乙二醇和液體燃料合成的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)生物質(zhì)儲(chǔ)量豐富，將生物質(zhì)先氣化制取合成氣，后合成液體燃料和化學(xué)品是一種新的綠色能源生產(chǎn)路線。甲醇和乙醇是常規(guī)的液體燃料，可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力燃料；而乙二醇是一種非常重要的化工原料，可用于生產(chǎn)表面活性劑、炸藥等。將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲醇、乙醇和乙二醇，對(duì)保障我國(guó)的能源安全具有重要的意義。
　　 本文首先針對(duì)生物質(zhì)基原料氣的特點(diǎn)，基于Aspen Plus軟件平臺(tái)，構(gòu)建了生物質(zhì)基合成氣合成甲醇的熱力學(xué)模型。考察了不同溫度、壓力和氫碳

2、比時(shí)體系的平衡組成，及其對(duì)CO、CO2平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇平衡收率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，甲醇產(chǎn)率隨著溫度的升高而下降，隨著壓力的增大而增大。提高合成氣中的H2/(CO+CO2)比例，降低CO2/CO比例，可以大幅度提高甲醇的產(chǎn)率。在CO和CO2共加氫的反應(yīng)中，CO的轉(zhuǎn)化占主導(dǎo)地位。
　　 其次本文應(yīng)用量子化學(xué)軟件Gaussian模擬計(jì)算了CO在Cu團(tuán)簇表面的吸附，并構(gòu)建了CO與H2在Cu原子表面反應(yīng)生成甲醇的反應(yīng)路徑，并計(jì)算了各基元反應(yīng)

3、的過(guò)渡態(tài)。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，CO均以C端連接過(guò)渡金屬原子，并以頂位吸附為主。CO加氫的第一步是吸附的CO插入到羥基中的O-H中，該步反應(yīng)的反應(yīng)能壘最大；該反應(yīng)的主體主要由O端與金屬原子結(jié)合；吸附在金屬表面的羥基在整個(gè)反應(yīng)中起到催化劑的作用；該反應(yīng)過(guò)程整體是個(gè)吸熱反應(yīng)。
　　 本文自制了Cu-Zn/SiO2催化劑，并對(duì)其進(jìn)行活性評(píng)價(jià)和表征?；钚詫?shí)驗(yàn)分析了溫度、壓力、氫酯比和Zn負(fù)載量對(duì)草酸二甲酯轉(zhuǎn)化率和乙醇、乙二醇、乙醇酸甲酯收率的影響及

4、變化規(guī)律。一定的溫度和壓力范圍以及恰當(dāng)?shù)臍漉ケ扔欣谝叶己鸵掖嫉闹迫?。Zn負(fù)載量為5％的催化劑的適用于制取乙二醇，Zn負(fù)載量為10％的催化劑適用于制取乙醇，Zn負(fù)載量為15％的催化劑適用于制取乙醇酸甲酯。催化劑的表征結(jié)果顯示，CuO晶體在SiO2表面分布均勻，且兩者直接結(jié)合緊密；ZnO晶體由于太小而沒(méi)有被檢測(cè)到。催化劑的還原過(guò)程主要是由體相的Cu2+直接還原為Cu0。隨著Zn的負(fù)載量的增加，催化劑比表面積減小，而孔容和平均孔徑均增加。