生物乙醇流化床脫水制乙烯的磷鎢酸改性催化劑研制及其工藝優(yōu)化.pdf

1、論文主要研究了生物乙醇(含乙醇或低濃度乙醇)流化床脫水催化劑的研制和工藝條件的探討兩方面內(nèi)容。首先,采用浸漬法研制了磷鎢酸改性HZSM-5和磷鎢酸改性活性白土兩個(gè)催化劑體系；其次,在課題組獲得專利授權(quán)的“一種用于乙醇脫水制乙烯的流化床反應(yīng)器”(專利授權(quán)號(hào)為:200710009681.8)中分別考察了兩個(gè)催化體系在催化生物乙醇(含乙醇或低濃度乙醇)脫水制乙烯反應(yīng)中的催化性能；其三,通過(guò)研究催化劑的理化結(jié)構(gòu),并將其結(jié)構(gòu)與催化性能數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)

2、,初步探討磷鎢酸改性HZSM-5催化劑的催化機(jī)理；其四,根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了一條適合于低濃度生物乙醇脫水制乙烯工業(yè)化生產(chǎn)的工藝路線。
　　 研究取得的主要成果有:(1)通過(guò)考察磷鎢酸改性HZSM-5催化劑體系在催化乙醇脫水制乙烯反應(yīng)中的催化性能,篩選得到最佳的改性條件為:磷鎢酸浸漬濃度為0.04mol/L,磷鎢酸浸漬時(shí)間為24h,催化劑焙燒溫度為350℃,焙燒時(shí)間為4h。該催化劑在反應(yīng)溫度為220℃時(shí),乙醇流速為0.1ml/m

3、in,催化劑用量為3g的條件下,催化劑能夠發(fā)揮最佳的催化活性,乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性可以分別達(dá)到98.1％和97.1％,而且催化劑的使用壽命可以達(dá)到700h以上。進(jìn)一步考察了乙醇濃度對(duì)反應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)即使在乙醇濃度為20％(體積分?jǐn)?shù))時(shí),催化反應(yīng)的乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性仍可達(dá)到95.7％和95.3％；(2)磷鎢酸改性HZSM-5催化劑可以應(yīng)用于生物乙醇脫水制乙烯反應(yīng)中,以地瓜燒和米酒作為原料,得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在反應(yīng)溫度為210℃,生物

4、乙醇流速為0.1ml/min時(shí),生物乙醇的轉(zhuǎn)化率和對(duì)乙烯的選擇性均可達(dá)到90％以上,其中米酒乙醇的乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性甚至可以達(dá)到97.6％和96.7％；(3)初步提出了磷鎢酸改性HZSM-5催化劑對(duì)乙醇脫水制乙烯反應(yīng)的機(jī)理:在改性過(guò)程中,磷鎢酸能夠牢固負(fù)載在HZMS-5分子篩上,低濃度時(shí)呈單層分散,隨著濃度的增大會(huì)形成二級(jí)結(jié)構(gòu),即多層分散,負(fù)載濃度越大二級(jí)結(jié)構(gòu)越多,催化劑的“假液相”行為也越強(qiáng),可以吸收反應(yīng)分子在體相內(nèi)進(jìn)行反應(yīng),提高

5、催化活性,但負(fù)載濃度太大會(huì)使比表面積嚴(yán)重下降,無(wú)法給催化反應(yīng)提供有效的接觸空間,催化活性反而會(huì)下降,因此需要適宜的負(fù)載濃度；(4)根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了一條適合于低濃度生物乙醇脫水制乙烯工業(yè)化生產(chǎn)的工藝路線；(5)考察分別以磷鎢酸、硫酸、硝酸鑭、硝酸鈰等改性的膨潤(rùn)土在乙醇脫水制乙烯的反應(yīng)中催化性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改性后的膨潤(rùn)土對(duì)反應(yīng)具有一定的催化作用,最佳改性條件和使用條件還需進(jìn)一步探索,若能利用我省豐富的膨潤(rùn)土資源開(kāi)發(fā)出一種適合于低濃