收藏本站
《华东师范大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

甲烷可控转化新途径的研究

李疆  
【摘要】: 近年来原油供应的持续短缺,供需矛盾日益尖锐,石油资源日趋枯竭已成为小争的事实。据有关报道,世界上的石油储量可供人类使用30-40年。而我国是贫油国家,情况尤为突出,可供使用的石油储量会更少,能源和原料供应面临严峻的挑战。从资源方面考虑,普遍地认为我们的基本国情是富煤,缺油,少气。但如果从可有效利用成分的角度来看,事实并非如此。与天然气具有类似组成的,性质相似或相同,以甲烷为主要成分的碳资源(包括天然气,煤层气,天然气(甲烷)水合物和沼气)是储量极其丰富的资源,其中天然气资源比石油资源丰富,据预测可满足世界需求120年以上;煤层气主要成分与常规天然气相似,全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米,是常规天然气探明储量的两倍多。我国煤层气资源丰富,居世界第三;目前,国际间公认全球的天然气水合物总储量是地球上所有煤、石油和天然气总和的2倍至3倍,可供人类使用1000年以上(当然其开采技术尚不成熟);沼气(主要成分甲烷)来源于生物质,属于可再生资源。此外,与石油和煤相比,它们还有清洁和热值高的优点。因而这类资源备受世人关注与重视,大力开发和利用这种资源几乎已经成为世界各国改善环境和维持可持续发展的最佳选择。 然而甲烷在热力学上的稳定性成为其广泛应用的最大障碍。本博士论文的工作就是采用光化学卤化甲烷的方法,在甲烷气中添加低碳烷烃的方法以及采用原位涂层法合成了系列负载有磷酸铁的介孔催化材料作催化剂等方法来实现甲烷的低温高选择性的可控转化,以求实现低温常压条件下的高选择性的活化甲烷。 主要工作有: 1.甲烷的光化学碘化反应的研究 本部分我们首先设计制作了适合气体光化学反应的反应器。并对甲烷与碘的光化学反应进行了研究。研究结果表明:甲烷与碘的光化学反应,只有紫外光部分起作用。可见光部分对光反应无效果。紫外光作用下的甲烷碘化反应,碘甲烷的产率较低。 2.甲烷的光化学溴化反应的研究 本部分的研究表明:甲烷与液溴的光化学反应的有效光的波长范围在可见光区。在没有加入任何催化剂的条件下,通过甲烷与溴的光反应,高选择性的活化甲烷生成一溴甲烷和二溴甲烷。经过对光源的选择,设计和改进光反应器,控制温度等方法实现了低温常压条件下的高选择性制备二溴甲烷。以溴来计算转化率可达98%。低溴甲烷(即一溴甲烷和二溴甲烷之和)的选择性之和可达93%。反应温度在16~140℃之间。这一结果远远高于国际上文献报道的结果。 3.本章主要是采用添加低碳烃的方法考察了对甲烷的活化的影响。得到的主要结论有: ①在一定的实验条件下,添加乙烯对甲烷的活化最为有利。在Ga、稀土金属-Zn、Ce-Mo和Cr-Mo等负载的HZSM-5催化剂上,原料气中添加乙烯后甲烷在较低温度(450℃-520℃)下可实现活化。甲烷的转化率超过35.0%;而在相同的实验条件下,没有添加其它气体时,催化剂对甲烷活化作用就不明显。因此原料中添加第二组分对于甲烷活化具有十分重要的意义。 ②以乙烯为第二组份气时,稀土金属氧化物的添加能够增加催化剂的活性,一定程度延长催化剂的寿命。 ③添加丙烷在我们初步研究中对甲烷的活化影响有限。在研究丙烷的添加对甲烷芳构化的影响时,在1%Cu-1.35%Zn/HZSM-5、0.1%Gd-1.35%Zn/HZSM-5催化剂上,当CH_4/C_3H_8=0,1.17,2.25三种摩尔比条件下,实验中没有发现丙烷对甲烷的活化有明显作用,甲烷的转化率均为负值。反而是甲烷的添加似乎对丙烷的转化有抑制作用使其转化率下降。 ④在研究丁烷的添加对甲烷芳构化的影响时,在450℃时,0.1%Gd-1.35%Zn-/HZSM-5上,CH_4/C_4H_(10)=0.00,0.45,1.01,1.50和3.12摩尔比条件下的实验结果表明:甲烷的转化率从摩尔比为0.45的负值-9.8%,增加到摩尔比为3.125时的6.9%。