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1、合成甲醇催化劑改性研究1緒論1.1引言從上世紀后期到木世紀初，環(huán)境問題日益凸顯，在眾多環(huán)境問題中最令公眾關注的就是全球氣候變暖，即溫室效應co2是造成溫室效應的主要氣體，如何抑制全球變暖并對C02進行資源化利用引起了世界各國的普遍關注，對其的研究也不斷地深入。C02是重要的碳源，利用C02催化加氫合成甲醇是二氧化碳的化學固定方法之一，受到國內外化學工作者的廣泛關注，并取得了一系列的研究成果〔街〕。甲醇是重要的C］化工產品同時也是重要的化工原料，主要應用于甲醛、醋酸、甲酸甲酯等冇機產品的生產，它們是生產藥品、染料、香料和涂料的原料，同時甲
2、醇也是一?種新型的清潔燃料，可以單獨或者與汽油混合作為汽車燃料。CO2代替co加氫合成甲醇的研究己經成為合成甲醇催化反應過程屮重要的研究領域，在化學工業(yè)和環(huán)境保護領域有著優(yōu)良的應用前景，對緩解溫室效應具有很重要的現(xiàn)實意義。二丁一世紀如何對溫室氣體進行控制以及資源化利用已成為大氣污染控制的新焦點，其屮C02加氫催化合成甲醇技術備受關注。1.2甲醇的各種用途甲醇化分子式為CH3OH,相對分子質量為32.04,它是最簡單的化學品之一。甲醇的應用非常廣泛，是一種重要的有機化工原料，主要應用于冇機合成、醫(yī)藥、農藥、涂料、汽車、國防工業(yè)等行業(yè)中，在
3、國民經濟的發(fā)展中起著越來越重要的作用。1.2.1甲醇用作有機化工原料甲醇的需求量在近年來增長平穩(wěn)，在傳統(tǒng)的應用領域中，甲醇主要用于甲醛的生產。甲醛可以用來生產木材加工業(yè)的膠粘劑，其次用作膜塑料、涂料、紡織物、紙張的處理劑。在新的應用領域，甲醇還可以作為醋酸、甲丙基烯酸甲酯、MTBE、縮酸樹脂以及特種化學甜1,4■丁二醇的生產，這些有機產品的增長速度很快，但不會明顯改變甲醛口前的總體需求狀況叫為著化工得到長足發(fā)展，甲醇作為原材料在合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝方面受到重視。甲醇做為原料在農藥、醫(yī)藥、染料和合成纖維的工業(yè)生產中也有著重要的地位
4、，甲醇述可以通過生物發(fā)酵制取甲醇蛋白，在飼料生產屮用作添加劑。甲醇作為重要的化工原料，在有機合成方面有著廣闊的應用前景。1.2.2甲醇用作混合燃料甲醇是重要的有機化工原料，還可以作為車用燃料和能源，而且性能優(yōu)良。在尋找汽油的替代燃料過程中，醇瞇類燃料具有很大的應用潛力和發(fā)展前景。甲醇和二甲醴可以按照一定比例配制成醇儲燃料，這種新型燃料燃燒率和熱效率均高于液化氣，該燃料還克服了甲醇燃料的齊種缺點?？梢詫醇直接摻入汽油作為T醇■汽油燃料，而且對于T醇摻入汽油的混合燃料，低濃度甲醇混合燃料已經得到廣泛的商業(yè)應用。由于受到卬醇燃燒性能的限制，
5、對汽油發(fā)動機進行合理改造使其達到最佳性能是今后甲醇■汽油燃料的研究發(fā)展趨勢〔9〕。和汽油發(fā)動機一樣，為了能在柴油機上使用甲醇燃料，人們希望配制成甲醇■柴油混合燃料以便在柴油機上使用。由于甲醇幾乎不溶于柴油，必須加入足夠的助溶劑才能提高燃料的混合度。因此混合燃料的配制和柴油機的改造引起了各國的重視，我國已經開始重視這方面的研究和示范工作［⑼。1.2.3甲醇用作燃料電池原料甲醇易于和水蒸氣重整轉化為氫，常態(tài)下為液體，便于貯存和運輸，冇著豐富的來源，是一種理想的用于電動車燃料電池的貯氫介質。由于氫和天然氣不利于貯存和運輸,致使在燃料電池使用方
6、面受到限制，甲醇便被認為是最好的氫轉化介質，因此甲醇作為燃料電池的燃料受到很大重視。除了以甲醇通過水蒸氣重整制氫作為燃料屯池的原料外，還冇直接以甲醇為燃料的燃料屯池也正在研究和開發(fā)中。前者稱為間接式甲醇燃料電池，后者稱為直接式燃料電池。各國相繼對甲醇燃料電池進行深入的研究，說明甲醇燃料電池在未來的重要性與可行性，甲醇是最有前途的潔凈燃料［H-12］o1.3加氫合成甲醇催化劑體系甲醇作為現(xiàn)代化工工業(yè)中最重要的化工原料之一，甲醇工業(yè)的發(fā)展依賴于催化劑的研發(fā)及其相應的操作條件，因此不同的甲醇生產工藝就有不同的催化劑以及相應的反應器來實現(xiàn)。早期
7、的合成甲醇工業(yè)催化劑是鋅鎔(Zn/Cr)催化劑，曲德國BASF公司于1923年首先開發(fā)成功。但鋅鎔(Zn/CQ催化劑反應活性低，需在高溫高壓的操作條件下反應，催化劑的耐熱性、抗毒性、機械性能才能令人滿意。自二十世紀60年代開始，英國的ICI公司和徳國的Lurgi公司相繼研制出銅基催化劑后，世界上幾乎所冇的甲醇合成廠家都在使用銅基催化劑。鋅銘催化劑逐漸被淘汰，銅基催化劑逐步成為合成甲醇工業(yè)的主導催化劑。我國的合成甲醇催化劑研究始于二十世紀60年代末期，先后開發(fā)出了C207、C301、C302、C302-kNC?501、NC-306等合成甲
8、醇催化劑。隨著國內外的合成甲醇催化劑的不斷更新?lián)Q代，合成甲醇催化劑的研究朝著低溫低壓、低能耗、高活性、高選擇性、高熱穩(wěn)定性和高機械強度的方向發(fā)展〔四。目前，合成甲醇催化劑有三人類：銅系催化劑、非銅系催化劑以
