一步法合成二甲醚整体式催化剂的制备及反应性能研究

以蜂窝陶瓷为载体、γ-Al₂O₃为惰性涂层、C301/HZSM-5为活性组分制备出一种整体式合成二甲醚催化剂。BET、XRD和SEM分析结果表明,活性组分均匀负载在载体表面上,催化剂具有良好的结构和织构特点。在固定床反应器中考察了整体式催化剂上CO加氢一步法合成二甲醚的反应性能,并与C301/HZSM-5颗粒（粉末）催化剂进行了比较。在温度260℃、压力4.0MPa、合成气空速1500mL/(g·h)的条件下,整体式催化剂上CO转化率达到79.62%,二甲醚选择性为70.58%,分别比C301/HZSM-5颗粒催化剂高出7.78%和9.44%。100h的稳定性实验结果表明,整体式催化剂可以保持较高的活性和选择性,而颗粒状催化剂的活性有明显的下降。
     

浆态床合成二甲醚复合催化剂失活原因探索

在反应温度260℃、压力5.0MPa的条件下,对浆态床反应器中二甲醚合成复合催化剂的失活规律进行了研究。结果表明, Cu基催化剂失活较快是导致浆态床二甲醚合成催化剂不稳定的主要原因。通过分析Cu基催化剂在浆态床反应器和固定床反应器中的活性变化规律,发现在浆态床反应器中不能及时导出反应体系的H2O对催化剂的毒副作用导致了浆态床Cu基催化剂快速失活。对失活催化剂进行的TPR、XRD和SEM EDS表征结果可以看出,Cu粒子的长大和积炭是Cu基催化剂失活的重要原因,与已有文献报道不同的是并未发现明显的Cu元素流失。     

浆态床合成二甲醚复合催化剂失活原因探索

在反应温度260 ℃、压力5.0 MPa的条件下,对浆态床反应器中二甲醚合成复合催化剂的失活规律进行了研究.结果表明,Cu基催化剂失活较快是导致浆态床二甲醚合成催化剂不稳定的主要原因.通过分析Cu基催化剂在浆态床反应器和固定床反应器中的活性变化规律,发现在浆态床反应器中不能及时导出反应体系的H2O对催化剂的毒副作用导致了浆态床Cu基催化剂快速失活.对失活催化剂进行的TPR、XRD和SEM-EDS表征结果可以看出,Cu粒子的长大和积炭是Cu基催化剂失活的重要原因,与已有文献报道不同的是并未发现明显的Cu元素流失.     

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。     

正庚烷在β沸石负载碳化钼催化剂上的异构化研究

利用程序升温还原法制备了β沸石负载碳化钼催化剂。XRD表征显示，利用正戊烷作为碳源得到了对异构化具有活性的βMo2C。以正庚烷为模型反应物，在连续流动固定床反应装置上考察了温度、压力、空速和氢烃比对βMo2C/β沸石催化剂临氢异构化反应性能的影响。获得了β沸石负载碳化钼催化剂上正庚烷异构化的最佳反应条件温度270℃～275℃，压力1.0MPa～1.5MPa，体积空速1.0h－1，氢烃体积比200∶1。在最佳条件下反应物转化率为82%，选择性和异构产物收率分别达到71%和58%。     

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.     

银负载量及反应气预处理对银催化剂上氢气中CO选择氧化反应的影响

 考察了银负载量及反应气预处理对银催化剂上CO选择氧化反应的影响．结果表明，O2转化率、CO的转化率及选择性都随着银负载量的增加而升高，CO氧化的选择性随着温度的降低而升高，低温下的选择性可达70％～80％．CO－TPR谱显示，产物CO2脱附量及脱附温度的次序与CO选择氧化活性有一致的对应关系．当反应气处理温度为300℃时，催化剂上CO氧化活性最高；随着反应气处理温度的继续升高，CO氧化活性及选择性反而降低．金属银的粒子尺寸随着银负载量的增加而增大；高温下反应气处理后，金属银粒子的尺寸明显减小．催化剂上CO氧化活性及选择性与银粒子的大小及催化剂的表面结构有关．     

工业固定床Fe-Cu-K催化剂浆态床F-T合成适应性研究

采用连续搅拌釜式反应器,在接近F-T合成实际工况下考察了工业固定床Fe-Cu-K催化剂浆态床F-T合成反应性能，研究反应温度、压力、原料气空速和氢碳摩尔比等操作参数对催化剂反应活性、产物选择性和稳定性的影响，实验总运转时间达2 500 h；同时采用扫描电镜技术（SEM）对催化剂的抗磨损性能进行了研究，结果表明，操作参数对催化剂的活性、选择性和目标产物产率有较大的影响，工业固定床Fe-Cu-K催化剂具有一定的抗磨损性能，F-T合成烃产物分布合理；催化剂具有较高的稳定性，在589 h的稳定条件运行内，催化剂的失活速率为0.23%/d（以CO转化率的降低计）；在整个运行期间CH4选择性维持在较低的水平。     

