甲烷氧化偶聯(lián)整體式催化劑的制備及反應(yīng)性能的研究

【摘要】： 甲烷氧化偶聯(lián)制低碳烴是天然氣綜合利用研究的一個重要發(fā)展方向,它可在未來石油資源短缺時提供乙烯等重要的化工原料。整體式催化劑是一種新型的催化劑,引起了人們極大的關(guān)注,而陶瓷基整體式催化劑作為其中一種,具有床層的壓降低,反應(yīng)器徑向和軸向的溫度梯度小等優(yōu)點。因此將陶瓷基基催化劑用于甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng),研究甲烷氧化偶聯(lián)陶瓷基催化劑對今后的工業(yè)反應(yīng)放大具有較大的參考價值。 本文以市售的堇青石(400cell/inh~2)為基體,以Na_2WO_4、Mn和M(Ce、La、Sr、Bi等金屬助劑)為活性組分,溶入酸性硅溶膠,制成M-W-Mn/硅溶膠活性漿料,采用涂覆法制備了一系列M-W-Mn/硅溶膠/堇青石陶瓷基整體式催化劑。在微型固定床反應(yīng)器中對催化劑的甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)性能進行了評價,考察了陶瓷基整體式催化劑的制備工藝,以及反應(yīng)條件對催化劑催化性能的影響,同時采用XRD、TPR分析手段對催化劑的結(jié)構(gòu)進行了表征。 評價結(jié)果表明,多組分的M-W-Mn/硅溶膠/堇青石催化劑活性優(yōu)于單組分的W或Mn/硅溶膠/堇青石催化劑。Ce-W-Mn/硅溶膠/堇青石陶瓷基整體式催化劑具有較好的甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)性能,其中4%Ce-5%Na_2WO_4-2%Mn/硅溶膠/堇青石催化劑的活性相對較好,其甲烷轉(zhuǎn)化率為31.9%,C_2烴選擇性為50.1%,CO的選擇性為23.0%。 結(jié)構(gòu)研究表明,催化劑存在著Na_2WO_4、Mn_2O_3和CeO_2等物相;不同的過渡金屬添加能夠不同程度的改變催化劑中各個組分與載體之間的相互作用,從而影響催化劑的甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)的性能。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 氧化偶聯(lián) 整體式催化劑 堇青石
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第一章 文獻綜述16-36
• 1.1 前言16-17
• 1.2 天然氣綜合利用的背景與展望17-19
• 1.2.1 直接轉(zhuǎn)化18-19
• 1.2.2 間接轉(zhuǎn)化19
• 1.3 甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)機理和技術(shù)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 甲烷氧化偶聯(lián)的技術(shù)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 反應(yīng)機理20-21
• 1.3.3 熱力學(xué)研究21
• 1.4 甲烷氧化偶聯(lián)催化劑的研究21-27
• 1.4.1 堿金屬氧化物或堿土金屬氧化物21-22
• 1.4.2 稀土金屬氧化物22-23
• 1.4.3 過渡金屬氧化物23-25
• 1.4.4 其他催化劑25-27
• 1.5 整體式催化劑27-34
• 1.5.1 整體式催化劑的特點27-28
• 1.5.2 整體式催化劑的載體28-33
• 1.5.3 陶瓷基整體式催化劑的研究33
• 1.5.4 整體式催化劑的應(yīng)用33-34
• 1.6 本論文的研究目的和內(nèi)容34-36
• 第二章 實驗部分36-46
• 2.1 實驗原料及設(shè)備36-37
• 2.1.1 實驗原料36
• 2.1.2 實驗設(shè)備36-37
• 2.2 陶瓷基催化劑的制備37-42
• 2.2.1 堇青石載體的預(yù)處理37-39
• 2.2.2 活性組分膠體制備39-40
• 2.2.3 陶瓷基整體式催化劑的制備40-41
• 2.2.4 不同掛載量的堇青石催化劑的催化性能41-42
• 2.3 催化劑活性的評價42-44
• 2.4 數(shù)據(jù)處理方法44-45
• 2.5 催化劑的表征方法45-46
• 第三章 W-Mn/硅溶膠陶瓷基整體式催化劑的催化性能及結(jié)構(gòu)表征46-66
• 3.1 不同Na_2WO_4含量x Na_2WO_4/SiO_2/D催化劑的催化性能46-51
• 3.2 不同Mn含量x Mn/SiO_2/D催化劑的催化性能51-56
• 3.3 不同Na_2WO_4含量x W-2%Mn/SiO_2/D催化劑的催化性能56-61
• 3.4 催化劑的結(jié)構(gòu)特征61-66
• 3.4.1 XRD表征結(jié)果與討論61-63
• 3.4.2 TPR表征結(jié)果與討論63-66
• 第四章 M-W-Mn/硅溶膠陶瓷基整體式催化劑的催化性能及結(jié)構(gòu)表征66-92
• 4.1 不同Ce含量x Ce-5%W-2%Mn/SiO_2/D催化劑的催化性66-72
• 4.2 添加不同金屬助劑4%M-5%W-2%Mn/SiO_2/D催化劑的催化72-78
• 4.3 不同La含量x La-5%W-2%Mn/SiO_2/D催化劑的催化性78-84
• 4.4 催化劑的結(jié)構(gòu)特征84-87
• 4.4.1 XRD表征結(jié)果與討論84-86
• 4.4.2 TPR表征結(jié)果與討論86-87
• 4.5 反應(yīng)工藝條件對催化性能的影響87-92
• 4.5.1 溫度的影響87-88
• 4.5.2 烷氧比的影響88-89
• 4.5.3 空速的影響89-92
• 第五章 結(jié)論與展望92-94
• 參考文獻94-100
• 致謝100-101
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文101-102
• 作者和導(dǎo)師簡介102

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