草酸二甲酯加氢催化剂的制备及其催化性能的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:gzlwh
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乙二醇(EG)是非常重要的一种化工基础原料。它不仅是用来制备聚酯纤维、聚酯树脂和醇酸树脂的主要单体,同时还是防冻液、胶黏剂、增塑剂、表面活性剂等许多化工产品的原材料。目前,我国对于乙二醇的需求量较大,但是由于我国乙二醇的生产能力还达不到其需求量,导致需要进口大量的乙二醇来缓解其供不应求的现状。因此,乙二醇具有极为广泛的应用前景,而且实现乙二醇工业化生产对我国具有战略性意义。以石油路线为主的生产工艺是目前最常用的乙二醇生产方式,其生产技术较为成熟,但该工艺能耗高、反应条件苛刻且原料为石油,这不符合我国“贫油富煤”的能源现状,因而该合成路线不适用于规模化生产。因此,以合成气为原料的碳一路线引起专家的广泛关注,该工艺的优势在于原料丰富、流程简便且工艺条件较为温和,为乙二醇工业化生产提供了有利的条件。其中,该工艺的关键在于草酸二甲酯(DMO)加氢制乙二醇催化剂的制备,但合成的催化剂存在着副产物较多、稳定性差等问题。因此,开发出新型高效的草酸二甲酯加氢催化剂对这一工艺路线至关重要。首先,本文以技术比较成熟的Cu基催化剂为重点进行研究,分别采用HMS、ZSM-5、HAP、MCM-41为载体,制备出一系列不同载体的Cu基催化剂,并对该系列催化剂的催化性能进行评价。同时,利用XRD、N2低温吸附脱附及FT-IR等表征手段对其进行分析。结果表明,Cu-HMS催化剂的比表面积达到最大,为764.8 m2·g-1,并将合成的催化剂用于DMO催化加氢反应中发现,其中Cu-HMS催化剂的催化性能优势明显。在2.0MPa、205℃、氢酯比为80 mol·mol-1及DMO的液时空速为0.4 h-1的反应条件下,DMO转化率为99.45%,而EG选择性为93.63%。同时我们也对DMO催化加氢反应的反应机理进行了研究总结。其次,在上述的实验研究基础之上,以十六胺为模板剂,采用水热合成法制备了一系列不同铜负载量的Cu-HMS催化剂,并考察了其对草酸二甲酯加氢制乙二醇反应的催化性能。同时,通过XRD、N2低温吸附脱附、FI-IR、H2-TPR及TEM等手段对催化剂进行了系统表征。结果表明,铜负载量对催化剂活性组分的分散性和载体之间的相互作用力影响很大。实验结果发现,以20%铜负载量制备的Cu-HMS催化剂催化性能优势较为明显。并考察反应条件(催化剂用量、温度、压力及氢酯比等)对该催化剂催化DMO加氢反应的影响,从而筛选出最佳工艺条件:催化剂用量为1.2 g、反应温度为205℃、压力为2.0 MPa、氢酯比为80 mol·mol-1及DMO液时空速为0.4 h-1。在这一条件下进行反应得出:草酸二甲酯的转化率接近100%,乙二醇的选择性高达98%。
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