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CN102008963A - 一种用于从合成气制备低碳混合醇催化剂的方法 - Google Patents

一种用于从合成气制备低碳混合醇催化剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于从合成气制备低碳混合醇催化剂的方法,属于化工技术领域。其特征在于:采用表面活性剂为辅助原料、以铜、镁、铈的无机盐为原料制备CuO-MgO-CeO2催化剂;以合成气为原料气,在加温加压和CuO-MgO-CeO2催化剂存在的条件下制备C1~C5混合醇。添加表面活性剂所制得的CuO-MgO-CeO2催化剂比不添加表面活性剂的催化剂有更高的活性和生成C1~C5混合醇的时空收率,尤其是C2~C5混合醇的时空收率有很大的提高。

Description

一种用于从合成气制备低碳混合醇催化剂的方法
技术领域
本发明涉及一种从合成气(氢气与一氧化碳的混合气)制造C1~C5低碳混合醇的催化剂及其制备方法,更具体的说是一种制备CuO-MgO-CeO2催化剂的方法,属于化工技术领域。
背景技术
近年来,随着环保要求的日益高涨,从合成气制低碳混合醇(C1~C5醇)的研究受到特别关注。其中C2~C5混合醇是环境友好的液体燃料添加剂(不含硫、氮、芳香族化合物等),其附加价值高,可直接替代具有潜在污染性的甲基叔丁基醚(MTBE)成为优质清洁的汽油添加剂。由煤生产合成气,再从合成气制低碳混合醇作为燃料或汽油添加剂,有着较好的应用前景。
从合成气制低碳混合醇的催化剂主要有两大类。一类是过渡金属的复合氧化物催化剂,另一类是硫化物催化剂。德国Lurgi公司开发了以Cu-Zn为催化剂主成分的Octamix工艺(美国专利US-4031123号和US-2327066号);法国石油研究所开发了以Cu-Co为催化剂主成分的IFP工艺(美国US-4122110号);美国道化学公司和联碳公司合作开发了以MoS2为催化剂主要成分的Sygmol工艺(美国专利US-4675344号和欧洲专利EP-0235886)。这些专利技术各具特点,其中Sygmol及IFP工艺的产物中C2+醇含量较高;Octamix工艺采用低压法,有较高的时空产率、水含量低,其产物分布可望进一步改善。但是,这些专利技术中使用的催化剂的组成较为复杂,制备工艺较为繁琐。另一方面,中国专利CN1428192、CN1481934及CN1179993也报道了从合成气制备低碳醇的方法,其中催化剂的制备需要多步浸渍,制备工艺复杂,低碳醇的选择性和收率还较低。
本发明采用了以表面活性剂为辅助原料的方法制备CuO-MgO-CeO2催化剂,提高了催化剂的活性和生成C1~C5混合醇的时空收率,尤其是C2~C5混合醇的时空收率有很大的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于从合成气制C1~C5混合醇的催化剂及其制备方法。应用这种方法制得的CuO-MgO-CeO2催化剂比传统沉淀方法制得的催化剂有更高的活性和生成C1~C5混合醇的时空收率,尤其是C2~C5混合醇的时空收率有很大的提高。
本发明提出的用于合成气制C1~C5混合醇的CuO-MgO-CeO2催化剂及其制备方法,其特征在于:采用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段式共聚物为辅助原料、以铜、镁、铈的无机盐为原料,经沉淀后得到的含铜、镁、铈及表面活性剂的浆状混合物在80℃下老化,然后经过滤、洗涤、干燥和焙烧,得到CuO-MgO-CeO2。使用本发明方法制备的CuO-MgO-CeO2做为催化剂、以合成气为原料,在加温加压的条件下可以高效地制造C1~C5混合醇。
制备CuO-MgO-CeO2催化剂的具体过程包括;
(1)配制原料盐溶液
把表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段式共聚物加入到去离子水中,在超声波仪器中超声处理;按照一定的比例称取Cu(NO3)2·3H2O、Mg(NO3)2·3H2O和Ce(NO3)3·6H2O加入到上述溶液中,搅拌半小时。
(2)沉淀、老化及后处理过程
把NaOH溶液滴加到原料盐溶液,生成沉淀;把浆状混合物在80℃下老化,然后过滤、洗涤、干燥,最后把粉末置于马弗炉中在400℃下焙烧。
本发明以合成气为原料气,在加温加压和CuO-MgO-CeO2催化剂存在的条件下制备C1~C5混合醇。本发明使用的合成气为一氧化碳和氢气比例=1∶1的混合气。按本发明的方法进行上述反应,在加热下进行。反应温度一般为250~350℃。按本发明方法进行上述反应,在加压下进行。合成气的压力一般为6MPa。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
(1)10wt%CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.188)催化剂的制备(CTAB与金属的摩尔比=0.188):
称取2.73g(7.5mmol)十六烷基三甲基溴化铵(简称CTAB)加入到250ml去离子水中,在超声波仪器中超声处理15分钟。按照Cu∶Mg∶Ce=0.5∶5∶1(摩尔比)的比例分别称取0.77gCu(NO3)2·3H2O、7.87g Mg(NO3)2·3H2O、2.67g Ce(NO3)3·6H2O倒入上述溶液中,搅拌半小时。把0.2mol/L NaOH溶液逐滴滴加到上述混合液中,并调节pH值至9,滴加完毕后再搅拌半小时。把浆状混合物置于80℃烘箱中老化3小时,取出后过滤、用去离子水(500mL)洗涤5次。把滤饼置于烘箱中110℃干燥12小时,干燥后的粉末置于马弗炉中以2℃/min升温至400℃,焙烧4小时,即得CuO质量分数为10%的CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.188)催化剂。
(2)合成气制C1~C5混合醇的反应:
