纳米铁基催化剂在CO2加氢制烃中的性能

使用尿素沉淀凝胶、机械混合和等体积浸渍相结合的方法, 制备了一系列的纳米尺寸FeK-M/γ-Al2O3(M=Cd,Cu)催化剂, 采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2物理吸附、X射线衍射(XRD)光谱和H2程序升温还原(H2-TPR)仪对催化剂进行表征, 并在小型固定床反应器上考察其对 CO2加氢反应的催化性能. 结果表明:3 MPa, 400℃, 3600 h-1, H2/CO2摩尔比为3的条件下, 15%(w, 下同)Fe10%K/γ-Al2O3催化剂可稳定运行100h 以上, CO2转化率为51.3%, C2+烃类的选择性达62.6%. Fe含量降至2.5%时, C2+烃类的选择性仍能达到60.0%. 随着 K 含量由 0%增加至 10%, 低碳烯烃选择性增加, 烯烷比增加至 3.6. Cd 和 Cu 助剂可促进 Fe 物种的还原, 改善目的产物的分布, 其中Cu的加入使低碳产物烯烷比增至5.4, Cd的加入使C5+产物选择性增加了12%.

丁烯催化裂解反应中的C—H键型副反应和化学平衡问题

用小型固定床反应器以及氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附红外光谱(Py-IR)研究了醚后碳四液化气中的丁烯在改性纳米ZSM-5沸石催化剂上的催化裂解反应.结果表明,丁烯催化裂解反应的丙烯选择性主要受氢转移和脱氢反应制约.这些C—H键型反应生成烷烃和芳烃副产物,并导致催化剂积炭.低温有利于氢转移(尤其异丁烯的氢转移反应),高温有利于脱氢.脱氢反应需要强酸中心,但氢转移反应在弱酸中心上也能进行.因此,通过改性降低催化剂的酸度虽然可以有效抑制C—H键型副反应,甚至消除脱氢副反应,却不能完全阻止氢转移副反应.在450℃以上的高温下,产物丙烯生成丁烯和乙烯的歧化反应,以及正丁烯向异丁烯的异构化反应导致了丁烯转化率的降低.

碳四液化气在离子浸渍改性纳米HZSM-5沸石上的转化反应研究

在小型常压固定床反应器中研究了不同离子浸渍改性对纳米ZSM-5固体酸催化剂上丁烷和丁烯转化的影响.结果表明,混和碳四中异丁烷比正丁烷易转化,丁烯异构体的转化与其在原料中的含量有关.在贫烯烃原料中,丁烯倾向于生成.在富丁烯原料中,丁烯倾向于转化.但在两种情况下,产物中各丁烯含量大体上按异丁烯、顺反-丁烯-2和丁烯-1顺序递减.采用锌离子改性时异丁烷转化率提高、正丁烷转化率降低.锌离子改性有利于芳烃选择性,但是副产物甲烷和乙烷的产率也较高;铁离子改性对丁烷和丁烯的转化影响不大,但能减少甲烷和乙烷的生成,并提高芳烃选择性;与锌改性相比,锌钠双离子改性降低了异丁烷、正丁烷和丁烯-1的转化率,减少了芳烃产率,但能明显促进丙烯和丁烯的生成.上述结果为碳四液化气综合利用提供了有益信息.

甲醇制烃(MTH)反应热力学研究

对甲醇制烃反应体系进行了热力学分析,计算了不同温度下各反应的焓变、吉布斯自由能变和反应平衡常数,采用平衡常数联立方程法估算了甲醇转化生成C2-C10烃的热力学平衡组成.计算结果表明:甲醇制烃为强放热反应,1 mol甲醇转化最大放热量约为90 kJ/mol;甲醇制烃体系中除甲醇脱水之外,大部分反应均可视为不可逆过程;高温低压不利于烷烃生成物,有利于芳烃和烯烃生成物.对计算结果与实验结果进行了比较,数据变化趋势较为一致.计算结果表明,甲醇制烃体系不受热力学的控制,催化剂的选择和反应条件的选择至关重要.