甲烷与甲醇共芳构化MoXZn/HZSM-5催化剂制备及反应性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cocoxb
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
煤层气作为与煤伴生的自然资源,储量十分丰富,同时我国煤基甲醇技术成熟,已出现甲醇产能过剩现象,迫切需要开发一种新的工艺技术以便提高煤基资源的高效利用。芳烃作为重要的有机原料,尤其是苯、甲苯、二甲苯(BTX)等轻质芳烃在合成树脂、炸药、医药等工业中具有广泛的用途。然而,目前90%以上的芳烃来源于石油路线,而我国煤炭资源丰富石油资源匮乏,因此开拓一条从煤基资源出发生产芳烃的路线变得十分紧迫。研究表明,煤层甲烷与甲醇均能单独进行芳构化反应,并且甲醇制芳烃是吸热反应,甲烷芳构化是放热反应。因此,本文将甲烷芳构化反应与甲醇制芳烃反应耦合,并采用Mo与Zn双金属改性的HZSM-5催化甲烷与甲醇共芳构化反应,以期提高甲烷低温下的转化率和产物BTX选择性,并对共芳构化反应机理与动力学性能进行了初步探讨,研究内容如下:(1)双金属催化剂的构建及其催化共芳构化反应的研究采用等体积浸渍法制备了MoXZn/HZSM-5催化剂,并在相对温和条件下,使用甲烷与甲醇共进料制备苯、甲苯、二甲苯等目标产物。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM、N2adsorption-desorption、NH3-TPD、UV-Vis、XPS、ICP和TG等分析手段对催化剂的晶型、酸性、孔结构等性质进行了表征,考察了金属的引入对反应的影响。结果表明,引入的Mo与Zn促进了甲烷氢转移反应,有利于甲烷C-H键断裂生成甲基自由基随后齐聚、环化产生芳烃继而提出共芳构化反应机理。此外,TG结果表明催化剂失活的主要原因是催化剂积碳。通过反应性能评价表明,负载金属钼与锌对催化剂的活性、稳定性以及产物分布有着重要的影响。对比发现,在常压450℃时,当钼锌金属比是3:1,甲烷与甲醇物质的量比为n(CH3OH)/n(CH4)=0.8时催化剂稳定性最高活性最好,甲烷转化率最高可达17.08%,BTX选择性在8 h内稳定维持在26%以上。(2)甲烷与甲醇共芳构化动力学研究研究了在400~500 ℃,保持甲醇进料质量空速为1.188 h-1不变,仅改变甲烷进料质量空速对共芳构化反应的影响。此外,根据共芳构化反应特性,将反应物生成烯烃和C1,以及烯烃进一步转化为烷烃和芳烃的反应级数设为二级,重质芳烃会分解为轻质芳烃和甲烷的反应级数设为一级,构建了甲醇、甲烷、C1(CO和CO2)、烯烃、烷烃、轻芳烃(C6-C8)和重芳烃(C9+)七集总的动力学模型。经统计验证表明,所构建的动力学模型理论计算值与实验值相吻合,能准确反应甲烷与甲醇共芳构化反应中主要产物随温度和空速的变化规律,并进一步证明甲醇的引入有利于打破甲烷芳构化反应中甲烷活化能垒促进甲烷的转化。
其他文献
化工行业是国民经济中不可或缺的重要组成部分,影响着国民生活的方方面面,是我国的基础产业和支柱行业。近年来,在第四次工业革命的时代背景下,“数字孪生”这一概念受到越来越多的研究者们的关注,并且在电力、交通、航空航天等领域取得了成功的应用案例。然而在化工领域,数字孪生的应用仍然处于初级阶段,大部分的研究还停留在理论阶段,缺乏实际应用。化工过程多为复杂的物理过程和化学反应,导致对生产现场建立实时机理模型
学位
垂直取向介孔二氧化硅薄膜(VMSF)具有均一的孔径、高比表面积,长程有序,热稳定性好,以及孔径可调,良好的分子可接近性和快速的质量传输等诸多优点。同时因其孔道的空间限制效应及对分子大小、电荷、疏水性等的选择性,可以被用于构建新的器件和传感器而受到广泛关注。基于上述背景,本论文首先以垂直取向介孔二氧化硅纳米孔道为基础,利用其超细孔道表现出的空间约束效应,将其作为硬模板,在介孔孔道中合成导电聚合物定向
