论文摘要
苯乙烯是一种重要的基本有机化工原料,广泛应用于生产塑料、树脂和橡胶等。目前,90%以上的苯乙烯采用乙苯催化脱氢法生产,该工艺能耗过高、平衡转化率低,寻找新的脱氢工艺很有必要。由于乙苯氧化脱氢具有能耗低,不受平衡转化率限制等特点,自从二十世纪七十年代发现某些形态的催化剂对乙苯氧化脱氢表现出良好的催化活性以来,科研工作者对此倾注了极大的热情。然而,该新工艺对苯乙烯选择性较差,大量的副产物困扰着它成功应用于工业实践。CO2气氛下进行乙苯脱氢,能耗低,平衡转化率高,是近年来的研究热点之一。在催化剂的制备、反应条件的选择和CO2的作用机理等方面前人已做了不少工作。但该工艺仍为强吸热反应,能耗大,受热力学平衡限制且催化剂由于表面积碳失活严重。而若在系统中引入部分氧气,一方面通过氧化反应可供给体系部分能量,从而降低系统能耗;另一方面,可以消除催化剂表面积碳,从而改善催化剂稳定性。基于上述思考,本论文采用等体积浸渍法制备了一系列Fe2O3/γ-A12O3（Fe/Al）及助剂改性的催化剂,考察催化剂在CO2气氛下乙苯氧化脱氢反应性能和在系统中通入O2对催化剂结构和催化性能的影响。主要研究结果如下:1.采用浸渍法制备不同Fe负载量的Fe/Al催化剂,并用于在CO2气氛下乙苯温和氧化脱氢制苯乙烯的反应。考察了不同催化剂对乙苯和CO2的转化率及苯乙烯选择性的影响,反应在常压、600℃、EB空速20.4 mmol/g·cat·h的条件下进行。实验结果表明,在不同Fe负载量的Fe/Al催化剂中,Fe（5% wt.）/Al催化剂的呈现出良好的乙苯脱氢活性。随着Fe负载量的增加,催化剂在CO2氧化乙苯脱氢过程中的初活性增加,在CO2氧化乙苯过程中加入少量O2可以有效抑制催化剂表面积炭。2.采用浸渍法制备了多种助剂改性的Fe/Al催化剂,助剂对催化剂活性的影响不同,加入碱金属、碱土金属、氧化铬和氧化铂能有效改善催化剂的初活性,而加入氧化锑降低了催化剂的初活性,但改善了催化剂稳定性。在Fe（5%）/Al催化剂中加入Sb改性后,催化剂初始活性下降,但随着反应时间延长,活性逐渐增加,这与未改性催化剂的活性变化趋势相反。在四种不同Sb含量改性的Fe（5%）/Al催化剂中Fe（5%）Sb（12%）/Al的催化效果最佳。3.本文采用程序升温还原反应（TPR）、X射线光电子能谱分析（XPS）、粉末X射线衍射分析（XRD）和N2物理吸附对反应前后的催化剂进行了表征,表征结果表明Fe/Al催化剂表面的Fe组分以高分散形式存在,造成催化剂失活的主要原因是催化剂表面组成结构改变和表面积炭,积炭造成催化剂表面积和孔体积的减少,尤其是微孔面积的完全损失。助剂的加入能够进一步提高活性组分在载体表面的分散度,并调变催化剂表面的酸碱度,从而有利于反应气体的吸附和活化,有利于催化剂反应性能的提高。在CO2氧化乙苯过程中加入少量O2可以有效抑制催化剂表面积炭,同时稳定催化剂表面组成结构,从而维持较高的活性和稳定性。