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《湖南大学》 2010年
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溴甲烷高选择性转化为芳烃的催化研究

陶玲  
【摘要】: 随着石油资源日趋枯竭和原油价格居高不下,储量相对丰富的天然气的综合利用越来越受到关注。甲烷经溴甲烷制备高附加值的芳烃是高效利用天然气的有效方式,为芳烃开辟了新的合成路线,对缓解芳烃原料的缺乏具有现实意义。本论文旨在研究溴甲烷制备芳烃的高效催化剂,试图揭示催化剂的构效关系、反应机理和失活机理。 本论文首先研究了商业HZSM-5分子筛负载PbO催化剂上的溴甲烷芳构化反应情况。考察了载体、改性组分、焙烧条件、反应条件等因素对催化剂性能的影响。结果表明,HZSM-5分子筛载体优于SiO2、A12O3、ZrO2和HSAPO-34; PbO表现出优于其他金属氧化物的芳构化性能;最佳的PbO负载量和HZSM-5分子筛硅铝比分别为5wt.%和70;450℃焙烧8 h的5wt.%-PbO/HZSM-5催化剂性能最佳;360℃左右的反应温度和较低的溴甲烷空速有利于提高芳烃的选择性。XRD、SEM等表征结果表明,HZSM-5的酸性质对溴甲烷芳构化反应尤其重要;PbO高度分散于HZSM-5分子筛表面,显著减少了催化剂表面的中强酸密度,稍微增加了弱酸和强酸密度,从而促进了溴甲烷的芳构化,芳烃收率达31.6%;反应物在催化剂表面的积碳是导致催化剂失活的主要原因。 为了寻求更加高效的HZSM-5催化剂,以廉价的正丁胺为模板剂,采用水热晶化法成功合成了小晶粒HZSM-5分子筛,并在固定床反应装置上评价了其对溴甲烷转化为芳烃反应的催化性能。系统考察了投料硅铝比、母液碱度、氯化钠添加量、晶种、晶化时间等因素对合成产物的收率、物化性质和催化性能的影响,并采用XRD、SEM、NH3-TPD等手段对部分合成的分子筛进行了表征,还关联了催化剂的构效关系。结果表明,当投料中SiO2/Al2O3为70,正丁胺(BTA)/SiO2为0.2847, Na2O/SiO2为0.1237, H2O/SiO2为37.4,NaCl/Al2O3为60,添加自制晶种为5wt.%/SiO2,晶化条件为100℃/24h-170℃/24h时,合成的HZSM-5分子筛结晶完好,晶粒尺寸为0.3μm-0.7/μm,对溴甲烷制备芳烃反应具有更好的催化性能,芳烃收率达44.2%; HZSM-5分子筛的结晶度越高或者晶粒较小,有利于改善其催化性能;而且分子筛表面酸性适中有利于溴甲烷高选择性地转化为芳烃。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ203.2

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【参考文献】
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