合成气制备低碳烯烃钴基催化剂的研究

发布时间：2017-10-25 04:13

  本文关键词：合成气制备低碳烯烃钴基催化剂的研究

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【摘要】：费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis, FTS)是指在催化作用下将合成气(CO和H2)转换成脂肪烃和含氧化合物的过程。由于费托合成能够将煤、天然气等资源作为原料,通过高效转化生成清洁燃料,且因石油资源的供不应求,使得FTS备受关注。FTS产物为混合物,主要为直链烷烃,产物分布宽,遵循Anderson-Schultz-Flory (ASF)分布,因此通过研究新型催化剂来提高低碳产物的选择性成为当前研究热点。本文通过制备五种不同形貌的C0304(颗粒、片状、球型、立方体、棒状)催化剂,通过XRD、TPR、SEM、TEM、XPS表征手段分析催化剂的物理化学性质,考察了不同形貌催化剂对费托合成反应结果的影响,考察对低碳(C2=-C4=)选择性影响。通过制备负载型催化剂,考察助剂、载体、浸渍方法等因素对催化剂性能的影响。采用水热法制备了五种不同形貌的催化剂,分析了催化剂的物相组成、晶格结构、晶面、晶粒大小、还原性等性质对FTS反应性能的影响。结果表明：五种催化剂中,颗粒形和片状C0304催化剂属于HCP晶型,晶粒直径小,还原度较高,催化活性较高,链增长能力较弱,易生成低碳烯烃；棒状C0304催化剂甲烷选择性较高,立方体与球形C0304催化剂C2=-C4=选择性高,但转化率太低。因此综合考虑,颗粒与片状催化剂的FTS催化性能最好。采用浸渍法制备了不同Mn含量的Mn/Co3O4催化剂。结果表明,添加助剂Mn影响了CO周围的电子密度,抑制催化剂加氢能力同时抑制链增长,使产物向着低碳方向进行,有利于低碳烯烃生成10%Mn/Co3O4催化剂的O/P为3.75,C2=～C4=选择性达到48.44%。考察了Q50载体对催化剂的活性与产物选择性影响。采用分布浸渍法制备一系列不同Mn含量的Mn/Co304/Q5o催化剂。结果表明,由于Q50的孔径较大,能减少产物在催化剂中的停留时间,防止产物因停留时间较长而引起的二次加氢,加上Mn助剂对催化剂的影响,使得低碳烯烃产物的选择性较高。且用一步浸渍法制备10Mn/C03O4/Q50催化剂与分布浸渍法进行对比,进一步证明Mn在催化剂表面的作用。
【关键词】：费托合成 低碳烯烃 Co_3O_4催化剂 锰助剂 二氧化硅 浸渍法
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ529.2;O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 文献综述13-33
• 1.1 FTS研究背景13-19
• 1.1.1 我国能源现状13
• 1.1.2 低碳烯烃研究现状13-16
• 1.1.3 费托合成技术16-19
• 1.2 FTS技术研究进展19-30
• 1.2.1 费托合成催化剂研究19-23
• 1.2.2 费托合成反应工艺及反应器23-27
• 1.2.3 费托合成反应机理27-30
• 1.3 本课题的研究任务30-33
• 1.3.1 本课题的研究意义与目的30-31
• 1.3.2 本课题的主要研究内容31-33
• 第2章 实验设备及表征方法33-37
• 2.1 实验药品及实验设备33-34
• 2.2 催化剂表征34-35
• 2.2.1 X射线衍射(XRD)34
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)34-35
• 2.2.3 高倍透射电子显微镜(HR-TEM)35
• 2.2.4 程序升温还原(TPR)35
• 2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)35
• 2.3 FTS反应装置35-37
• 第3章 水热合成法制备不同形貌催化剂及FTS反应性能37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 催化剂的制备37-38
• 3.3 不同形貌Co_3O_4催化剂表征38-48
• 3.3.1 不同形貌催化剂的XRD表征38-40
• 3.3.2 不同形貌催化剂的SEM表征40-41
• 3.3.3 不同形貌Co_3O_4催化剂的TEM表征41-43
• 3.3.4 不同形貌催化剂的TPR表征43-44
• 3.3.5 不同形貌催化剂的FTS活性评价44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 Mn助剂对催化剂的FTS反应影响49-65
• 4.1 引言49-50
• 4.2 XMn/Co_3O_4催化剂的制备50
• 4.3 Mn/Co_3O_4催化剂的表征50-58
• 4.3.1 Mn/Co_3O_4催化剂XRD的表征50-53
• 4.3.2 Mn/Co_3O_4颗粒形催化剂的TPR表征53-54
• 4.3.3 Mn/Co_3O_4催化剂的HR-TEM表征54-56
• 4.3.4 Mn/Co_3O_4催化剂的XPS表征56-58
• 4.4 Mn/Co_3O_4催化剂的FST评价58-63
• 4.4.1 小颗粒Mn/Co_3O_4催化剂的FST评价58-61
• 4.4.2 片状Mn/Co_3O_4催化剂的FST评价61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 负载型催化剂Co_3O_4/Q_(50) FTS反应性能的影响65-81
• 5.1 引言65
• 5.2 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂的制备65-66
• 5.3 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂的表征66-75
• 5.3.1 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂的XRD表征66-67
• 5.3.2 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂的TPR表征67-68
• 5.3.3 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂的TEM表征68-69
• 5.3.4 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂的XPS表征69-72
• 5.3.5 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂的FTS活性评价72-75
• 5.4 Mn/Co_3O_4/Q_(50)催化剂浸渍方法对催化剂的影响75-79
• 5.4.1 不同浸渍法制备催化剂的表征75
• 5.4.2 不同浸渍法制备催化剂的TPR表征75-76
• 5.4.3 不同浸渍法制备催化剂对FTS反应的影响76-79
• 5.5 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 作者与导师简介91-93
• 附件93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 石玉林;林泉;李加波;;钴系费-托合成催化剂的助剂及其作用[J];石油学报(石油加工);2015年02期

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5 刘福霞,郝庆兰,王洪,杨勇,白亮,朱玉雷,田磊,张志新,相宏伟,李永旺;钾助剂对F-T合成铁基催化剂浆态床反应性能的影响[J];催化学报;2004年11期

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本文编号：1092012