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《甲烷制乙烯的催化劑研究進展》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、甲烷制乙烯新型催化劑的制備[摘要]本文對微波法誘導甲烷與二氧化碳制乙烯研究進行了研究,得出合成的催化劑和其組成對此反應起著巨大的作用。從研究數(shù)據(jù)表明,微波法制乙烯所用催化劑降低了反應的溫度,減少了碳化的生成。但甲烷轉化率和乙烯選擇率仍較低。所以,進一步提高催化劑的反應活性和選擇性是實現(xiàn)沼氣制取乙烯的工業(yè)化生產的關鍵。本文合成了四種新型催化劑,其具有巨大的研究意義。[關鍵詞]沼氣微波誘導催化劑乙烯隨著社會的發(fā)展,各行各業(yè)對乙烯的需求量不斷増加,而現(xiàn)在乙烯的主要來源是石油的裂解。由于石油是不可再生資源,全球經濟的發(fā)展導致了
2、石油資源的不斷枯竭,因此尋找石油的替代原料是大勢所趨。沼氣是再生資源,其主要成分是甲烷和二氧化碳,將沼氣直接轉化為應用價值更高的化學商品是一項十分具有學術和經濟價值的課題。自從1982年,美國UCC公司的G.EKeller和M.MBhasin兩人首次發(fā)表了由甲烷制取乙烯的研究結果以來,由沼氣制備乙烯迅速引起了世界各國學者的重視,大量的學者和研究機構開始進行此項目的研究,同時,我國也開始積極參與甲烷制乙烯的研究開發(fā)。在各種試驗反應和機理的研究中,微波誘導甲烷制取乙烯被認為是最有前景和研究價值的反應。本文章結合近年來國內外
3、在此方面的研究進展,對該反應作出了進一步的研究和改良,并取得了一定的成果。現(xiàn)將研究情況作簡要介紹。1前言中國科學院金屬研究所2]研制出了一種以y-AI2O3為催化劑載體,以氧化銀為活性組分的催化劑,其載體有2-2.5%的粘結劑,70-90%的吸波材料,5-2.5%的y?AI2()3。該體系克服了反應溫度高,積碳嚴重的問題,但產率較低,得到的多以低H2/CO比的合成氣,其乙烯的產量在10%左右。而中國科學院大連物化所⑶以活性炭為引發(fā)劑,利用了活性炭的強吸附性,采用連續(xù)微波輻照與活性炭的聯(lián)合作用產生微波放電,使C2的選擇性
4、達到70%以上,甲烷轉化率80%。但反應中C2主要以乙烘為主,在低甲烷濃度下,可生成10%乙烯。以后,中國石油大學重質油國家實驗室⑷又以納米級的Z「O2負載Ni和La的方法進行重整,提高了催化劑的活性組分的分散度并抑制了絲狀炭的生成,但生成的組分以合成氣為主。四川大學⑸則以TiO2,CeO2和y-AI2O3為載體,以Ca,Mg,Ni,Co,Fe等一種或兩種硝酸鹽為主活性組分,經浸漬法制得顆粒狀催化劑,堇青石為第二載體,制成整體式催化劑。期中以Ca-Ni/TiO2為催化劑能使甲烷轉化率達到11.21%,乙烯選擇性達到14
5、.32%,雖然轉化率仍較低,但提高了乙烯的選擇性。2實驗部分2.1實驗理論根據(jù)中國科技大學⑹徐法強的研究表明,CH4在堿性金屬氧化物上產生了較強的變形吸態(tài)甲烷能夠使甲烷的異裂更加容易。Ni作為甲烷制取乙烯的主要催化劑,能使甲烷的轉化率和C2收率降低,但能使C2坯的選擇性升高,所以Ni的負載一般在5-20%之間。而Cu既可作為載體又可作為催化劑對乙烯具有極強的選擇活性。但同時也使CH4/H2等離子體反應中解離的部分自由基活性物質與部分乙烯催化劑上繼續(xù)反應聚合生成C3,并進一步產生其他高C婭,從而降低了C2婭產物的選擇性與
6、收率。所以本實驗小組同時制備了一組以Ce為載體的催化劑,以求論證Ce的催化活性。2.2催化劑的制備2.2.1納米級ZrO載休催化劑的制備產生微波放電,使C2的選擇性達到70%以上,甲烷轉化率80%。但反應中C2主要以乙烘為主,在低甲烷濃度下,可生成10%乙烯。以后,中國石油大學重質油國家實驗室⑷又以納米級的Z「O2負載Ni和La的方法進行重整,提高了催化劑的活性組分的分散度并抑制了絲狀炭的生成,但生成的組分以合成氣為主。四川大學⑸則以TiO2,CeO2和y-AI2O3為載體,以Ca,Mg,Ni,Co,Fe等一種或兩種硝
7、酸鹽為主活性組分,經浸漬法制得顆粒狀催化劑,堇青石為第二載體,制成整體式催化劑。期中以Ca-Ni/TiO2為催化劑能使甲烷轉化率達到11.21%,乙烯選擇性達到14.32%,雖然轉化率仍較低,但提高了乙烯的選擇性。2實驗部分2.1實驗理論根據(jù)中國科技大學⑹徐法強的研究表明,CH4在堿性金屬氧化物上產生了較強的變形吸態(tài)甲烷能夠使甲烷的異裂更加容易。Ni作為甲烷制取乙烯的主要催化劑,能使甲烷的轉化率和C2收率降低,但能使C2坯的選擇性升高,所以Ni的負載一般在5-20%之間。而Cu既可作為載體又可作為催化劑對乙烯具有極強的
8、選擇活性。但同時也使CH4/H2等離子體反應中解離的部分自由基活性物質與部分乙烯催化劑上繼續(xù)反應聚合生成C3,并進一步產生其他高C婭,從而降低了C2婭產物的選擇性與收率。所以本實驗小組同時制備了一組以Ce為載體的催化劑,以求論證Ce的催化活性。2.2催化劑的制備2.2.1納米級ZrO載休催化劑的制備稱取ZrOCh-8H2O8.06