多組分甲烷氧化偶聯(lián)催化劑活性位及反應機理研究.pdf

1、甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯(OCM)是天然氣綜合利用實現(xiàn)替代石油碳源的一條重要途徑，其工業(yè)化可實現(xiàn)天然氣直接合成乙烯路線，將直接改變化學工業(yè)主要依靠石油的格局，具有戰(zhàn)略意義和重大的工業(yè)應用價值。但就目前國內外的研究進展而言，甲烷氧化偶聯(lián)催化劑存在活性不高、活性物質分散性較差、反應機理不夠明確等問題，同時該反應所需溫度較高，使得該反應體系工業(yè)化較為困難。
　　 本文針對以上問題，基于本課題組開發(fā)的Na-WMn-S-P-Zr/SiO2六組分

2、催化劑，進行了甲烷氧化偶聯(lián)催化作用機制研究。
　　 本文首先對制備方法和加料順序進行了篩選。由浸漬法、溶膠-凝膠法和混漿法三種不同方法制備得到的催化劑活性比較結果表明，混漿法制備的催化劑活性晶相較多，活性組分及活性氧物種在催化劑表面分散性更好，C2烴收率最高?？梢?，對該催化劑體系，混漿法是較為適宜的制備方法。在此基礎上，還比較了混漿法不同加料順序制備的催化劑的活性，發(fā)現(xiàn)在制備過程中，Na、Mn和Zr三個組分最好同時加入。

3、　　 其次，研究了催化劑中組分S、P的作用。S、P組分的加入有助于活性晶相的形成以及表面活性物種的富集，優(yōu)選出最合適的S摻雜量為2wt％，P摻雜量為0.4wt%。制備出的混漿法六組分催化劑具有良好的甲烷氧化偶聯(lián)反應活性，其最佳反應條件為：CH4與O2進料比3：1，反應溫度750℃，氣體空速6000ml/g·h。。
　　 乙烷脫氫作為甲烷氧化偶聯(lián)反應中的后續(xù)步驟，對其進行反應條件的優(yōu)化和機理的研究有助于更好的探索甲烷氧化偶聯(lián)反應

4、，提高乙烯收率。因此本文研究了不同制備方法和過程以及組分S、P對該反應的影響，發(fā)現(xiàn)具有較好甲烷氧化偶聯(lián)反應活性的催化劑一般都具有相當的乙烷氧化脫氫反應性能和CO2氧化乙烷脫氫反應性能。可見這兩個反應所需的活性晶相、活性組分以及活性物種較為相近。
　　 最后，本文利用原位漫反射紅外技術對該催化劑體系下的甲烷氧化偶聯(lián)和乙烷脫氫反應做了機理方面的探索，推測出六組分催化劑中Zr、W的活性位可能結構并初步推測了該催化劑體系下的甲烷氧化偶聯(lián)