乙烷溴氧化制溴乙烷的研究.pdf

1、乙烷是天然氣中僅次于甲烷的主要成分，但從目前對(duì)天然氣的開發(fā)利用現(xiàn)狀而言，天然氣中的乙烷并沒(méi)有被很好的利用，尤其是在工業(yè)上沒(méi)有作為一種工業(yè)化原料來(lái)制備高附加值的化工、醫(yī)藥產(chǎn)品。一般高碳烴被用做液體燃料，從石油煉制得到。從天然氣制高碳烴，目前有合成氣流程，先由天然氣制合成氣，再由合成氣經(jīng)費(fèi)-托合成制備高碳烴。但合成氣流程是一個(gè)能耗很高的過(guò)程，需要燃燒四分之一以上的原料提供熱量來(lái)重整其余3/4的原料制合成氣。 本研究工作在轉(zhuǎn)化利用天然

2、氣的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種由乙烷經(jīng)非合成氣途徑合成高碳烴的工藝：第一步，乙烷通過(guò)溴氧化反應(yīng)，把乙烷轉(zhuǎn)化為溴乙烷；第二步，生成的溴乙烷脫溴化氫縮合為高碳烴。通過(guò)這種方法，乙烷可以被有效地轉(zhuǎn)化為高碳烴。流程中排放的CO2很少或幾乎沒(méi)有排放CO2。本論文的研究工作主要集中在乙烷溴氧化合成溴乙烷的研究上。 在乙烷溴氧化中以氮?dú)庾鳛閮?nèi)標(biāo)，乙烷、氧氣、氫溴酸(40wt％)為原料，在催化劑上進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)。在本研究工作中，首先進(jìn)行了催

3、化劑的篩選，然后系統(tǒng)地考察了反應(yīng)溫度、氫溴酸流量、乙烷與氧氣流量比、原料氣總流量(空速)以及反應(yīng)時(shí)間對(duì)乙烷轉(zhuǎn)化率、溴乙烷選擇性、其他溴代物選擇性以及深度氧化產(chǎn)物CO和CO2的選擇性的影響，并通過(guò)對(duì)催化劑的XRD、BET表征研究催化劑的結(jié)構(gòu)和比表面與催化性能的關(guān)系。催化劑的篩選結(jié)果表明6.0％Fe4.0％K1.0％La/SiO2催化劑具有較好的催化效果。在氫溴酸流量為4.0ml/h、氮?dú)饬髁繛?.0ml/min、乙烷流量為20.0ml/m

4、in和氧氣流量為5.0ml/min的反應(yīng)條件下，在反應(yīng)溫度為380℃時(shí)，在催化劑6.0％Fe4.0％K1.0％La/SiO2上，乙烷轉(zhuǎn)化率為30.9％，C2H5Br選擇性為84.3％，其他溴代物(CH3Br、C2H3Br、C2H2Br2、C2H4Br2)的選擇性為7.7％。在此反應(yīng)條件下，壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在反應(yīng)13h后，溴乙烷的選擇性仍保持在80％以上，乙烷轉(zhuǎn)化率維持在30％以上。深度氧化產(chǎn)物一氧化碳和二氧化碳的總選擇性在10％以內(nèi)。X

5、RD、BET對(duì)催化劑的表征結(jié)果表明，在以Fe作為活性組分的催化劑中摻雜K助劑能有效提高催化劑活性，并且摻雜稀土元素La能更好地提高催化劑的穩(wěn)定性。其中BET的表征結(jié)果也表明，在800℃焙燒的催化劑具有較小的比表面，小的比表面有利于減少深度氧化，提高C2H5Br的選擇性。 本論文初步探討了乙烷溴氧化的反應(yīng)機(jī)理。發(fā)現(xiàn)乙烷溴氧化反應(yīng)是一個(gè)自由基反應(yīng)，在380℃的條件下，伴隨有C2H5Br的燃燒反應(yīng)和輕微的C2H5Br水蒸汽重整反應(yīng)。C