甲烷直接氧化制甲醇的研究

【摘要】：甲烷部分氧化制甲醇是一個(gè)非常重要且具有挑戰(zhàn)性的化工過程,其關(guān)鍵是在于尋找一種既能有效提高甲烷的轉(zhuǎn)化率又能提升目標(biāo)產(chǎn)物選擇性的催化體系。本文借鑒前人研究,以負(fù)載型雜多酸為催化劑,稀硫酸為液相環(huán)境,氧氣為氧化劑,探索一種氣液固三相半連續(xù)反應(yīng)體系,以期在相對(duì)溫和條件下同時(shí)提高甲烷的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性。 考察了溶膠凝膠法負(fù)載多元復(fù)合雜多酸H3+xPVxMoyW12-x-yO40的催化活性,得出當(dāng)V原子數(shù)為2、Mo原子數(shù)為8時(shí)雜多酸的催化性能最好。通過表征可知合成的雜多酸具有Keggin型結(jié)構(gòu),反應(yīng)后液相產(chǎn)物為甲醇。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)催化劑制備過程中水解溫度、水解時(shí)間、焙燒溫度、焙燒時(shí)間、負(fù)載率以及甲烷轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)氣體流量、催化劑加入量、液相的酸堿度對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率和催化劑脫附率的影響進(jìn)行了研究,同時(shí)對(duì)反應(yīng)后溶液進(jìn)行液相分析得出：當(dāng)水解溫度為70℃、水解時(shí)間為3h、焙燒溫度為300℃、焙燒時(shí)間問4h,負(fù)載率為15%,反應(yīng)溫度為200℃、壓力為3.5兆帕、催化劑加入量為10克、Qv(CH4)=50mL/min(SCCM).Qv(Air)=0.25L/min(SLM)時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)3.43%,此時(shí)催化劑脫附率為5.90%,溶液中甲醇的選擇性為60.4%,甲醇的單程收率為2.07%。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 溶膠凝膠法 甲醇 雜多酸 二氧化硅
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ223.121
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-10
• 第一章 前言10-13
• 1.1 甲烷及其利用現(xiàn)狀10-11
• 1.2 課題的研究意義11-12
• 1.3 課題的研究任務(wù)12-13
• 第二章 文獻(xiàn)綜述13-24
• 2.1 甲烷部分氧化的國(guó)內(nèi)外研究情況13-20
• 2.1.1 氣相均相體系13-14
• 2.1.2 氣固相催化體系14-16
• 2.1.3 液相催化體系16-19
• 2.1.4 其它體系19
• 2.1.5 小結(jié)19-20
• 2.2 雜多酸20-24
• 2.2.1 雜多酸的結(jié)構(gòu)特性20
• 2.2.2 雜多酸的物理化學(xué)性質(zhì)20-21
• 2.2.3 Keggin型雜多酸(鹽)催化劑21
• 2.2.4 雜多酸催化劑研究進(jìn)展21-24
• 第三章 實(shí)驗(yàn)方法24-32
• 3.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器24-25
• 3.2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程25-27
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置25-26
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)過程26-27
• 3.3 數(shù)據(jù)采集及分析27-28
• 3.4 液相中甲醇分析方法28-30
• 3.5 催化劑的制備30-31
• 3.6 催化劑負(fù)載31-32
• 第四章 催化活性研究32-49
• 4.1 催化劑載體選擇32
• 4.2 負(fù)載方法的選取32-33
• 4.3 催化劑含鉬量(Y)對(duì)催化性能的影響33-35
• 4.3.1 負(fù)載率為10%的催化劑含鉬量(Y)對(duì)催化活性影響33-34
• 4.3.2 負(fù)載率為20%的催化劑含鉬量(Y)對(duì)催化性能的影響34
• 4.3.3 負(fù)載率為15%的催化劑含鉬量(Y)對(duì)催化性能的影響34-35
• 4.4 水解溫度對(duì)催化性能的影響35-38
• 4.4.1 水解溫度對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響35-36
• 4.4.2 水解溫度對(duì)活性組分脫附的影響36-38
• 4.5 水解時(shí)間對(duì)催化性能的影響38-39
• 4.5.1 水解時(shí)間對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響38
• 4.5.2 水解時(shí)間對(duì)活性組分脫附的影響38-39
• 4.6 催化劑焙燒時(shí)間對(duì)催化性能的影響39-41
• 4.6.1 催化劑焙燒時(shí)間對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響39-40
• 4.6.2 焙燒時(shí)間對(duì)活性組分脫附的影響40-41
• 4.7 焙燒溫度對(duì)催化性能的影響41-42
• 4.7.1 焙燒溫度對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響41-42
• 4.7.2 焙燒溫度對(duì)雜多酸溶脫的影響42
• 4.8 活性組分H_5PV_2Mo_8W_2O_(40)負(fù)載率對(duì)催化性能的影響42-44
• 4.8.1 不同負(fù)載率的催化劑對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響42-43
• 4.8.2 不同負(fù)載率對(duì)催化劑脫附的影響43-44
• 4.9 催化劑的加入量對(duì)催化性能的影響44-45
• 4.10 氣體相對(duì)流量對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響45-46
• 4.11 液相氫離子濃度對(duì)催化活性的影響46-47
• 4.11.1 液相氫離子濃度對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率的影響46
• 4.11.2 不同氫離子濃度對(duì)活性組分溶脫影響46-47
• 4.12 小結(jié)47-49
• 第五章 催化劑的表征49-56
• 5.1 催化劑的表征49-54
• 5.1.1 雜多酸元素分析49-50
• 5.1.2 雜多酸熱重分析50-51
• 5.1.3 雜多酸催化劑BET表征51-52
• 5.1.4 雜多酸的FTIR表征52-54
• 5.1.5 催化劑XRD表征54
• 5.2 小結(jié)54-56
• 第六章 結(jié)論與展望56-58
• 6.1 主要工作及成果56
• 6.2 展望與建議56-58
• 參考文獻(xiàn)58-65
• 致謝65

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