华东理工大学碳一化工论文

华东理工大学2017—2018学年第一学期《碳一化工进展》课程论文2017.12班级能源151学号B2017007姓名朱庆春开课学院资环学院任课教师王亦飞成绩__________论文题目：合成气制低碳烯烃的工艺研究论文要求：(1)结合课程所讲内容，选择与碳一化工有密切联系、且自己感兴趣的方向写一篇论课程文，行文精炼，见解新颖；(2)论文字数4000~5000字；(3)论文格式：标题(黑体四号，居中)；学号、姓名、专业；摘要和关键词（标题黑体小四，内容五号）；正文(标题黑体小四、内容宋体小四)，1.5倍行距（有横线格），参考文献(参考《华东理工大学学报》)。教师评语：教师签字：年月日合成气制低碳烯烃的工艺研究朱庆春（华东理工大学能源151朱庆春B2017007）摘要：低碳烯烃是重要的有机化工原料，随着全球石油资源的减少，合成气制低碳烯烃是近年来研究较多的石油替代路线合成重要有机化学品的工艺之一。本文综述了由合成气直接和间接制备低碳烯烃的工艺途径，重点介绍了合成气直接催化转化制备低碳烯烃的技术研究，包括催化剂和工艺的开发情况。并对未来由合成气制备低碳烯烃的发展前景进行了展望。关键词：合成气，低碳烯烃，费托合成，催化剂乙烯和丙烯是现代化学工业中的重要基础原料，随着化学工业的发展，其需求量逐年增加。乙烯和丙烯的传统制备方法是采用裂解石脑油或轻柴油工艺，但石油是不可再生资源，在我国储量严重不足;另一方面，石油价格波动较大，因此世界各国都在研究利用其他资源来制备乙烯和丙烯类低碳烯烃。其中，利用煤或天然气经甲醇制备低碳烯烃工艺受到重视。我国能源结构具有多煤、贫油、少气的特点，这种以煤为主要能源的格局在很长时间内也不会有大的变化。目前国内外甲醇制备乙烯、丙烯等低碳烯烃的工艺技术已相当成熟，这就为我国利用丰富的煤炭资源，采用先进的煤化工技术，大力发展煤制烯烃产业提供了良好机会。不仅有利于优化我国传统煤炭产业的产品格局，而且对缓解我国石油短缺的现状具有重要的战略和现实意义。非石油原料生产烯烃主要包括合成气直接制烯烃（STO）工艺、合成气制甲醇再制烯烃（MTO/MTP）工艺合成气合成二甲醚再制低碳稀烃（SDTO）工艺等。其中MTO/MTP工艺己经工业化，是目前合成气间接法制烯烃最成熟的工艺路线。但合成气一步法制低碳稀径（STO）工艺，与甲醇路线的MTO/MTP工艺及合成气经二甲醚路线的SDTO工艺相比，具有工艺路线短、能耗和投资低的特点，应用前景广阔。合成气间接制低碳烯烃工艺使用煤炭为原料制取低碳烯烃的工艺技术包括煤气化、甲醇合成及甲醇制烯烃三项核心技术。工艺路线为:煤气化生成主要成分为CO和H2的合成气，合成气净化后合成甲醇，最后将甲醇转化为低碳烯烃。1.1费-托合成德国科学家Fischer和Tropsh在1923年发现的一氧化碳和氢气在金属催化剂的作用下生成烃类的反应被命名为费-托合成反应。其主要反应有以下几种：2.2.1Fe系催化剂与Co相比，Fe的链增长能力较弱，产物中烯/烷比（O/P）较高，被广泛用于FTO反应中。由于非负载型催化剂稳定性较差，大量学者使用大比表面积载体对催化剂活性组分进行负载。GALVIS等利用含Na和S杂质的柠檬酸铁铵作为Fe组分的前躯体，通过多步浸渍法使Fe纳米颗粒均匀分散在惰性载体α-Al2O3和碳纳米纤维上，降低了Fe与载体间的相互作用，促进了烯烃活性相FexCy的生成，同时利用Na和S作为助剂与Fe共同作用抑制了CH4的生成，使C2~C4烯烃的选择性在340℃反应时达到61%。他们进一步考察了Na、S助剂的添加量对α-Al2O3负载Fe基催化剂性能的影响。结果表明，少量Na的加入可以降低甲烷选择性，提高碳链增长能力，过量Na则会加速炭在催化剂表面沉积，发生严重的积炭反应。此外，添加S可以选择性屏蔽催化剂加氢活性位，从而抑制烯烃二次加氢为饱和烷烃。LIU等采用浸渍法制备了MnOx修饰的Fe3O4微球催化剂，Mn的加入使表面θ-Fe3C的性质得到有效调节,抑制了烯烃二次加氢反应，在320℃反应时，低碳烯烃的选择性达到60.1%，甲烷选择性仅为9.7%；X射线吸收精细结构（XAFS）和穆斯堡尔谱表征结果表明，Mn促进了球状θ-Fe3C颗粒的生成，而θ-Fe3C有利于提高产物的烯/烷比和低碳烯烃的选择性。2.2.2Co系催化剂Co系催化剂在F-T合成中也具有较好的性能，该类催化剂水煤气变换反应活性较低，副产物CO2的含量较少，C的有效利用率较高.为了提高低碳烯烃的选择性，Mn常被用作Co系催化剂的助剂用于调节Co的还原性以及表面电子结构，从而增强烯烃的脱附性能。TANG等在碳纳米管（CNTs）负载Co催化剂中加入少量Mn(0.3wt%)显著提高了低碳烯烃的选择性，同时抑制了甲烷的生成。FEYZI等系统研究了不同载体和助剂对Co基催化剂的FTO性能的影响。结果表明，TiO2负载Co基催化剂具有更好的反应性能，且加入6wt%的Zn助剂使催化性能进一步提高，这主要归因于Zn促进了Co物种的还原，于500℃煅烧8h制得的最佳催化剂Co-Zn/TiO2在240℃和常压下的CO转化率和低碳烯烃选择性分别高达65.2%和46.5%。FEYZI等进一步系统研究了TiO2负载Co-Mn催化剂应用于FTO的反应性能，发现于450℃煅烧5h所制得的催化剂在250℃和常压下具有最好的FTO催化性能，低碳烯烃的选择性为54.4%。因此，对于传统的金属基催化剂而言，如何有效改善催化剂的还原性和活性组分的分散度是提高催化性能的关键所在。3.结语随着全球石油资源的日益缺乏，合成气直接制烯烃工艺越来越受到关注，开发高效和稳定的Fe基催化剂成为F—T合成反应领域的研究重点。因此，应继续研究助剂和载体与催化剂的相互作用机理，从而增加催化剂活性和烯烃选择性，减少CH和CO排放。并且在寻求和开发更优良催化剂材料的同时，必须对反应工艺和反应器的形式等进行探索与改进。同时，各种新技术和新材料的出现也将为催化剂的研究提供更多选择空间。参考文献：[1]杨学萍，董丽.合成气直接制低碳烯烃技术进展与经济性分析[J].化工