co2h2反應(yīng)過(guò)程中催化劑的研究本科畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2025-06-22 18:55本頁(yè)面
【正文】 3250240624309636425022797528384252502299782859016250240871302874表36 催化劑樣品6的平行測(cè)定序號(hào)溫度（℃）壓力（MPa）原料氣CO2峰面積尾氣CO2峰面積CO2相對(duì)轉(zhuǎn)化率％125024819132694422502346233075893250227094294175425024183231435252502320102932736250229867295157 CO2反應(yīng)結(jié)果分析與討論1. 反應(yīng)溫度對(duì)催化活性的影響圖31 樣品1的活性隨溫度的變化情況圖32 催化劑樣品2的活性隨溫度的變化由表 32，和表 33 可以看出催化劑的活性隨溫度的不同而變化，這主要是由熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素決定的。CO2的加氫制取甲醇的過(guò)程主要涉及兩個(gè)反應(yīng)。CO2＋3H2CH3OH＋H2OCO2＋H2CO＋H2O主反應(yīng)（1）為放熱反應(yīng)，副反應(yīng)（2）為吸熱反應(yīng)。因此，溫度升高不利于CH3OH的生成，而對(duì)CO的生成有利，導(dǎo)致CH3OH選擇性隨溫度的升高而不斷的下降。但在低于250℃時(shí)，由于反應(yīng)遠(yuǎn)離平衡，隨反應(yīng)溫度的提高，兩個(gè)反應(yīng)的速度加快，CO2的轉(zhuǎn)化率和CH3OH的收率在低溫階段隨溫度的升高而增加。當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到250℃以上，由于受熱力學(xué)平衡的限制，反應(yīng)（1）的反應(yīng)速率減慢，使CO2轉(zhuǎn)化率的上升趨于平緩；另一方面，隨著反應(yīng)溫度的不斷升高，反應(yīng)（2）的速度迅速加快，越來(lái)越多的CO2轉(zhuǎn)化為CO，CH3OH的選擇性下降速度加快，因此CH3OH的收率在250℃達(dá)到最大值后開(kāi)始下降。從圖3圖32很明顯的看出催化劑在250℃時(shí)，催化劑活性最高、效果最好。2. 載體對(duì)CO2轉(zhuǎn)化率的影響圖33 各催化劑樣品的活性對(duì)比由表34 可以看出載體的不同對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率有不同的影響。樣品1沒(méi)有加入任何載體，CO2的轉(zhuǎn)化率最低。在后面的幾個(gè)樣品中加入了不同的載體，其轉(zhuǎn)化率有了明顯的提高。說(shuō)明在載體中不但起到骨架作用，而且能分散催化劑的活性組份，使CO2的吸附和轉(zhuǎn)化率提高。同時(shí)提高了催化劑的活性。XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，樣品1 CuO/ZnO 系催化劑結(jié)晶度高，結(jié)晶粒子較大，而樣品2 CuO/ZnO/Al2O3系催化劑結(jié)晶度低，結(jié)晶粒子細(xì)小。這說(shuō)明銅基甲醇合成催化劑中的鋁組份屬結(jié)構(gòu)性助劑。銅基甲醇合成催化劑的還原過(guò)程是指CuO→Cu的過(guò)程。當(dāng)銅鋅比固定時(shí)，CuO/ZnO/Al2O3三組分體系催化劑的還原溫度要高于CuO/ZnO體系催化劑的還原溫度。鋁組分對(duì)CuO的還原有阻滯作用。催化劑的前提結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑催化性能的影響較大，當(dāng)催化劑前體結(jié)構(gòu)為堿式碳酸銅鋅時(shí)，銅鋅辟此分散，催化劑比表面大，銅鋅“協(xié)同作用”好，催化劑活性及選擇性較好。通過(guò)樣品3和樣品4的比較，樣品4的活性比樣品3的活性有明顯的提高。這說(shuō)明樣品4中比樣品3多添加的一組份石墨，使催化劑中的活性組份更充分的分散，通過(guò)比表面積的測(cè)定實(shí)驗(yàn)表明，加入的石墨組份，增大了催化劑的比表面積，從而提高了催化劑的活性。