糠醛气相加氢制二甲基呋喃及相关催化剂研究

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本文综述了糠醛气相加氢联产制备2-甲基呋喃及糠醇催化剂的研究进展。糠醛加氢反应的催化剂主要分为:亚铬酸铜催化剂、金属氧化物催化剂、合金类催化剂、负载型催化剂。以上四类催化剂存在很多缺点,或催化剂的活性低,或生产成本高,或选择性较差,或寿命较低,或含有对环境有害的物质Cr+6等。研究首次采用一步法制备了一种新型、无毒Cu/γ-Al2O3配合物催化剂,该催化剂对糠醛气相加氢制2-甲基呋喃和糠醇都具有较高的活性,可用于糠醛加氢联产2-甲基呋喃和糠醇。我们得到催化剂的主要成分是活性物质Cu和载体γ-Al2O3,其中Cu的含量为20.5%,催化剂的焙烧温度为350℃,催化剂的还原条件为:温度保持在220℃-240℃之间,活化时间为6小时。制备的新型催化剂具有制备工艺简单,被吸附离子没有毒性,对环境没有影响;催化能力强,转化率高,选择性好,寿命长,不需要频繁离线更换催化剂等。论文研究了糠醛常压气相加氢制2-甲基呋喃工艺条件。在温度为235℃,反应压力为常压,空速为0.32hr-1,氢醛比为10:1的条件下,糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的转化率可达到99%以上,选择性可达到97%以上,收率可达到96%以上。在同样的实验装置和催化剂条件下,改变反应条件制备糠醇。确定了合成糠醇的最佳工艺条件。在温度为140℃,反应压力为常压,空速为0.48hr-1,氢醛比为3:1的条件下,糠醛气相加氢制糠醇的转化率,选择性,收率都可达到99%以上。探讨了糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的热力学分析和动力学速率模型的建立,经过热力学计算,本反应的热效应ΔrHm小于零,即为放热反应,降低温度,K°增大,平衡向生成物方向移动,因此,降低温度对提高本实验转化率有利。ΔrGm=-193.998KJ.mol-1,ΔrGm远远小于零,说明K°是一个很大的数值,表明平衡时本反应几乎能进行到底。经过动力学计算,我们得到反应的活化能为Ea=158.22KJ/mol,糠醛的反应级数为1.2,氢气的反应级数为1.65,反应的速率常数K=1.96。
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