乙苯脱氢催化剂的制备工艺研究

发布时间：2020-05-26 00:44

【摘要】：苯乙烯是石油化工的基础产品,生产苯乙烯的方法主要是乙苯脱氢法,Fe_2O_3-K_2O-CeO_2(即为Fe-K-Ce)系催化剂是主要的催化剂。但是目前该催化剂主要依赖进口,且其平均使用周期仅为24个月,因此开发性能好,使用周期长的乙苯脱氢催化剂具有重要的意义。本研究首先对BASF厂家S6-42催化剂进行了测试和表征,表明Fe、K、Ce、Ca、Mo元素是该催化剂的主要成分,K_2Fe_(22)O_(34)是主要的储钾相,也是主要的活性成分。采用小试固定床反应器,对乙苯脱氢反应的工艺条件进行了优化,较佳的工艺条件为:反应温度580℃,空速1.1 h~(-1),水油比1.9:1,催化剂粒径为20-40目,乙苯的平均转化率和苯乙烯的平均选择性分别为68.1%和88.5%。其次,采用高温固相合成的方法制备乙苯脱氢催化剂,运用BET、XRD、XRF和XPS等表征测试方法研究了各参数对催化剂结构和活性的影响。对焙烧温度、金属氧化物制备方法、以及扩孔剂种类和加入量进行了研究。结果表明,较高的焙烧温度(850℃以上)是实现K_2Fe_(22)O_(34)晶相的重要条件;采用FeSO_4·7H_2O为原料制备Fe_2O_3,Ce_2(C_2O_4)_3为原料制备CeO_2,(NH_4)_6Mo_7O_(24)为原料制备MoO_3,所得催化剂活性较高;孔结构和比表面积对于乙苯脱氢催化剂的活性有重要的影响,加入6%聚乙二醇2000作为扩孔剂时,所得催化剂的活性较好。此外,对于K元素的加入方式以及钾铁比进行了研究,表明采用直接加入K_2CO_3,且在钾铁比为0.23(w/w)时所得催化剂的活性较高,此钾铁比值略低于厂家催化剂(0.24),可以增加催化剂的使用寿命。采用优化后催化剂,乙苯的平均转化率和苯乙烯的平均选择性分别为65.6%和87.6%。本研究提供了制备乙苯脱氢催化剂的基础数据,为进一步开发高效耐用、工业规模的乙苯脱氢催化剂提供依据。
【图文】：

高温固相合成,制备工艺,挤条

再用无水 C2H5OH 洗涤 1 次。（3）将白色沉淀物在 60 ℃干燥并 350 ℃焙烧 2 h 获得 MoO3。2.3.5 氧化钙的制备采用碳酸钙为前驱体制备氧化钙，取一定量的 CaCO3在 800 ℃下焙烧 1 h 制备得到CaO。2.4 催化剂的制备本研究采用高温固相合成法制备乙苯脱氢的催化剂。按配比称量 Fe2O3、K2O、CeO2CaO、MoO3、Gd2O3及需加入的其他助催化剂组份或组分的原料、扩孔剂，均匀混合后，加入适量的蒸馏水，经捏合后形成适合挤条的膏状物，经挤条、切粒成直径约 3 mm、长度 6-8 mm 的颗粒，在 120 ℃干燥 5 h，并在 850~900 ℃下焙烧 4 h 制得催化剂，如图 2-1。

装置图,装置图,石英棉,催化剂

1：计量泵 2：原料预热器 3：汽化室 4：反应器 5：冷凝器 6：汽液分离器图 2-2 催化剂活性评价装置图Fig.2-2 Apparatus for activity evaluation of catalyst2.6.2 催化剂的装填催化剂装置于固定床反应器中恒温段中，详细填装步骤如下：从反应器底部开始从下至上依次装填石英棉，，10 g 催化剂与石英砂混合物以及石英棉。填充物的作用是垫高催化剂床层，稀释催化剂；石英棉的作用是分散气流并防止催化剂颗粒的渗漏。2.6.3 实验过程催化剂填装好之后，连接好实验装置，反应前先检漏，然后开始乙苯脱氢实验。实验步骤如下：开始程序升温，并开始通入 N2（100 mL/min）作为保护气；调节设备至所需要的工艺条件，开始通入乙苯以及水进行脱氢反应，同时打开冷凝器；之后稳定 3~4 后，每 2 h 取样一次并进行色谱分析；实验结束，关闭进料并降温。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ241.21;TQ426

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