混合二异丙苯择形催化裂化催化剂的研究

论文摘要

间二异丙苯（m-DIPB）是一种很重要的化工原料,主要用于氧化生产间苯二酚。近年来,随着间苯二酚用量的迅速增加,作为原料的m-DIPB的需求也不断增加。在工业生产苯酚丙酮的装置中,合成异丙苯的烃化单元会副产一部分二异丙苯,由于二异丙苯三种异构体沸点较为接近,用常规的蒸馏方法很难将m-DIPB分离出来。通过异构化反应处理二异丙苯的方法由于受到热力学平衡限制,也很难得到高浓度的m-DIPB。本文利用分子筛催化剂的择形作用对混合二异丙苯进行选择裂化,使分子构型较小的对二异丙苯（p-DIPB）进入分子筛孔道于酸中心反应裂化成苯和异丙苯,而分子构型较大的间二异丙苯留在分子筛孔道外,发生少量裂化,即将p-DIPB充分裂解的同时尽可能保留m-DIPB,这样所得产物由于沸点差异较大经过精馏即可得到高纯度的m-DIPB。本文首先考察不同反应条件对选择催化裂化反应的影响,结果表明,选用含35%粘结剂的挤条纳米HZSM-5分子筛为催化剂,在常压,420℃,空速3 h-1,有苯无载气条件下,前8 h内p-DIPB的裂化率（Cp）保持在89～97%之间,m-DIPB的选择裂化系数（a）在1.7～4.5左右,m-DIPB在产物二异丙苯中的含量（%）在85～97%左右；但随着反应时间的延长,催化剂失活较快,至26 h时q降至40%,αm增至6.6,Xm降至66%。柠檬酸酸洗和170℃低温水热改性催化剂的反应结果表明,1mol/L柠檬酸洗、低温水热处理12 h和浓度为0.6 mol／L硝酸镁溶液水热处理改性催化剂均可有效提高催化剂的选择催化裂化性能,其中低温水热处理12 h改性的催化剂稳定性较高,Cp在26 h内保持在70%以上,αm在26h内平均为6.4,Xm在26 h时保持在80%以上。对比不同温度、不同时间催化剂进行水蒸气钝化处理研究表明,处理温度为500℃,处理时间为4 h时改性的催化剂保持较好的选择性和稳定性。26 h时Cp保持在90%以上,50 h时保持在80%以上；26 h内αm平均达11.4,50 h内平均达25.8；Xm在26 h时保持在92%以上,50 h时保持在86%以上。此外,对不同介质蒸气的改性催化剂进行研究表明,酸性介质改性的催化剂保持较高的选择性和稳定性,Cp在50 h内保持在82%以上；am在50 h内平均达42.4；Xm在50 h内保持在87%以上。选用水蒸气改性催化剂对二异丙苯进行选择催化裂化后,精馏时当进料为300kmol/h,能得到90 kmol/h纯度为99%的m-DIPB,精馏塔理论塔板数仅为70。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 间二异丙苯的用途
• 1.1.1 二异丙苯的结构和性质
• 1.1.2 间二异丙苯的用途
• 1.2 纳米ZSM-5沸石分子筛的结构性质特点及其应用
• 1.2.1 ZSM-5分子筛的晶体结构
• 1.2.2 纳米ZSM-5分子筛性能特点
• 1.2.3 纳米ZSM-5分子筛在催化领域中的应用
• 1.3 ZSM-5沸石分子筛择形催化性能的研究进展
• 1.3.1 择形催化作用的原理及分类
• 1.3.2 金属氧化物改性对酸性和择形性能的影响
• 1.3.3 化学液相/气相沉积
• 1.3.4 水蒸气处理对酸性及择形性能的影响
• 1.4 论文的研究内容和目的
• 2 实验部分
• 2.1 原料与试剂
• 2.2 催化剂的制备
• 2.3 催化剂表征
• 2.3.1 XRD晶相测试
• 2.3.2 X射线荧光（XRF）测试
• 2.3.3 NH3-TPD表征
• 2.3.4 物理吸附
• 2.3.5 吡啶吸附FT-IR表征
• 2.4 实验装置及催化剂的评价
• 3 催化剂成型及反应条件对混合二异丙苯择形催化裂化反应的影响
• 3.1 不同含量催化剂挤条对反应的影响
• 3.2 反应温度的影响
• 3.3 反应空速的影响
• 3.4 反应工艺方法的研究
• 3.5 反应时间对二异丙苯择形催化裂化反应的影响
• 3.6 小结
• 4 柠檬酸改性和低温水热改性催化剂对催化剂性能的影响
• 4.1 柠檬酸改性的纳米HZSM-5上的反应性能影响
• 4.2 低温水热改性催化剂的表征
• 4.3 不同低温水热条件改性催化剂对反应的影响
• 4.4 低温水热改性催化剂稳定性的研究
• 4.5 小结
• 5 高温水热处理（水蒸气钝化）改性纳米HZSM-5分子筛催化剂
• 5.1 水蒸气处理温度对催化剂性能的影响
• 5.1.1 不同水蒸气处理温度改性催化剂的表征
• 5.1.2 不同温度水蒸气处理的催化剂对反应性能的影响
• 5.1.3 不同温度水蒸气处理的催化剂对反应稳定性的影响
• 5.1.4 不同温度水蒸气处理的催化剂对三异丙苯裂化率的影响
• 5.2 水蒸气处理时间对催化性能的影响
• 5.3 水蒸气处理介质对催化性能的影响
• 5.4 两种不同反应条件的对比
• 5.5 间二异丙苯生产工艺过程的设计
• 5.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