甲苯二胺合成工艺中催化剂降耗实验研究

论文摘要

间位甲苯二胺(TDA)是生产甲苯二异氰酸酯(TDI)的主要原料。TDA的生产是通过二硝基甲苯(DNT)在Ni催化剂作用下加氢制得,其中催化剂消耗是TDA生产效益的重要指标。TDA合成过程中催化剂的消耗主要有两方面原因,一是系统流失,即TDA合成过程中催化剂虽经过一段时间的重力沉降使得大部分催化剂得以循环利用,但仍然有一部分极细小的催化剂会随着反应液进入后续分离工序中,最后随系统产生的焦油排出界外。二是催化剂失活,即在反应过程中活性逐渐降低需不断补加新鲜催化剂以维持系统反应活性。本研究以沉降后进入分离工序的催化剂为研究对象,通过将不同粒级的催化剂分离并进行催化剂活性实验研究,对DNT催化加氢反应的特点、催化剂的失活特征进行实验研究,得到了影响催化剂失活的相关因素及其影响规律。并根据DNT催化加氢工艺过程的特点提出了降低催化剂消耗的有效方法。得到的主要结论如下：1、影响催化剂失活的主要原因是机械搅拌和在含DNT的溶液中浸泡,前者破坏了催化剂的骨架结构降低了催化剂内表面积,后者导致催化剂中毒,两者均可导致催化剂活性降低。活性降低程度随机械搅拌的时间和强度、DNT的浓度和浸泡时间的增大而增大。2、催化剂活性在催化反应过程中变化的规律,即催化剂首先经历一个活化过程,活性达到最大至稳定,以及随后的失活过程,但是催化剂失活并不是全部是永久性失活,是可以部分再生而循环利用的。3、催化剂失活和催化剂浓度相关,并提出了反应系统合理的催化剂浓度。根据所研究结论提出了现工艺降低催化剂消耗的有效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 TDA的生产工艺
• 1.2.1 氢化反应过程
• 1.2.2 氢化反应催化剂研究
• 1.2.2.1 催化剂结构和性能表征
• 1.2.2.2 颗粒和颗粒度
• 1.2.2.3 粒度分布
• 1.2.2.4 颗粒度测定技术
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 1.3.1 论文研究目的
• 1.3.2 论文研究内容
• 第2章 实验方案
• 2.1 实验原理
• 2.1.1 催化剂失活机理
• 2.1.2 TDA合成过程催化剂失活分析
• 2.2 实验装置和试剂
• 2.2.1 催化剂粒度分级实验装置
• 2.2.2 催化剂活性评价实验装置
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 催化剂粒度分级实验
• 2.3.2 活性测定实验
• 2.4 实验的分析方法
• 2.4.1 催化剂颗粒粒度分析
• 2.4.2 催化剂颗粒粒度分析原理
• 2.4.3 激光粒度仪操作
• 2.4.3.1 Zetasizer+Nano系列
• 2.4.3.2 JL-1155型全自动激光粒度测试仪
• 第3章 实验结果和讨论
• 3.1 催化剂活性测定及其影响因素
• 3.1.1 催化剂活性影响因素确定
• 3.1.2 搅拌的影响
• 3.1.2.1 搅拌时间对催化剂活性的影响
• 3.1.2.2 搅拌强度对催化剂活性的影响
• 3.1.2.3 搅拌对催化剂中镍含量影响分析
• 3.1.3 催化剂失活与DNT关系
• 3.1.3.1 DNT溶液中浸泡时间对催化剂失活的影响
• 3.1.3.2 DNT浓度对催化剂失活的影响
• 3.1.4 催化剂活性和间歇沉降关系
• 3.1.5 失活催化剂的再生及其活性
• 3.1.6 小结
• 3.2 低DNT浓度条件下的加氢反应特点
• 3.3 催化剂失活实验
• 3.3.1 催化剂失活与催化剂浓度关系
• 3.3.1.1 催化剂失活耗氢曲线
• 3.3.1.2 催化剂套用活性曲线
• 3.3.1.3 各浓度催化剂反应用时比较
• 3.3.1.4 催化剂失活的有效催化剂含量
• 3.3.1.5 小结
• 3.4 TDA合成过程中降低催化剂消耗的方法
• 3.5 工程验证
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录