碳二加氢催化剂实现工业应用

化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2021年第40卷第2期CO 2高值化利用新途径：铁基催化剂CO 2加氢制烯烃研究进展张超1，张玉龙1，朱明辉1，孟博2，涂维峰2，韩一帆1，2（1化学工程联合国家重点实验室，华东理工大学，上海200237；2先进功能材料制造教育部工程中心，郑州大学，河南郑州450001）摘要：大气中CO 2浓度逐年升高，而其高值化利用是实现减排的重要途径之一。

低碳烯烃是重要的化工原料，CO 2作为碳源加氢制取烯烃（CTO ）是缓解化石能源的消耗及温室效应的有效方法之一。

铁基催化剂因其优异的催化反应性能，被视为该反应最具应用前景的催化剂之一；但铁基催化剂烯烃选择性仍有待进一步提高。

本文综述了铁基催化剂CTO 反应研究进展，包括反应热力学分析、理论模型、催化剂设计与开发（助剂和载体对催化剂结构及性能的影响）、反应机理、构-效关系、失活机理等；提出未来催化研究方向，即借助Operando 技术聚焦反应过程中催化剂活性相的动态结构变化规律，探究外界因素引起的催化材料表界面的作用机制，为工业催化剂的理性设计提供思路。

关键词：二氧化碳；加氢；催化剂；选择性；失活；稳定性中图分类号：TQ032.4文献标志码：A文章编号：1000-6613（2021）02-0577-17New pathway for CO 2high-valued utilization:Fe-based catalysts forCO 2hydrogenation to low olefinsZHANG Chao 1，ZHANG Yulong 1，ZHU Minghui 1，MENG Bo 2，TU Weifeng 2，HAN Yifan 1，2(1State Key Laboratory of Chemical Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China;2Engineering Research Center of Advanced Functional Material Manufacturing of Ministry of Education,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou 450001,Henan,China)Abstract:The concentration of CO 2in the atmosphere is increasing year by year,and high value utilization of CO 2is an important path to reduce the carbon emissions.Low-carbon olefins are important chemical raw materials,and CO 2as a carbon source hydrogenation to olefins (CTO)is one of the most promising CO 2utilization technologies that can potentially mitigate the global greenhouse gas emission and reduce the dependence of chemical production on fossil fuels.The Fe-based catalysts are recognized as a promising candidate in CTO due to their low cost and excellent performance.However,the selectivity to lower olefins and the activity of the Fe-based catalysts currently haven ’t met the industrial requirements,and the mechanism of CTO reaction remains unclear.This article reviews the research progress of the iron-based catalysts for CTO reaction,including the reaction thermodynamic analysis,theoretical model,catalyst design and development (the influence of additives and supports on thestructure and performance of catalysts),reaction mechanism,structure-activity relationship,and特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.32020-1403收稿日期：2020-07-20；修改稿日期：2020-10-28。

