一種甲烷光催化氧化制備甲醇的方法
【專利說明】一種甲烷光催化氧化制備甲醇的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種甲烷光催化氧化制備甲醇的方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醇是一種非常重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品和化工原料。國內(nèi)合成甲醇的原料主要來源于甲烷。煤層氣的主要成分就是甲烷，而甲烷不僅可以用作燃料，還是主要的溫室氣體，對(duì)煤層氣中的甲烷加以回收再利用，不僅減少了甲烷對(duì)環(huán)境的危害，還一定程度上緩解了能源危機(jī)。
[0003]國內(nèi)利用甲烷生產(chǎn)甲醇，主要是采用傳統(tǒng)并且比較成熟的二步法:即先由甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成合成氣，再由合成氣生成甲醇。該工藝對(duì)設(shè)備要求較高，能耗大，甲烷轉(zhuǎn)化率較低。甲烷直接氧化法制甲醇不僅可以大大縮短工藝流程，而且可降低能耗，但反應(yīng)條件苛刻。光催化氧化法甲烷制甲醇作為新穎的反應(yīng)途徑，在開發(fā)新能源、改變能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面具有深遠(yuǎn)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種光催化氧化甲烷制備甲醇的方法，從而解決傳統(tǒng)制備甲醇法工藝設(shè)備投資高，工藝復(fù)雜，能耗大，單程轉(zhuǎn)化率低等缺陷。本發(fā)明提供了一種利用S12負(fù)載半導(dǎo)體催化劑將甲烷光催化氧化為甲醇的工藝方法，該方法工藝簡單，投資小，能耗低以及轉(zhuǎn)化率高等。
[0005]本方法的特點(diǎn)是在固定床光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行；以高壓汞燈(500W)為光源(線性光源)；以S12負(fù)載半導(dǎo)體為催化劑；光催化劑均勻置于固定床反應(yīng)器中部；封閉體系；在常壓下即可反應(yīng)；甲烷和空氣體積比為1:99 ;需要控制反應(yīng)溫度，一般反應(yīng)溫度范圍是50?70°C ;反應(yīng)時(shí)間范圍為60min?100min ;光照前，需要達(dá)到吸附平衡。
[0006]本發(fā)明提供一種光催化氧化甲烷制備甲醇的方法，其步驟如下:
[0007]1、水熱法制備光催化劑
[0008](I)首先向釜中加入5-10ml鈦酸丁酯或三氯化鈦；
[0009](2)加入30ml蒸餾水；
[0010](3)加入載體S12 (粒徑0.355?0.675mm，平均孔徑為1nm)，載體需經(jīng)預(yù)處理，1201:干燥411。
[0011](4)加入一定濃度的金屬鹽溶液；
[0012](5)密封,是反應(yīng)體系成為封閉體系；
[0013](6)升溫到指定反應(yīng)溫度T，并設(shè)置在反應(yīng)溫度下的反應(yīng)時(shí)間；一般反應(yīng)溫度范圍為120?150°C 般反應(yīng)時(shí)間為6?1h ;
[0014](7)反應(yīng)結(jié)束后，把反應(yīng)器降溫到室溫后取出產(chǎn)物；
[0015](8)醇、水洗滌數(shù)遍，真空干燥；
[0016](9) 400 ?600 °C 煅燒活化 2 ?6h ;
[0017]2、甲烷光催化氧化制備甲醇
[0018]光催化實(shí)驗(yàn)在固定床光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行，以高壓汞燈為光源(線性光源)，將上述所制備的光催化劑均勻置于固定床反應(yīng)器中部，在常壓下，按一定比例通入甲烷和空氣，并升溫至設(shè)定溫度(50?70°C )，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行輻照反應(yīng)，一段時(shí)間后，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)85%以上。
[0019]與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝簡單，投資少，耗能低，并且催化劑制備簡單，轉(zhuǎn)化率高，可進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施實(shí)例1:
[0021]將5?1ml鈦酸丁酯，30ml水和5?1g載體S12 (粒徑為0.355?0.675mm,平均孔徑為1nm)加入到反應(yīng)釜中，然后加入一定濃度的鎢酸鈉水溶液,攪拌均勻,密封，120°C反應(yīng)10h，待反應(yīng)體系冷卻至室溫，醇、水各洗滌3遍，80°C干燥，再在馬弗爐中450°C煅燒活化2h。
[0022]甲烷光催化氧化制備甲醇實(shí)驗(yàn)在固定床光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行，以高壓汞燈(500W)為光源(線性光源)，將上述所制備的光催化劑均勻置于固定床反應(yīng)器中部，在常壓下，按一定比例通入甲烷和空氣，并升溫至50°C，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行輻照反應(yīng)，一段時(shí)間后，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)85%。
