提高熔铁催化剂低碳烯烃选择性的研究

论文摘要

低碳烯烃（乙烯、丙烯和丁烯等）是重要的有机化工原料,在国民经济中占有十分重要的地位,合成气通过费-托（F-T）合成直接转化为低碳烯烃具有重要意义。熔铁催化剂价格低廉,制备简单,在该反应中具有较高的活性和低碳烯烃选择性。母体相组成和助催化剂对提高熔铁催化剂低碳烯烃选择性具有重要影响,所以本论文重点对母体相组成,助催化剂和反应条件对熔铁催化剂低碳烯烃选择性的影响进行了详细的研究,并通过XRD、TPD、TG-DTG和SEM-EDS等表征手段对催化剂进行了表征,得到了以下主要结论:（1）母体相组成对熔铁催化剂的费托合成反应的转化率以及低碳烯烃选择性具有显著影响。母体相组成n（Fe2+）/n（Fe3+）为1.0左右时,低碳烯烃选择性最高,为50.59%。CO2-TPD表明,n（Fe2+）/n（Fe3+）为1.0左右时,熔铁催化剂表面碱性最强。（2）钾助剂的加入能大幅度提高低碳烯烃选择性,但实验表明,K助剂的最佳加入量是2%,当K2O含量超过2%时,CO转化率和低碳烯烃选择性随着反应时间的延长逐渐降低。（3）Sm2O3和混合稀土 RE含量对低碳烯烃选择性的影响很明显,对于母体相组成n（Fe2+）/n（Fe3+）为1.0左右的熔铁催化剂,Sm的最佳含量是1.5%,RE的最佳含量是0.5%。（4）L8（27）实验方差分析表明,ZnO和Ti02的加入能提高低碳烯烃选择性,V205和Mo03的加入会降低低碳烯烃选择性,在温度583 K,压力2.0 MPa,空速11400 h-1,氢碳比1.6反应条件下,正交实验最优组合时的CO转化率为73.5%,低碳烯烷比为5.31。（4）反应条件研究结果表明,空速、压力、温度、H2/CO比对熔铁催化剂低碳烯烃选择性有很大影响。熔铁催化剂制低碳烯烃最适宜的反应条件是:空速11400 h-1,压力1.0 MPa,温度583 K,氢碳比 1.6。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述和研究内容
• 1.1 引言
• 1.2 费托合成液体燃料和化工原料的意义
• 1.3 合成气制取烯烃的工艺
• 1.3.1 间接法—甲醇裂解制取低碳烯烃工艺
• 1.3.2 间接法—合成气经由二甲醚制取低碳烯烃[21]
• 1.3.3 直接法—合成气直接制取低碳烯烃
• 1.4 影响费-托合成低碳烯烃选择性的主要因素
• 1.4.1 热力学限制
• 1.4.2 动力学影响因素
• 1.4.2.1 反应器类型
• 1.4.2.2 催化剂的因素
• 1.4.2.3 工艺条件的影响
• 1.5 合成气直接制低碳烯烃催化剂的研究进展
• 1.5.1 金属氧化物催化剂
• 1.5.2 负载型催化剂
• 1.5.3 超细粒子催化剂
• 1.6 选题依据、目的和意义
• 1.7 研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验试剂
• 2.2 熔铁催化剂制备
• 2.3 催化剂活性评价
• 2.3.1 实验流程
• 2.3.2 实验方法
• 2.3.3 产物分析
• 2.3.4 F-T合成反应性能指标的计算
• 2.3.5 F-T合成反应气态烃产物的分布计算
• 2.4 催化剂表征
• 2.4.1 二价铁与三价铁之比测定
• 2.4.2 X射线衍射分析
• 2.4.3 SEM-EDS表征
• 2.4.4 TG-DTG表征
• 2-TPD表征'>2.4.5 CO₂-TPD表征
• 参考文献
• 第三章 母体相组成对熔铁催化剂低碳烯烃选择性的影响
• 3.1 母体相组成对熔铁催化剂F-T合成反应性能的影响
• 3.2 不同母体相组成熔铁催化剂的表征
• 3.2.1 催化剂的TG-DTG表征
• 2-TPD表征'>3.2.2 催化剂CO₂-TPD表征
• 3.2.3 催化剂XRD表征
• 3.2.4 催化剂SEM表征
• 3.2.5 催化剂EDS表征
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 助催化剂对熔铁催化剂低碳烯烃选择性的影响
• 4.1 钾助催化剂的影响
• 4.1.1 K助剂对熔铁催化剂F-T合成反应性能的影响
• 4.1.2 K助剂对熔铁催化剂低碳烯烃选择性的影响
• 4.2 钐助催化剂的影响
• 4.2.1 Sm助剂对熔铁催化剂F-T合成反应性能的影响
• 4.2.2 Sm助剂对熔铁催化剂低碳烯烃选择性的影响
• 4.2.3 Sm对熔铁催化剂物相结构的影响
• 4.2.4 不同Sm含量熔铁催化剂的SEM表征
• 4.2.5 不同Sm含量熔铁催化剂的EDS表征
• 4.3 混合稀土助催化剂的影响
• 4.3.1 RE对熔铁催化剂F-T合成反应性能的影响
• 4.3.2 RE助剂对熔铁催化剂低碳烯烃的影响
• 4.3.3 催化剂TG-DTG表征
• 8（2⁷）正交实验'>4.4 L₈（2⁷）正交实验
• 4.4.1 正交实验的设计
• 4.4.2 正交实验极差、方差分析
• 4.4.3 正交实验最优组合
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 反应条件对熔铁催化剂低碳烯烃选择性的影响
• 5.1 合成气空速的影响
• 5.1.1 空速对F-T合成反应性能的影响
• 5.2 反应压力的影响
• 5.2.1 压力对F-T合成反应性能的影响
• 5.3 反应温度的影响
• 5.3.1 温度对F-T合成反应性能的影响
• 5.4 原料气氢碳比的影响
• 5.4.1 氢碳比对F-T合成反应性能的影响
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 论文总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.1.1 不同母体相组成的影响
• 6.1.2 助催化剂的影响
• 6.1.3 反应条件的影响
• 6.2 本论文的创新之处
• 6.3 今后工作展望
• 附录
• 致谢