质素的干馏法在工业上已经被剔除,氯甲烷水解法由于价格昂贵,生产成本高,在工业上也没有得到应用;甲烷部分氧化法工艺流程简洁,但是由于氧化过程不易掌握,得到甲醇的收率低,因此该方法仍没有实现工业化 10 ;工业上甲醇的合成主要有高压法、低压法、中压法;虽然方法不同,但是目前工业上最基本的甲醇合成工艺流程都是由甲醇合成、合成余热移出系统、名师归纳总结 甲醇别离及气体循环系统组成,典型的甲醇合成工艺流程示意如图1-311 所示:第 4 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - -
13、- - - - - - - 图1-3 甲醇合成工艺流程示意2.3.1 高压法制甲醇高压法合成甲醇是 1923年德国巴斯夫公司首次研制胜利的,并且该法始终被连续使用了将近 50年的时间;它的反应条件一般为 用的催化剂为锌铬催化剂;2.3.2 低压法制甲醇300400 ,30 MPa,使ICI 低压甲醇法是英国 ICI 公司在 1966年争论胜利的甲醇生产方法,它克服 了高压法对设备承担压力的较高要求,打破了高压法的垄断;使用的原料大多为自然气,采纳的是铜基催化剂,反应压力为5 MPa;ICI 低压甲醇合成工艺有如下主要优点:反应压力低,对设备抗压才能的要求低,安全牢靠;但是也有 肯定的缺点:反应
14、压力低导致设备的体积大,不利于工业化大型生产;德国 Lurgi 公司也使用低压法合成甲醇的工艺,其优点在于合理利用了反应热,循环 气量少,合成系统设备尺寸小;名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.3.3 中压法制甲醇中压法是在低压法的基础上进展起来的,操作压力为 压法和低压法的缺点,有效的降低了甲醇的生产成本;10 MPa;它克服了高目前,工业上甲醇合成的原料气大多采纳合成气 CO、H2 ,其中合成气是 由煤或自然气为原料制成的,这样甲醇的生产成本受煤和自然气的价格影响较 大;二氧化碳资源丰富,所以人们对二氧化碳加
15、氢制甲醇的争论越来越多;另 外,从反应放出热量的角度考虑,相比于一氧化碳加氢合成甲醇的反应,二氧 化碳加氢合成甲醇反应放出的热量明显要低许多,这样在反应过程中,有助于 防止催化剂床层温度的飞温,使催化剂床层的温度更简洁掌握,也有利于延长 催化剂的寿命;3 二氧化碳催化加氢合成甲醇催化剂的争论现状甲醇催化剂的制备是衡量合成甲醇工业技术水平高低的关键技术之一 , 甲醇工 业的进展很大程度上取决于催化剂的研制及其性能改进;在甲醇生产中 , 许多 工业指标和操作条件都是由催化剂的性质打算的;随着甲醇工业的快速进展 , 对甲醇合成催化剂的争论开发提出了更高的要求;国内外争论人员都在积极开发、应用新型甲醇
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- 2022 年担载型 MoC 催化剂 制备 及其 加氢 转化 反应 性能 研究 学年 论文
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