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甲烷氧化偶联制低碳烃是从非石油路线提供乙烯等化工原料的一个重要发展方向,具有重大的意义和工业应用价值。开发新型和高活性的催化剂及反应工艺一直是甲烷氧化偶联反应研究的重点和难点。本文制备了Li/MgO、Na2SO4/SiO2等系列颗粒催化剂和整体式催化剂,构建了双层床甲烷氧化偶联新型反应器,对甲烷氧化偶联反应性能和双层床反应工艺进行了研究,取得了如下主要研究结果。采用浸渍法制备了Ce改性的4%Li/MgO催化剂,催化剂活性结果显示,Ce助剂有利于提高催化剂的C2选择性,3%Ce添加的催化剂具有较好的OCM活性。制备了一系列Li/MgO/堇青石(D)陶瓷基整体式催化剂用于甲烷氧化偶联反应,考察了不同硅溶胶、过渡胶,以及混合胶为过渡层对催化剂OCM性能的影响。实验数据显示过渡层可以提高催化剂的高温活性有利于C2的生成特别是对乙烷有一定程度的提高,相比其他过渡层,以硅溶胶为过渡层的7%Li/MgO/SiO2/D整体式催化剂上的OCM性能相对较好。以酸性硅溶胶为硅源,采用溶胶凝胶法制备了Na2SO4/SiO2催化剂,并考察了不同Mn、Fe、Co、La过渡金属助剂对Na2SO4/SiO2催化剂OCM性能的影响,实验结果表明,不同过渡金属均不同程度的改变了催化剂的OCM性能,其中金属Mn的添加明显提高了Na2SO4/SiO2催化剂的活性,在2%Mn-5%Na2SO4/SiO2催化剂上可以获得34.5%的甲烷转化率和56.6%的C2选择性。以堇青石为基体,硅溶胶为过渡层制备了一系列的Mn-Na2SO4/SiO2/D整体式催化剂,考察了催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,结果表明,Mn和Na2SO4都对催化剂的甲烷氧化偶联反应有利,其中7%Na2SO4-3%Mn/SiO2/D催化剂具有较好的OCM反应性能。对于7%Na2SO4-3%Mn/SiO2/D催化剂添加Ce助剂后催化剂上C2选择性随温度的增加有明显的增加趋势,适量的Ce添加可以抑制C2高温氧化改善催化剂的OCM反应性能。其中3%Ce改性的催化剂上具有较好的OCM反应性能。分别考察了由5%Na2WO4-2%Mn/SiO2颗粒催化剂和3%Ce-5%Na2WO4-2%Mn/SBA-15/Al2O3/FeCrAl整体式催化剂构建的颗粒／金属基整体式催化剂双层床反应器和由5%Na2WO4-2%Mn/SiO2与4%Ce-5%Na2WO4-2%Mn/SiO2/堇青石整体式催化剂构建的颗粒／陶瓷基整体式催化剂双层床反应器的OCM性能。实验结果表明,气流操作方式为先经过颗粒层再通过整体式层的双层床反应器可以有效抑制产物深度氧化和甲烷部分氧化,对乙烯选择性有明显的提高。其中颗粒层高度和陶瓷基整体式层高度分别为10mm和50mmm的颗粒／陶瓷基整体式催化剂双层床反应器具有最好的催化性能,在甲烷转化率为37.3%时乙烯选择性可达到43.0%,甲烷转化率和乙烯选择性分别比单层颗粒催化剂提高3%和11.9%,比单层陶瓷基整体式催化剂提高13.4%和23.1%。