生物乙醇制乙烯的流化床催化劑制備及其工藝研究.pdf

1、本論文主要針對乙醇脫水制乙烯工藝中催化劑的研制和反應(yīng)器的改造兩方面展開研究。在自主設(shè)計的流化床反應(yīng)器中考察了改性膨潤土和改性HZSM-5兩個催化劑體系催化乙醇脫水制乙烯的性能。通過X-射線粉末衍射、掃描電鏡、傅立葉變換紅外光譜、吡啶吸附紅外光譜、X-射線光電子能譜、熱重分析、比表面積分析等手段研究了催化劑的理化結(jié)構(gòu)，并與催化性能關(guān)聯(lián)，探討了催化劑的改性機理；通過比較新鮮催化劑和失活催化劑的結(jié)構(gòu)變化，尋找催化劑失活的原因，并對催化劑進(jìn)行再

2、生試驗。 研究取得的主要成果有：(1)自主設(shè)計了一套用于乙醇脫水制乙烯的簡易流化裝置，采用常規(guī)催化劑氧化鋁進(jìn)行試驗，效果良好，證明了該裝置設(shè)計的合理性。行設(shè)計的裝置已申請了國家專利(專利申請?zhí)枮椋?00710009681.8)； (2)分別考察了膨潤土和HZSM-5兩個系列催化劑對乙醇脫水制乙烯的催化性能，篩選了HZSM-5系列催化劑并以HZSM-5為基礎(chǔ)進(jìn)行改性，制得以V、P(偏釩酸銨和磷酸分別為v、P原子的來源)復(fù)合改性的H

3、ZSM-5分子篩催化劑(V-P/HZSM-5)，考察得出了復(fù)合改性的最佳條件：P/V原子個數(shù)比為7.5(偏釩酸銨的添加量為0.05 g)，燒溫度為300℃。該催化劑在溫度為220℃、乙醇流速為0.1 ml·min-1的條件下，乙醇的轉(zhuǎn)化率和對乙烯的選擇性可分別達(dá)到96.9％和96.5％，而且催化劑使用壽命在初試中可達(dá)40天左右(轉(zhuǎn)化率降低到85％終止實驗)： (3)將V-P/HZSM-5催化劑應(yīng)用于生物乙醇(地瓜燒和米酒)脫水制乙烯反應(yīng)

4、中，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在溫度為220℃的條件下、生物乙醇流速為0.1 ml·min-1的條件下，米酒乙醇和地瓜燒乙醇的轉(zhuǎn)化率和對乙烯的選擇性均在90％以上，V-P/HZSM-5在米酒中催化選擇性較佳，乙醇的轉(zhuǎn)化和對乙烯的選擇性分別可達(dá)91.3％和92.6％； (4)探討了V-P/HZSM-5催化劑失活原因和再生的條件，得出積炭是催化劑失活的主要原因，在此基礎(chǔ)上采用水蒸汽法對失活催化劑進(jìn)行再生，探討得到催化劑的再生條件為：蒸餾水流速為0.3

5、ml·min-1，水蒸汽溫度為400℃，處理時間為3 h。再生后的催化劑在乙醇脫水制備乙烯中乙醇的轉(zhuǎn)化率和乙烯的選擇性分別為90.6％和91.7％，乙醇的轉(zhuǎn)化率和乙烯的選擇分別只下降6.3％和4.8％，且其催化活性仍可持續(xù)400 h，所以通過水蒸汽法再生可基本恢復(fù)催化劑的性能；(5)結(jié)合各種現(xiàn)代儀器對V-P/HZSM-5催化劑的測試表征結(jié)果，與催化劑的性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提出了V、P復(fù)合改性HZSM-5的初步機理：V、P復(fù)合改性的過程中，P原