氣-固催化氧化制備2-甲基-1,4-萘醌研究.pdf

1、氣-固催化氧化制2-甲基-1,4-萘醌是強(qiáng)放熱復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程，如何通過(guò)調(diào)變催化劑活性及控制反應(yīng)條件對(duì)于提高目標(biāo)產(chǎn)物收率非常關(guān)鍵。本文以提高2-甲基-1,4-萘醌收率為目的，對(duì)催化劑制備及操作工藝條件開(kāi)展研究，考察反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并對(duì)產(chǎn)物分離熱力學(xué)進(jìn)行研究。以V2O5為主活性組分，采用浸漬法制備催化劑。以2-甲基萘轉(zhuǎn)化率、2-甲基-1,4-萘醌收率作為考核指標(biāo)，考察制備條件、催化劑載體、助劑 K2SO4添加量以及酸堿性對(duì)催化活性的影響。結(jié)果表明

2、，SiO2為載體，NH4VO3為 SiO2質(zhì)量的5.77％，焙燒溫度400~450℃，焙燒時(shí)間2 h；K2SO4與NH4VO3摩爾比為1:1時(shí)，2-甲基-1,4-萘醌收率較高；對(duì)催化劑酸堿處理發(fā)現(xiàn)，催化劑呈酸性更容易發(fā)生深度氧化。對(duì)篩選出的較優(yōu)催化劑進(jìn)行表征表明，活性組分V2O5在載體SiO2上呈高度分散狀態(tài)，催化劑的比表面積為10.01 m2·g-1，平均孔徑為10nm。通過(guò)單因素和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，考察操作工藝條件對(duì)反應(yīng)的影響。優(yōu)化操作條

3、件：反應(yīng)溫度390℃，空速200mL·(g· min)-1，原料量13.04×10-4 mol·h-1，在該條件下2-甲基萘的轉(zhuǎn)化率為80.0%，2-甲基-1,4-萘醌的收率為46.5%，反應(yīng)連續(xù)運(yùn)行220 h，催化劑活性穩(wěn)定。
　　本文研究了2-甲基萘氣-固催化氧化制備2-甲基-1,4-萘醌的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。通過(guò)簡(jiǎn)化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，得到2-甲基萘氣-固催化氧化制備2-甲基-1,4-萘醌的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。殘差分析和統(tǒng)

4、計(jì)檢驗(yàn)表明，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型是適宜的?；?-甲基萘催化氧化強(qiáng)放熱復(fù)雜反應(yīng)的特點(diǎn)，為降低反應(yīng)熱影響，工業(yè)級(jí)催化劑需制備成環(huán)柱狀薄層催化劑。為此，設(shè)計(jì)了改進(jìn)Wicke-Kallenbach擴(kuò)散池，采用穩(wěn)態(tài)法以Ar-CO2、N2-CO2為擴(kuò)散組分測(cè)定環(huán)柱狀薄層催化劑的徑向有效擴(kuò)散系數(shù)。Ar-CO2和N2-CO2體系兩組分氣體在環(huán)柱狀薄層催化劑內(nèi)的擴(kuò)散通量之比符合Graham氣體擴(kuò)散規(guī)律，按平行孔模型計(jì)算催化劑曲折因子為2.6。該反應(yīng)產(chǎn)物除2-

5、甲基-1,4-萘醌外，主要還有2-萘甲醛和鄰苯二甲酸酐。為了有效分離產(chǎn)物，需研究反應(yīng)產(chǎn)物的四元體系及其三元、二元子體系的固-液相平衡。采用平衡法測(cè)定2-萘甲醛在283.15~303.15 K溫度范圍內(nèi)、六種純?nèi)軇┖图状?乙醇混合溶劑中的溶解度數(shù)據(jù)，用Van’t Hoff、Apelblat、?h模型對(duì)溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到了該溶解過(guò)程溶解熵和溶解焓。采用濕渣法測(cè)定了283.15K、293.15K和303.15K溫度下，2-甲基-1,4-

6、萘醌+苯酐+1,4-二氧六環(huán)，2-萘甲醛+苯酐+1,4-二氧六環(huán)和2-甲基-1,4-萘醌+2-萘甲醛+1,4-二氧六環(huán)三個(gè)體系的固-液相平衡數(shù)據(jù)及飽和液相的密度值，并繪制了三元體系相圖。利用NRTL和Wilson模型對(duì)這三個(gè)體系下的溶解度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，NRTL較 Wilson模型擬合效果好；在三元體系溶解度的基礎(chǔ)上，測(cè)定了283.15K下，2-甲基-1,4-萘醌-苯酐-2-萘甲醛-1,4-二氧六環(huán)四元體系相平衡數(shù)據(jù)，繪制了四元體系干固圖和溶