甲烷液相选择性催化氧化制甲醇研究.pdf

西北大学
硕士学位论文
甲烷液相选择性催化氧化制甲醇的研究
姓名:曹凯
申请学位级别:硕士
专业:化学工程
指导教师:张秀成
20040501
要摘关键词甲烷液相催化氧化硫酸单甲酯甲醇在反应速率的研究中,从压力一一时间瞌线出发,推出了在篛,本文分析了甲烷液相选择性催化氧化制甲醇的国内外研究现状,研究了甲烷在发烟硫酸中选择性催化氧化制甲醇的工艺路线。筛选出了该反应体系的最佳催化剂;考察了虸呋鹿ひ仗跫苑应过程的影响;结合实验结果和文献导出了在,和捍呋碌拇化机理;确定了在,催化下的反应速率方程式;最后,对反应体系进行了热力学计算。在催化剂的筛选中,考察了过渡金属盐及氧化物催化剂、碘系列催化剂和杂多酸、过渡金属配合物与有机金属化合物催化剂。认为和是最适宜的催化剂。在工艺条件的选择中,分别研究了在篛,和捍呋拢从ξ度、催化剂加入量、反应时间和发烟硫酸中,的含量对反应的影响。筛选出的呋碌淖钣殴ひ仗跫牵悍从ξ露萳量/从κ奔⒀塘蛩嶂蠸含量%。%。捍呋碌淖钣殴艺条件是:,反应时间,发烟硫酸中ァT谧钣殴ひ仗跫录淄樽;饰%,,用实验结果否定了甲烷在发烟硫酸中选择性催化氧化的自由基机理,认为该反应属亲电取代机理。并结合文献推出了在,和催化下的催化机理。催化下的反应速率方程式,确认该反应属一级反应。在热力学计算中,运用软件对整个体系可能发生的反应进行了热力学计算,并得到了若干结论。呋劣
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学位论文作者签名:莒害几独创性声明签字日期:知。侔隆本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的科研成果。据我所知,除了文中加以特别标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得西北大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确说明并表示谢意。
第一章前言本研究工作的意义‘卜半个多世纪以来,石油化工已发展成为现代文明社会的重要支柱产业。但由于石油资源长期大量开采,储量已日趋匮乏。据专家估计,到年石油在世界能源结构中的比例将从目前的%下降到%。尽管煤炭储量巨大,但以煤为主的能源结构给我国带来了一系列社会经济问题,如北煤南运,西煤东运占用了国家大量运力;全国性的能源利用率低下,社会经济效益不高;燃烧污染物排放量过大,造成酸雨,过量欧攀埂拔率倚вΑ苯徊郊泳绲取6颐禾可罴庸さ在这种情况下,与石油并称为“优质能源”的天然气受到越来越多国家的关注。天然气是埋藏在地下深度不同地层中的可燃性气体。它主要由甲烷,乙烷,丙烷和丁烷组成,并含有少量戊烷以上的重组分及二氧化碳、氮、硫化氢和氨等杂质。天然气有干气和湿气之分。无论是干气还是湿气甲烷都是天然气的最主要成分。目前全世界已探明的天然气储量为蛞趍澜缣烊黄南蚜科骄增加亿,天然气在世界能源消费结构中的比例已达%以上。世界能源专家普遍认为世纪是天然气的世纪,全球天然气的需求将从目前的万亿增加到年的万亿。%。经过多年的勘探开发实践和多轮评估,专家们认为中国常规天然气资源可采储量约有。今后几十年,天然气探明储量将会快速增长,预计平均每年增加探明储量以上,这个增长速度大约可持续~年。经过多年的勘探开发,年中国天然气产量达到惺澜绲达到./晡夜奶烊黄拷ù锏步履艰难。含甲烷在%以上的天然气叫干气,含甲烷在%以下的叫湿气。但弧Tぜ频晏烊黄靠
尽管天然气是清洁的能源,但由于天然气田大都在偏远地区,与人口稠密的工商业发达地区相距甚远,而气体介质储存及远距离运输十分不便。因此,如果把天然气在采出地就转化为可运输的产品甲醇等突岽蟠筇嵘烊黄谀茉聪呀峁怪械谋壤6姨烊黄还是优质的化工原料。天然气供应量的增长为发展天然气化工提供了良好的条件。世界上约有多个国家不同程度的发展了天然气化工,天然气化工年耗气量约为亿,ê铣砂尿素状迹蚁丙烯馄秃铣善、乙炔,卤代烷烃,氢氰酸,硝基烷烃,二硫化碳,炭黑等多种及大量衍生物。目前世界上%的合成氨,%的甲醇,%的乙烯由天然气为原料制取。因此,甲烷作为天然气的主要成分自然成为各国竞相研究的热点,并在天然气众多的转化产物中,甲醇是最理想的产物,因为甲醇保留了甲烷的绝大多数能量,而且在常温常压下是液体,储存运输都比较方便,己被确认为洁净的车用燃料和大功率燃料电池的燃料。同时甲醇又是非常好的化工原料。例如,以甲醇为原料可以制维尼龙、醋酸纤维、甲酸甲酯、甲酸、聚酯树脂和纤维、防