Cu-Mn-Zn/Y直接合成二甲醚催化剂中锌和锰的协同调节作用

通过对Y型分子筛负载Cu-Mn、Cu-Zn和Cu-Mn-Zn催化剂的结构、表面性质及其直接合成二甲醚反应活性的对比,发现Mn和Zn对催化剂还原性能的影响作用相反,对催化剂吸附H₂和CO的影响也不同。Mn和Zn的单独添加或共同添加引起催化剂结构和组分之间相互作用程度的改变,是造成催化剂活性和选择性变化的主要原因。两者的协同作用,能调整催化剂的还原性能和吸附性能达到适合的状态,从而使得催化剂具有高的二甲醚合成活性。     

完全液相法Cu-Zn-Si-Al催化剂一步合成二甲醚

采用完全液相法,以廉价的硅溶胶作为硅原料,制备了一系列的Cu-Zn-Si-Al双功能浆状催化剂,考察不同硅铝比对浆态床CO加氢合成二甲醚的影响。 两周的活性评价表明,硅的引入显著提高了催化剂的活性和稳定性。 当n(Si)/n(Al)=2时,CO转化率最高,为58.1%,且二甲醚的选择性为80.2%。 通过FTIR、XRD、TPR、TPD、BET、XPS和TEM等技术手段对催化剂进行了表征,结果表明,硅组分的添加可以促进活性组分Cu物种的分散,并能够改善完全液相法热处理而导致的积碳现象。 且Si组分的引入与催化剂中的Al相互作用,显著提高了催化剂的甲醇脱水性能,从而使催化剂具有较高的二甲醚选择性。     

镁改性HZSM-5对Cu-ZnO-Al2O3/HZSM-5催化合成气直接制二甲醚反应的影响

 采用浸渍法制备了一系列MgO改性的HZSM-5分子筛,并以MgO/HZSM-5为甲醇脱水催化剂与Cu-ZnO-Al2O3甲醇合成催化剂组成双功能催化剂,在连续流动加压固定床反应器上考察了其对合成气直接制二甲醚反应的催化性能. 结果表明,以适量MgO改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性可高达64.8%,CO2和烃类副产物的选择性分别为30.2%和0.4%; 由未改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性仅为49.1%,CO2和烃类副产物的选择性则分别高达37.1%和9.3%. 当MgO含量过高时,则CO转化率和二甲醚选择性均降低. 根据实验结果,提出了甲醇在MgO/HZSM-5上脱水的反应机理.     

镁改性HZSM-5对Cu-ZnO-Al2O3／HZSM5-催化合成气直接N-甲醚反应的影响

采用浸渍法制备了一系列MgO改性的HZSM-5分子筛，并以MgO/HZSM-5为甲醇脱水催化剂与Cu—ZnO-Al2O3甲醇合成催化剂组成双功能催化剂，在连续流动加压固定床反应器上考察了其对合成气直接制二甲醚反应的催化性能．结果表明，以适量MgO改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上，二甲醚选择性可高达64.8％，CO2和烃类副产物的选择性分别为30．2％和0．4％；由未改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上，二甲醚选择性仅为49．1％，CO2和烃类副产物的选择性则分别高达37．1％和9．3％．当MgO含量过高时，则CO转化率和二甲醚选择性均降低．根据实验结果，提出了甲醇在MgO／HZSM-5上脱水的反应机理．     

浆态床反应器中生物质合成气合成二甲醚的研究

进行了浆态床反应器中,甲醇合成催化剂与分子筛混合制复合催化剂上,生物质制取的合成气(简称生物质合成气)一步法合成二甲醚的研究,重点考察了不同脱水组分和工艺条件对催化剂反应性能的影响,同时,结合NH₃-TPD等手段对催化剂进行了表征。结果表明,含有较弱酸性SAPO-11分子筛的复合催化剂更适合生物质合成气原料气杂质多、氢碳比低的特点,在合成二甲醚反应中具有更高的选择性和稳定性。250℃、5 MPa、500 h^-1时,在甲醇催化剂与SAPO-11分子筛比例为3:1的复合催化剂上,合成气合成二甲醚反应35 h内,CO转化率稳定在40%以上,二甲醚在有机产品中的选择性保持在97%左右。     

