乙醇脫水制乙烯和芳烴催化劑及工藝研究.pdf

1、乙烯和芳烴是極為重要的大宗化學(xué)品,其現(xiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)主要是基于不可再生的化石原料(煤炭、石油和天然氣),并且伴有較為嚴(yán)重的環(huán)保問(wèn)題。因此,開(kāi)發(fā)以可再生生物質(zhì)資源為原料的清潔制備乙烯和芳烴的路線,已迫在眉睫。在生物質(zhì)資源中,生物乙醇因其來(lái)源廣泛和成本低廉而收到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)報(bào)道表明,采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?可以將乙醇轉(zhuǎn)化為乙烯,但一般存在反應(yīng)條件較苛刻,乙烯收率不夠高和催化劑使用壽命短等缺點(diǎn)。由乙醇直接制芳烴尚未見(jiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道。在本

2、文中,開(kāi)發(fā)了一系列新型催化劑,用于乙醇制乙烯和芳烴,表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。主要研究進(jìn)展如下:
　　 (1)開(kāi)發(fā)了活性金屬(Fe、Zn、Zr、La等)和/或無(wú)定形硅鋁膠改性的ZSM-5催化劑,考察了催化劑制備及乙醇制乙烯和芳烴反應(yīng)條件等因素的影響。結(jié)果表明,對(duì)于乙醇制乙烯反應(yīng),在低硅鋁比催化劑上,低溫低空速和高溫高空速均有利于乙烯的生成；在高硅鋁比催化劑上,為獲得高收率乙烯,需高溫低空速的反應(yīng)操作條件。在各催化劑中,Zr-HZSM-

3、5(40)的綜合性能最佳,在290℃和乙醇液時(shí)空速2.35h-1條件下,乙醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)98.25％,乙烯時(shí)空收率為1.36g/(g·h)。對(duì)于乙醇制芳烴反應(yīng),高溫低空速的反應(yīng)操作條件有利于芳烴的生成。在各催化劑中,La-HZSM-5(40)性能最佳,在380℃和進(jìn)料空速0.895h-1的反應(yīng)條件下,液相烴收率99.40％,其中芳烴收率79.41％,芳烴時(shí)空收率0.234 g/(g·h)。
　　 (2)采用FT-IR和XRD等技術(shù)

4、對(duì)催化劑進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明,采用活性金屬和/或無(wú)定形硅鋁膠對(duì)HZSM-5分子篩進(jìn)行改性后,分子篩原有骨架結(jié)構(gòu)保持良好,但其表面形成特征微結(jié)構(gòu),該微結(jié)構(gòu)起源于活性金屬組分和/或無(wú)定形硅鋁膠與分子篩缺陷位羥基的相互作用,因此可能調(diào)變了催化劑中的酸中心分布,進(jìn)而提升催化劑反應(yīng)性能。
　　 (3)通過(guò)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析研究,探討了乙醇制乙烯和芳烴反應(yīng)機(jī)理,提出了可能的相關(guān)反應(yīng)歷程。
　　 綜上所述,本論文研發(fā)了具有可適用于