乙苯脫氫制備苯乙烯催化劑的研發(fā)及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、苯乙烯是石油化工行業(yè)中一種非常重要的有機(jī)單體，常常被用來合成聚苯乙烯樹脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丁苯橡膠彈性體等聚合材料。目前，工業(yè)上最常用的生產(chǎn)苯乙烯的方法是乙苯催化脫氫法，催化劑主要為Fe2O3-K2O-CeO2（即Fe-K-Ce系）系催化劑，并輔以結(jié)構(gòu)助劑、抗還原助劑、擴(kuò)孔劑等來提高乙苯的轉(zhuǎn)化率、苯乙烯的選擇性等，且添加水泥等來提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。助劑的選擇和添加量對(duì)Fe-K-Ce系催化劑的催化性能至關(guān)重要，其是通過影響活性相K

2、FeO2的前身K2Fe22O34的形成、以及催化劑中氧缺位的多少，來影響催化劑的催化活性。
　　本文從原料選擇和優(yōu)化制備工藝的角度出發(fā)，比如優(yōu)化鎂源、煅燒溫度、K2O/CeO2的配比等，創(chuàng)新性地結(jié)合濕化學(xué)法的制備方法，探討了最佳的乙苯脫氫催化劑的配方。通過XRD、XPS、SEM、BET、CO2-TPD和H2-TPR等表征手段對(duì)催化劑進(jìn)行了系統(tǒng)表征以確定最優(yōu)的催化劑配方。在此基礎(chǔ)上，利用動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)乙苯催化脫氫反應(yīng)進(jìn)

3、行了動(dòng)力學(xué)模擬和計(jì)算，考察反應(yīng)條件（反應(yīng)溫度、水比和空速）對(duì)乙苯轉(zhuǎn)化率和苯乙烯選擇性的影響。主要研究結(jié)果歸納如下:
　　(1)探究了混合鎂源對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)和性能的影響:混合鎂源(MSs)是以硝酸鎂和固體氧化鎂粉末作為Fe-K-Ce-Mg系催化劑的氧化鎂前驅(qū)體，并表征了催化劑的機(jī)械強(qiáng)度、孔分布、形貌、物相組成以及催化劑的催化性能。通過實(shí)驗(yàn)表明，混合鎂源影響了催化劑的機(jī)械強(qiáng)度、孔結(jié)構(gòu)、比表面積、活性相分布、抗還原能力和堿性位數(shù)量等。且在

4、MgO與Mg(NO3)2·6H2O的摩爾比為3∶1時(shí)，催化劑的催化性能較好。與此同時(shí)探究了催化劑最佳的煅燒溫度為865℃。
　　(2)優(yōu)化了乙苯脫氫催化劑中K2O/CeO2的配比:通過表征不同K2O/CeO2配比的Fe-K-Ce系催化劑的物相組成、抗還原性能、氧缺位和催化劑活性，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)K2O/CeO2的質(zhì)量比為1.40時(shí)，乙苯轉(zhuǎn)化率和苯乙烯收率最高。這是由于當(dāng)K2O/CeO2的質(zhì)量比為1.40時(shí)，優(yōu)化了催化劑中的物相組成且提

5、高了催化劑的電子傳遞能力。并且，CeO2不僅能提高苯乙烯的選擇性還會(huì)增加催化劑的使用壽命。
　　(3)對(duì)乙苯脫氫反應(yīng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究，在動(dòng)力學(xué)理論知識(shí)基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，分別得到了乙苯轉(zhuǎn)化和苯乙烯生成動(dòng)力學(xué)模型為:XA=1-exp[-exp(7.1173-6.8816/Tr)*Lr-0.2018*λr0.1994];Ss=1-exp[-exp(-1.1230+2.4011/Tr)* Lr0.2682*λr0.0934]。