尿素燃烧法制备CuO-ZnO/HZSM-5及其催化CO_2加氢合成二甲醚的性能

以尿素为燃烧剂,先采用燃烧法制备CuO-ZnO催化剂,接着采用研磨法将其与HZSM-5分子筛均匀混合形成CuO-ZnO/HZSM-5双功能催化剂.采用固定床反应器,在反应温度260℃、压力3.0 MPa、空速1 500 h-1条件下,考察了不同Cu/Zn(摩尔比)催化剂在CO_2加氢合成二甲醚反应中的催化性能.通过XRD、N_2等温吸附脱附、H2-TPR、NH3-TPD对催化剂进行表征,研究了不同Cu/Zn对催化剂结构及表面酸性的影响.结果表明:当Cu∶Z n=6∶4时,催化剂对CO_2催化加氢直接合成二甲醚反应的催化活性和选择性最佳,CO_2的转化率、DME的选择性分别为11.95%和28.74%,且在催化剂上具有更多的低温还原Cu和较强的酸中心,从而提高了CO_2加氢活性和二甲醚的选择性.     

沉淀剂对悬浮共沉淀法制备二甲醚催化剂的影响

以无水乙醇为溶剂,将Cu、Zn和Al的硝酸盐并流共沉淀在HZSM-5分子筛的悬浮溶液中,一步合成CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5双功能催化剂.研究了沉淀剂的种类、加入顺序和加入量对催化剂活性的影响.结果表明,以适量的草酸作沉淀剂,采用悬浮液并流共沉淀法制备的双功能催化剂,对CO2加氢直接合成二甲醚有较高的催化性能:在固定床反应器中,温度为270℃,压力为3.0 MPa,空速为4 800 h-1的反应条件下,CO2的单程转化率达到28.7%,二甲醚的选择性达到53.2%.BET、XRD、TPR、TPD和N2O滴定等对催化剂结构表征结果表明,双功能复合催化剂CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5的结构影响CO2加氢合成二甲醚的催化性能.     

HZSM-5型分子筛硅铝比对一步法合成二甲醚的影响

以Cu/Zn/Al(摩尔比为6∶3∶1)甲醇合成催化剂与HZSM-5型分子筛混合，制备了一步法二甲醚合成催化剂。通过改用三种不同Si/Al摩尔比（摩尔比为25、38和50）的HZSM-5型分子筛，考察了催化剂中脱水组分（HZSM-5分子筛）的酸性对二甲醚合成的影响。结果表明，随着催化剂Si/Al摩尔比的降低，分子筛的酸性增强，使得CO单程转化率提高。当催化剂Si/Al＝38时，CO对二甲醚的选择性最高，可达到68.13％，其次是催化剂Si/Al＝50，选择性最差的是Si/Al＝25的催化剂。在553 K、 3 MPa和4 000 h－1的条件下，Si/Al＝25和Si/Al＝38的催化剂CO单程转化率和DME的选择性接近一致。在此条件下，两者的时空产率达到试验的最大值，分别为0.38 gDME/(gcat·h)和0.36 gDME/(gcat·h)，在试验范围内，一步法合成二甲醚催化剂最佳的Si/Al摩尔比为25。     