石油化工催化剂的研究与应用摘要：石油化工催化剂是指在石油和石油化工生产过程中起催化作用的物质。

它们在石油加工、有机合成、环境保护和新能源开发等领域都发挥着重要作用。

随着石油工业的不断发展和技术的进步，对催化剂的需求也越来越大。

因此，研究和应用新型高效的石油化工催化剂具有重要的意义。

基于此，本篇文章对石油化工催化剂的研究与应用进行研究，以供参考。

关键词：石油化工；催化剂；研究应用引言催化剂在石油化工领域具有重要的作用，它们能够加速化学反应速率并提高产物产量和选择性。

在过去的几十年里，石油化工催化剂的研究与应用取得了显著的进展，为石油和化工行业的发展做出了重要贡献。

1石油化工催化剂重要特点1.1高活性高活性是石油化工催化剂的重要特点之一。

催化剂的活性指的是其在催化反应中产生的活性位点数量和其促进反应速率的能力。

石油化工催化剂经过优化设计和制备，具有高度发达的催化活性，可以使反应在较低的温度和压力下快速进行。

具有高活性的催化剂能够提高反应速率，加速化学反应的进行。

在石油化工领域，许多重要的反应需要通过催化剂来实现，如催化裂化、氢化反应、脱硫脱氮反应等。

高活性催化剂可以降低反应的能量需求，从而减少能源消耗和成本。

高活性催化剂还能够实现更高的产物选择性。

不同的催化剂结构和组分可以促使特定的反应途径和产物选择，从而优化产品的质量和纯度。

通过精心设计和调控催化剂的活性位点和表面性质，可以有效地提高催化反应的选择性。

1.2选择性选择性是石油化工催化剂的另一个重要特点。

选择性指的是催化剂在某个化学反应中能够选择性地促使特定产物的生成，而不产生无用或副产物。

通过合理设计和优化催化剂的结构和组成，可以实现对目标产物的高选择性生产。

在石油化工领域，许多反应过程需要控制产物的选择性，以满足不同产品的需求。

例如，在催化裂化反应中，催化剂决定了石油原料分子的裂解途径和产物分配，从而实现对汽油、柴油和石油气等不同产物的选择性生产。

碳二加氢系统的优化摘要：优化调整碳二加氢系统各段反应器入口温度和氢却比等参数，提高催化剂的活性和选择性，从而提高乙烯产品收率，获得最大的经济效益。

关键词：加氢；氢却比；活性；选择性；收率大庆300kt/a乙烯装置采用顺序分离流程，碳二加氢单元采用后加氢工艺流程脱除碳二馏分中的乙炔，该流程使用一台等温反应器（一投一备）和二台绝热式反应器（两投一备）串联，使用北京化工研究院生产的钯系BC-H-20B加氢催化剂和兰州化工研究院生产的钯系LY-C2-02加氢催化剂（应用于ER-424B）。

从2015年10月至今采用等温反应器ER-424A、绝热反应器ER-425C/A串联运行，等温反应器空速为7000～1000h-1，进料量为53t/h，入口乙炔含量为1.2～1.7mol%，出口乙炔含量小于0.5mol%；一段绝热反应器出口乙炔含量为0～500ppm，二段绝热反应器出口乙炔含量为0ppm。

在目前的市场环境下，乙烯收率高低直接影响到石油化工企业的经济效益和市场竞争力，为提高乙烯产品收率，减少乙炔加氢反应的发生，对碳二加氢系统进行优化调整。

1、反应原理主反应：C2H2﹢H2一C2H4﹢174.3 KJ/mol副反应：C2H2﹢H2一C2H6﹢311.0 KJ/molC2H4﹢H2一C2H6﹢136.7 KJ/molC2H2一2C﹢H2﹢227.8 KJ/molαC2H2﹢βH2一聚合物（绿油）﹢Q乙炔分子本身易活化，因此，碳二加氢反应的活性大小主要取决于氢分子的吸附、活化的难易。

很多研究认为氢分子活化吸附的最主要形式是氢分子均裂成H原子，并与金属原子Pd形成Pd一H的共价键或类似共价键的Pd一H吸附键，即活性中心。

乙炔的催化加氢反应机理可认为是乙炔（C2H2）经过扩散到达催化剂表面，进行物理吸附，当遇到催化剂活性中心则进行活化吸附。

吸附活化的反应物分子与活化吸附的活性氢接触，而被氢化，生成C2H4。

由于各种烃在把金属催化剂上的吸附能力顺序为：炔＞二烯＞单烯＞烷，脱附能力则相反，乙烯分子在活性中心上的被吸附能力远比C2H2小，一旦C2H2加氢，生成C2H4，便很快被脱附。