合成气制C1~C5混合醇的反应在不锈钢管内衬石英管(内径10mm)的微型固定床流动式反应器中进行。称取10wt%CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.188)催化剂0.5g装于石英管中部,催化剂床层上下两端均填上石英棉。反应前,催化剂在H2/N2混合气(VN2/VH2=4/1)中从室温以1℃/min升至270℃,在270℃下还原4小时。然后调节到反应温度250℃,再切换成原料气(VH2/VCO=1/1),在6MPa压力下进行反应,原料气流量由质量流量计控制(空速为6000h-1),反应压力由稳压阀和背压阀控制,催化剂床层温度由热电偶和温度控制仪测量和控制。反应管出口气体经减压后在保温(150℃)下用在线气相色谱进行在线检测和分析产物。250℃反应的取样分析结束后,把催化剂床层升温至300℃进行反应,反应管出口气体同样用在线气相色谱进行在线检测和分析产物。300℃反应的取样分析结束后,把催化剂床层升温至350℃进行反应,反应管出口气体同样用在线气相色谱进行在线检测和分析产物。反应结果列于表1。
实施例2
(1)10wt%CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.125)催化剂的制备(CTAB与金属的摩尔比=0.125):
称取1.82g(5.0mmol)十六烷基三甲基溴化铵(简称CTAB)加入到250ml去离子水中,在超声波仪器中超声处理15分钟。按照Cu∶Mg∶Ce=0.5∶5∶1(摩尔比)的比例分别称取0.77gCu(NO3)2·3H2O、7.87g Mg(NO3)2·3H2O、2.67g Ce(NO3)3·6H2O倒入上述溶液中,搅拌半小时。后续的其它步骤同实施例1,即得CuO质量分数为10%的CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.125)催化剂。
(2)合成气制C1~C5混合醇的反应:
反应操作同实施例1(2)。反应结果列于表2。
实施例3
(1)10wt%CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.25)催化剂的制备(CTAB与金属的摩尔比=0.25):
称取3.64g(10.0mmol)十六烷基三甲基溴化铵(简称CTAB)加入到250ml去离子水中,在超声波仪器中超声处理15分钟。按照Cu∶Mg∶Ce=0.5∶5∶1(摩尔比)的比例分别称取0.77gCu(NO3)2·3H2O、7.87g Mg(NO3)2·3H2O、2.67g Ce(NO3)3·6H2O倒入上述溶液中,搅拌半小时。后续的其它步骤同实施例1,即得CuO质量分数为10%的CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.25)催化剂。
(2)合成气制C1~C5混合醇的反应:
反应操作同实施例1(2)。反应结果列于表3。
实施例4
(1)10wt%CuO-MgO-CeO2(P123,0.188)催化剂的制备(P123与金属的摩尔比=0.188):
称取4.35g(0.75mmol)聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段式共聚物(简称P123)加入到250ml去离子水中,在超声波仪器中超声处理15分钟。按照Cu∶Mg∶Ce=0.5∶5∶1(摩尔比)的比例分别称取0.77g Cu(NO3)2·3H2O、7.87g Mg(NO3)2·3H2O、2.67g Ce(NO3)3·6H2O倒入上述溶液中,搅拌半小时。后续的其它步骤同实施例1,即得CuO质量分数为10%的CuO-MgO-CeO2(P123,0.188)催化剂。
(2)合成气制C1~C5混合醇的反应:
反应操作同实施例1(2)。反应结果列于表4。
比较例1
(1)10wt%CuO-MgO-CeO2(无表面活性剂)的制备:
按照Cu∶Mg∶Ce=0.5∶5∶1(摩尔比)的比例分别称取0.77g Cu(NO3)2·3H2O、7.87gMg(NO3)2·3H2O、2.67g Ce(NO3)3·6H2O倒入250ml去离子中,搅拌半小时。后续的其它步骤同实施例1,即得CuO质量分数为10%的Cu-Mg-Ce(无表面活性剂)的催化剂。
(2)合成气制C1~C5混合醇的反应:
反应操作同实施例1(2)。反应结果列于表5。
表1实施例1(10wt%CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.188))的反应结果
Figure BSA00000322892800041
注:总醇类产物指:二甲醚+甲醇+C2~C5醇的总和(下同)。
表2实施例2(10wt%CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.125))的反应结果
Figure BSA00000322892800042
Figure BSA00000322892800051
表3实施例3(10wt%CuO-MgO-CeO2(CTAB,0.25))的反应结果
表4实施例4(10wt%CuO-MgO-CeO2(P123,0.188))的反应结果
Figure BSA00000322892800053
表5比较例1(10wt%CuO-MgO-CeO2(无表面活性剂))的反应结果
Figure BSA00000322892800054

Claims (6)

1.一种用于从合成气制备低碳混合醇催化剂的方法,其特征在于:采用表面活性剂为辅助原料、以铜、镁、铈的无机盐为原料制备CuO-MgO-CeO2催化剂;以合成气为原料气,在加温加压和CuO-MgO-CeO2催化剂存在的条件下制备C1~C5混合醇。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段式共聚物。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的铜、镁、铈的用量为Cu∶Mg∶Ce=0.5∶5∶1(摩尔比),CuO占CuO-MgO-CeO2的质量百分数(wt%)为10%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述表面活性剂的用量为:表面活性剂摩尔数与铜、镁、铈金属的总摩尔之比为0.125~0.25。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:制备时得到的含铜、镁、铈及表面活性剂的浆状混合物在80℃下老化3小时。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:制备时得到的CuO-MgO-CeO2前驱体在空气中400℃下焙烧4小时。
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