氟硅酸铵改性对HMCM-22酸性及双功能催化剂催化合成二甲醚性能的影响

用氟硅酸铵对HMCM-22分子筛进行了改性处理,并采用氨程序升温脱附和吡啶吸附红外光谱法测定了其酸性.结果表明,随着氟硅酸铵处理温度的提高,HMCM-22分子筛的B酸和L酸中心的酸量均逐渐减少.以氟硅酸铵改性的HMCM-22分子筛为甲醇脱水活性组分与铜基甲醇合成活性组分(CuO-ZnO-Al2O3)组成双功能催化剂,在连续流动加压固定床反应器上考察了其对合成气直接制二甲醚反应的催化性能.结果表明,对HMCM-22分子筛在适当温度(45℃)下进行氟硅酸铵改性,可使反应产物中烃类和CO2副产物的选择性下降,使目的产物二甲醚的选择性显著升高.当氟硅酸铵处理温度过高(85℃)时,CO的转化率和二甲醚的选择性均大幅度降低。     

助剂Mn对CO2加氢制二甲醚CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5催化剂的结构和性能影响

以无水乙醇为溶剂,草酸为沉淀剂,采用悬浮共沉淀法,一步合成Mn改性的CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂.并研究了该催化剂在CO2加氢合成二甲醚反应中的催化性能,考察了助剂锰的添加量对催化剂性能的影响,并采用XRD、BET、TPR、NH3-TPD和XPS对催化剂结构进行表征.结果表明,双功能催化剂性能与助剂锰的添加量有密切联系,适量锰的加入可提供合适的表面酸性,提高二甲醚的选择性,降低副产物CO的选择性.表征结果表明,加入Mn可以促进CuO的分散,并降低CuO的还原温度,增加催化剂的比表面积,提高Cu+/Cu0比,从而能促进CO2的转化,有利于提高催化剂的活性.     

金属组分负载量对Cu-Mn-Zn/Y直接合成二甲醚催化剂的影响

通过对不同金属负载量Cu-Mn-Zn/Y催化剂的研究，结果发现，金属组分的负载量为30mmol时，CO的转化率和二甲醚的选择性分别可达65.6%和67.0%。金属组分负载量20mmol～30mmol时，催化剂中各金属组分均呈高分散状态，增加金属组分负载量主要是增加了催化剂吸附CO和H2活性中心的数目，使得催化剂对CO的转化能力增加。当金属组分负载量达到35mmol时，催化剂的微观结构发生了改变，作为主要活性组分的铜也发生了聚集，造成催化剂对CO和H2吸附能力降低；由于作为酸性组分的分子筛含量相对减少和大量金属组分对酸中心的覆盖作用，导致催化剂酸性降低，使得催化剂对CO的转化率和对二甲醚的选择性均降低。     

Catalysis for One‐step Synthesis of Dimethyl Ether from Hydrogenation of CO

In this paper, a new catalyst system Cu‐Mn‐(M)/γ‐Al₂O₃ was developed for the directly synthesis dimethyl ether (DME) from synthesis gas in a fixed‐bed reactor. The catalysts with different n (Cu) : n (Mn) ratios, several promoter M (M is one of Zn, Cr, W, Mo, Fe, Co or Ni) were prepared and tested. The results showed the catalysts have a high conversion of CO and a high DME selectivity. The DME yield in tail gas reached 46.0% (at 63.27% conversion of CO) at 2.0 MPa, 275°C, 1500 h^?1 with the Cu₂Mn₄Zn/γ‐Al₂O₃ catalyst.     

含有多级孔复合分子筛的复合催化剂上合成气一步制二甲醚

以Beta分子筛为核、Y型分子筛为壳层的多级孔复合分子筛(BFZ)作为甲醇脱水催化剂用于固定床中合成气一步法制备二甲醚,并与纯Y型分子筛进行了比较,研究了二甲醚合成催化反应活性与甲醇脱水催化剂孔道结构和酸性之间的关系.结果表明,复合分子筛HBFZ具有中等强度的酸性和中孔孔道结构,有利于提高合成气制备二甲醚的催化反应活性.二甲醚直接合成催化剂由工业CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂(CZA)与分子筛(HBFZ、HY)采用机械混合方法制备;催化评价结果显示,CZA/HBFZ比CZA/HY具有更优的催化活性和稳定性.在250 ℃, 5.0 MPa 和 1 500 h^-1的反应条件下,CZA/HBFZ催化剂上CO的转化率和DME的选择性分别达到94.2%和67.9%.     