能源环保与安全低碳烯烃（Ｃ２￣Ｃ４烯烃）是重要的化工原料，可以用来生成聚乙烯、聚丙烯或者乙二醇等众多有机化合物，是衡量一个国家化工行业发展水平的重要指标。

目前，低碳烯烃大部分来源于传统石油的蒸汽裂解，但是石油短期内不可再生性使得低碳烯烃的生产迟早面临严峻的挑战。

因此，合成气（ＣＯ＋Ｈ２）间接或直接的制备低碳烯烃受到了极大的关注。

合成气制备低碳烯烃主要有以下３种工艺路线：（１）合成气经由甲醇裂解或二甲醚制取低碳烯烃；（２）合成气经由氧化物、分子筛双功能催化剂制备低碳烯烃；（３）合成气经由费托合成过程（ＦＴＳ）直接制备低碳烯烃（ＦＴＯ）。

路线（１）是间接制备低碳烯烃，间接法制备低碳烯烃选择性较高且工业应用已日趋成熟，但分步反应需要的反应器、催化剂及能耗较多，路线（２）反应需分两步，两步反应需要的温度不同，升高温度虽能提高Ｃ—Ｃ耦合过程效率但会导致ＣＯ活化效率降低，合成气通过费托反应直接制取低碳烯烃符合绿色化学的低碳烯烃制备方法，具有更大的经济效益，因此由合成气经由费托合成过程直接制备低碳烯烃一直备受关注。

费托合成的原料只有ＣＯ还Ｈ２，但其反应产物却极为复杂，除了烃类化合物之外，还有Ｈ２Ｏ、ＣＯ２以及醇醛酮类等。

费托合成反应的机理虽已研究多年，但尚未完全阐明，其中碳化机理是被国内外学者普遍接受的。

一、无载体催化剂１．铁催化剂铁是地壳含量第二高的金属元素，是一类重要的金属催化剂材料，在化工以及各个领域有着广泛的应用，可以作为二氧化碳加氢合成低碳烯烃的催化剂。

发现用无载体铁催化剂作为二氧化碳加氢制低碳烯烃反应的催化剂时，在铁催化剂中加入碱金属在很大程度上提高了二氧化碳的转化率，这是因为二氧化碳在碱性环境下更易转化为低碳烯烃。

在催化剂制备过程中，碱金属的添加对二氧化碳转化率及烯烃的选择性有显著影响，并影响催化剂的催化性能，但是当钾含量过高时，催化剂活性降低，在此基础上添加适量的硼可在ＣＯ２转化率下降不大的同时进一步提高烯烃的选择性。

二氧化碳催化加氢及其研究进展一、本文概述二氧化碳（CO₂）作为一种常见的温室气体，对全球气候变化产生了深远的影响。

然而，除了其对环境的负面影响外，CO₂也是一种丰富的碳源，具有潜在的化学利用价值。

近年来，通过催化加氢技术将CO₂转化为有用的化学品和燃料，已成为化学和能源领域的研究热点。

本文旨在全面概述二氧化碳催化加氢技术的研究现状、发展动态以及面临的挑战，以期为该领域的进一步研究和工业应用提供参考。

我们将首先介绍CO₂催化加氢的基本原理和催化剂类型，包括金属催化剂、非金属催化剂以及双金属催化剂等。

随后，我们将综述不同催化剂在CO₂加氢反应中的性能表现，包括活性、选择性和稳定性等方面。

我们还将探讨反应条件（如温度、压力、溶剂等）对催化加氢过程的影响，以及催化剂的再生和循环利用问题。

在总结现有研究成果的基础上，我们将分析当前CO₂催化加氢技术所面临的挑战，如催化剂活性不足、选择性差、稳定性差以及能耗高等问题。

我们还将展望未来的研究方向，包括新型催化剂的设计与开发、反应机理的深入研究以及反应过程的优化与控制等。

通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解CO₂催化加氢技术的研究进展和前景，为推动该领域的可持续发展贡献力量。

