反应条件对CO甲烷化反应平衡及催化剂性能的影响

通过对CO甲烷化反应体系热力学计算,考察了反应条件和原料组成对平衡组成、平衡转化率以及CH_4选择性和积炭的影响。计算结果表明,反应温度、压力、氢碳比和汽气比对CO平衡转化率、CH_4选择性和积炭有明显影响,其中,低温、高压和高氢碳比有利于提高CO转化率和CH_4选择性,而升高压力、增加氢碳比以及向原料气中加入水蒸气均能有效地减少积炭。另外,用Ni/MgO-Al_2O_3催化剂考察了反应条件和原料气组成对CO转化率、CH_4选择性以及积炭的影响,实验结果,反应温度、压力、氢碳比和汽气比对催化剂的CO转化率、甲烷选择性以及积炭的影响明显,并与热力学平衡计算的结果基本一致。     

浆态床中CO_2加氢直接合成二甲醚的研究——反应条件对镁改性双功能催化剂性能的影响

首先采用浸渍法制备了w(MgO)=10%的改性HZSM-5分子筛,然后采用共沉淀浸渍法制备了CuO-ZnO-Al2O3-/MgO-HZSM-5双功能催化剂,利用XRD、BET、H2-TPR、NH3-TPD等手段进行表征。在连续式加压浆态床反应器中,以医用液体石蜡为惰性液相介质,研究了CO2加氢一步法合成二甲醚(DME)的催化反应,考察了不同温度(230℃～280℃)、不同压力(1.0MPa～4.0MPa)、不同氢碳比(n(H2)/n(CO2)=1.0～6.0)和不同空速(GHSV=1500 h-1～6000 h-1)对反应结果的影响。研究表明,提高反应温度有利于提高CO2转化率,但使二甲醚的选择性降低;增大压力和氢碳比有利于提高CO2转化率和二甲醚的选择性;增大空速会使CO2转化率和二甲醚选择性均呈现下降趋势。     

Cu-ZnO-Al_2O_3-ZrO_2/HZSM-5催化剂上CO_2加氢合成二甲醚

采用共沉淀法和机械混合法合成了Cu-ZnO-Al2O3-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂,研究了该催化剂催化CO2加氢合成二甲醚反应的性能,考察了HZSM-5分子筛的硅铝比、反应温度和反应压力对CO2转化率、二甲醚选择性和收率的影响。实验结果表明,随硅铝比的增大,二甲醚选择性和收率呈峰形变化特性;随反应温度的升高,CO2转化率增加,二甲醚选择性降低;而随反应压力的升高,二甲醚选择性增加。当硅铝比(n(SiO2)∶n(Al2O3))为50、反应温度和压力为250℃和3.0 MPa时,CO2转化率达到19.6%,二甲醚的选择性和收率分别为47.0%和9.2%。H2-TPR,NH3-TPD,XRD表征结果显示,Cu-ZnO-Al2O3-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂中HZSM-5分子筛的结构没有明显变化,但硅铝比的变化影响双功能催化剂的酸性,HZSM-5分子筛的加入使Cu的还原温度降低。     

添加CO_2对Fischer-Tropsch合成反应的影响

采用无梯度反应器,在Fe-Mn催化剂、不同氢碳比和反应温度下,考察了反应体系中添加CO2对Fischer-Tropsch合成反应的影响。实验结果表明,添加CO2可加快水煤气逆变换反应的速率,CO2的选择性降低。当反应体系总压不变时,在不同氢碳比和反应温度下,添加CO2降低了合成气的分压,CO转化率降低,含氧化合物的生成速率也呈下降趋势。添加CO2降低了表面氢物种的浓度,低碳烃的烯烷比增大。乙烯的再吸附及二次反应性能强于丙烯、丁烯等的再吸附及二次反应性能;随氢碳比的增大,乙烯二次加氢反应显著增强。无论添加CO2与否,乙烯选择性均随氢碳比的增大而降低,而其他轻质烃的选择性则随氢碳比的增大而增加。在本实验条件范围内,水煤气变换反应仍远离平衡。     

