《甲烷兩步法催化轉化製備丙烯新途徑的研究》是依託廈門大學，由張慶紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：甲烷兩步法催化轉化製備丙烯新途徑的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張慶紅
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
甲烷不僅是天然氣而且是儲量豐富的頁岩氣和煤層氣等的主要成分，開拓甲烷高效活化和選擇轉化的新途徑具有重大戰略意義。然而，由於甲烷僅具飽和C-H鍵，其活化特別是可控活化和選擇轉化是化學領域最具挑戰性的課題之一。本項目在前期研究的基礎上致力於發展一條甲烷經鹵代甲烷(氯甲烷或溴甲烷)催化轉化制丙烯的新途徑。丙烯是重要化工原料，其需求逐年增加，開闢甲烷制丙烯新途徑將極大地豐富丙烯的來源。項目提出下列兩步過程：甲烷首先與廉價的HCl或HBr在氧氣存在下反應生成鹵代甲烷，隨後鹵代甲烷催化轉化為丙烯並再生HCl或HBr。項目擬解決的關鍵科學問題包括HCl或HBr在氧氣氛下在催化劑表面的可控活化、活性氯或溴物種對甲烷的活化和選擇性控制、影響鹵代甲烷制丙烯選擇性的關鍵因素以及如何提高催化劑的穩定性等。項目期望在解決這些關鍵科學問題的基礎上，設計和研製出兩步過程的高效催化劑，為開闢甲烷制丙烯新途徑奠定科學基礎。
結題摘要
以甲烷為主的低碳烷烴(C1-C4)是天然氣、頁岩氣等氣資源主要成分，開拓低碳烷催化轉化高效方法對於氣體資源高值化利用十分重要。乙烯、丙烯是重要的大宗化學品，研究低碳烷烴高選擇性製備乙烯、丙烯的反應途徑具有實際意義。本課題著力研究利用鹵氧化反應轉化低碳烷烴，包括甲烷、乙烷、丙烷製備低碳烯的高效催化轉化方法及其高性能催化劑。針對甲烷轉化，項目研究了甲烷鹵氧化反應、結合分子篩催化鹵甲烷制烯烴的兩步法制低碳烯烴過程。也研究了乙烷、丙烷經氯氧化反應高選擇性制乙烯、丙烯反應。研究發現甲烷氯氧化反應可以高選擇性製得氯甲烷，該反應的有效催化劑為CeO2。對CeO2催化劑的修飾可以進一步提高甲烷轉化效率和氯甲烷選擇性，FeOx、NiO是CeO2催化劑的有效修飾組分。 10wt%MnOx-1wt%Pd/CeO2催化劑顯示最優的催化性能，經過100 h反應後，甲烷轉化率為31%， CH3Cl選擇性為74%，CH3Cl收率為22%。而使用具有中等酸強度的分子篩ZSM-5、ZSM-34，可以有效地轉化氯甲烷生成乙烯與丙烯。研究也發現，乙烷、丙烷的氯氧化反應可以高選擇性生成對應的乙烯、丙烯。8wt% MnOx-CeO2催化劑723K時，乙烷的轉化率為94%，乙烯的收率達65%。催化劑性能穩定，100 h後乙烯收率保持在65-70%。研究發現8wt% NiO-CeO2是丙烷氯氧化反應性能優異的催化劑。773K時，丙烷轉化率為52%，丙烯選擇性為71%，丙烯收率為37%，該催化劑在100小時測試中性能穩定。 總之，氯氧化反應是活化低碳烷烴的高效反應途徑。該反應轉化甲烷得到氯甲烷，隨後耦合分子篩催化劑可製得低碳烯烴。而乙烷、丙烷可通過氯代和HCl脫除一步直接製得對應烯烴。CeO2基及修飾催化劑是該類反應的高效催化劑，活性氯物種決定催化性能，催化劑表面氧活化與氯活化對於反應至關重要。
