担载型MoC催化剂的制备及其催化剂加氢转化反应性能研究——学年论文.docx

二氧化碳催化加氢制甲醇研究进展

郑健

摘要

随着全球经济的发展，人类向大气中排放的二氧化碳正对地球生态系统、社会发展、人类健康以及生活质量产生着日益严重的影响，控制二氧化碳排放已成为全球性的战略目标，C02的回收转化利用是重要途径之一。因此，研究开发二氧化碳的有效活化和固定化技术成为C，化学的前沿课题之一，它的实际意义不仅在于能够有效降低CO2排放量，而且能够利用自然界中廉价而丰富的碳资源合成重要的化工产品，“催生”一系列绿色合成工艺，在环境保护、变革化工原料结构等方面形成良性循环。

关键词：催化剂甲醇加氢转化二氧化碳

1.1二氧化碳的来源

二氧化碳的来源有：生物的呼吸作用、化石燃料的燃烧、石灰石煅烧制石灰过程等。当然，大量化石燃料的燃烧是空气中二氧化碳的主要来源。在过去的几个世纪，煤、石油、天然气这些富含碳的化石燃料的使用已经使人类的发展拥有了前所未有的繁荣和进步。然而，二氧化碳在大气中的浓度也因此由工业革命以前的280ppm升至2010年的390ppm，并且有专家预测在本世纪末大气中的二氧化碳浓度将会达到570ppm[4]。而这全球性的温室效应将给人类的生活带来巨大的困扰，如气候变暖，土地干旱、沙漠化严重等。

1.2二氧化碳的利用

以气态、液态和固态等各种形式存在的二氧化碳在工业和国民经济各部门中具有广泛的用途,主要包括物理、化学等应用方式。如图给出了二氧化碳的直接或间接的用途。

二氧化碳的物理应用是指利用它的物理性能,如在啤酒、碳酸饮料中的应用;作为惰性气体用于气体保护焊;作为汽车空调制冷剂、空调保鲜剂;作为干冰及研磨清洗;作为灭火器、喷枪等的压力剂;作为固化硬化剂;利用液体、固体二氧化碳的冷量用于食品蔬菜的冷藏、贮运;果蔬的自然降氧、气调保鲜剂,以及超临界二氧化碳萃取等行业。

二氧化碳的化学应用主要是利用二氧化碳分子的化学特性,通过化学、光学、电学、生化等转化途径,生产含碳化学品。主要表现在无机和有机精细化学品、高分子材料等的研究应用上。从而在实现二氧化碳固定的同时实现了资源化利用,以下列举了几个二氧化碳的化学利用途径。

1.2.1CO2重整CH4制备合成气

合成气(H2+CO)是一种重要的化工原料,被誉为“合成工业的基石”。目前主要是通过CH4水蒸气重整的方法制备合成气,见式(1.1)。

CH4+H2O→CO+3H2(1.1)

该过程在世界各地都得到了广泛的应用,但目前仍然存在催化剂积炭严重,能耗高等问题,同时,该过程所制得的合成气H2/CO摩尔比偏高,不利于合成气的进一步转化。针对近年来CH4一CO2重整反应【见式(1.2)」的研究逐渐升温,这一过程将两种价格低廉的温室气体转化为合成气,兼具环保效益和经济效益。

CH4+CO2→2CO+2H2(1.2)

1.2.2CO2直接加氢合成甲醇

因为能减少二氧化碳的排放,二氧化碳加氢合成甲醇已经引起了很多人的兴趣,与一氧化碳加氢合成甲醇相比,二氧化碳加氢可以在更低温度下获得更高的甲醇选择性,当然这个反应目前还存在很多问题。二氧化碳用在加氢合成甲醇反应中时,氢气的来源是一个基本问题。当考虑二氧化碳释放量时,生产过程中产生的二氧化碳要少于甲醇合成过程中消耗的二氧化碳。

传统的甲醇生产是用CO和H2为原料,原料气CO和H2的制取方法,一般用煤、天然气、炼厂气、油田伴生气、汽油和重油等制取,这就都需要消耗宝贵而又有

2.3.3中压法制甲醇

中压法是在低压法的基础上发展起来的，操作压力为10MPa。它克服了高压法和低压法的缺点，有效的降低了甲醇的生产成本。

目前，工业上甲醇合成的原料气大多采用合成气(CO、H2)，其中合成气是由煤或天然气为原料制成的，这样甲醇的生产成本受煤和天然气的价格影响较大。二氧化碳资源丰富，所以人们对二氧化碳加氢制甲醇的研究越来越多。另外，从反应放出热量的角度考虑，相比于一氧化碳加氢合成甲醇的反应，二氧化碳加氢合成甲醇反应放出的热量明显要低很多，这样在反应过程中，有助于防止催化剂床层温度的飞温，使催化剂床层的温度更容易控制，也有利于延长催化剂的寿命。

3二氧化碳催化加氢合成甲醇催化剂的研究现状

甲醇催化剂的制备是衡量合成甲醇工业技术水平高低的关键技术之一,甲醇工业的发展很大程度上取决于催化剂的研制及其性能改进。在甲醇生产中,很多工业指标和操作条件都是由催化剂的性质决定的。随着甲醇工业的快速发展,对甲醇合成催化剂的研究开发提出了更高的要求。国内外研究人员都在积极开发、应用新型甲醇合成催化剂,以提高甲醇的产量和质量,节约能源,降低成本。

甲醇合成催化剂一般可分为锌铬催化剂、铜基催化剂、钯系催化剂和钼系催化剂。

3.1锌铬催化剂

锌铬(ZnO/Cr2O3)催化剂是一种高压固体催化剂,由德国BASF公