二、二氧化碳催化加氢的基本原理二氧化碳催化加氢是一种将二氧化碳转化为有价值化学品的重要方法。

其基本原理在于利用催化剂将二氧化碳与氢气在适当的温度和压力下进行反应，生成一氧化碳或甲醇等化学品。

催化剂在反应中起到了关键作用。

常见的催化剂包括金属催化剂、金属氧化物催化剂和金属有机框架催化剂等。

这些催化剂能够降低反应的活化能，使反应在较低的温度和压力下进行。

二氧化碳催化加氢的反应过程涉及多个步骤。

在金属催化剂的作用下，氢气首先被吸附在催化剂表面，形成活性氢物种。

然后，二氧化碳分子与活性氢物种发生反应，生成中间产物，如甲酸或甲醇等。

这些中间产物进一步加氢或分解，最终生成目标产物。

催化剂在工业生产过程中的应用与优化催化剂是一种能够促进或改变化学反应速率的物质。

在工业生产过程中，催化剂广泛应用于各种化学合成、石油加工、环境保护等领域。

其作用是通过提供新的反应路径或者降低活化能，加快目标反应的进行，从而提高生产效率和产物纯度。

本文将介绍催化剂在工业生产过程中的应用，并探讨如何优化催化剂的效果。

一、催化剂在化学合成中的应用1. 有机合成催化剂：有机合成是许多化学工业过程的核心。

催化剂在有机合成中起到引发并加速化学反应的重要作用。

例如，铂催化剂常用于合成有机酸和醇，以及氧化反应。

钯催化剂则被广泛应用于有机合成中的氢化和交叉偶联反应。

通过选择合适的催化剂，可以实现高效、高选择性的有机合成过程。

2. 化工合成催化剂：化工合成过程中，催化剂的应用得到了广泛应用。

例如，氧化铝催化剂在异丁烷加氧过程中扮演着重要角色，产生丁酮和丁烯。

另外，催化裂化是石油工业中常见的过程，通过加热和催化剂的作用，将重质石油分解成高级烃。

二、催化剂在石油加工中的应用石油加工是现代工业生产中不可或缺的一部分。

催化剂在石油加工过程中的应用主要包括裂化、重整和加氢。

1. 催化裂化：催化裂化是将原油中的长链烃分解成较短链烃的过程。

这涉及到催化剂的选择和设计，以提高产物的分布和选择性。

常见的催化裂化催化剂包括沸石催化剂和金属催化剂。

沸石催化剂在催化裂化中起到分子筛的作用，帮助控制碳链的长度和产物选择性。

金属催化剂则可以促进裂解反应的进行。

2. 催化重整：催化重整是将低价的烃类转化为高级芳烃和烯烃的过程。

这旨在提高石油产品的质量和附加值。

催化重整过程中常使用铂-铝氧化物催化剂，该催化剂能够促进烃类的分子重排，生成具有较高活性的芳烃和烯烃。

3. 催化加氢：催化加氢是将石油原料中的硫、氮和氧化物还原为对环境和使用设备无害的物质的过程。

通过加氢反应可以大幅度减少有害气体的排放，同时提高石油产品的品质。

常见的催化加氢催化剂包括钼-铝氧化物和镍-硫化物催化剂。

二氧化碳加氢制备甲醇催化剂与催化作用发布时间：2022-12-04T02:48:31.446Z 来源：《城镇建设》2022年第14期7月作者：朱亮[导读] 2020年9月22日，总书记在公开场合提出了我国未来气候发展方向：2030年前二氧化碳排放达到峰值朱亮32028319870910****摘要：2020年9月22日，总书记在公开场合提出了我国未来气候发展方向：2030年前二氧化碳排放达到峰值。

