丁烯异构化催化剂研究

摘要

为解决异丁烯资源短缺的问题，通过丁烯异构化的方法，将资源过剩的正丁烯转化为异丁烯，可谓是最简单直接的办法。本论文利用MTBE装置的醚后碳四作为反应原料，将原料中的丁烯异构化制取异丁烯，转化后作为MTBE装置的原料，既提升了醚后碳四的利用率，又可改变醚后碳四作为废料外卖的资源浪费现状。
　　关于丁烯异构化反应的研究多集中在催化剂、反应工艺等方面，很少有关于丁烯异构化热力学方面的研究。本研究采用平衡常数法计算了四种丁烯异构体之间相互转化过程涉及反应的标准摩尔焓变、标准摩尔吉布斯能变和标准平衡常数等热力学数据，计算结果表明:在典型工业反应条件下，正丁烯异构为异丁烯反应放热量为-5.7kj/mol到-16.2kj/mol，属于中等放热反应，反应平衡常数为2.807-8.115，该反应受热力学平衡限制。本研究采用平衡常数法计算了四种丁烯异构体在实际工业反应温度下的平衡组成，结算结果表明:以任何一种正丁烯分子为初始原料，如果达到平衡时，所获得的异丁烯平衡含量仅为温度的函数。本研究还以1-丁烯为初始原料，从热力学角度探讨反应条件对主副反应中1-丁烯平衡转化率的影响，为开发高效丁烯异构化催化剂和工艺提供有益借鉴。
　　本研究考察了研究相对较少的SAPO-11和ZSM-22分子筛催化正丁烯异构化反应性能，研究发现正丁烯在SAPO-11分子筛上主要遵循单分子异构化途径反应，而在ZSM-22分子筛上主要遵循聚合裂解途径反应。通过对催化剂装填方案的考察，发现采用先经过SAPO-11分子筛床层、再经过ZSM-22分子筛的级配装填方案，或采用SAPO-11和ZSM-22分子筛机械混合装填方案，均有利于促进正丁烯通过共聚裂解生成异丁烯途径，提高异丁烯单程转化率;
　　本研究采用挤条成型法，制备了SAPO-11/ZSM-22混合分子筛催化剂SZ-50，以醚后碳四为原料，在反应温度340℃，正丁烯分压0.08 MPa和WHLV为6h-1条件下，正丁烯转化率高于70％，异丁烯单程产率高于25％，同时联产18％的丙烯和10％的C5+汽油调和组分，展现了良好的应用前景。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 国内外异丁烯资源的利用特点

1．1．2 国内外MTBE产量及下游产品现状

1．1．3 丁烯异构化技术研究意义

1．2 丁烯异构化制反应

1．2．1 丁烯异构化反应过程

1．2．2 丁烯异构化反应催化剂

1．2．3 催化剂积碳

1．2．4 正丁烯异构化反应机理

1．3 国内外技术研究进展

1．3．1 国外技术

1．3．2 国内技术

1．3．3 现有技术不足

1．4 课题来源及主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 试验原料及试剂规格

2．2 催化剂制备与表征

2．2．1 ZSM-22分子筛的NH4+交换

2．2．2 催化剂表征

2．3 反应性能评价

第三章 丁烯异构化反应热力学分析

3．1 正丁烯异构化反应的热力学数据计算

3．1．1 正丁烯异构化过程涉及反应

3．1．2 热力学数据计算

3．2 反应条件异丁烯平衡产率的影响

3．3 反应条件正丁烯异构化制异丁烯过程副反应的影响

3．4 本章小结

第四章 丁烯异构化催化的制备、表征与催化性能评价

4．1 分子筛的表征

4．2 SAPO-11和ZSM-22分子筛催化正丁烯异构化反应性能评价

4．2．1 分子筛反应性能评价

4．2．2 反应条件的影响

4．3 催化剂装填方式

4．4 混合分子筛催化剂的制备及反应性能评价

4．4．1 混合分子筛催化剂的制备

4．4．2 混合分子筛催化剂的反应性能评价

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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