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)號為:200710009681.8)中分別考察了兩個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)進行關(guān)聯(lián)

2、,初步探討磷鎢酸改性HZSM-5催化劑的催化機理；其四,根據(jù)基礎(chǔ)實驗結(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,磷鎢酸浸漬時間為24h,催化劑焙燒溫度為350℃,焙燒時間為4h。該催化劑在反應(yīng)溫度為220℃時,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到98.1％和97.1％,而且催化劑的使用壽命可以達到700h以上。進一步考察了乙醇濃度對反應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)即使在乙醇濃度為20％(體積分數(shù))時,催化反應(yīng)的乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性仍可達到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,得到如下實驗結(jié)果:在反應(yīng)溫度為210℃,生物

4、乙醇流速為0.1ml/min時,生物乙醇的轉(zhuǎn)化率和對乙烯的選擇性均可達到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到97.6％和96.7％；(3)初步提出了磷鎢酸改性HZSM-5催化劑對乙醇脫水制乙烯反應(yīng)的機理:在改性過程中,磷鎢酸能夠牢固負載在HZMS-5分子篩上,低濃度時呈單層分散,隨著濃度的增大會形成二級結(jié)構(gòu),即多層分散,負載濃度越大二級結(jié)構(gòu)越多,催化劑的“假液相”行為也越強,可以吸收反應(yīng)分子在體相內(nèi)進行反應(yīng),提高

5、催化活性,但負載濃度太大會使比表面積嚴重下降,無法給催化反應(yīng)提供有效的接觸空間,催化活性反而會下降,因此需要適宜的負載濃度；(4)根據(jù)基礎(chǔ)實驗數(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土在乙醇脫水制乙烯的反應(yīng)中催化性能,實驗結(jié)果表明,改性后的膨潤土對反應(yīng)具有一定的催化作用,最佳改性條件和使用條件還需進一步探索,若能利用我省豐富的膨潤土資源開發(fā)出一種適合于低濃