低碳烷烃异构化及芳构化反应研究

论文摘要

为了适应环境保护的要求,汽油中应增加异构烷烃的量。增加异构烷烃的方法有很多种,而异构化则是一种理想的选择。80年代以来,由于环保的要求,C5/C6烷烃异构化工艺在国外得到迅速发展。进入90年代,随着我国汽车工业的发展以及对环保的日益重视,对汽油质量提出了更高的要求,尽早将C5/C6烷烃异构化技术应用于工业生产,对改变我国汽油组成结构、提高汽油质量具有特别重要的意义。烷烃芳构化反应的研究对能源利用、催化科学均具有重大意义。低碳烷烃芳构化技术根据目标产品的不同可以分为两类:生产芳烃技术和生产高辛烷值汽油技术。低碳烷烃芳构化技术目前有移动床反应工艺和固定床反应工艺两种形式。低碳烷烃芳构化催化剂在注重活性的基础上,更应该注重其选择性和多功能性。本论文主要包括三个部分:论文的第一部分对固体超强酸、烷烃的异构化、以及芳构化反应进行了综述。主要介绍了超强酸的定义、在有机化学中的应用,以及固体超强酸失活机理。同时还介绍了烷烃异构化、芳构化的研究进展。论文的第二部分主要是以环己烷为底物,以负载氧化钴固体超强酸为催化剂,采用固定床反应方式,对烷烃异构化进行研究。文中阐述了负载氧化钴固体超强酸催化剂的制备方法;通过傅立叶红外光谱、环境扫描电镜、X光电子能谱等分析方法对反应前后的催化剂进行了表征;并通过气相色谱和质谱联用来分析产物。通过对不同时间的产物进行跟踪分析,发现乙苯是在反应进行到60分钟才出现的,反应四种产物分别是对连环己烷、乙基环己烷、2.4-二甲基-2-己烯及乙苯,其选择性分别是24.47%、35.11%、26.60%、13.82%。最后,对反应机理进行了推理。论文的第三部分是以正己烷为研究对象,用负载三氧化二钴和氧化钼固体超强酸为催化剂,采用固定床反应方式,对烷烃异构化进行研究。用样的方法制备出这两种不同的催化剂,通过傅立叶红外光谱、环境扫描电镜、X光电子能谱等分析方法对反应前后的催化剂进行了表征,并通过气相色谱和质谱联用来分析产物。负载三氧化二钴催化剂催化正己烷芳构化反应主要的产物是对二甲苯和甲苯,其选择性分别为62.6%、23.9%;负载氧化钼催化剂催化正己烷芳构化反应的产物主要是茚和萘,它们的选择性分别是54.5%和34.2%。最后,对反应机理进行了推理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 固体超强酸发展概况
• 1.2.1 固体超强酸理论介绍
• 1.2.2 超强酸催化剂酸中心的形成机理
• 1.2.3 负载改性金属对固体超强酸的影响
• 1.2.4 固体超强酸的主要表征技术
• 1.2.5 固体超强酸在有机合成中的应用
• 1.2.6 固体超强酸失活机理
• 1.2.7 固体超强酸今后研究方向
• 1.3 烷烃异构化反应研究现状
• 1.3.1 烷烃异构化重要性
• 1.3.2 烷烃异构化催化剂研究进展
• 1.3.3 对烷烃异构化发展展望
• 1.3.4 固体超强酸催化剂对烷烃异构化研究介绍
• 1.4 烷烃芳构化反应研究现状
• 1.4.1 烷烃芳构化催化剂研究进展
• 1.4.2 目前正在研制开发的几种芳构化催化剂
• 1.4.3 烷烃芳构化机理
• 1.4.4 轻烃芳构化工艺研究现状
• 1.5 本研究要解决的问题
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 催化剂的制备
• 2.4 催化剂的表征方法
• 2.4.1 红外光谱
• 2.4.2 环境扫描电镜
• 2.4.3 X光电子能谱
• 2.5 催化反应过程
• 2.6 产物分析
• 第三章 结果与讨论
• 4^2-/Fe₂O₃-CoO固体酸催化下烷烃异构化反应'>3.1 SO₄^2-/Fe₂O₃-CoO固体酸催化下烷烃异构化反应
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 催化剂的结构表征
• 3.1.3 催化剂酸性分析
• 3.1.4 催化剂反应前后变化
• 3.1.5 催化反应产品分析
• 3.1.6 反应机理分析
• 4^2-/Fe₂O₃-Co₂O₃固体酸催化下烷烃芳构化反应'>3.2 SO₄^2-/Fe₂O₃-Co₂O₃固体酸催化下烷烃芳构化反应
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 催化剂的晶体结构表征
• 3.2.3 催化剂红外分析
• 3.2.4 催化反应
• 3.2.5 负载三价钻对催化剂的影响
• 4^2-/Fe₂O₃-MoO₃固体酸催化正己烷进行芳构化反应研究'>3.3 SO₄^2-/Fe₂O₃-MoO₃固体酸催化正己烷进行芳构化反应研究
• 3.4 正己烷芳构化反应机理研究
• 3.4.1 断键过程
• 3.4.2 成环过程
• 3.4.3 总反应机理
• 第四章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果