学位
超级电容器因具有较高的比功率和长的循环寿命,同时且对环境无污染等优点被广泛应用。多孔炭材料作为常用的电极材料,因其发达的孔隙结构和原料来源的广泛受到了极大的关注。以生物质为原料制备多孔炭不仅可以节约原料成本,还可以缓解因焚烧废弃生物质而引起的环境污染问题,并实现生物质转化为结构和性能可控的高性能多孔炭材料,具有较高的利用价值。然而,废弃生物质炭材料中普遍存在着孔隙结构过于简单和石墨化程度较低等结构
学位
镁及镁合金具有密度低、比强度和比刚度高等优点,从而得到研究者的广泛关注。然而,镁具有密排六方(HCP)晶体结构,该结构能够激活的独立滑移系不足,在热变形过程中容易产生较强的基面织构,导致了其室温变形能力和力学性能较差,从而限制了镁及镁合金的广泛应用。因此,通过调控织构,实现镁合金的力学性能和变形能力的优化至关重要。目前,合金化和热变形加工是调控镁合金织构的重要手段。Bi元素在镁合金中具有较高的固溶
学位
我国公路运输业的快速发展对于道路石油沥青的需求日渐增多,导致道路石油沥青表观消耗量逐年增长,道路石油沥青在高温拌和过程中会释放出一些有毒臭味烟气,对附近居民健康以及环境造成影响。石油沥青烟气总量小、种类多、活性强,国内外对于它的定性、定量分析存在一定难度。因此还没有针对石油沥青材料所制定的危险性分析评价标准。结合国内外文献,本文主要研究了两种道路石油沥青烟气中硫化物的组成和含量,首次尝试用低共熔溶
学位
挥发性有机污染物(VOCs)可以参与光化学反应生成PM2.5和臭氧,对大气环境和人类健康产生严重危害。VOCs的末端治理技术主要包括吸附、冷凝、催化燃烧、等离子体技术、直接燃烧等。其中,催化燃烧技术可以在较低的能耗下将VOCs转化为无污染的二氧化碳和水,并且具有适用范围广、处理效率高的优点,被认为是最具潜力的治理技术。锰氧化物因其价态多变、氧化还原势高、成本低等优势被广泛应用于CO和VOCs的催化
学位
随着实现碳中和、碳达峰目标工作的逐步开展,煤炭保供稳价等政策措施的大力推动下,我国能源安全保供取得显著成效,煤炭生产稳步增长。但是煤利用过程中排放的氮氧化物(NOX)对生态环境产生严重污染。因此,从根本上解决燃煤污染物,提供清洁高效的燃烧技术是解决问题的根本。燃煤产生的NOX主要来自两个途径:煤热解过程中在脱挥发分阶段会产生NH3、HCN等NOX前驱物的燃烧;煤热解产物焦炭中焦氮的燃烧。而产生的N
学位
人工合成的高品质金刚石膜拥有媲美天然金刚石的高硬度、高热导率、低热膨胀系数、高透光率等诸多优异性能,在声学、光学、散热等领域有广阔的应用前景。在金刚石膜的众多合成方法中,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术以其等离子体密度高、可控制性好、无放电电极污染、合成的金刚石膜品质高等优势,成为制备高品质金刚石膜的首选方法。然而,MPCVD法合成高品质金刚石膜的沉积速率、均匀性等问题一直困扰着该技术的
学位
天然气作为一种低碳清洁能源,应用越来越广泛。然而我国的天然气产量严重不足,大量依靠进口。为了解决这一问题,寻求常规天然气的补充是及其重要的。煤层气是非常规天然气的重要组成部分,并且我国煤层气储量丰富居于世界第三,其可以作为常规天然气的重要补充。煤层气中的低浓煤层气由于甲烷浓度低于30%,无法得到有效的利用,如果能够充分的利用低浓煤层气,不仅能够缓解我国天然气严重不足的现状,而且可以减少环境污染。其
学位
低碳烯烃(C=2-4,包括乙烯、丙烯和丁烯)是重要的基础有机化工原料,也是现代化学工业的基石,其生产强烈地依赖于石油资源。国内石油资源匮乏,加之低碳烯烃的需求日渐增长,急需开发一条非石油路线的烯烃生产工艺。近年来,甲醇制烯烃(MTO)技术得到广泛研究,该技术实现了从煤或天然气制甲醇再到低碳烯烃的转变。为了提高转化效率、减少设备投资,可从合成气直接转换为低碳烯烃,利用金属氧化物-分子筛(OX-ZEO
学位