这可以有效减少温室效应导致的冰川融化，第二个目标是力争到2060年实现碳中和，所谓碳中和，即碳中和。

排放的碳和吸收的碳达到动态平衡，中国在碳达峰、碳中和任务方面做得很好。

这对全球实现《巴黎协定》中的温控和环境保护目标具有重大影响。

科学家发现，以二氧化碳为碳源的氢化是产生新能源的有效途径之一，其中甲醇是许多重要衍生物的化工原料，用于。

生产烯烃、氨、甲醚和燃料添加剂等，因此二氧化碳加氢制备甲醇催化剂。

关键词：催化剂二氧化碳加氢甲醇催化作用双碳目标碳循环1 课题背景大气中二氧化碳的体积分数自从工业化后极具增加，温室效应与气候变化对地球生态系统造成了很大的威胁，冰川融化，海平面上升，可以明确地猜测，未来的十年内，大气中二氧化碳浓度的上升将进一步将南冰洋变暖，并减少海冰浓度，目前的只是状况表明，碳循环反馈对全球变暖的作用效率较低，这主要由于陆地生物圈和海洋碳吸收的变化，但工业极具发展下，降低空气中的二氧化碳是一项艰巨且势在必行的任务，二氧化碳作为碳源加氢是能源再生的方式，而催化剂是二氧化碳加氢制甲醇的关键，常用催化剂有Cu基催化剂，贵金属催化剂，In2O3 基催化剂以及其他新型催化体系。

碳循环：碳循环是指碳元素在大气、陆地和海洋中的交换和迁移。

2 催化剂制备的简单原理与各成分作用（1）方法目前铜基催化剂的制备方法主要有共沉淀法，主要影响条件是催化性能和金属盐的种类、沉淀剂、酸碱度及温度条件。

（2）组成和功能采用共沉淀法制备了C312二氧化碳合成甲醇催化剂，主要成分为CuOZnOAl2O3。

《铜基催化剂活化调控及二氧化碳加氢制甲醇反应性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和环境保护意识的提高，寻找高效、环保的能源转化和存储方式已成为当前研究的热点。

其中，利用二氧化碳加氢制取甲醇（一种重要的有机化工原料）因其低碳、环保的特性，在国内外受到广泛关注。

在二氧化碳加氢制甲醇的过程中，催化剂的选择至关重要。

本文以铜基催化剂为研究对象，对其活化调控及其在二氧化碳加氢制甲醇反应中的性能进行研究。

二、铜基催化剂的活化调控2.1 催化剂制备铜基催化剂的制备主要涉及选材、制备工艺及表面改性等步骤。

在制备过程中，要严格控制催化剂的组成、结构以及比表面积等关键因素，这对催化剂的活性及稳定性具有重要影响。

2.2 活化方法铜基催化剂的活化主要通过还原剂还原、高温处理、气氛处理等方法实现。

其中，还原剂还原法常采用氢气作为还原剂；高温处理可有效去除催化剂中的杂质；气氛处理则是通过控制反应气氛，如氢气与氮气的比例等，达到激活催化剂的目的。

2.3 活化调控的影响因素活化调控的效率及效果受到催化剂的制备工艺、组成成分、反应温度和时间等多种因素的影响。

只有合理选择活化方法并控制好相关参数，才能获得理想的活化效果。

三、二氧化碳加氢制甲醇反应性能研究3.1 反应机理二氧化碳加氢制甲醇的反应机理涉及多个步骤，包括二氧化碳的吸附与活化、氢气的解离、以及甲醇的生成等。

这些步骤均需在催化剂的作用下进行。

3.2 铜基催化剂的应用铜基催化剂因其良好的催化性能和低廉的成本，在二氧化碳加氢制甲醇的反应中得到了广泛应用。

通过对铜基催化剂的活化调控，可以有效提高其催化活性及稳定性，从而提升甲醇的产量和质量。

3.3 反应性能评价对铜基催化剂的反应性能进行评价时，主要考虑其活性、选择性、稳定性及抗毒性能等因素。

其中，活性指催化剂对反应的催化能力；选择性指催化剂对某一产物的生成能力；稳定性则反映了催化剂在长时间运行过程中的性能保持情况；抗毒性能则指催化剂在有毒物质存在下的性能表现。