Direct synthesis of dimethyl ether from synthesis gas over metal-pillared ilerites

The capability of metal (Cu, Zn)-pillared ilerites and metal oxide (CuO, ZnO)-impregnated metal-pillared ilerites for direct synthesis of dimethyl ether (DME) from synthesis gas was explored. The metal-pillared ilerites were synthesized and characterized by XRD, BET, ICP-AES and SEM. The reaction was carried out in a fixed bed reactor with the prepared catalysts at different temperatures (200, 250, 300°C), 20 bar and H₂/CO ratio of 2. For CuO/Zn-ilerite catalyst, CO conversion was about 62% and selectivity to DME was about 89% at 250°C.     

含氮合成气在三相淤浆床－固定床中直接合成二甲醚

在三相淤浆床－固定床反应装置中，研究含氮合成气直接合成二甲醚。使用双功能混合催化剂，粒度为0.15 mm～0.18 mm。在220 ℃～260 ℃、3.0 MPa～7.0 MPa、空速1 000 mL·g-1·h-1时考察了温度、压力及两种反应器中催化剂的装填比例对CO转化率及二甲醚选择性的影响。结果表明，一氧化碳转化率随反应压力的增加而提高，随着温度升高二甲醚的选择性变化不大，CO转化率的升高较明显，因此在催化剂活性适宜的温度范围内，该反应装置可以采用较高的反应温度。当260 ℃、7.0 MPa、三相床与固定床中催化剂比例为1∶1时，CO的转化率可达84.5％，二甲醚的选择性为78.7％。淤浆床－固定床反应装置具有操作稳定性好、CO转化率高的优点。催化剂在该装置中反应370 h活性没有明显下降。     

浆态床中Cu/ZnO/Al_2O_3/ZrO_2+γ-Al_2O_3双功能催化剂一步法合成二甲醚

采用共沉淀法,制备了纤维状CD501甲醇合成催化剂,采用SEM、TEM、XRD和BET等手段对催化剂进行了表征;并将其进一步和γ-Al2O3进行混合,获得了Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2+γ-Al2O3双功能催化剂,考察了其在浆态床中一步法合成二甲醚过程的催化特性。结果表明,相比商业催化剂(COM)和LP201催化剂,新型的CD501催化剂具有更大的比表面积和Cu/Zn分散性。对于浆态床中一步法合成二甲醚过程,采用CD501与γ-Al2O3双功能催化剂,相比采用COM或LP201与γ-Al2O3双功能催化剂,CO转化率提高了一倍,且经过270 h测试,CO转化率从61%降至57%,二甲醚时空产率从0.54 g/(g.h)降至0.48 g/(g.h),稳定性显著优于COM催化剂。当反应温度为250℃,压力为4.0 MPa,空速为3 000 mL/(g.h),氢碳比为1.0时,该催化剂应用在浆态床一步法合成二甲醚时,CO转化率为61%,DME时空产率达到0.54 g/(g.h)。     

ZrO2对合成二甲醚双功能催化剂表面结构及催化性能的影响

采用共沉淀沉积法制备了Cu基双功能催化剂，并进行了合成气一步法制取二甲醚实验．XRD、XPS以及BET表征结果表明，催化剂中ZrO2以无定形状态存在，且随着其含量的增加，Zr^4 逐渐溶进CuO晶格，两者之间的电子交换使得Cu^2 在活化过程中很难被彻底还原为Cu^0，而是以Cu^0/Cu^ 的形式共存．活性评价结果表明，Cu^ 离子表现出优异的CO转化率和DME选择性．同时，ZrO2的存在能有效调节催化剂表面的Cu／Zn摩尔比以及促进Cu元素在表面的富集，从而改善催化剂性能．