CO2+H2反应过程中催化剂的研究本科毕业论文.doc

绪 论 1.1 课题背景 目前，使地球变暖的主要原因之一即排放于大气中的各种工业废气中的二氧化碳气体。预计大气中的二氧化碳含量每年以1.3×10的浓度增长。近年来，由于未能有效治理导致温室效应的废气排放量增加，全球气候加速恶化，世界许多地区出现严重的暴风雨，水灾和旱灾。据初步统计，世界范围内的天灾已在2001年对世界造成至少890亿美元的经济损失。华盛顿世界观察研究所的一项报告指出，1998年全世界天灾损失初步估计总额已比1996年创下的600亿美元损失增加48％，也远远超过整个80年代的总损失550亿美元。面临如此严峻的形式，联合国环境保护机构、世界气象组织及各国科学家都发出呼吁，要求立即行动，防止CO2含量的进一步增加。 随着人们对资源短缺，地球温暖化问题的重视，各种矿物燃料如：煤、石油、天然气等燃烧利用后作为废气排放的二氧化碳，其回收、固定、利用及再生资源化问题引起世界各国特别是工业发达国家的普遍关注，有关二氧化碳的应用及研究也不断深入。尤其是最近几年，世界经济迅速发展，为二氧化碳提供的应用途径越来越多，再加上世界各国的相互竞争和市场竞争开发，二氧化碳市场规模不断扩大，国内外市场前景看好。 近年来，随着人们对二氧化碳的性质的深入了解，以及化工原料的改革，二氧化碳作为一种潜在的碳资源，越来越受人们的重视。应用领域也得到了广泛开发。美国、日本等国已重视和开发工业排放废气中二氧化碳的回收、利用，并做了大量的推广。我国二氧化碳排放量占世界10％，排在第三位。但对二氧化碳的回收利用的研究工作起步较晚，未能很好利用。因此，本课题的研究工作具有广阔的前景。 二氧化碳是含碳化合物的最终产物，是自然界最丰富的潜在碳源，也是环境污染物之一，因此研究二氧化碳的综合利用，消除二氧化碳对环境的污染具有十分重要而深远的意义。二氧化碳加氢合成甲醇是合理利用二氧化碳的途径之一，已受到国内外化学工作者的关注，并取得了一系列的研究成果。但是由于二氧化碳的惰性及热力学上的不利因素使二氧化碳难以活化还原，用传统的方法如浸渍法和共沉淀法制备的催化剂存在着转化率低，副产物多及甲醇选择性不高等缺点，因此研究新的廉价的催化剂及催化剂的制备方法，提高催化剂的反应活性和选择性和稳定性以优化利用二氧化碳资源就显得十分必要。 1.2 目前研究状况 甲醇是C1化学的支柱产品，有机化工的基本原料和重要溶剂，也是人工合成蛋的原料。二氧化碳加氢气合成甲醇反应的研究愈来愈受到世界各国的重视。它不仅成为人们开发新型能源合成途径的重要研究课题，也是目前解决“温室效应”的开发性研究课题。甲醇的制造方法有两种，一种是木材或废料分解蒸馏法，一种是人工化学合成法。现在世界上均采用合成法。就和成法而言，分为高压法（21～35MPa，温度340～420℃）、中压法（10～27MPa，温度235～315℃）、低压法（5～10MPa，温度230～275℃）和联醇法（10～13MPa，温度250～270℃）。 1.2.1国内发展现状 在1966年以前甲醇合成的催化剂采用Zn－Cr系，1966年末出现了5MPa的钢基催化剂及Cu－Zn－Cr系，Cu－Zn－Al或系。实践证明Cu－Zn－Al系更为优越，其活性高，选择性好，所以目前均采用Cu－Zn－Al系的催化剂。有很多研究者报导了二氧化碳加氢气在CuO-ZnO,CuO-ZnO-Al2O3，CuO/ZnO/Al2O3和CuO/ZrO2催化剂上低压合成CH3OH的反应，以及CuO－ZnO催化剂中不同载体的作用，得到了催化剂的最佳组成、活性规律及其表面性质。 二氧化碳的催化加氢合成甲醇和甲烷研究的重点大多集中在反映机理和催化剂方面，工业化的较少。 1.2.2国外发展现状 美国鲁奇公司最近披露，一种低压法由二氧化碳和氢气反应制甲醇新工艺，从而省去了传统工艺中的蒸汽转化工序，新工艺已完成中试，准备工业化。该工艺总能耗比传统工艺低20％左右。TOPSOE公司实现了二氧化碳和氢气直接合成甲醇的工业化生产。日本采用均匀成胶法制备的混合氧化物催化剂（CuO－Cr2O3－ZnO－Al2O3）在高温下用氢气处理，二氧化碳转化率和甲醇选择性均有明显提高。美国普莱克斯学术报告宣称，额外加入二氧化碳，可使合成气生成甲醇的生产加快。 前苏联早在1980年就有人用示踪原子和动力学实验方法，在CHM－1工业铜基催化剂上考察了不同配比CO2/CO原料气中只有CO2存在条件下甲醇完全由二氧化碳和氢气反应生成，在CO2、CO混合原料气的情况下当CO浓度比CO2大时，甲醇的生成也是将CO转化成CO2然后再由CO2加氢反应生成甲醇的。 最近ICI公司用示踪氧化物的研究表明，在CuO/ZnO/Al2O3催化体系上，尽管CO2不是主要组成，甲醇也是从原料气的CO2合成而不是从CO合成的。