二甲醚水蒸气重整制氢过程的热力学分析

对二甲醚水蒸气重整制氢体系进行了热力学分析,考察了反应温度、压力、水醚进料比等因素对体系平衡组成的影响,探讨了反应体系达到热力学平衡时二甲醚转化率、氢气产物等的变化情况。分析发现,二甲醚平衡转化率分别随水醚比的增大和温度的增高而增大,随压力升高而降低;氢气组分含量分别随温度和压力的升高略有减少,随水醚比的增加先增后减。反应在水醚比为3～6、温度为200℃～300℃及压力为0.1MPa的条件下,可得到较高的氢气产率与选择性,较好的二甲醚转化率,副产物一氧化碳及甲醇含量较少。     

CO和/或CO_2加氢直接合成二甲醚过程的热力学分析

对CO和/或CO2加氢直接合成二甲醚反应体系进行了热力学计算与分析,计算了不同初始原料气组成、温度、压力下反应体系中二甲醚的平衡收率。结果表明:二甲醚平衡收率随着温度的升高而降低,随着压力和n(CO)/n(CO+CO2)比值的升高而升高。还给出CO、CO2混合加氢合成甲醇反应体系的热力学计算结果进行对照。     

二氧化碳加氢制甲醇过程热力学分析

CO2加氢制甲醇是温室气体CO2资源化一个极具前景的研究领域,本文采用吉布斯自由能最小法耦合非理想体系PR状态方程对反应过程进行了热力学平衡分析。结果表明,提高压力和降低温度有利于反应的进行,有利于提高CO2的转化率,同时提高了CH3OH的选择性;增加原料n(H2)/n(CO2)有利于提高CO2的转化率和CH3OH的选择性。另外,适当添加少量CO作为原料,CO可能从产物转变为反应物,因此虽然降低了反应过程CO2的转化率,但能够增加单位CO2的CH3OH产率,不过,若原料气中CO含量过多,则CO2加氢过程转变为传统的CO加氢过程;由于反应过程受热力学平衡的制约,CO2单程转化率较低(约20%~30%),采用尾气循环的工艺过程能够成倍提高CO2总转化率。     

合成气制低碳混合醇固定床催化剂的浆态床应用性能研究

试验将合成气制低碳混合醇的固定床Cu-Fe-Mn-Co催化剂用于浆态床反应器,研究了反应温度(200~270℃)、压力(5.0MPa~7.0MPa)、原料气空速(2713~5515h-1)、氢碳比(n(H2)/n(CO)=1.5/3.5)和搅拌器转速(400~1200r/min)等工艺条件对催化剂性能的影响。结果表明:温度对CO转化率及时空产率影响显著,260℃为低碳醇合成的最佳反应温度;反应压力在7.0MPa时总醇选择性及时空产率达到最高值;空速的增加可以提高催化剂的低碳醇产能,减少CO2的生成,但同时原料气转化率随之降低;氢碳比过低会造成总醇选择性的大幅降低,过高又会导致甲醇选择性的增加,选择在2~2.5之间对低碳醇的生成较为有利;提高搅拌器转速可以更大程度的消除或减小外扩散影响,但同时需兼顾搅拌桨对浆态床催化剂磨损的影响。     

用不同催化剂在流化床中合成甲醇

在流化床中利用合成气(V(H2)∶V(CO)=2)合成了甲醇,对比了C302,C306,LP201催化剂对甲醇合成反应的催化性能。考察了反应温度、氢碳比、CO空速对合成反应的影响;并对反应前后不同催化剂进行了X射线衍射(XRD)表征。研究结果表明,甲醇合成存在最佳的反应温度(210~250℃);增加压力,有利于CO转化率和甲醇选择性的提高,但使用不同催化剂时,甲醇选择性的变化趋势不同,相对于LP201催化剂,C302催化剂更适合较高压力,C306催化剂在低温下活性较好;甲醇的选择性与空速、氢碳比、压力均有关,提高空速、增加氢碳比均有利于提高甲醇的选择性,降低流化床中的气体返混,抑制甲醇的二次裂解。XRD表征结果表明,低氢碳比时,流化床中的催化剂无积碳。     

