天然气直接转化制备液态烃的反应过程研究

作     者：王东镇 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁生荣

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：ZSM-5 分子筛 甲烷 芳构化 水热合成 

摘      要：苯及其它芳香烃产品是重要的基础化工原料,全球苯需求年增速将达3.9%,苯产能年增速可能只有2%,供应缺口导致苯的价格居高不下。而天然气的主要成分甲烷在无氧高温的条件下催化脱氢芳构化可以直接将其转化为具有广泛用途的芳烃产品,并同时伴随大量的氢气产生。HZSM-5以其独特的微孔孔道结构和酸性质被认为是甲烷无氧芳构化最有效的催化剂之一,但ZSM-5的微孔结构制约了苯等大分子在其中的传递扩散。最近的研究发现具有微介孔复合结构的多级孔道分子筛的开发,为解决微孔中物质传递扩散受限提供了新的方向和可能性。因此研究多级孔道ZSM-5分子筛对甲烷无氧芳构化反应很有意义。甲烷(CH)是天然气的主要组成成分,本文用甲烷代替天然气作为反应气体。在水热条件下研究了ZSM-5分子筛的合成,并对合成的分子筛样品进行了XRD、SEM、IR、BET、NH-TPD、TG等表征。实验结果表明,具有介孔结构的ZSM-5分子筛的最佳合成条件是:合成过程物料配比n(SiO):n(AlO):n(TPABr):n(NaCl):n(HO):n(NaOH)=60:1:10:40:1800:9,晶化温度为150℃,动态晶化时间为48h;薄层结构的ZSM-5分子筛的适宜合成条件为:n(SiO):n(AlO):n(NaO):n(TPABr):n(HO)n(Triton-X-100):n(urea)=50:1:10:10:1800:3.5:1.25,动态晶化温度为150℃,晶化时间为48h。表征的结果也表明所合成的样品具有较好的孔道结构,表面积分别为420m/g和392m/g。除此之外,合成样品的热稳定性较好,粒度分布较为均匀。在固定床微反应装置上,以采用新型钼负载方式改性后的Mo-ZSM-5分子筛为催化剂,考察了催化剂的甲烷芳构化反应性能。实验结果表明,当催化剂的Mo负载量为6wt%,反应温度为700℃,压力为常压的条件下,甲烷的转化率达到了10.97%,催化剂的活性最高。当添加第二金属组分Mg对6Mo/ZSM-5进行改性时,其B酸量有较明显的减少,减少的酸量避免了因过多的B酸中心而导致的催化剂积炭失活,从而有利于反应的进行。其中当Mg的质量分数为0.75%时,反应温度为973K,反应压力为常压,甲烷进料速率为1500 mL/g cal?h时,催化剂的活性相对达到最大值,此时甲烷的转化率为11.41%,苯的收率达到了10.34%。