液化石油气(LPG)是主要由丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)组成的混合物,也是重要的有机化工原料。通过煤炭、生物质经合成气制得LPG,是重要的非石油技术路线,因此越来越受到重视。本论文主要研究了由甲醇合成催化剂与分子筛复合的双功能催化剂对合成气制备LPG反应的影响。采用此双功能催化剂将甲醇合成工艺与甲醇脱水制LPG工艺耦合,实现了合成气一步间接法制备LPG。与传统费托合成相比,打破了Anderson-Schulz-Flory规律的限制,使合成目标产物LPG在热力学上十分有利。 采用物理研磨法制备了系列铜基氧化物和分子筛物理混合型双功能催化剂,以Cu/ZnO为合成甲醇催化剂组分,考察了不同分子筛对物理混合型双功能催化剂性能的影响。结果表明,Cu/ZnO与H-β分子筛具有更好的协同作用,更容易打破甲醇合成反应热力学平衡,促进CO转化,有利于LPG的生成。以H-β分子筛为甲醇脱水催化剂组分,考察了不同铜基氧化物对物理混合型双功能催化剂性能的影响。结果表明,Cu与ZnO摩尔比为2/1的Cu/ZnO/Al2O3与H-β分子筛具有更好的协同作用,此物理混合催化剂上进行LPG合成反应,CO转化率达到了56.21%,LPG选择性达到了22.08%。对Cu/ZnO/Al2O3与H-β分子筛物理混合型双功能催化剂,通过添加磷酸进行改性,考察了催化剂酸性强度对催化剂性能的影响。结果表明,一定浓度的磷酸改性,增加了H-β分子筛的酸强度,提高了CO转化率和LPG选择性。 采用物理包覆法制备了核壳型双功能催化剂CZ@H-β-P和CZZA@H-β-P-X,对比了核壳型双功能催化剂与传统物理混合型双功能催化剂的性能。结果表明,核壳型双功能催化剂的催化活性和稳定性明显高于物理混合型双功能催化剂,CO转化率和选择性明显提高。通过改变CZZA甲醇合成催化剂与H-β分子筛质量比来改善催化剂的酸性,提高CZZA@H-β-P-X核壳型双功能催化剂的催化活性。结果表明,当CZZA催化剂与H-β分子筛的质量比为2/1时,催化活性最好,CO转化率和LPG选择性达到最高,CO转化率为54.8%,LPG选择性为26.04%。 采用化学包覆法成功地在CZA催化剂表面生长了致密连续、无裂痕的β分子筛,其厚度为20μm并伴有7μm分子筛-金属过渡层,并对CZA@β核壳型双功能催化剂的活性进行了考察。结果表明,相同条件下进行合成气一步间接法制备LPG反应,化学包覆CZA@β核壳型双功能催化剂比物理混合型和物理包覆核壳型双功能催化剂具有更高的活性和更好的稳定性,化学包覆CZA@β核壳型双功能催化剂上,CO转化率达到了50.2%,LPG选择性达到了37.3%。 核壳型双功能催化剂,因其特殊的核壳结构,可有效转化在甲醇合成催化剂表面生成的甲醇,打破热力学平衡,提高CO转化率,增加LPG选择性,在合成气经甲醇制备LPG反应中具有高效的催化性能。