说明一定条件下,增加甲烷气体的量有利于其被丁烷活化;在较低的温度下有利于实现甲烷的活化,但从芳烃的收率和选择性随摩尔比增加而降低的趋势来看,说明被活化的甲烷可能主要是参与到生成低碳烃等产物中。 4.原位涂层法合成FePO_4/SBA-15材料及其表征 成功地(直接)合成了FePO_4修饰的SBA-15介孔硅材料,在这种一步合成方法中,硝酸铁不仅作为磷酸铁的铁源,而且有助于形成有序的介孔结构。此外,由于与传统的浸渍法相比,这种方法也许提供了一种新的修饰介孔材料的方法,可以应用在许多功能化材料的合成过程中。另外,用原位涂层法合成出的FePO_4-SBA-15介孔硅材料作为甲烷部分氧化制甲醛的催化剂经过实验考察发现:比硅基材料上负载有磷酸铁(5wt%)的催化剂和用浸渍法合成出的FePO_4/SBA-15催化剂催化活性要强10~100倍。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ203

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 籍延超;;氮含量对加氢工艺的影响[J];民营科技;2011年08期
2 刘仁龙;吕汉清;李国云;邬旭宏;谢银银;杜军;;负载型V_2O_5-WO_3/TiO_2/堇青石脱硝催化剂的研制及性能[J];武汉理工大学学报;2011年07期
3 姜艳;王继锋;孙晓艳;王少军;;焙烧温度对含硫前体NiMoS加氢裂化催化剂反应性能的影响[J];石油炼制与化工;2011年06期
4 蔡建信;刘金聚;李凝;陈俭省;;NiO-Zr_xCe_(1-x)O_2催化剂的制备及其性能[J];桂林理工大学学报;2011年02期
5 ;SEPC沙特新建石化联合体将正式投产[J];精细石油化工进展;2011年04期
6 唐亮;邵芸;万海勤;许昭怡;郑寿荣;;嫁接法制备Ni/SBA-15催化剂的催化氯苯加氢脱氯[J];无机化学学报;2011年09期
7 段标标;隋铭皓;;多相催化臭氧氧化技术机理研究进展[J];四川环境;2011年03期
8 晏萍;罗建中;陈志航;唐志雄;岑超平;;中低温条件下选择性催化NO_x还原的研究进展[J];化工进展;2011年08期
9 雷海琴;朱春华;陈家富;朱新宝;;SO_4~(2-)/TiO_2 催化合成甲基丙烯酸甲氧基乙酯[J];化学反应工程与工艺;2010年01期
10 穆仕芳;尚如静;魏灵朝;蒋元力;;甲醇选择氧化一步法制甲缩醛催化体系研究进展[J];现代化工;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许韵华;晋丽叶;陈敏;王永生;朱红;;质子交换膜燃料电池抗CO催化剂PtRu/C的研究[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)论文集(下册)[C];2005年
2 盖帅;徐永强;刘晨光;;硅胶键合有机磺酸催化剂的制备与表征[A];中国石油学会第六届石油炼制学术年会论文集[C];2010年
3 蒋树斌;;污染物治理技术进展[A];中国工程物理研究院科技年报(2010年版)[C];2011年
4 庞新梅;钱锦华;高雄厚;;渣油催化裂化催化剂技术最新进展[A];甘肃省化学会成立六十周年学术报告会暨二十三届年会论文集[C];2003年
5 李林;王晓东;王爱琴;张万生;张涛;;Mo_2C催化剂的吸附量热研究[A];中国化学会第十三届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要集[C];2006年
6 靳凤英;王祥生;袁景利;龙化云;杨晓宇;陈立东;郭新闻;;有机酸改性的CoMo/HZSM-5催化剂的加氢脱硫活性[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年
