丙烷化学链脱氢与氢气选择性氧化耦合强化催化剂的设计

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:shao_xiao_dong
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氧化脱氢(ODHP)作为丙烷脱氢技术的一种,由于其反应放热,理论上不需要外界额外提供能量,可以自我供热维持。同时无热力学平衡限制,丙烷单程转化率高。但是丙烯容易被深度氧化,因此在ODHP过程中丙烯的收率普遍很低,而且由于氧气和丙烷共同进料,体系在高温下存在爆炸的危险。化学链燃烧(CLC)是一种清洁高效的燃烧技术,采用新型的具有携氧能力催化剂,将均相热裂化脱氢反应产生的H2进行原位氧化,生成水蒸气,为脱氢反应提供热量,同时氧载体在另一反应器中被还原;也产生一部分热量。但大部分催化剂的活性晶格氧直接暴露在丙烷和丙烯的气氛中,造成丙烷和丙烯深度氧化成CO和CO2,从而降低了丙烯的选择性。因此迫切需要开发一种新型催化剂能够解决上述问题。本论文考虑到微孔分子筛的择形效应和金属氧化物的载氧功能。设计出新型的核壳型氧载体,外壳层为具有分子识别功能的微孔分子筛Na A,而核为具有载氧能力的金属氧化物Fe2O3。通过壳层微孔的孔尺寸限制,阻止丙烷和丙烯分子接触氧载体。而丙烷在催化活性中心上脱氢所形成的H2,则可透过壳层被内核中的氧载体氧化成H2O。打破脱氢反应热力学平衡,并提供热量。由此实现丙烷催化脱氢和氢气选择性氧化过程的耦合强化,提高丙烷转化率和丙烯收率。在核壳结构的合成过程中首先对基质分子筛X、Y分别做了一系列的氟化铵处理研究,得到微、介孔保留合适的材料。对壳层分子筛的合成在时间、温度上、水钠比方面做了一系列考察。包裹过程中对于铁源的选取、晶化的温度、时间、负载量等对核壳结构的影响利用多种表征手段对核壳结构的物理化学特性进行了一系列表征,确定了最佳合成条件为高温短时间。选择最高负载量的核壳结构并结合传统脱氢催化剂,考察了填充方式、钠改性与否进行丙烷化学链脱氢与选择氧化的性能测定,改性之后的催化剂、分层填充具有更佳的反应活性。
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