杂多酸/分子筛的制备及催化甲烷偶联化反应

【摘要】： 甲烷是天然气的主要成分,近年来随着石油价格的越长越高和天然气价格的相对降低,使天然气有可能成为替代石油成为主要的化工原料。但是,甲烷高对称性及其高达439kJ/mol的C-H键能使它的选择活化成为催化领域最为严峻的挑战之一,因此,甲烷的高效转化还处在摸索阶段。本文以溶胶-凝胶法合成了具有微孔介孔复合型孔道结构SiO2分子筛,通过湿法浸渍制备了Mn-W/SiO2催化剂和Mn-W-Mo/SiO2催化剂,并使用固定床反应器进行甲烷偶联氧化反应,分别从反应器的床程高度、原料进料比、反应温度三方面对催化剂的催化性能进行了评价。 以正硅酸乙酯为原料、正丁醇为模板剂,在酸性条件下缓慢水解,得到SiO2凝胶体,通过湿法浸渍制备了Mn-W/SiO2催化剂和Mn-W-Mo/SiO2催化剂,分别对SiO2载体、制备完成的催化剂及使用过的催化剂进行了XRD、比表面、孔径、表面形貌、ICP等分析。并且制备了硅钨酸和硅钼酸。 由于固定床反应器具有:①返混小,流体同催化剂可进行有效接触,当反应伴有串联副反应时可得较高选择性;②催化剂机械损耗小;③结构简单等优点;因此根据实验需要自制了固定床反应器,并用其进行甲烷偶联氧化反应,进而优化反应条件。 考查了三种条件对Mn-W/SiO2催化剂和Mn-W-Mo/SiO2催化剂催化性能的影响。结果表明,在反应温度为800℃、床程高度为1.5cm、原料进料比空气:CH4=5∶3时Mn-W-Mo/SiO2催化剂的催化性能达到目前最佳,能够使甲烷的转化率达到8.21%,在750℃以上Mn-W-Mo/SiO2催化剂的催化性能优于Mn-W/SiO2催化剂。 【关键词】：甲烷 偶联氧化反应 固定床反应器 催化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：O643.32
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-20
• 1.1 课题背景7-8
• 1.2 甲烷转化的途径8-12
• 1.2.1 甲烷的间接转化9
• 1.2.2 甲烷的直接转化9-12
• 1.3 甲烷制乙烯的主要方法12-18
• 1.3.1 三步法12-13
• 1.3.2 二步法13
• 1.3.3 一步法（甲烷偶联氧化）13-16
• 1.3.4 杂多酸/分子筛的研究进展16-17
• 1.3.5 实验用固定床反应器17-18
• 1.4 课题主要研究内容18-20
• 第2章 实验材料与表征手段20-23
• 2.1 实验药品与仪器20-22
• 2.1.1 实验所需药品20-21
• 2.1.2 实验所需仪器及设备21-22
• 2.2 表征和测试方法22-23
• 第3章 杂多酸/分子筛催化剂的制备及表征23-46
• 3.1 前言23-24
• 3.2 杂多酸/分子筛催化剂的制备24-45
• 3.2.1 微孔介孔二氧化硅分子筛的制备24-25
• 3.2.2 无定型SiO_2的孔吸附测试和分析25-28
• 3.2.3 杂多酸的制备28-30
• 3.2.4 杂多酸的热重分析30-32
• 3.2.5 杂多酸的红外光谱32-33
• 3.2.6 催化剂的制备33-35
• 3.2.7 催化剂的孔吸附测试和分析35-37
• 3.2.8 催化剂的XRD谱图分析37-42
• 3.2.9 Mn-W-Mo/SiO_2的表面形貌分析42-44
• 3.2.10 催化剂的等离子发射光谱仪(ICP)测试44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 甲烷偶联氧化反应46-57
• 4.1 前言46-47
• 4.2 自制固定床反应器简介47-51
• 4.3 固定床反应器和气相色谱的连接及调试51-53
• 4.3.1 固定床反应器的调试及气相色谱分离柱的老化51-52
• 4.3.2 标准样保留时间的确定52-53
• 4.4 甲烷偶联氧化催化反应53
• 4.4.1 实验步骤53
• 4.5 天然气偶连氧化反应的影响因素53-56
• 4.5.1 催化剂的床程高度对实验的影响54
• 4.5.2 进料比的影响54-55
• 4.5.3 反应温度的影响55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-64
• 攻读学位期间发表的学术论文64-66
• 致谢66

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