銅系触媒を用いた低温液相メタノール合成に関する研究

铜基催化剂低温液相合成甲醇研究

基本信息

批准号：
08750898
负责人：
松田剛
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Kitami Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

メタノールは化学工業の原料として幅広く利用されているが、今後自動車燃料やMTBEの原料として需要が増加すると考えられている。現在の工業プロセスでは十分な反応速度を得るために、250〜300℃という熱力学的に不利な条件で反応が行われている。50atm、100℃での合成ガスのメタノールへの平衡転化率はほぼ100%で、この条件で高活性を示す触媒が開発されれば、従来のプロセスでは不可欠なリサイクル工程や分離工程を省略でき、エネルギー消費の大幅な低減が可能となる。そこで本研究では、高活性で取扱が容易な低温液相メタノール合成触媒の設計に必要な基礎的な知見を得ることを目的として、銅とアルカリアルコキシドを組み合わせた触媒系の作用機構について検討した。水素化ホウ素ナトリウムを用いて液相還元法で調製した銅超微粒子とナトリウムメトキシドをTHF溶媒に懸濁させた触媒は50atm、100℃の条件で液相メタノール合成に高い活性を示した。従来のメタノール合成触媒であるクロム酸銅や銅-亜鉛とナトリウムメトキシドを組み合わせた触媒系も活性を示したが、銅超微粒子よりは低活性であった。これは、表面積が大で細孔をもたない銅超微粒子触媒では物質移動の影響が小さいためと考えられる。ナトリウムメトキシドと組み合わせた本反応系では銅単独でも高いメタノール合成活性を示すことが明らかとなった。反応初期にギ酸メチルが生成すること、また、反応初期には一酸化炭素のみが消費され、その後水素が消費されることから、本触媒系ではナトリウムメトキシドがメタノールのカルボニル化触媒として、銅超微粒子がギ酸メチルの水素化分解触媒として作用していると考察した。種々の第2成分を添加した銅系超微粒子触媒のメタノール合成活性を比較したところ、銅単独の超微粒子触媒が最も活性が高いことが示された。

甲醇广泛用作化工原料，未来作为汽车燃料和MTBE的原料需求预计将增加。在当前的工业过程中，为了获得足够的反应速率，反应在250-300℃的热力学不利条件下进行。合成气在 50 个大气压和 100°C 下转化为甲醇的平衡转化率几乎为 100%，如果开发出在这些条件下表现出高活性的催化剂，将可以省略合成气中必不可少的回收和分离步骤。这使得显着降低能源消耗成为可能。因此，在本研究中，我们研究了铜和碱金属醇盐组合的催化剂体系的作用机理，旨在获得设计高活性且易于操作的低温液相甲醇合成催化剂所需的基础知识。。将超细铜颗粒和甲醇钠悬浮在THF溶剂中制成的催化剂，通过使用硼氢化钠的液相还原方法制备，在50atm和100℃下的液相甲醇合成中表现出高活性。传统的甲醇合成催化剂如铬酸铜以及铜锌和甲醇钠组合的催化剂体系也表现出活性，但活性低于超细铜颗粒。这被认为是由于铜超微粒子催化剂的表面积大且无孔，因此传质的影响小。结果表明，在该反应体系中，单独的铜与甲醇钠结合表现出高的甲醇合成活性。由于反应初期生成甲酸甲酯，且反应初期仅消耗一氧化碳，随后消耗氢气，因此本催化剂体系中考虑采用甲醇钠作为甲醇羰基化催化剂。细颗粒充当甲酸甲酯氢解的催化剂。对添加了各种第二组分的铜基超细颗粒催化剂的甲醇合成活性进行比较表明，仅含有铜的超细颗粒催化剂具有最高的活性。