Advances in Analytical Chemistry 分析化学进展, 2020, 10(2), 47-51Published Online May 2020 in Hans. /journal/aachttps:///10.12677/aac.2020.102007A Review of Catalytic Hydrogenationof Carbon Dioxide into Ethanol andC2+ HydrocarbonsYayun Li, Yulong Zhang, Qingwen Wang*Key Laboratory of Ministry of Education for Advanced Catalysis Materials, Institution of AdvancedFluorine-Containing Materials, Zhejiang Normal University, Jinhua ZhejiangReceived: Mar. 12th, 2020; accepted: Mar. 31st, 2020; published: Apr. 7th, 2020AbstractThe transformation of carbon dioxide into high value-added fuels and chemicals is of great signific-ance for mitigating global warming, and ameliorating the ecological environment and energy supply problems. The hydrogenation of CO2, especially to C2+hydrocarbons and oxygenates, has sparked growing interest. Designing and preparing multifunctional catalysts with both carbon dioxide acti-vation and C-C bond coupling is still a major challenge. This paper summarizes the latest research progress and applications of carbon dioxide hydrogenation to ethanol, long-chain alkanes, and low-carbon olefins, and meanwhile predicts the developing trends of carbon dioxide hydrogenation.KeywordsCarbon Dioxide, Hydrogenation, C2+ Species, EthanolCO2催化加氢制乙醇及C2+烃类的研究进展李亚云，张瑜珑，王青雯*浙江师范大学，含氟新材料研究所，先进催化材料教育部重点实验室，浙江金华收稿日期：2020年3月12日；录用日期：2020年3月31日；发布日期：2020年4月7日*通讯作者。

石油炼制工业中加氢技术和加氢催化剂的发展现状摘要：在社会经济发展和人们生活水平质量提升的背景下，社会范围内对各类资源、能源的需求量增多，石油资源是世界发展中的重要战略能源，从类别上来看，市场上的石油划分为重质、轻质两个类型。

当前，市场中常用的石油是轻质石油，而轻质石油是通过加氢催化技术加工形成的，在加氢催化技术的作用下能够有效降低重质油品中的碳元素、氢元素。

与此同时，将加氢催化剂引入到重质石油低碳、低氢化加工中能够进一步提升石油炼制的提纯效果。

关键词：石油炼制工业；加氢技术；加氢催化剂；发展现状；引言石油炼制工业是国民经济最重要的产业之一。

中国许多产业的现代化与石油产品的应用密切相关。

矿物油产品的应用广泛深远。

随着新技术的出现，环保节能技术的发展，轻油生产设施的增加，轻油产品的生产得到了有效的提高，加工技术的发展得到了促进。

中国石油炼制的实际工作高度重视加氢技术和催化剂。

加氢技术和加氢催化剂由于利用率高，大大提高了石化原料的生产，促进了相关行业之间的密切联系，为石化行业今后的发展奠定了坚实的基础。

一、加氢技术应用于石油炼制中的重要作用加氢技术是一种化学工艺，利用催化剂的催化作用，使原油在一定温度和氢压力下与氢发生反应，从而显着提高石油质量或得到预期产品。

随着近年来中国经济社会水平的快速发展，炼油项目的数量呈现出快速增长的趋势。

轻油广泛应用于生活的各个领域，重油由于碳氢化合物含量高，不能满足市场的实际需要。

应引入加氢技术降低稠油油气含量，为合理利用石油资源提供保障。

它在促进炼油项目顺利实施方面发挥着重要作用，为石油产品的生产效率和质量提供了重要保障，提高了生产人员的效率，确保了石油项目的环境保护和安全。

二、加氢催化剂及应用（一）柴油超深度加氢脱硫技术RTS的开发在环境保护条例要求的日益严格下，运输燃料的规格也开始变得更加严格。

特别是对于柴油来说，其中的硫元素含量日益减少，如何在保证日常硫元素使用期间降低柴油产品的硫含量成为相关人员需要思考和解决的问题。