雜多酸/分子篩的制備及催化甲烷偶聯(lián)化反應(yīng)

【摘要】： 甲烷是天然氣的主要成分,近年來(lái)隨著石油價(jià)格的越長(zhǎng)越高和天然氣價(jià)格的相對(duì)降低,使天然氣有可能成為替代石油成為主要的化工原料。但是,甲烷高對(duì)稱性及其高達(dá)439kJ/mol的C-H鍵能使它的選擇活化成為催化領(lǐng)域最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一,因此,甲烷的高效轉(zhuǎn)化還處在摸索階段。本文以溶膠-凝膠法合成了具有微孔介孔復(fù)合型孔道結(jié)構(gòu)SiO2分子篩,通過(guò)濕法浸漬制備了Mn-W/SiO2催化劑和Mn-W-Mo/SiO2催化劑,并使用固定床反應(yīng)器進(jìn)行甲烷偶聯(lián)氧化反應(yīng),分別從反應(yīng)器的床程高度、原料進(jìn)料比、反應(yīng)溫度三方面對(duì)催化劑的催化性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 以正硅酸乙酯為原料、正丁醇為模板劑,在酸性條件下緩慢水解,得到SiO2凝膠體,通過(guò)濕法浸漬制備了Mn-W/SiO2催化劑和Mn-W-Mo/SiO2催化劑,分別對(duì)SiO2載體、制備完成的催化劑及使用過(guò)的催化劑進(jìn)行了XRD、比表面、孔徑、表面形貌、ICP等分析。并且制備了硅鎢酸和硅鉬酸。 由于固定床反應(yīng)器具有:①返混小,流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸,當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性;②催化劑機(jī)械損耗小;③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn);因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要自制了固定床反應(yīng)器,并用其進(jìn)行甲烷偶聯(lián)氧化反應(yīng),進(jìn)而優(yōu)化反應(yīng)條件。 考查了三種條件對(duì)Mn-W/SiO2催化劑和Mn-W-Mo/SiO2催化劑催化性能的影響。結(jié)果表明,在反應(yīng)溫度為800℃、床程高度為1.5cm、原料進(jìn)料比空氣:CH4=5∶3時(shí)Mn-W-Mo/SiO2催化劑的催化性能達(dá)到目前最佳,能夠使甲烷的轉(zhuǎn)化率達(dá)到8.21%,在750℃以上Mn-W-Mo/SiO2催化劑的催化性能優(yōu)于Mn-W/SiO2催化劑。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 偶聯(lián)氧化反應(yīng) 固定床反應(yīng)器 催化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：O643.32
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-20
• 1.1 課題背景7-8
• 1.2 甲烷轉(zhuǎn)化的途徑8-12
• 1.2.1 甲烷的間接轉(zhuǎn)化9
• 1.2.2 甲烷的直接轉(zhuǎn)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（甲烷偶聯(lián)氧化）13-16
• 1.3.4 雜多酸/分子篩的研究進(jìn)展16-17
• 1.3.5 實(shí)驗(yàn)用固定床反應(yīng)器17-18
• 1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與表征手段20-23
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器20-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)所需藥品20-21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)所需儀器及設(shè)備21-22
• 2.2 表征和測(cè)試方法22-23
• 第3章 雜多酸/分子篩催化劑的制備及表征23-46
• 3.1 前言23-24
• 3.2 雜多酸/分子篩催化劑的制備24-45
• 3.2.1 微孔介孔二氧化硅分子篩的制備24-25
• 3.2.2 無(wú)定型SiO_2的孔吸附測(cè)試和分析25-28
• 3.2.3 雜多酸的制備28-30
• 3.2.4 雜多酸的熱重分析30-32
• 3.2.5 雜多酸的紅外光譜32-33
• 3.2.6 催化劑的制備33-35
• 3.2.7 催化劑的孔吸附測(cè)試和分析35-37
• 3.2.8 催化劑的XRD譜圖分析37-42
• 3.2.9 Mn-W-Mo/SiO_2的表面形貌分析42-44
• 3.2.10 催化劑的等離子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)試44-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第4章 甲烷偶聯(lián)氧化反應(yīng)46-57
• 4.1 前言46-47
• 4.2 自制固定床反應(yīng)器簡(jiǎn)介47-51
• 4.3 固定床反應(yīng)器和氣相色譜的連接及調(diào)試51-53
• 4.3.1 固定床反應(yīng)器的調(diào)試及氣相色譜分離柱的老化51-52
• 4.3.2 標(biāo)準(zhǔn)樣保留時(shí)間的確定52-53
• 4.4 甲烷偶聯(lián)氧化催化反應(yīng)53
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)步驟53
• 4.5 天然氣偶連氧化反應(yīng)的影響因素53-56
• 4.5.1 催化劑的床程高度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響54
• 4.5.2 進(jìn)料比的影響54-55
• 4.5.3 反應(yīng)溫度的影響55-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-66
• 致謝66

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