甲烷部分氧化製備合成丙醛原料氣催化劑及工藝研究

《甲烷部分氧化製備合成丙醛原料氣催化劑及工藝研究》是依託四川大學，由胡常偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：甲烷部分氧化製備合成丙醛原料氣催化劑及工藝研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡常偉
• 依託單位：四川大學

項目摘要

甲烷的催化活化利用對化學工業的可持續發展有重要意義。本項目在前期工作的基礎上，以對甲烷氧化偶聯反應性能優異的Mn-NaWO4/SiO2體系為基礎，引入Ce、Co、Cr、La等助劑，通過製備條件、催化劑組成等控制，研究製備雙功能或多功能催化劑，進一步提高甲烷部分氧化同時製備乙烯與合成氣（合成丙醛原料）過程甲烷的利用率和過程效率。採用Cr、Ni、Mo等為主催化劑組分，研究製備二氧化碳氧化乙烷製備乙烯的催化劑及相應的過程。以實現甲烷部分氧化流出物循環利用為目標，最佳化兩反應過程的偶合，研究催化劑形態、催化床層設計、反應條件等對甲烷、乙烷的活化和共活化的影響規律；採用化學吸附、XRD、XPS等方法對催化劑進行表征，研究催化劑結構與性能的關係、催化劑性能與過程控制的關係、過程偶合與過程效率間的關係。以期為甲烷部分氧化、進而實現高值化利用提供工程理論基礎和技術支撐，在理論和工業套用上均有重要意義。

結題摘要

甲烷的催化活化利用和有效對化學工業的可持續發展有重要意義。本項目將新催化劑研究與催化過程研究有機結合和有效集成，採用單層催化劑床和雙層催化劑床等方法，以最佳化利用甲烷氧化偶聯反應體系。通過催化劑製備條件、催化劑組成等控制等，研究製備了雙功能或多功能催化劑，進一步提高甲烷部分氧化同時製備乙烯與合成氣（合成丙醛原料）過程甲烷的利用率和過程效率。在單層催化劑床中，研究製備了二氧化碳氧化乙烷製備乙烯的催化劑，採用Mn和Ni等為主催化劑組分，引入Co助劑製備了Na2WO4/Co-Mn/SiO2催化劑，引入La助劑製備了Ni-La/SiO2催化劑，採用溶膠-凝膠法製備納米NiO催化劑；研究製備了二氧化碳重整甲烷的催化劑，引入La、Mg、Co、Mn、Zr、Al、Cu和Zn等助劑製備了Ni-La/SiO2、Ni-Mg /SiO2、Ni-Co /SiO2、Ni-Mn/SiO2、Ni-Zr/SiO2、Ni- Al /SiO2、Ni-Cu/SiO2和Ni-Zn/SiO2等催化劑。在雙層催化劑床中，通過工藝過程和催化劑相結合，以Na2WO4/Mn/SiO2和Co-La/SiO2為催化劑或者以Na2WO4/Mn/SiO2和Ga/HZSM-5為催化劑，促進了甲烷的重整和氧化偶聯反應。為甲烷部分氧化流出物的循環利用奠定了較好基礎，最佳化了兩反應過程的偶合，獲得了催化劑形態、催化床層設計、反應條件等對甲烷、乙烷的活化和共活化的影響規律；採用化學吸附、XRD、XPS等方法對催化劑進行表征，研究了催化劑結構與性能的關係、催化劑性能與過程控制的關係、過程偶合與過程效率間的關係。另外，採用高精度的量子化學方法獲得了PdO、RhO+、和Rh/γ-Al2O3模型催化劑上甲烷的活化機理，以及Pt原子、Ptn (n=2,6)團簇分別活化乙烷、丙烷和丁烷的反應機理。理論計算所得到的相關物種的紅外振動頻率數據可為實驗研究中相關新物種的光譜認證提供有力幫助。該項目成果可為甲烷部分氧化、進而實現高值化利用提供工程理論基礎和技術支撐，在理論和工業套用上均有重要意義。