固态研磨-燃烧法制CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5二甲醚合成催化剂

以柠檬酸为燃烧剂,采用固态研磨-燃烧法和机械混合法制备了CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5CO2加氢一步合成二甲醚双功能催化剂.采用固定床反应器,在反应温度270℃、压力为3.0 MPa、空速4 200 h-1条件下,考察了催化剂对CO2加氢一步合成二甲醚的反应性能,并采用XRD、BET、H2-TPR、NH3-TPD及XPS对催化剂的结构进行了表征.评价结果表明:随柠檬酸量的增加,二甲醚选择性和收率呈峰形变化趋势;当柠檬酸的量等于化学计量比的100%时,制备的催化剂具有较好的催化性能:CO2单程转化率为24.8%、二甲醚(DME)的选择性和收率分别为35.3%和8.7%.表征结果表明:柠檬酸的量影响催化剂的比表面积、还原性能以及CuO和ZnO的晶粒尺寸等,进而影响催化剂反应性能.     

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.     

Simulation and model design of pipe-shell reactor for the direct synthesis of dimethyl ether from syngas

The simulation was made based on the model of pipe-shell reactor that was established by the model of global kinetics of synthesis of dimethyl ether from syngas over a bifunctional catalyst. The results of simulation showed that the selectivity for dimethyl ether （DME） and the conversion of CO were higher but the hot spot was kept below the temperature limit of the pipe-shell reactor. The suitable diameter of the pipe was φ38×2 mm, and the length of the pipe was 5.8 m. The optimal process conditions of the reactor were that the pressure was 5 MPa, the temperature of the cooling water was 240 ℃, and the temperature of the raw gas at inlet of the reactor was 220 ℃. The production of this reactor was 102800 t/y （ton per year） under these conditions.     

Conversion enhancement of tubular fixed-bed reactor for Fischer-Tropsch synthesis using static mixer

Recently,Fischer-Tropsch synthesis(FTS) has become an interesting technology because of its potential role in producing biofuels via Biomassto-Liquids(BTL) processes.In Fischer-Tropsch(FT) section,biomass-derived syngas,mainly composed of a mixture of carbon monoxide(CO) and hydrogen(H2),is converted into various forms of hydrocarbon products over a catalyst at specified temperature and pressure.Fixed-bed reactors are typically used for these processes as conventional FT reactors.The fixed-bed or packed-bed type reactor has its drawbacks,which are heat transfer limitation,i.e.a hot spot problem involved highly exothermic characteristics of FT reaction,and mass transfer limitation due to the condensation of liquid hydrocarbon products occurred on catalyst surface.This work is initiated to develop a new chemical reactor design in which a better distribution of gaseous reactants and hydrocarbon products could be achieved,and led to higher throughput and conversion.The main goal of the research is the enhancement of a fixed-bed reactor,focusing on the application of KenicsTM static mixer insertion in the tubular packed-bed reactor.Two FTS experiments were carried out using two reactors i.e.,with and without static mixer insertion within catalytic beds.The modeled syngas used was a mixed gas composed of H2/CO in 2:1 molar ratio that was fed at the rate of 30mL(STP)min1(GHSV≈136mL g1 cat h1) into the fixed Ru supported aluminum catalyst bed of weight 13.3g.The reaction was carried out at 180℃ and atmospheric pressure continuously for 36h for both experiments.Both transient and steady-state conversions(in terms of time on stream) were reported.The results revealed that the steady-state CO conversion for the case using the static mixer was approximately 3.5 times higher than that of the case without static mixer.In both cases,the values of chain growth probability of hydrocarbon products(α) for Fischer-Tropsch synthesis were 0.92 and 0.89 for the case with and without static mixer,respectively.     

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)。     

浆态床中Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2+γ-Al2O3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270h测试,CO转化率从61%降至57%,二甲醚时空产率从0.54g/(g·h)降至0.48g/(g·h),稳定性显著优于COM催化剂。当反应温度为250℃,压力为4.0MPa,空速为3000mL/(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0.54g/(g·h)。     

使用微观动力学模型优化浆态床合成二甲醚

以合成气为原料，采用Cu-Zn-A l和γ-Al2O3构成的双功能催化剂，对使用浆态床一步法合成二甲醚的系统进行模拟研究。液固两相为全混流，气相为活塞流，组分方程使用四阶精度的Runge-Kutta法并结合C++编程进行求解，通过模拟计算，讨论了压力、温度、催化剂浓度对反应转化率、收率以及DME的选择性的影响，从而寻找合适的反应参数，为工业反应器放大设计和优化操作提供依据。     

生物质气化重整合成二甲醚

以松木粉为原料，采用空气 水蒸气气化制备了富氢气化气，通过添加甲烷重整富氢气化气，调整了合成气化学当量比，在260 ℃、4 MPa、12 000 h－1条件下，对生物质合成气一步法合成二甲醚进行了实验研究。结果表明：引入甲烷重整，活化了富氢气化气中过量的CO2，甲烷的最佳加入量为CH4/CO2=1，生物质碳转化率达到70%以上，尾气中二甲醚选择性达到69.6%。     

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%.