丁醇在分子筛催化剂上脱水反应的研究

摘要

异丁烯是一种十分重要的化工原料，传统上来源于蒸汽裂解、催化裂化等反应的副产以及叔丁醇脱水转化而来。生物丁醇作为一种新兴的生物质燃料与化工原料，在异丁烯生产上也具有一定的可能。相比传统的化石资源转化路线，生物丁醇脱水制异丁烯有较大的效率提升空间，并且该途径有较好的环境友好性，开发基于可再生资源的异丁烯路线具有一定的积极意义。
　　本文通过水热碱处理、酸碱联合处理等不同方法对HZSM-5、HZSM-22分子筛的孔道结构和酸性质进行调变，考察其在正丁醇脱水异构化直接转化为异丁烯反应过程中的催化性能变化，对影响反应的重要物理化学性质进行了研究。通过模板剂法和碱处理制备了几种介孔ZSM-5分子筛，通过考察丁醇在介孔ZSM-5上脱水生成丁烯的反应研究了介孔对脱水反应的影响。发现ZSM-5为催化剂时多级孔结构的引入可以极大地促进异丁醇脱水后生成烯烃,但是对正丁醇脱水异构生成异丁烯的影响不大。相比较，ZSM-22分子筛对正丁醇制异丁烯具有更好的催化活性。考察了正丁醇在ZSM-22分子筛催化剂上脱水制异丁烯反应条件，发现反应温度的升高和降低反应空速有利于提高异丁烯的选择性，而载气流速对反应影响不明显。正丁醇脱水异构制异丁烯的优化反应条件如下：反应温度400OC，0.1 MPa，正丁醇的反应空速为WHSV34 h-1，载气的流量为40ml/min。在优选的反应条件下，研究了碱处理对于ZSM-22分子筛的物化性质和正丁醇脱水制异丁烯性能的影响，发现在85oC，使用0.3mol/L碱处理2小时后的HZSM-22分子筛形成了孔径2到50纳米的丰富的介孔结构，处理后的分子筛保持了ZSM-22的晶型结构。介孔的产生能够提高正丁醇在催化剂上脱水生成异丁烯的产率。研究了酸碱联合处理ZSM-22分子筛的情况，发现在保持碱处理形成的介孔的基础上，酸处理通过脱铝作用疏通了孔道，纯化了分子筛，改性后的催化剂在异丁烯产率显著提高的同时保持了良好的稳定性。研究了ABE发酵产物在ZSM-22催化剂上的脱水反应，在优选的反应条件下发现直接碱处理的HZSM-22分子筛上ABE混合物正丁醇异构制异丁烯反应失活较快，酸碱联合处理的HZSM-22分子筛则对ABE体系的反应表现出了更高的活性和更好的稳定性。基于碱处理和酸碱联合处理两种ZSM-22催化剂，系统研究了正丁醇/乙醇,正丁醇/丙酮，正丁醇/丙酮/乙醇原料体系对反应的影响，发现丙酮是导致催化剂活性下降的毒物，丙酮的存在是催化剂失活的直接原因。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 异丁烯的用途和来源

1.2 生物丁醇

1.3 醇脱水制烯烃催化剂

1.4 微孔-介孔复合分子筛

1.5 选题的意义和论文内容

2. 试验方法

2.1 主要原料和试剂

2.2 催化剂制备方法

2.3 催化剂的表征

2.4 催化剂的反应性能评价

3. 丁醇在介孔ZSM-5分子筛上的脱水反应

3.1 实验部分

3.2 不同制备方法的介孔HZSM-5分子筛的区别

3.3 催化剂的评价

3.4.小结

4. ZSM-22分子筛上正丁醇脱水生成异丁烯反应条件的考察

4.1实验部分

4.2 反应结果与讨论

4.3 催化剂的表征

4.4 本章小结

5. HZSM-22的碱处理及反应评价

5.1 ZSM-22 分子筛的水热碱处理

5.2 催化剂的表征

5.3碱处理对ZSM-22分子筛上丁醇脱水反应性能的影响

5.4 ZSM-22 分子筛的水热酸碱联合处理

5.5 催化剂的表征

5.6酸碱联合处理对ZSM-22分子筛上丁醇脱水反应性能的影响

5.7 ABE发酵产物在催化剂上反应的考察

5.8 小结

6.结 论

参考文献

致谢