ZSM-5沸石催化焦化苯与乙醇烷基化合成乙苯的研究

论文摘要

基于改性HZSM-5、纳米HZSM-5和小晶粒ZSM-5沸石催化剂,开展了焦化苯与乙醇烷基化合成乙苯反应过程的研究,并基于性能评价和特性表征相结合的方式,对催化剂性能差异的原因进行了探讨。论文首先对改性HZSM-5沸石催化剂催化焦化苯与乙醇烷基化合成乙苯的反应条件进行了系统的考察。结果表明,该催化反应适宜的反应条件为:温度350～450℃,苯与乙醇摩尔比为3～5,质量空速为4～6 h-1,在此条件下,催化剂催化焦化苯与乙醇烷基化合成乙苯具有较好的活性稳定性。以性能评价和特性表征（XRD、TPD和BET）相结合,对上述催化剂性能比较的结果表明:（1）改性HZSM-5沸石对苯与乙醇烷基化合成乙苯具有良好的乙苯选择性和稳定性。反应温度升高（从390℃到450℃）,乙苯选择性降低（乙苯选择性从91.3%降至86.5%）,副产物二乙苯选择性增加;苯醇摩尔比（2～8）增大,对乙苯选择性和催化剂的稳定性有利,空速增大,乙醇脱水反应生成非芳烃的可能性增加,导致苯的转化率下降（从19.45%降至17.71%）。（2）反应温度、苯醇摩尔比和空速对催化剂的寿命影响显著,较高的反应温度和较低的空速下,催化剂具有良好的稳定性。（3）硼、磷、镁、钴改性HZSM-5沸石的总酸量比未改性的HZSM-5小,同时酸强度略有下降。（4）纳米HZSM-5（粒径＜100nm）具有较好的活性和稳定性,以焦化苯为原料（噻吩含量360ppm）,反应温度390℃,焦化苯与乙醇摩尔比为4,质量空速为6h-1的条件下,在900h左右的长周期寿命考察中,选择性一般维持在85%以上,苯转化率在18%左右,噻吩脱除率在88%左右。硼改性HZSM-5的效果较为明显,在相同的反应条件下,催化剂在1300h内催化性能较为稳定。（5）HZSM-5及其改性后的HZSM-5催化剂具有一定的脱噻吩性能,噻吩被转化为硫化氢逸出,产物经精馏分离后所得乙苯（纯度99.5%）不含硫。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 沸石的结构和酸性特征
• 1.2.2 沸石分子筛催化剂的改性方法
• 1.2.3 沸石催化剂上乙苯合成的理论研究
• 1.3 反应条件对沸石催化剂上乙苯合成过程的影响
• 1.3.1 反应温度的影响
• 1.3.2 苯醇摩尔比的影响
• 1.3.3 空速的影响
• 1.3.4 苯与乙醇合成乙苯催化剂的研究进展
• 1.4 研究工作设想
• 1.4.1 研究方案
• 1.4.2 拟解决的关键问题
• 1.4.3 预期的研究成果及创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂、催化剂及仪器
• 2.2 催化剂烷基化性能评价装置
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 产物组成的定性分析
• 2.3.2 产物组成的定量分析
• 2.4 催化剂的制备
• 2.4.1 B-HZSM-5催化剂的制备
• 2.4.2 P-HZSM-5催化剂的制备
• 2.4.3 Mg-HZSM-5催化剂的制备
• 2.4.4 Co-HZSM-5催化剂的制备
• 2.5 计算方法
• 2.6 催化剂样品的结构表征
• 2.6.1 晶相表征
• 2.6.2 比表面及孔结构的测定
• 2.6.3 样品的酸量测定
• 第三章 HZSM-5沸石催化剂上焦化苯与乙醇烷基化反应的研究
• 3.1 烷基化影响因素的考察
• 3.1.1 反应温度对催化剂性能的影响
• 3.1.2 焦化苯与乙醇摩尔比对催化剂性能的影响
• 3.1.3 质量空速对催化剂性能的影响
• 3.2 催化剂稳定性考察
• 3.3 小结
• 第四章 改性HZSM-5上乙苯合成催化性能的比较
• 4.1 改性HZSM-5和纳米HZSM-5沸石催化剂物理化学特性的比较
• 4.1.1 物理化学性质的表征与分析
• 4.1.2 催化剂酸量及酸强度的比较
• 4.1.3 催化剂孔道结构的表征与结果比较
• 4.2 改性HZSM-5和纳米HZSM-5催化剂在乙苯合成催化性能的比较
• 4.2.1 活性和稳定性比较
• 4.2.2 脱硫性能考察
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师及作者简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书