Расскажите о развитии катализаторов для синтеза метанола?

Катализаторы для синтеза метанола можно разделить примерно на две большие группы. Первый класс — это медные катализаторы, в которых основным активным компонентом является медь ； Другой тип — это носительные катализаторы, в которых в качестве активного компонента используются драгоценные металлы. В основном ； 1 ； Катализатор на основе цинка и хрома — катализатор ZnO/Cr2O3 представляет собой твердый катализатор высокого давления, который впервые был разработан немецкой компанией BASF в 1923 году. Активность цинкохромового катализатора невысока; для достижения более высокой каталитической активности температура операции должна составлять 590 К–670 К. Для достижения высокого коэффициента преобразования давление в процессе должно составлять 25 МПа–35 МПа, поэтому такие катализаторы называются высокодавлениевыми. Характеристики цинк-хромового катализатора заключаются в следующем: а) высокая термостойкость — способность выдерживать перегрев при разнице температур свыше 100°C; б) независимость от наличия серы; в) высокая механическая прочность; г) длительный срок службы, широкий диапазон применения и простота управления; д) по сравнению с медными катализаторами он имеет более низкую активность и селективность, а также затрудняет процесс дистилляции (в продукте образуется много примесей). Поскольку в таких катализаторах доля массы Cr2O3 достигает 10%, они являются одним из основных источников загрязнения хромом. Хром токсичен для человека, и в настоящее время такие катализаторы постепенно заменяются. 2 ； Медно-основанные катализаторы — это катализаторы для синтеза метанола при низких температурах и давлении. Их основными компонентами являются CuO/ZnO/Al2O3 (Cu-Zn-Al). Эти катализаторы были разработаны британской компанией ICI и немецкой компанией Lurgi. Температура работы медных катализаторов, используемых при низком (среднем) давлении, составляет 210°C–300°C, а давление — 5 МПа–10 МПа. Это значительно ниже температур, необходимых в традиционных процессах синтеза, что способствует достижению равновесия в реакции с метанолом. Его особенности заключаются в следующем: а) высокая активность; коэффициент преобразования в одном процессе составляет 7–8%; б) высокая селективность – более 99%; примеси представлены лишь незначительными количествами метана, диметила и метилформиата, что позволяет получать метанол высокой чистоты; в) низкая стойкость к высоким температурам; чувствителен к сере. 3 ； Катализаторы на основе палладия — поскольку селективность катализаторов на основе меди может достигать 99% и более, направление разработки новых катализаторов заключается в дальнейшем повышении их активности, улучшении термостабильности и увеличении срока службы. Исследования новых катализаторов в основном осуществляются на основе переходных металлов, драгоценных металлов и т. п., однако по сравнению с традиционными (или обычными) катализаторами их активность остается неидеальной. Например, у катализаторов, в которых в качестве основного каталитического компонента используется дорогостоящий металл палладий, уровень их активности не значительно повышается; более того, у некоторых катализаторов селективность снижается. 4 ； Катализаторы на основе молибдена — катализаторы на основе меди являются важными компонентами в процессе синтеза метанола. Однако из-за наличия в исходном газе небольших количеств H2S, CS2, Cl2 и т. д., катализаторы легко подвергаются отравлению. Поэтому разработка катализаторов, устойчивых к воздействию серы, привлекает все больше внимания. Чжан Цзиянь из Тяньцзиньского университета разработал катализатор для синтеза метанола с содержанием серы на основе композита MoS2/K2CO3/MgO-SiO2. При температуре 533 К, давлении 8,1 МПа, скорости потока газа 3000 ч/ч соотношение φ(H2)∶φ(CO) составляло 1,42. Концентрация серы в растворе составляла 1350 мг/л; степень преобразования CO составила 36,1%, а селективность синтеза метанола — 53,2%. Хотя этот катализатор обеспечивает высокий коэффициент преобразования в одном проходе, его селективность составляет всего 50%. Кроме того, обработка побочных продуктов является сложной, поэтому до промышленного применения ему ещё далеко. Кроме того, существуют катализаторы серии Cu-Zn-Al-V. Медные катализаторы серии Cu-Zn-Al включают модели C207, C301, C3011, NC5011, C306 и C307, разработанные, в частности, Исследовательским институтом группы Nanhua. Медные катализаторы серии Cu-Zn-Al-V включают модели CN J202, C302, C3021, C3022, CN J206 и XNC98, разработанные, в частности, Юго-Западным исследовательским институтом химической промышленности. В настоящее время широко используются катализаторы на основе меди. Будущие направления исследований медных катализаторов будут сосредоточены на низких температурах, низком давлении, высокой активности, высокой селективности, а также на энергосбережении и охране окружающей среды.