燃料乙醇合成及應(yīng)用過(guò)程熱力學(xué)研究.pdf

1、燃料乙醇是作為一種優(yōu)質(zhì)的液體燃料,它具有灰份低、硫份低等特點(diǎn),且可以提供與汽油相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)能,被認(rèn)為是一種很有應(yīng)用潛力的能源替代品。二甲醚與合成氣制乙醇是目前合成乙醇的一種新途徑,該過(guò)程中二甲醚先經(jīng)過(guò)羰基化形成醋酸甲酯,后者再加氫生成乙醇。對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的熱力學(xué)分析可以了解這一合成過(guò)程的反應(yīng)特性,有助于催化劑的篩選、工況條件的優(yōu)化、反應(yīng)器設(shè)計(jì)等相關(guān)工藝流程的改進(jìn)。本文首先通過(guò)Benson基團(tuán)貢獻(xiàn)法、Rihani-Doraiswamy法對(duì)反應(yīng)

2、中各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓、標(biāo)準(zhǔn)熵與摩爾熱容進(jìn)行了估算。在298.15～1000K、1～3MPa范圍內(nèi)計(jì)算了二甲醚與合成氣制乙醇(二甲醚羰基化反應(yīng)、醋酸甲酯加氫反應(yīng)以及二者組成的總反應(yīng))過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)、反應(yīng)焓變、反應(yīng)熵變和反應(yīng)吉布斯自由能變。在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)考察了溫度、壓力和合成氣組成對(duì)于乙醇合成過(guò)程中的平衡轉(zhuǎn)化率、平衡產(chǎn)率以及平衡尾氣組成的影響,同時(shí)考察了兩個(gè)反應(yīng)之間的協(xié)同效應(yīng)。接著對(duì)于該乙醇合成過(guò)程的熱效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的計(jì)算、分

3、析。最后在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)不同組分乙醇汽油的飽和蒸汽壓進(jìn)行了模擬計(jì)算,為乙醇汽油的進(jìn)一步推廣提供一定的理論支持。
　　結(jié)果表明:對(duì)于二甲醚羰基化反應(yīng),在298.15K~573.15K、1~3MPa條件下DME的轉(zhuǎn)化率幾乎都達(dá)到100％。隨著原料氣中CO濃度的增加,DME的轉(zhuǎn)化率也不斷增加,當(dāng)CO濃度達(dá)到0.5時(shí),DME的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.98％。在CO濃度為0～0.35內(nèi)CO轉(zhuǎn)化率幾乎為100％,當(dāng)CO濃度大于0.35時(shí)隨著CO濃度的

4、增加,其轉(zhuǎn)化率一直呈降低趨勢(shì);對(duì)于醋酸甲酯加氫反應(yīng),298.15～493.15K、1～3MPa條件下MA的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了90％以上。隨著H2濃度的增加,乙醇的收率一直呈上升趨勢(shì);對(duì)于乙醇合成的總反應(yīng),由于兩反應(yīng)間的協(xié)同效應(yīng),總反應(yīng)體系中MA平衡轉(zhuǎn)化率較之其單獨(dú)進(jìn)行時(shí)有大幅度的提高。當(dāng)原料氣中CO濃度上升到33.3％時(shí),平衡尾氣中的甲醇、乙醇、醋酸甲酯的平衡組成達(dá)到最大值,當(dāng)原料氣中H2濃度為39.4％時(shí)甲醇與乙醇的平衡組成達(dá)到最大值。