乙酸催化加氢制乙醇催化剂的初步研究

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乙醇是重要的有机化工原料和溶剂,近年来作为燃料添加剂发展迅速。乙醇传统的制备方法有生物质发酵法和乙烯水合法,前者是以粮食为原料的生产路线,后者是以石油为原料的生产路线。鉴于我国粮食安全的重要性和石油资源的匮乏,这两条生产路线都不满足我国可持续发展的要求。煤基乙酸直接催化加氢过程操作简单。长期看来,发展煤质液体燃料乙醇可发挥煤炭资源的优势,节约和替代石油,是新型煤化工行业一个新的发展方向。所以,开发出一种高效的乙酸催化加氢催化剂对于我国的能源发展具有重要的战略意义。本课题中采用等体积浸渍法制备一系列的钴基催化剂,通过自制积分反应器对乙酸进行催化加氢生成乙醇,以乙酸在催化反应中的转化率和乙醇的选择性作为催化剂的评价指标,结合BET、XRD等表征测试手段,分别考察活性金属Co含量、载体焙烧温度、助剂Pt负载量对催化性能的影响。对优选出的催化剂考察反应条件对其催化性能的影响,优化反应条件。得到的主要结论有:1.金属Co负载量对催化性能的影响活性金属的负载量为20%以下时,催化活性很低,只有少量的乙酸转化,乙醇的选择性也较低。但当Co负载量达到20%以上时,乙酸的转化率明显上升,且乙醇也具有较高的选择性,在25%-30%之间是较合理的金属负载量。2.载体焙烧温度对催化性能的影响当活化温度低于550℃时,硅胶的物性变化主要发生烧结作用,焙烧温度对硅胶形态的影响很小,但焙烧温度升高时,硅胶比表面积和孔容同时下降,硅胶表面的羟基得以脱除,因而负载得到的催化剂具有更强的活性;活化温度升高至600℃时,烧结作用使比表面积继续减小,而同时高温破碎作用使硅胶孔径变小,催化活性降低。所以,活化温度为550℃为宜。3.助剂Pt对催化性能的影响贵金属Pt负载量低于0.5%时,催化剂的活性明显增强,尤其是乙醇选择性随之迅速增大,且反应稳定。但当Pt负载量超过0.5%时,活性增强的趋势减缓。因此,在选取第二金属负载量时,0.5%是较适宜的。XRD表征结果显示,Pt的添加使催化剂非晶态成分减少,并形成了更明显的CoSi合金衍射峰。4.工艺条件对催化剂25%Co-0.5%Pt/SiO2的影响和优化考察反应温度(T)、反应压力(P)、乙酸液体体积空速(LHSV)、氢气与乙酸的摩尔比(n)等工艺条件对乙酸转化率和乙醇选择性的影响。通过正交实验确定所选催化剂的最佳工艺条件为:反应温度290℃,反应压力7.0 MPa,乙酸液体空速0.5 h-1,氢气与乙酸摩尔比28。
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