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乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备及活性考查
乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的制备及活性考查
内容摘要
苯乙烯是现代石化行业中最重要的基础原料之一,目前,市场上约90%的苯乙烯来自乙苯直接催化脱氢生产工艺,该工艺存在平衡转化率低、能量损失大、催化剂易失活等缺陷。为此,新型催化剂研制及反应工艺的研究开发十分必要。近年来,采用二氧化碳作为弱氧化剂进行乙苯氧化脱氢制备苯乙烯的绿色反应工艺受到研究者的普遍关注。和乙苯直接脱氢法相比,新工艺能大幅度降低能耗、提高反应平衡转化率、在一定程度上抑制催化剂的失活,并提供了二氧化碳新的利用途径。
本文采用了共沉淀法和浸渍法制备了含Fe,K,Mg三种元素,不同比例的催化剂,考查了它们在CO2气氛下,不同温度对乙苯脱氢的催化活性的影响。实验表明,当Fe:K=10:1时,Mg元素作为助催化剂,对乙苯的转化率,苯乙烯的选择性和收率都有一定的影响。其中用共沉淀法制得的Fe/K/Mg(10:1:1)催化剂,在不同的温度下均有较高的选择性,当反应温度为590℃时,乙苯转化率44.46%,苯乙烯的选择性97.8%;用浸渍法制的Fe/K/Mg(10:1:1)催化剂在580℃时反应所得的乙苯转化率和苯乙烯选择性分别为76.14%和94.92%。结果显示,在Fe/K/Mg配比比例Fe/K/Mg(10:1:1)相同的情况下,浸渍法所制备的催化剂在最适宜的温度下,其活性要优于共沉淀法所制备的催化剂。
关键词:苯乙烯;乙苯脱氢;二氧化碳;共沉淀法;浸渍法;催化剂
目 录
目 录 II
引 言 1
一、文献综述 2
1.1 苯乙烯的性质及用途 2
1.2 乙苯脱氢制苯乙烯工艺研究现状 2
1.2.1 乙苯催化脱氢 2
1.2.2 乙苯氧化脱氢 2
⑴ 乙苯脱氢—氢选择氧化法 2
⑵ 氧气气氛下乙苯氧化脱氢 3
⑶ 二氧化碳气氛下乙苯氧化脱氢制苯乙烯 3
1.3 乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的研究进展 4
1.3.1 A12O3为载体下的几种催化剂 4
1.3.2 活性炭为载体下的几种催化剂 5
1.3.3 其他型催化剂 6
1.4 影晌催化剂性能的因素 7
1.4.1 载体、活性组分 7
1.4.2 助剂 7
1.4.3 接触时间 8
1.4.4 二氧化碳分压 8
1.4.5 催化剂失活及再生 8
1.5 CO2氛围下乙苯脱氢反应机理 10
1.6 本课题研究的内容和意义 11
二、实验部分 13
2.1 实验药品及仪器 13
2.1.1 实验药品 13
2.1.2 实验仪器 13
2.2 实验流程图 14
2.3 催化剂的制备 14
2.3.1 浸渍法制备催化剂 14
2.3.2 共沉淀法制备催化剂 14
2.4 X—射线衍射分析(XRD) 14
2.5 催化剂活性的评价 14
2.6 注意事项 15
三、 实验数据处理 16
3.1 活性评价参数的计算 16
3.2 对共沉淀法制备催化剂的讨论 16
3.3 对过量浸渍法制备催化剂的讨论 18
四、 实验结果与讨论 21
附录B 22
附录C 32
引 言
苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料。它是仅次于PE、PVC、EO的第四大乙烯衍生产品,苯乙烯系列树脂的产量在合成树脂中仅次于PE、PVC而名列第三。从20世纪30年代以来,苯乙烯工艺持续发展,以催化剂为中心的工艺条件的优化,反应器类型的结构设计也有改进。之前,制备苯乙烯的传统工艺是在较高反应温度和过量水蒸气气氛下,将乙苯通过钾促进氧化铁催化剂,这是一个高能耗的工艺。因此,人们一直未曾停止过寻找它的替代工艺。以CO2代替水蒸气作为脱氢介质可以大大降低能耗,并且乙苯的平衡转化率也明显提高。CO2是产生温室效应的有害气体,同时也是一种温和的氧化剂,它在烷烃和芳烃脱氢方面的应用己引起人们广泛的兴趣。在此工艺中,主要的催化剂载体有A12O3,AC,SiO2,SiO2- A12O3,Ce O2,TiO2,影响活性的顺序为ACA12O3SiO2SiO2- A12O3Ce O2TiO2。近几年,选择金属氧化物如氧化铁、氧化钒、氧化锆和氧化铈等作为CO2气氛下乙苯脱氢催化剂的研究已经陆续报道。与简单脱氢相比,CO2的加入可使V/MgO催化剂在550℃时的脱氢活性大大增强,苯乙烯的产率提高2.5倍,氧化铁和其它催化剂的反应活性不如V/MgO催化剂,然而,反应过程中V/MgO催化剂快速失活,有些氧化物催化剂在CO2气氛下的乙苯脱氢活性比无CO2的简单脱氢还要低。因此,研究开发新的催化剂,提高催化剂的脱氢活性,改善催化剂的催化稳定性很有必要。
根据文献报道,CO2气氛下以氧化铁为活性组分的催化剂对乙苯脱氢表现出较好的催化性能,本论文通过共沉淀法和过量浸渍法制备了一系列Fe系催化剂,并考察了这些催化剂在CO2气氛下对乙苯脱氢的催化性能。
一、文献综述
1.1 苯乙烯的性
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