低濃度乙醇催化脫水制乙烯反應(yīng)研究.pdf

1、乙烯的技術(shù)水平是一個國家化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。目前國內(nèi)外乙烯的生產(chǎn)主要采用石腦油裂解法,但隨著能源供求關(guān)系的日益緊張,該工藝面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),以生物質(zhì)發(fā)酵乙醇為原料,經(jīng)催化脫水制備乙烯的工藝受到了越來越多的重視。
　　本項(xiàng)目開發(fā)了適用于低濃度乙醇并能在較低溫度下操作的乙醇脫水制乙烯的高活性催化劑。本論文的主要研究應(yīng)用和結(jié)果如下:
　　(1)開發(fā)了各種高性能催化劑,實(shí)現(xiàn)在低于290℃下高轉(zhuǎn)化率高選擇性地生產(chǎn)乙烯,考察了各

2、種反應(yīng)因素的影響。測試中催化劑較好的有:Fe-HZSM-5(25)在260℃以及乙醇液時空速為0.47h-1的條件下,乙醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.74％,乙烯收率可達(dá)到98.52%;Zr-HZSM-5(40)在290℃以及乙醇液時空速為2.53h-1的條件下,乙醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%,乙烯可達(dá)到95.11%。
　　(2)采用FT-IR、XRD和NH3-TPD等技術(shù)對改性前后催化劑進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明活性金屬組份高度分散于分子篩載體的表面

3、或發(fā)生了對分子篩骨架中鋁的同晶取代;無定形硅鋁的引入,修補(bǔ)了分子篩的表面缺陷位;相對于H-ZSM-5(25),金屬組分離子交換修飾改性-ZSM-5(25)催化劑強(qiáng)酸強(qiáng)度減弱,強(qiáng)酸酸量減少,Fe與Zr進(jìn)入骨架有效地調(diào)節(jié)了Br nsted酸中心,有利于乙烯高收率產(chǎn)出。
　　(3)采用Fe-ZSM-5(25)催化劑進(jìn)行固定床中試放大實(shí)驗(yàn),采用60vol%乙醇原料,在空速0.47h-1,溫度260℃的優(yōu)化條件下,乙醇轉(zhuǎn)化率可高達(dá)99.43

4、-99.90%,乙烯的收率可達(dá)98.91%-99.40%,可平穩(wěn)運(yùn)行2160h以上。
　　(4)采用FT-IR、XRD、AAS、 NH3-TPD、O2-TPO和GC-MS等技術(shù)對失活后催化劑進(jìn)行表征。結(jié)果表明,積碳以及鐵的流失是導(dǎo)致分子篩失活的主要原因,積碳覆蓋阻塞了分子篩的微孔孔道;積碳的組成主要為芳烴化合物,經(jīng)過650℃的焙燒4h除碳并適當(dāng)補(bǔ)鐵可以實(shí)現(xiàn)催化劑的再生,再生后催化劑仍然具有良好的活性和穩(wěn)定性,乙烯收率恢復(fù)至98.3