溴甲烷催化脱HBr制高碳烃的研究

论文摘要

目前,天然气制高碳烃液体燃料主要是从合成气出发,经费-托合成转化生成。但是,在天然气水蒸汽重整制合成气的过程中,需要消耗掉四分之一以上的天然气来供给反应热量,能量消耗大,造成资源的巨大浪费。本实验室设计的天然气经非合成气途径合成高碳烃的新工艺流程,可以有效地将甲烷等低碳烃转化为高碳烃,能耗和CO2排放大幅降低。新工艺流程包括两步反应:第一步,甲烷通过与氢溴酸和氧气的反应转化成溴甲烷;第二步,溴甲烷脱溴化氢制高碳烃,溴化氢循环使用。本文主要是对溴甲烷脱溴化氢制高碳烃的催化剂进行研究。实验中所使用的溴甲烷原料是由氢溴酸和无水甲醇混合液在HZSM-5催化剂上生成的。论文在自制的固定床反应器中开展溴甲烷脱溴化氢制高碳烃催化剂的研究,主要考察了分子筛载体、MgO或ZnO负载量、反应温度（200°C～300°C）、空速等因素对反应的影响,考察了几种典型催化剂的寿命,并在GC-MS （Agilent 6890N/5973N）上对气体、液体产物进行了定性定量分析。结果表明:HZSM-5负载的ZnO、MgO是溴甲烷转化的最好催化剂,ZnO、MgO的最佳含量在1.05.0wt%之间;温度升高有利于溴甲烷的转化,升至260°C300°C时,溴甲烷的转化率趋于稳定,高达99.7% ;气相、液相产物的组成也随温度的升高而变化,在3.0wt%ZnO/HZSM-5催化剂上高温有利于芳烃的生成,在3.0wt%MgO/HZSM-5催化剂上,温度升高时低碳烃选择性高;MgO/HZSM-5较ZnO/HZSM-5催化剂具有更好的稳定性,连续反应近一个月效率仍然较高。产物的主要组成是C2～C13的烷烃、烯烃和芳烃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 甲烷的活化
• 1.2.1 甲烷高温气相均裂活化
• 1.2.2 金属配合物对甲烷的活化
• 1.2.3 超强酸对甲烷的活化
• 1.2.4 过渡金属对甲烷的活化
• 1.2.5 氧化物对甲烷的活化
• 1.3 甲烷的转化进展
• 1.3.1 甲烷直接转化
• 1.3.2 甲烷间接转化
• 1.4 液体燃料的性质及用途
• 1.5 合成高碳烃液体燃料的生产路线
• 1.5.1 F-T 合成
• 1.5.2 甲醇路线
• 1.5.3 氯甲烷、溴甲烷合成路线
• 1.6 课题的意义和内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂和仪器
• 2.2.1 实验试剂（表2.1）
• 2.2.2 实验仪器（表2.2）
• 2.3 溴甲烷制高碳烃的反应
• 2.3.1 催化剂的制备
• 2.3.2 催化剂的表征
• 2.3.3 实验方法
• 2.3.4 产物分析及数据处理
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 催化剂载体对催化剂活性的影响
• 3Br 转化率的影响'>3.2 ZnO 和MgO 的负载量对 CH₃Br 转化率的影响
• 3.3 反应温度对催化剂活性的影响
• 3.3.1 原位红外光谱研究
• 3Br 转化率的影响'>3.3.2 反应温度对 CH₃Br 转化率的影响
• 3Br 转化率的影响'>3.4 气体空速对 CH₃Br 转化率的影响
• 3.5 催化剂的稳定性
• 3.5.1 催化剂的失活测试
• 3.5.2 金属组分对 HZSM-5 分子筛物性的影响
• 3.6 产物分析
• 3.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文