基于醋酸混合溶剂中甲烷部分氧化研究

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1、西北大学硕士学位论文醋酸混合溶剂中甲烷部分氧化研究姓名：张瑾申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陈立宇20090611摘要本文论述了甲烷液相部分催化氧化过程的国内外研究现状，文献表明：甲烷液相转化反应中所采用的溶剂基本可分为CF3COOH体系和H2S04体系两大类。CF3COOH体系因溶剂成本较高，现有研究进展不大，实验室研究报道较少。而H2S04体系及发烟硫酸体系因溶剂成本较低，甲烷转化率较高，工业化前景较好，实验室研究报道也较多，但该体系存在高温下发烟硫酸溶剂对设备的腐蚀、污染环境、循环使用等问题。本文针对以上不同溶剂存在的问题，根据甲烷液相部分氧化反应溶剂的特点，开发了杂多酸和

2、醋酸的新型溶剂体系，在该溶剂体系中进行了甲烷部分氧化反应的实验室研究。主要研究工作包括：溶剂的筛选、氧化剂的考察、催化剂的开发和工艺条件的优化，并在以上实验工作的基础上进行了催化机理探讨和热力学研究工作。本文首先进行了混合溶剂的筛选，包括醋酸水溶液浓度的考察和醋酸中杂多酸类型的筛选；其次对氧化剂进行筛选，并选择KMn04作为适宜氧化剂；随后考察了碘化合物系列催化剂、过渡金属氧化物系列催化剂、铂系列催化剂、固体超强酸催化剂以及醋酸盐催化剂对甲烷液相部分氧化反应的催化作用；根据上述考察结果，本文对磷钨酸和醋酸的混合溶液、碘催化剂及KMn04氧化剂的反应体系中的反应温度、反应压力等工艺条件进行了

3、考察优化。实验结果表明：反应的适宜条件为醋酸中磷钨酸浓度为0．072m01．L-1，碘浓度0．04m01．L-1，KMn04浓度为O．158m01．L一，温度210℃，4．0MPa，甲烷转化率可达12．98％，目的产物选择性84．39％。在催化氧化反应机理的讨论中，根据实验结果分析及文献报道，提出该催化反应是亲电取代反应机理，并推测了催化循环过程；通过甲烷催化氧化反应的热力学分析，表明在计算温度范围内，甲烷与醋酸得到醋酸甲酯的氧化酯化反应的总反应属于热力学上可自发进行的反应。关键词甲烷，部分氧化，杂多酸，醋酸混合溶剂，碘AbstractInthisthesis，thecurrentrese

4、archofcatalyticpartialoxidationofmethaneathomeandabroadwasreviewed．Andtheliteratureindicatedthatthesolventwhichusedinthepartialoxidationofmethaneweremainlytrifluoroaceticacid(TFA)solutionandH2804solution．ForthehighcostofTFA，theresearchofpartialoxidationofmethaneinTFAsolutionWasnotSOmany,andtherese

5、archWasnotmakingmuchprogress．TheresearchofpartialoxidationofmethaneinH2804andoleumsystemwerealot，becausethelowercostofsolventsystem，higherconversionofmethaneandabetterprospectforindustrialization。However,theproblemsofthissystemarethecorrosionofequipments，environmentalpollutionandrecycleprocessofol

6、eum．Accordingtotheaboveproblems，thisresearchWasbasedonthefeatureofthesolutionusedinpartialoxidationofmethane，exploitedanewkindofmixedsolventwhichcontainsheteropolyacid(HPA)andaceticacid．Themainworkincludedthescreeningofsolvent，oxidant，andthecatalysts．Aboveall，theprocessconditionswerestudied．Inthee

7、nd，thecatalyticmechanismandthethermodynamicofpartialoxidationmethanewerealsoinvestigated．Firstly,thescreeningofsolvent，includetheconcentrationoftheaceticacidsolutionandthetypeoftheHPAwascardedout．Secondly,KMn04wa