沼气（甲烷）催化活化聚合烷烯烃催化剂的筛选与制备

发布时间：2017-12-08 03:21

  本文关键词：沼气（甲烷）催化活化聚合烷烯烃催化剂的筛选与制备

  更多相关文章： 甲烷 催化裂解 C_2烃 玄武岩 长石 改性

【摘要】：沼气(甲烷)无氧高效转化制乙烯、芳烃及氢气近年取得了重大的进展,新型高效Fe?SiO_2催化剂的成功开发引起了广泛关注。火成岩矿物来源广泛,耐高温,其形成过程与Fe?SiO_2催化剂的制备过程类似,且其天然含有丰富的铁、钛等活性金属元素,这些金属元素有可能成为甲烷转化的活性位点。本课题围绕沼气(甲烷)催化活化聚合烷烯烃催化剂的筛选与制备,以天然火成岩矿物作为甲烷无氧转化催化剂的筛选原料,采用天然筛选与人工改性催化剂相对比的方法,系统研究了火成岩(玄武岩)及其主要成分长石对甲烷无氧转化制C_2烃的活性,使用球磨-固相烧结法成功制备了掺Pb~(2+)、Fe~(3+)的改性长石催化剂,最后探讨了长石催化剂的活性位点。结果表明:(1)花岗岩、玄武岩、安山岩、流纹岩都有一定的甲烷无氧催化性能,相同反应条件下,玄武岩的催化效果最好。在反应温度为9 5 0℃,空速为4 L/h,玄武岩添加量为2 g时,甲烷的转化率可达11.3%,C_2烃的选择性可达16.96%。长石具有稳定的催化活性,石英不具备催化活性,黑云母没有稳定的催化活性,3 h反应时间内迅速失活。(2)玄武岩对甲烷的无氧转化属于甲烷催化裂解,产物主要为C_2烃及积炭。气体空速、反应温度对玄武岩的催化活性有重要影响。在相同温度下,甲烷空速越大,产物中乙烷的选择性会越高,而乙炔的选择性会越低。在气体空速为4 L/h条件下,当反应温度由950℃上升为1025℃时,C_2烃的产率由2.57%上升至5.12%。玄武岩活性因表面芳烃型积炭的产生而降低。(3)高温焙烧可有效消除天然长石的杂质石英及方解石,焙烧后钠长石结构变化为拉长石结构。在气体空速为0.5 L/h,拉长石0.5 g(50-100目),反应温度为950℃时,甲烷的转化率可达6.95%,C_2烃产率可达5.31%。提高反应温度、降低气体空速、减小长石粒径均有利于甲烷的转化和C_2烃的生成。C_2烃中乙烷、乙烯、乙炔的选择性受到反应温度及甲烷空速的显著影响,这与玄武岩对甲烷的转化过程一致。(4)通过掺杂改性,Pb~(2+)成功进入了长石的碱金属(碱土金属)位点,Fe~(3+)部分进入了长石的四面体位点。长石的催化活性主要由碱金属(碱土金属)位点决定,Pb~(2+)掺杂改性可以有效提高长石的催化活性。在反应温度为800℃,甲烷空速0.5 L/h,催化剂添加量为0.25g(3 0 0目)下,当铅含量由0%提升至5%时,甲烷的转化率由3.3 2%升高至8.19%,C_2烃的产率由3.31%升高至8.11%。长石的催化作用主要体现在对甲烷的活化,并未对产物C_2烃脱氢过程产生明显影响,C_2烃中乙烷、乙烯、乙炔的选择性仍与温度与甲烷空速有关。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

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本文编号：1264851