[0023]實(shí)施實(shí)例2:
[0024]將5?1ml鈦酸丁酯，30ml水和5?1g載體S12 (粒徑為0.355?0.675mm,平均孔徑為1nm)加入到反應(yīng)釜中，然后加入一定濃度的硝酸鐵水溶液,攪拌均勻,密封，140°C反應(yīng)10h，待反應(yīng)體系冷卻至室溫，醇、水各洗滌3遍，80°C干燥，再在馬弗爐中450°C煅燒活化2h。
[0025]甲烷光催化氧化制備甲醇實(shí)驗(yàn)在固定床光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行，以高壓汞燈(500W)為光源(線性光源)，將上述所制備的光催化劑均勻置于固定床反應(yīng)器中部，在常壓下，按一定比例通入甲烷和空氣，并升溫至60°C，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行輻照反應(yīng)，一段時(shí)間后，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)88%。
[0026]實(shí)施實(shí)例3:
[0027]將5?1ml三氯化鈦，30ml水和5?1g載體S12 (粒徑為0.355?0.675mm,平均孔徑為1nm)加入到反應(yīng)釜中，然后加入一定濃度的硝酸鐵水溶液,攪拌均勻,密封，140°C反應(yīng)10h，待反應(yīng)體系冷卻至室溫，醇、水各洗滌3遍，80°C干燥，再在馬弗爐中450°C煅燒活化2h。
[0028]甲烷光催化氧化制備甲醇實(shí)驗(yàn)在固定床光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行，以高壓汞燈(500W)為光源(線性光源)，將上述所制備的光催化劑均勻置于固定床反應(yīng)器中部，在常壓下，按一定比例通入甲烷和空氣，并升溫至70°C，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行輻照反應(yīng)，一段時(shí)間后，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種甲烷光催化氧化制備甲醇的方法，其特征在于在固定床光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行，以高壓汞燈為光源，將上述所制備的光催化劑均勻置于固定床反應(yīng)器中部，在常壓下，按一定比例通入甲烷和空氣，并升溫至設(shè)定溫度(50?70°C )，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行輻照反應(yīng)。所述催化劑制備步驟如下: (1)首先向釜中加入一定量的鈦酸丁酯或者三氯化鈦溶液； (2)加入一定量的水； (3)加入經(jīng)過預(yù)處理的載體S12； (4)加入一定濃度的金屬鹽溶液； (5)密封； (6)一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間后，洗滌，干燥，煅燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于高壓汞燈為500W以上，并且是線性光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于所用的金屬鹽溶液包括硝酸鐵和鎢酸鈉溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于活化溫度一般在400?600°C之間，活化時(shí)間一般在2 ?6h0
5.根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于光催化反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，光催化反應(yīng)溫度為50?70。。。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由甲烷光催化氧化制備甲醇的方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征在于：在固定床光化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行，以高壓汞燈為光源(線性光源)，將水熱法制備的負(fù)載SiO2半導(dǎo)體光催化劑均勻置于固定床反應(yīng)器中部，在常壓下，按一定比例通入甲烷和空氣，并升溫至設(shè)定溫度(50～70℃)，達(dá)到吸附平衡后進(jìn)行輻照反應(yīng)。本發(fā)明具有工藝簡單，投資小，能耗低以及轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B01J23-745, C07C29-50, B01J23-30, C07C31-04
【公開號(hào)】CN104710279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310682134
【發(fā)明人】裴振昭
【申請(qǐng)人】裴振昭
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月16日