甲烷无氧芳构化催化剂的研究
目前，人们对于芳烃的需求日益增加，但由于原油资源的限制，亟需寻找一种新的芳烃生产工艺替代原油催化重整。甲烷是天然气和页岩气的主要成分，储量丰富且便宜易得，故将其催化转化为高附加值的芳烃是目前众多学者研究的课题，而甲烷无氧芳构化(MDA)是最具研究价值的。负载型Mo/HZSM-5催化剂在MDA反应中研究最广，但其稳定性差，不利于工业化。而Fe基催化剂最稳定，具备很大的工业应用潜力。 本文使用TPABr为模板剂，利用水热合成技术设计了一种新型的分子筛催化剂，通过将Fe2O3颗粒嵌入分子筛HZSM-5内部制得嵌入式Fe@HZSM-5催化剂，解决了常规催化剂极易失活的问题。 本文首先对Fe基催化剂制备方法进行探究，通过对负载型和嵌入式催化剂进行反应评价发现，负载型5％Fe/HZSM-5催化剂更偏向于生成重质芳烃萘，稳定性极差;而嵌入式催化剂主要芳烃产物为轻质芳烃苯，具备更好的稳定性以及更高的苯选择性。利用TG和XRD表征对反应后的催化剂进行分析，嵌入式5％Fe@HZSM-5催化剂具有更少的积碳量，说明嵌入式催化剂积碳速率更缓慢，改善了负载型催化剂积碳量多且失活严重的问题。 通过对不同合成条件下的催化剂进行MDA反应评价，并结合XRD、N2吸附脱附、NH3-TPD等表征结果发现，以TPABr为模板剂，晶化温度为180℃的条件下，活性物种Fe最佳负载量为5％，嵌入式5％Fe@HZSM-5催化剂的最佳Si∶Al=40∶1，最佳晶化时间为72h。苯为主要的芳烃产物，选择性为54.61％。 基于以上催化剂最佳制备方法和合成条件，探究了以柠檬酸铁铵、氯化铁、硝酸铁为铁源合成的嵌入式催化剂的结构以及其在MDA反应中的性能，发现以硝酸铁为Fe源合成的嵌入式5％Fe@HZSM-5-Y-2催化剂分子筛结晶度、形貌最佳，具备最佳的稳定性。同时，对碳化温度和反应温度进行调节发现，最佳碳化温度为650℃;在700℃反应温度下催化剂具备最好的稳定性，能维持20个小时反应平稳进行，主要产物为苯，选择性为54.92％。
嵌入式催化剂;甲烷无氧芳构化;Fe@HZSM-5
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
张燚
2021
中文
TQ426.7;TQ223.121
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）