三氧化硫体系中甲烷部分氧化的研究

【摘要】： 甲烷部分氧化反应是天然气直接转化制备高附加值化工原料的重要途径,它对于天然气资源的综合利用具有重要意义。 甲烷部分氧化反应的研究中催化剂的开发是该研究的关键,迄今为止,最具工业化前景的是以碘为催化剂在发烟硫酸体系中的甲烷液相部分氧化反应。但是在工业放大中存在高温下发烟硫酸溶剂对设备腐蚀、发烟硫酸和催化剂循环使用以及产物分离等问题。 因此,本论文提出以SO_3体系来代替发烟硫酸体系,首先在SO_3液相体系中对碘催化剂、过渡金属催化剂进行了考察,并使用过氧化物进行了甲烷的自由基反应,同时还考察了使用各种催化剂时不同工艺条件对甲烷部分氧化反应的影响,随后进行了甲烷气固相催化氧化的实验,最后针对各类反应的机理做了验证试验,并对反应机理进行了探讨。 在催化剂开发中,筛选出了相应的I_2、V_2O_5催化剂等,制备了V_2O_5/Al_2O_3催化剂和含钒杂多酸系列催化剂,并对制得的V_2O_5/Al_2O_3催化剂进行了比表面积、孔容孔径及TG的表征,分析了催化剂的组成及结构等。 在反应机理方面,提出碘系列和过渡金属化合物系列催化剂催化的甲烷部分氧化反应为亲电取代反应机理;过氧化物引发的甲烷氧化反应属于自由基反应机理。 【关键词】：甲烷 部分氧化 SO_3 催化剂 工艺条件 反应机理
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ203.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 甲烷气相部分氧化研究综述9-12
• 1.2.1 以O_2为氧化剂的甲烷气相部分催化氧化研究9-11
• 1.2.2 以NO_x为氧化剂的甲烷气相部分催化氧化研究11-12
• 1.3 烷液相部分氧化研究综述12-18
• 1.3.1 酸性水溶液体系的催化研究12-14
• 1.3.2 强酸溶液体系的催化研究14-17
• 1.3.3 发烟硫酸体系的催化研究17-18
• 1.4 甲烷液相部分氧化反应存在问题与本论文主要研究思路18-22
• 1.4.1 问题分析19-20
• 1.4.2 本论文研究思路20-21
• 1.4.3 本工作的创新之处21-22
• 第二章 实验部分22-28
• 2.1 原料22
• 2.2 实验装置及试验方法22-24
• 2.2.1 甲烷液相催化氧化反应实验装置及实验方法22-23
• 2.2.2 甲烷气固相催化氧化反应实验装置及实验方法23-24
• 2.3 分析方法24-28
• 2.3.1 气相产物分析24-25
• 2.3.2 液相产物分析25-26
• 2.3.3 催化剂性能评估26-28
• 第三章 甲烷液相反应结果与讨论28-44
• 3.1 SO_3体系中甲烷碘催化的氧化反应28-33
• 3.1.1 碘的性质28-29
• 3.1.2 碘系列催化剂的筛选29
• 3.1.3 碘催化剂加入量的考察29-30
• 3.1.4 初始压力对反应的影响30-31
• 3.1.5 温度对反应的影响31-32
• 3.1.6 搅拌速度对甲烷部分氧化反应的影响32-33
• 3.1.7 小结33
• 3.2 SO_3体系中过渡金属催化的甲烷氧化反应33-39
• 3.2.1 过渡金属离子的性质33-35
• 3.2.2 过渡金属化合物系列催化剂的筛选35-36
• 3.2.3 V_2O_5催化剂的加入量对甲烷部分氧化反应的影响36
• 3.2.4 反应温度对甲烷部分氧化反应的影响36-37
• 3.2.5 杂多化合物在SO_3体系中的甲烷部分催化氧化反应37-39
• 3.2.6 小结39
• 3.3 SO_3体系中甲烷过氧化物引发的自由基氧化反应39-44
• 3.3.1 自由基氧化反应39-40
• 3.3.2 过氧化物系列引发剂的筛选40
• 3.3.3 不同反应温度对甲烷转化的影响40-41
• 3.3.4 不同过氧化物加入量对甲烷转化的影响41-42
• 3.3.5 不同反应时间对甲烷转化的影响42
• 3.3.6 小结42-44
• 第四章 甲烷气固相反应结果与讨论44-52
• 4.1 碘催化剂催化的甲烷气固相部分氧化反应44-46
• 4.1.1 温度对甲烷气固相反应的影响44-45
• 4.1.2 压力对甲烷气固相反应的影响45
• 4.1.3 小结45-46
• 4.2 V_2O_5/Al_2O_3催化剂催化的甲烷气固相部分氧化反应46-51
• 4.2.1 载体选择实验46
• 4.2.2 催化剂制备及表征46-49
• 4.2.3 温度对反应的影响49-50
• 4.2.4 小结50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 催化机理探讨52-62
• 5.1 亲电取代机理52-59
• 5.1.1 碘催化机理探讨52-58
• 5.1.2 V_2O_5催化甲烷部分氧化反应机理探讨58-59
• 5.2 自由基机理59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论62-64
• 1 本论文的主要工作和结论62
• 2 今后工作的展望与建议62-64
• 参考文献64-67

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