异丁烷脱氢钴基催化剂研究

发布时间：2020-11-21 02:08

　　 异丁烯作为一种重要的基础化工原料,有着广泛的市场需求,当前异丁烯主要来源于石油炼制过程中蒸汽裂解以及石脑油裂化等,这些传统来源不仅产量难以满足日益增长的市场需求,而且产物纯度不高,因此将廉价且来源丰富的异丁烷进行脱氢而制取异丁烯的工艺过程,得到广泛的关注。目前,工业中异丁烷脱氢技术主要采用的Pt系和Cr系催化剂均有较好的催化脱氢活性,但贵金属Pt成本较高,对操作条件较为苛刻,且催化剂易结焦失活,需频繁再生;Cr系催化剂中的高毒六价铬,使用后的后续处理过程非常麻烦,由此限制了相关催化剂的发展。因此,研制出高脱氢活性、高稳定性且环境友好及价廉的新型催化剂体系,是异丁烷脱氢制异丁烯领域的研究热点,也是本论文的目标。本论文以等体积浸渍法制备了Co基催化剂,借助固定床微型反应器对催化剂在异丁烷直接脱氢制异丁烯反应中的性能进行研究,主要内容如下:(1)对Co基催化剂的负载量以及载体进行筛选,并对催化剂的焙烧温度进行考察,实验结果表明,以120~200目的碱性氧化铝为载体,负载10 wt.%的Co3O4,并在600°C下焙烧,所制得的催化剂脱氢活性最佳。通过表征手段探究金属氧化物负载量以及焙烧温度对催化剂性能的影响,发现随着金属氧化物负载量的增加,催化剂与载体的相互作用越强,催化剂越难以被还原;催化剂的焙烧温度过高,会使催化剂晶型破坏,同时生成Co2AlO4,不利于脱氢反应。(2)探究了工艺条件对催化剂脱氢活性的影响,确定最优的反应条件,当反应温度为600°C、进料空速为1200 h~(-1)、氮气与异丁烷比为8:2时,催化剂具有较高的脱氢活性,对异丁烷的转化率可达到31%,对异丁烯的选择性可达到70%,最终对异丁烯的产率可超过20%。同时,催化剂拥有较好的稳定性,在经过100 h的连续反应后,仍然保持70%的选择性。(3)探究催化剂的失活以及活性组分,发现导致催化剂活性降低的主要原因为积碳,可通过氧气再生进行处理;催化剂表面生成的碳纳米线/管结构有助于提升脱氢活性,还原得到的金属Co容易导致裂解反应的发生,降低催化剂的选择性,而反应过程中生成的Co3C则可大大缩短催化剂的诱导期。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ426;TQ221.213
【部分图文】：

器来对Co基催化剂对异丁烷的催化脱氢性能进行反应评价。装置具体如图2-1所示。图2-1异丁烷直接脱氢实验装置WFSM-3060过程耦合系统示意图Figure 2-1 Procedure of the apparatus for isobutene direct dehydrogenate该装置可实现七段加热程序控温，同时满足四路气体进料的要求，进料气体的流量和进料比例可通过质量流量计分别进行调控，各路气体经混合器混合后进入到反应器中。反应炉内为9 mm×378 mm石玻璃管，管壁厚度为3 mm，床层采用小衬管和石英棉支撑，炉内内置热电偶对炉温进行检测并精准控制。催化剂性能具体评价过程如下：（1） 称量0.5 g催化剂样品，充填入石英棉支撑的石英玻璃管中，以小衬管调节床层位置，使之位于反应炉中部；（2） 安装接通反应器
【参考文献】

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1 肖锦堂;烷烃催化脱氢生产C_3～C_4烯烃工艺（之一）[J];天然气工业;1994年02期

本文编号：2892354