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醋酸或醋酸酯加氢制乙醇的热力学计算与分析

2017-04-10孙成伟郭翠梨叶陈良

化学工业与工程 2017年2期

孙成伟,郭翠梨,叶陈良

(天津大学化工学院,天津 300072)

乙醇作为重要的化工产品,在白酒和燃料两大领域消费量非常大。在汽油中加入一定比例的乙醇可作车用燃料,乙醇/汽油燃料能有效降低汽车尾气中CO含量,减少对环境的污染,同时部分代替石油能源,因此燃料乙醇成为21世纪车用燃料的重要替代产品[1]。我国燃料乙醇消费量从2005年的102万t增加到2010年的180万t。根据国家规划,2020年我国燃料乙醇的消费量将达到1 000万t,可见我国乙醇市场潜力巨大[2]。

与我国乙醇市场发展相矛盾的是我国乙醇生产成本较高,我国生产乙醇的方法主要是发酵法(占96.5%),随着粮食价格的上涨,发酵法生产乙醇受到越来越大的限制。近年来,随着醋酸行业的产能扩张,我国醋酸行业出现严重的产能过剩[3],用醋酸来生产乙醇既能缓解醋酸的过剩也能使乙醇的生产成本降低。醋酸加氢制备乙醇的方法有直接法和间接法:直接法是醋酸直接和氢气反应制备乙醇;间接法是先把醋酸酯化成醋酸甲酯或醋酸乙酯,然后再与氢气反应制备乙醇。其化学反应式如(1)~(3)所示。

CH3COOH+2H2→CH3CH2OH+H2O(1)

CH3COOH+2H2→CH3CH2OH+CH3OH(2)

CH3COOCH2CH3+2H2→2CH3CH2OH(3)

目前针对醋酸或醋酸酯加氢制乙醇工艺的研究多集中在催化剂改性上[4-7],而针对反应热力学计算和分析的报道较少。任何化学反应都是受热力学约束的,热力学研究的是平衡状态下的反应体系,通过热力学的研究可以得到影响反应平衡的因素,从而得到影响产物收率的因素以及这些因素对产物收率的影响程度。……

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