醋酸甲酯加氢反应的热力学计算与分析

对醋酸甲酯加氢制乙醇反应体系进行了热力学分析。计算了各独立反应的标准摩尔反应吉布斯自由能,分析了温度、压力、氢气与醋酸甲酯的摩尔比(氢酯比)对反应体系平衡组成的影响以及对醋酸甲酯转化率和乙醇选择性的影响。计算和分析结果表明,各独立反应在423~723 K内的标准摩尔吉布斯自由能均大于0,没有适宜的压力和氢酯比反应将很难进行;较低的温度有利于乙醇的生成和抑制副产物的产生,适宜的温度为423~550 K;在压力低于2.0 MPa时,醋酸甲酯转化率和乙醇选择性均随压力的升高而快速增加,适宜的压力为2.0~3.0 MPa;在氢酯比低于10时,醋酸甲酯转化率和乙醇选择性均随氢酯比的增大而快速增加,适宜的氢酯比为10~20。     

浆态床合成二甲醚的研究

考察了合成甲醇催化剂和甲醇脱水催化剂对于浆态床合成二甲醚反应的影响。结果表明 ,甲醇合成催化剂对于CO转化率和二甲醚的选择性都有一定的影响。甲醇催化剂对于合成二甲醚反应的活性顺序为 :HY >γ Al2 O3 >Hβ >HZSM 5 ,反应结果结合NH3 TPD表征 ,认为甲醇脱水生成二甲醚的反应是以弱酸中心为活性中心 ,在强弱酸中心的协同作用下进行的     

羰化氢解法低温合成甲醇的研究Ⅲ.氯化亚铜催化剂体系

研究CuCl作主催化剂在液相合成甲醇和甲酸甲酯的反应。结果表明 ,该反应在低温 36 3-4 0 3K具有很高的催化活性。T =36 3K ,p =5 0MPa,甲醇时空产率可达到 2 0 8gL-1h-1。同时反应温度也影响反应的选择性。实验发现 ,甲醇的初始加入量对催化剂反应活性影响很大 ,最佳值为 2 %。二氧六环是很好的反应溶剂 ,可提高反应活性 ,助剂H的加入可提高催化剂的活性 ,并降低反应温度 ,在 343K时 ,甲醇的时空产率为 40 3g·L-1·h-1;经XRD和XPS AES表征发现 ,催化剂在反应中的活性中心为Cu+ ,反应经过羰化和氢解 2个过程。     

甲醇合成反应稳态工艺过程模拟研究

基于化工流程模拟软件Aspen Hysys(V73),以英国Davy公司开发的联甲醇合成工艺为对象,针对甲醇合成过程中循环气流量高于设计值问题,建立稳态工艺过程模拟,并通过模拟计算分别考察了合成气进入两反应器比例、闪蒸罐分离温度、反应器出口温度和驰放气流量对循环气流量的影响。结果表明,当进料比例在01~1 mol、粗甲醇闪蒸罐分离温度在40~80℃、反应器出口温度在240~280℃、驰放气质量流量介于4~20 t/h之间变化时,循环气的质量流量会在409~1300 t/h之间变化。当有更多原料进入低压甲醇合成反应器,分离温度处于较低值,反应温度处于较低温度区间;驰放气量较大时,甲醇合成系统中循环气的流量会保持在较低的水平;提高驰放气质量流量的方法可以有效降低循环气的流量,减少循环气压缩机负荷,提高甲醇合成系统的操作弹性。     

A SINGLE-STAGE, LIQUID-PHASE DIMETHYL ETHER SYNTHESIS PROCESS FROM SYNGAS III. DUAL CATALYST CRYSTAL GROWTH, DEACTIVATION, AND ACTIVITY CONSERVATION STUDIES

In the liquid phase dimethyl ether (DME) synthesis process, both the methanol synthesis catalyst )composed of CuO, ZnO, and Al₂O₃) and the methanol dehydration catalyst (composed of gamma-alumina) are slurried in the inert oil phase. Various long-term activity checks were conducted on these dual catalysts to characterize the crystal growth and the thermal aging behavior. X-ray powder diffraction, X-ray fluorescence and elemental intensity compositions, and the crystallite size distributions of the aged catalysts were examined. Based on the current investigation, it was established that the crystal growth and the catalyst deactivation problems in the methanol synthesis catalyst are less severe when it is used along with the methanol dehydration catalyst.     

