甲烷氧化偶联整体式催化剂的制备及反应性能的研究

【摘要】： 甲烷氧化偶联制低碳烃是天然气综合利用研究的一个重要发展方向,它可在未来石油资源短缺时提供乙烯等重要的化工原料。整体式催化剂是一种新型的催化剂,引起了人们极大的关注,而陶瓷基整体式催化剂作为其中一种,具有床层的压降低,反应器径向和轴向的温度梯度小等优点。因此将陶瓷基基催化剂用于甲烷氧化偶联反应,研究甲烷氧化偶联陶瓷基催化剂对今后的工业反应放大具有较大的参考价值。 本文以市售的堇青石(400cell/inh~2)为基体,以Na_2WO_4、Mn和M(Ce、La、Sr、Bi等金属助剂)为活性组分,溶入酸性硅溶胶,制成M-W-Mn/硅溶胶活性浆料,采用涂覆法制备了一系列M-W-Mn/硅溶胶/堇青石陶瓷基整体式催化剂。在微型固定床反应器中对催化剂的甲烷氧化偶联反应性能进行了评价,考察了陶瓷基整体式催化剂的制备工艺,以及反应条件对催化剂催化性能的影响,同时采用XRD、TPR分析手段对催化剂的结构进行了表征。 评价结果表明,多组分的M-W-Mn/硅溶胶/堇青石催化剂活性优于单组分的W或Mn/硅溶胶/堇青石催化剂。Ce-W-Mn/硅溶胶/堇青石陶瓷基整体式催化剂具有较好的甲烷氧化偶联反应性能,其中4%Ce-5%Na_2WO_4-2%Mn/硅溶胶/堇青石催化剂的活性相对较好,其甲烷转化率为31.9%,C_2烃选择性为50.1%,CO的选择性为23.0%。 结构研究表明,催化剂存在着Na_2WO_4、Mn_2O_3和CeO_2等物相;不同的过渡金属添加能够不同程度的改变催化剂中各个组分与载体之间的相互作用,从而影响催化剂的甲烷氧化偶联反应的性能。 【关键词】：甲烷 氧化偶联 整体式催化剂 堇青石
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第一章 文献综述16-36
• 1.1 前言16-17
• 1.2 天然气综合利用的背景与展望17-19
• 1.2.1 直接转化18-19
• 1.2.2 间接转化19
• 1.3 甲烷氧化偶联反应机理和技术研究现状19-21
• 1.3.1 甲烷氧化偶联的技术研究现状19-20
• 1.3.2 反应机理20-21
• 1.3.3 热力学研究21
• 1.4 甲烷氧化偶联催化剂的研究21-27
• 1.4.1 碱金属氧化物或碱土金属氧化物21-22
• 1.4.2 稀土金属氧化物22-23
• 1.4.3 过渡金属氧化物23-25
• 1.4.4 其他催化剂25-27
• 1.5 整体式催化剂27-34
• 1.5.1 整体式催化剂的特点27-28
• 1.5.2 整体式催化剂的载体28-33
• 1.5.3 陶瓷基整体式催化剂的研究33
• 1.5.4 整体式催化剂的应用33-34
• 1.6 本论文的研究目的和内容34-36
• 第二章 实验部分36-46
• 2.1 实验原料及设备36-37
• 2.1.1 实验原料36
• 2.1.2 实验设备36-37
• 2.2 陶瓷基催化剂的制备37-42
• 2.2.1 堇青石载体的预处理37-39
• 2.2.2 活性组分胶体制备39-40
• 2.2.3 陶瓷基整体式催化剂的制备40-41
• 2.2.4 不同挂载量的堇青石催化剂的催化性能41-42
• 2.3 催化剂活性的评价42-44
• 2.4 数据处理方法44-45
• 2.5 催化剂的表征方法45-46
• 第三章 W-Mn/硅溶胶陶瓷基整体式催化剂的催化性能及结构表征46-66
• 3.1 不同Na_2WO_4含量x Na_2WO_4/SiO_2/D催化剂的催化性能46-51
• 3.2 不同Mn含量x Mn/SiO_2/D催化剂的催化性能51-56
• 3.3 不同Na_2WO_4含量x W-2%Mn/SiO_2/D催化剂的催化性能56-61
• 3.4 催化剂的结构特征61-66
• 3.4.1 XRD表征结果与讨论61-63
• 3.4.2 TPR表征结果与讨论63-66
• 第四章 M-W-Mn/硅溶胶陶瓷基整体式催化剂的催化性能及结构表征66-92
• 4.1 不同Ce含量x Ce-5%W-2%Mn/SiO_2/D催化剂的催化性66-72
• 4.2 添加不同金属助剂4%M-5%W-2%Mn/SiO_2/D催化剂的催化72-78
• 4.3 不同La含量x La-5%W-2%Mn/SiO_2/D催化剂的催化性78-84
• 4.4 催化剂的结构特征84-87
• 4.4.1 XRD表征结果与讨论84-86
• 4.4.2 TPR表征结果与讨论86-87
• 4.5 反应工艺条件对催化性能的影响87-92
• 4.5.1 温度的影响87-88
• 4.5.2 烷氧比的影响88-89
• 4.5.3 空速的影响89-92
• 第五章 结论与展望92-94
• 参考文献94-100
• 致谢100-101
• 攻读学位期间发表的学术论文101-102
• 作者和导师简介102

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