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甲烷脱氢芳构化反应是天然气直接制有机化工原料的重要途径,近年来,在反应历程的研究和催化剂的改进等方面取得很大的进展,但是反应过程中的严重积碳导致催化剂迅速失活,从而影响到该反应过程的开发以及工业应用。 本论文利用XRD、TG、TPO、Benzene/NH3-TPD和FT-IR等技术研究影响甲烷芳构化催化剂稳定性的因素,通过优化催化剂的Lewis(L)酸和Bronstd(B)酸中心分布提高了催化剂反应稳定性,重点考察了反应过程中积碳对催化剂失活的影响和反应过程中催化剂择型性能的变化,并且研究了催化剂再生性能,具体地: 研究6MoxMg/ZSM-5催化剂在甲烷脱氢芳构化反应过程中的积碳表明,在中/强酸中有足量Bronsted酸中心的前提下,添加0.75(wt)%Mg将催化剂上L/B的比值从0.2~0.3:1提高到0.6:1,可提高催化剂的稳定性,表明催化剂上Lewis酸有利于抑制反应过程中积碳的新观点。 研究反应过程中积碳堵塞催化剂孔道和覆盖酸中心的行为及所引起的催化剂失活发现,反应过程中,在催化剂上形成了含氢的活性碳物种和几乎不含氢的惰性碳物种两种积碳,其中惰性碳物种累积易造成孔道堵塞,导致催化剂产物择型性能降低和催化剂失活。 在此基础上,研究Mo/MCM-22催化剂在反应过程中的积碳行为及对催化剂活性和芳烃的择型性能的影响,并完成100小时的甲烷芳构化试验,通过该反应过程中的催化剂结碳和动态失活研究发现,对于6Mo/MCM-22催化剂,在反应过程中的积碳量存在一个临界值(17wt%),当积碳量小于该临界值,催化剂表现优异芳构化性能,上述研究具有一定的创新性。 此外研究6Mo/MCM-22催化剂再生性能表明,用1(v)%O2+99(v)%N2混合气,在反应温度(720℃)下再生催化剂,不仅催化剂活性恢复,而且产物分布保持稳定,达到在相同温度下反应和再生交替进行的效果。 通过本论文的研究,对影响催化剂稳定性的各个因素有了一定的认识,希望能对甲烷芳构化反应的进一步发展有所帮助和启示。