水蒸气处理对HZSM-5分子筛催化合成二甲醚反应性能的影响

采用不同水蒸气处理温度制备了一系列 HZSM-5分子筛,考察了其催化甲醇脱水反应的性能,并以其为甲醇脱水活性组分与铜基甲醇合成活性组分(Cu-ZnO-Al₂O₃ )组成双功能催化剂,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,随着水蒸气处理温度的提高,HZSM-5分子筛的酸性逐渐减弱,从而使甲醇脱水反应的二甲醚选择性逐渐增大。对于催化合成气直接制二甲醚反应,当HZSM-5分子筛在适当温度(500℃)下进行处理时,可使反应产物中 CO₂副产物的选择性明显下降,目的产物二甲醚的选择性显著提高。当处理温度过高(600℃)时,CO的转化率和二甲醚的选择性均明显降低。相同温度下的水蒸气和氨水蒸气处理对 Cu-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5双功能催化剂催化合成气直接制二甲醚反应的性能几乎无影响。     

Effect of Different Ratios of Si-Al of Zeolite HZSM-5 on the Activity of Bifunctional Catalysts Upon Dimethyl Ether Synthesis

Abstract

Four bifunctional catalysts were prepared by physical mixing of a commercial methanol synthesis catalyst (JC207 catalyst, a catalyst for methanol synthesis, which has been industrialized in China) with zeolite HZSM-5 (Si-Al ratios of 25, 38, 50, 150) as a methanol dehydration catalyst. The bifunctional catalyst (JC207/HZSM-5 [Si/Al = 38]) showed better performance, which can be attributed to more acidic sites with moderate strength of zeolite, and which can control methanol dehydration rate, which is a rate determining step.     

A SINGLE-STAGE,LIQUID-PHASE DIMETHYL ETHER SYNTHESIS PROCESS FROM SYNGAS II. COMPARISON OF PER-PASS SYNGAS CONVERSION,REACTOR PRODUCTIVITY AND HYDROGENATION EXTENT

ABSTRACT

In part I of this series on the development of a single-stage, liquid-phase dimethyl ether (DME) synthesis process from syngas, the process feasibility and the process variable effects on the dual catalyst activity were discussed. This part focuses on the comparison of the single-stage reactor productivity of liquid phase methanol synthesis to that of the co-production of methanol and DME. It is experimentally demonstrated that the single-stage reactor productivity for the co-production of methanol and DME could be as much as 60% higher than that for liquid phase methanol synthesis alone. Along with this, a 50% increase in the syngas conversion is also obtained. Further, this approach is shown to co-produce methanol and DME in any fixed proportion, ranging from 5% DME to 95% DME, at significant synthesis rates of DME.     

Zr－Mn－K体系催化剂上甲醇和异丁醇的合成

采用共沉淀法制备了Ｚｒ－Ｍｎ－Ｋ催化剂，并同于ＣＯ／Ｈ２合成甲醇、异丁醇。考察了元素组成、焙烧温度、浸钾顺序、成型方法和工艺条件对合成醇反应的影响。     

Zr－Mn－K体系催化剂上甲醇和异丁醇的合成

采用共沉淀法制备了Ｚｒ－Ｍｎ－Ｋ催化剂，并同于ＣＯ／Ｈ２合成甲醇、异丁醇。考察了元素组成、焙烧温度、浸钾顺序、成型方法和工艺条件对合成醇反应的影响。     

浆态床合成二甲醚复合催化剂失活的初步研究

在温度240-280℃、压力5.0 MPa的反应条件下,考察了浆态床反应器中甲醇脱水催化剂和甲醇合成催化剂的稳定性。研究发现,甲醇合成催化剂稳定性对二甲醚复合催化剂有较大的影响。实验结果表明,在200 h的稳定性实验中,甲醇脱水催化剂改性γ-Al2O3稳定性较好,而甲醇合成催化剂CuZnAl(O)失活较快。复合催化剂的失活主要是由于甲醇合成催化剂的失活造成的。