通過(guò)用錳組份全部代替鋁組份的樣品5和其他的加鋁組份試樣比較，用錳組份來(lái)全部代替鋁組份后所獲得的催化劑并不理想。如果用部分的錳組份來(lái)代替鋁組份制得的CuO/ZnO/Al2O3/MnO2系催化劑樣品6，其催化劑性能與CuO/ZnO/Al2O3樣品3及CuO/ZnO/MnO2樣品5相比，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。由此表明，鋁、錳組份間具有協(xié)同促進(jìn)的作用。由圖33可以看出，樣品6（CuO/ZnO/Al2O3/MnO2）的活性最好，其次是樣品4（CuO/ZnO/Al2O3/C）,再次是樣品3（CuO/ZnO/Al2O3）和樣品5 （CuO/ZnO/ MnO2），最差的是樣品2（CuO/ZnO/Al2O3）和樣品1（CuO/ZnO）。由此說(shuō)明在常溫下制作的催化劑，活性最差。而在相同的水浴溫度（70℃）下制作的不同組份的催化劑的活性較好。但是不同的組份配比制作的催化劑之間的活性也有很大的區(qū)別。其中，屬樣品6（CuO/ZnO/Al2O3/MnO2）的活性最高，說(shuō)明CuO/ZnO/Al2O3/MnO2之間得到了最佳的配比，這種類(lèi)型的催化劑值得進(jìn)一步的研究至投入生產(chǎn)。3. 催化劑的穩(wěn)定性圖35 樣品4的穩(wěn)定性測(cè)試圖36 樣品6的穩(wěn)定性測(cè)試由圖34和圖35可以看出，樣品4和樣品6的活性隨著反應(yīng)和重活化次數(shù)的增多，其活性都有不同程度的降低，但總的看來(lái)穩(wěn)定性都還是比較好的，樣品6的穩(wěn)定性較樣品4的穩(wěn)定性要好一些，說(shuō)明樣品6（CuO/ZnO/Al2O3/MnO2）穩(wěn)定性比較好，可以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要。各樣品所得的液體產(chǎn)品甲醇的含量％123456從所采集的各液相的色譜圖中可以看出，所得到的液體產(chǎn)品中甲醇的含量高達(dá)98％，說(shuō)明本次制作的各銅系催化劑的選擇性都比較好，附產(chǎn)物較少，可是說(shuō)達(dá)到了比較理想的效果。(1) 反應(yīng)壓力本固定床微反裝置是一套低壓設(shè)備，(2) 空速及CO2和H2的流量比 所采用的空速為1500h－1，H2和CO2的質(zhì)量比為3。第4章 結(jié) 論本次實(shí)驗(yàn)研究了在CO2＋H2反應(yīng)過(guò)程中催化劑的制備方法對(duì)催化劑活性的影響。催化劑在制備過(guò)程中的影響因素較多包括：CuO/ZnO/Al2O3/MnO2的配比、水浴溫度、沉淀劑、沉淀方式、滴定速度、溶液pH值、陳化時(shí)間、干燥時(shí)間、焙燒溫度、焙燒時(shí)間等。經(jīng)過(guò)本次實(shí)驗(yàn)初步研究的結(jié)果認(rèn)為：1. 水浴的溫度為70℃條件下配制的催化劑活性較好。比在常溫下制作的催化劑有更好的穩(wěn)定性和反應(yīng)活性。其具有較大的孔容積和比表面積。其沉淀時(shí)的pH值控制在8～10之間，其老化時(shí)間為2小時(shí)就可以。2. 在所有制備的催化劑中，CuO/ZnO/Al2O3/MnO2四組分合成的催化劑活性最高，且耐熱穩(wěn)定性好。說(shuō)明CuO/ZnO/Al2O3/MnO2四組分在本體系中得到了最佳配比，是一種可以值得繼續(xù)研究的催化劑，且具有較低的生產(chǎn)成本，其性比價(jià)較高，是可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一種催化劑。具有廣闊的研究前景。CuO/ZnO/Al2O3/MnO2的質(zhì)量配比為1:1::。3. 在本體系中，CO2＋H2合成甲醇的最佳反應(yīng)溫度為250℃，所制的催化劑在250℃是具有較高的活性和選擇性。參考文獻(xiàn)1 ,2002,22 (3):1531562 周學(xué)良主編，－，2002，10：1041093 －，31，2000，12：37404 ，1999，4：485 －ZnO－，21（3），2000，5：24725028
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