合成气制备低碳烯烃泡沫结构催化剂的研究
低碳烯烃是重要的化工原料，主要以石油为原料进行生产。而我国原油对外依存度高。近年，以煤炭、生物质等原料为碳源，经由合成气(CO+H2)生产低碳烯烃取得了一定的进展。其中，费托合成直接制低碳烯烃(FTO)工艺简洁，设备和操作运行投入低，因此受到关注。而费托合成(FTS)产物分布广泛，为提高低碳烯烃的收率，需要对催化剂进行优化设计。本文以两类泡沫材料为载体，分别为泡沫铁(FPI)和泡沫碳(CF)，研究了不同大孔催化材料的FTO性能。 首先，使用泡沫铁为载体。探究得到最合适的氧化工艺为:预处理后和负载助剂之后，均采用120℃加热12h。之后，分别探索不同的助剂负载方式对泡沫铁FTO性能的影响。以0.1mol/LNaOH表面化学处理制备的催化剂性能出色，对CH4选择性低至10.59％，低碳烯烃选择性为36.87％，C2-C4烯烷比(O/P)高达15.56。以过量浸渍法负载0.5wt％Na助剂的泡沫铁也展现出优异的性能，其对CH4选择性为14.40％，低碳烯烃选择性可达到42.68％，C2-C4烯烷比高达14.18。此外，还通过对催化剂进行H2-TPR、SEM和CO2-TPD表征，研究催化剂的理化性质与性能之间的联系。 以软模板法自行合成出泡沫碳，通过SEM和N2物理吸附-脱附表征，证实其为开放互通的大孔材料。为了提高泡沫碳负载铁催化剂的低碳烯烃产率，经过探究，得到最佳的操作条件为:300℃下N2气氛下煅烧3h，350℃合成气还原10h，300℃反应，反应空速W/F=10gcat·h·mol-1。为研究该催化剂反应过程中，转化率和烯烷比变化的内在原因，对不同反应阶段的催化剂进行XRD和XPS表征，发现随着反应的进行，有更多的铁碳化合物生成。在此基础上，为了进一步提高低碳烯烃的得率，探究K助剂的促进作用;当K负载量为0.5wt％时，转化率为56.61％，对低碳烯烃选择性高达39.02％。
泡沫铁;泡沫碳;费托合成;低碳烯烃;碱金属助剂
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
张燚
2021
中文
O643.36
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）