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个非常重要且具有挑战性的化工过程,其关键是在于寻找一种既能有效提高甲烷的转化率又能提升目标产物选择性的催化体系。本文借鉴前人研究,以负载型杂多酸为催化剂,稀硫酸为液相环境,氧气为氧化剂,探索一种气液固三相半连续反应体系,以期在相对温和条件下同时提高甲烷的转化率和产物的选择性。 考察了溶胶凝胶法负载多元复合杂多酸H3+xPVxMoyW12-x-yO40的催化活性,得出当V原子数为2、Mo原子数为8时杂多酸的催化性能最好。通过表征可知合成的杂多酸具有Keggin型结构,反应后液相产物为甲醇。实验分别对催化剂制备过程中水解温度、水解时间、焙烧温度、焙烧时间、负载率以及甲烷转化实验中反应气体流量、催化剂加入量、液相的酸碱度对甲烷转化率和催化剂脱附率的影响进行了研究,同时对反应后溶液进行液相分析得出：当水解温度为70℃、水解时间为3h、焙烧温度为300℃、焙烧时间问4h,负载率为15%,反应温度为200℃、压力为3.5兆帕、催化剂加入量为10克、Qv(CH4)=50mL/min(SCCM).Qv(Air)=0.25L/min(SLM)时甲烷的转化率最高可达3.43%,此时催化剂脱附率为5.90%,溶液中甲醇的选择性为60.4%,甲醇的单程收率为2.07%。 【关键词】：甲烷 溶胶凝胶法 甲醇 杂多酸 二氧化硅
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ223.121
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第一章 前言10-13
• 1.1 甲烷及其利用现状10-11
• 1.2 课题的研究意义11-12
• 1.3 课题的研究任务12-13
• 第二章 文献综述13-24
• 2.1 甲烷部分氧化的国内外研究情况13-20
• 2.1.1 气相均相体系13-14
• 2.1.2 气固相催化体系14-16
• 2.1.3 液相催化体系16-19
• 2.1.4 其它体系19
• 2.1.5 小结19-20
• 2.2 杂多酸20-24
• 2.2.1 杂多酸的结构特性20
• 2.2.2 杂多酸的物理化学性质20-21
• 2.2.3 Keggin型杂多酸(盐)催化剂21
• 2.2.4 杂多酸催化剂研究进展21-24
• 第三章 实验方法24-32
• 3.1 实验试剂与实验仪器24-25
• 3.2 实验装置及流程25-27
• 3.2.1 实验装置25-26
• 3.2.2 实验过程26-27
• 3.3 数据采集及分析27-28
• 3.4 液相中甲醇分析方法28-30
• 3.5 催化剂的制备30-31
• 3.6 催化剂负载31-32
• 第四章 催化活性研究32-49
• 4.1 催化剂载体选择32
• 4.2 负载方法的选取32-33
• 4.3 催化剂含钼量(Y)对催化性能的影响33-35
• 4.3.1 负载率为10%的催化剂含钼量(Y)对催化活性影响33-34
• 4.3.2 负载率为20%的催化剂含钼量(Y)对催化性能的影响34
• 4.3.3 负载率为15%的催化剂含钼量(Y)对催化性能的影响34-35
• 4.4 水解温度对催化性能的影响35-38
• 4.4.1 水解温度对甲烷转化率的影响35-36
• 4.4.2 水解温度对活性组分脱附的影响36-38
• 4.5 水解时间对催化性能的影响38-39
• 4.5.1 水解时间对甲烷转化率的影响38
• 4.5.2 水解时间对活性组分脱附的影响38-39
• 4.6 催化剂焙烧时间对催化性能的影响39-41
• 4.6.1 催化剂焙烧时间对甲烷转化率的影响39-40
• 4.6.2 焙烧时间对活性组分脱附的影响40-41
• 4.7 焙烧温度对催化性能的影响41-42
• 4.7.1 焙烧温度对甲烷转化率的影响41-42
• 4.7.2 焙烧温度对杂多酸溶脱的影响42
• 4.8 活性组分H_5PV_2Mo_8W_2O_(40)负载率对催化性能的影响42-44
• 4.8.1 不同负载率的催化剂对甲烷转化率的影响42-43
• 4.8.2 不同负载率对催化剂脱附的影响43-44
• 4.9 催化剂的加入量对催化性能的影响44-45
• 4.10 气体相对流量对甲烷转化率的影响45-46
• 4.11 液相氢离子浓度对催化活性的影响46-47
• 4.11.1 液相氢离子浓度对甲烷转化率的影响46
• 4.11.2 不同氢离子浓度对活性组分溶脱影响46-47
• 4.12 小结47-49
• 第五章 催化剂的表征49-56
• 5.1 催化剂的表征49-54
• 5.1.1 杂多酸元素分析49-50
• 5.1.2 杂多酸热重分析50-51
• 5.1.3 杂多酸催化剂BET表征51-52
• 5.1.4 杂多酸的FTIR表征52-54
• 5.1.5 催化剂XRD表征54
• 5.2 小结54-56
• 第六章 结论与展望56-58
• 6.1 主要工作及成果56
• 6.2 展望与建议56-58
• 参考文献58-65
• 致谢65

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