甲烷无氧芳构化反应催化剂载体的研究

【摘要】： 甲烷无氧芳构化反应是甲烷直接催化转化过程中的一个重要反应,它对天然气的直接利用和深入了解甲烷分子中C-H键的活化本质都具有非常重要的意义。近年来,在甲烷无氧芳构化催化剂的制备、改性以及反应机理等方面的研究已取得了长足的进步。目前较为理想的催化剂体系是担载Mo的HZSM-5催化剂。为了将催化剂在连续固定床反应器上应用,研究挤条成型的Mo/HZSM-5甲烷无氧芳构化催化剂有着重要的意义。 本论文首先研究了不同硅铝比和不同晶粒大小的HZSM-5对甲烷无氧芳构化反应的影响。研究结果表明,硅铝比不同,催化剂的催化反应活性也不同。随着分子筛硅铝比的升高,甲烷的转化率和芳烃收率均降低,当HZSM-5分子筛SiO_2/Al_2O_3=45的时候,该催化剂有着最佳的反应性能。另外,Mo/纳米HZSM-5催化剂在甲烷无氧芳构化催化反应中性能要优于Mo/微米HZSM-5催化剂。 在此基础上论文着重研究了挤条成型的Mo/纳米HZSM-5催化剂的催化反应性能。以Al_2O_3、SiO_2为载体的研究结果表明,Al_2O_3载体的加入减少了催化剂的B酸量,对甲烷无氧芳构化反应不利,导致甲烷转化率降低,并且催化剂积碳严重。通过适量添加SiO_2载体,减少Al_2O_3载体的量,可以提高催化剂的B酸量,从而可提高甲烷转化率,并降低催化剂的积碳量。 另外,还研究了La_2O_3与Al_2O_3复合型载体对甲烷无氧芳构化反应的影响。结果表明,载体La_2O_3与Al_2O_3存在着最佳配比,即当载体La_2O_3/Al_2O_3=1时,催化剂有最佳的催化反应性能,其甲烷转化率为7.70%,芳烃收率为3.09%。6%为最佳Mo载量。 【关键词】：甲烷 无氧芳构化 芳烃 HZSM-5分子筛 载体
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-26
• 1.1 甲烷转化的意义9
• 1.2 甲烷转化的主要途径9-12
• 1.3 甲烷无氧芳构化反应的研究进展12-19
• 1.3.1 甲烷无氧芳构化催化剂金属活性组分的研究12
• 1.3.2 甲烷无氧芳构化催化剂载体的研究12-14
• 1.3.3 甲烷无氧芳构化催化剂助剂的研究14-15
• 1.3.4 Mo物种与分子筛载体相互作用的研究15-17
• 1.3.5 甲烷无氧芳构化催化剂积碳的研究17-18
• 1.3.6 甲烷无氧芳构化反应中抑制积碳的研究18-19
• 1.4 甲烷无氧芳构化反应的反应机理19-22
• 1.5 ZSM-5沸石分子筛简介22-24
• 1.6 论文的选题依据和主要研究内容24-26
• 2 实验部分26-30
• 2.1 主要试剂与原料26
• 2.2 催化剂的制备26-27
• 2.2.1 ZSM-5分子筛26
• 2.2.2 压片成型催化剂26-27
• 2.2.3 机械混合挤条成型法27
• 2.2.4 浸渍挤条成型法27
• 2.3 甲烷无氧芳构化反应的评价27-29
• 2.3.1 反应评价装置27
• 2.3.2 反应装置流程图27-28
• 2.3.3 催化剂的反应评价及数据处理28-29
• 2.4 催化剂物化性能的表征29-30
• 2.4.1 SEM29
• 2.4.2 吡啶FT-IR表征29
• 2.4.3 NH_3-TPD表征29
• 2.4.4 X射线衍射分析(XRD)29-30
• 3 HZSM-5硅铝比及晶粒大小对甲烷无氧芳构化反应的影响30-37
• 3.1 引言30
• 3.2 ZSM-5的基本性质30-33
• 3.2.1 纳米与微米ZSM-5分子筛的SEM照片31
• 3.2.2 纳米与微米ZSM-5分子筛的XRD31-32
• 3.2.3 纳米与微米ZSM-5分子筛的酸性位32-33
• 3.3 甲烷无氧芳构化反应催化反应性能33-36
• 3.3.1 HZSM-5硅铝比对甲烷无氧芳构化反应的影响33-34
• 3.3.2 HZSM-5晶粒大小对甲烷无氧芳构化反应的影响34-36
• 3.4 小结36-37
• 4 载体Al_2O_3和SiO_2对甲烷无氧芳构化的影响37-46
• 4.1 引言37
• 4.2 催化剂的制备、载体的组成及强度37-38
• 4.3 催化剂表征38-40
• 4.3.1 催化剂的酸类型表征38-40
• 4.3.2 催化剂的NH_3-TPD表征40
• 4.4 催化剂的甲烷芳构化反应性能40-45
• 4.4.1 载体Al_2O_3对甲烷无氧芳构化反应的影响41-42
• 4.4.2 载体SiO_2的加入对甲烷无氧芳构化反应的影响42-43
• 4.4.3 复合载体Al_2O_3与SiO_2的加入对甲烷无氧芳构化反应的影响43-45
• 4.5 小结45-46
• 5 载体Al_2O_3和La_2O_3对甲烷无氧芳构化反应的影响46-53
• 5.1 引言46
• 5.2 催化剂的制备及载体的组成46-47
• 5.3 催化剂表征47-49
• 5.3.1 催化剂的酸类型表征47-48
• 5.3.2 催化剂的NH_3-TPD表征48-49
• 5.4 催化甲烷芳构化性能49-52
• 5.4.1 复合载体Al_2O_3与La_2O_3对甲烷无氧芳构化反应的影响49-50
• 5.4.2 担载不同Mo量的催化剂对甲烷无氧芳构化反应的影响50-52
• 5.5 小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-62

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