7 安立敦;;负载型纳米金催化剂投入工业生产[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
8 周晓奇;;加氢脱硫催化剂及其新进展[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
9 杨勇;杜阳;王和义;;无机载体疏水催化剂研制[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
10 欧阳平;姚金华;陈国需;李华峰;;摩擦催化反应中机械摩擦作用对催化剂的影响[A];第四届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵亚辉;李灿:“催化”人生[N];人民日报;2004年
2 记者应庆;李灿院士获今年何梁何利进步奖[N];中国医药报;2005年
3 苛卫;二氧化碳变塑料[N];中国石油报;2003年
4 本报记者 张佳星;表面化学:我们身边的科学[N];科技日报;2007年
5 记者 吴苡婷;书写“水变氢”的传奇[N];上海科技报;2011年
6 潘治;他的研究“深入浅出”,至少能帮人理解“铁为什么会生锈”[N];新华每日电讯;2007年
7 ;科学家变废为宝二氧化碳制成塑料[N];中国高新技术产业导报;2001年
8 刘文;勇攀科学高峰的人[N];中国矿业报;2005年
9 本报记者 张震;国Ⅱ车喝欧Ⅲ油得不偿失?[N];中国消费者报;2005年
10 通讯员  黄剑华 本报记者  郭姜宁;窥探警戒线内的“宝贝”[N];科技日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢文新;纳米碳纤维生长速率及形态调控[D];华东理工大学;2010年
2 褚睿智;微波辐射下耐硫型Pd催化剂的可控制备及在一步法合成二甲醚中的应用[D];中国矿业大学;2010年
3 黄辉;脂肪酸甲酯加氢制脂肪醇Cu/Zn催化剂的失活机理研究[D];华东理工大学;2011年
4 刘俊;多元醇液相重整制氢的催化剂研究[D];复旦大学;2011年
5 李疆;甲烷可控转化新途径的研究[D];华东师范大学;2010年
6 王文举;Ni催化剂催化乙醇重整制氢的研究[D];天津大学;2009年
7 陈鸿庆;乙醇重整制氢Ir-La催化剂设计及微反性能优化[D];华南理工大学;2010年
8 姜烨;钛基SCR催化剂及其钾、铅中毒机理研究[D];浙江大学;2010年
9 张安杰;Ni基催化剂上甲烷二氧化碳重整制合成气的研究[D];大连理工大学;2011年
10 丁保宏;新型载体SiO_2-TiO_2-ZrO_2载负MoP催化剂的制备、表征及加氢精制性能[D];华东师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘树森;甲醇液相氧化羰基化Cu-Si-Ti基催化剂的研究[D];太原理工大学;2010年
2 庄永涛;柴油车尾气净化蜂窝状Fe-Mo/ZSM-5催化剂的试验研究[D];太原理工大学;2010年
3 张峰;SCR脱硝催化剂的抗硫再生性能和整体化制备研究[D];浙江工业大学;2010年
4 刘艳霞;纳米金催化剂室温氧化CO及其再生研究[D];大连理工大学;2011年
5 王光伟;改性蒙脱土负载Co催化剂的费—托合成反应行为[D];陕西师范大学;2011年
6 王莉萍;焦炉煤气钌甲烷化催化剂的制备及研究[D];太原理工大学;2010年
7 张晓伟;化学镀制备Co基催化剂及其催化硼氢化钠水解制氢的研究[D];南开大学;2010年
8 杨晓楠;超重力共沉淀法制备铜基甲醇合成催化剂及其性能表征[D];北京化工大学;2010年
9 薛金召;Co/C氨合催化剂的制备及其在旋转磁场下的催化性能研究[D];新疆大学;2010年
10 张栖;贫燃条件下Ag-Rh/CZA催化剂上氮氧化物的催化还原研究[D];华南理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026