Pt/沸石催化剂上正丁烷异构制异丁烷研究

摘要

异丁烷是一种能够用来合成MTBE的重要的化工原料，它是一种重要的汽油添加剂，能够增强汽油的抗爆性。从石油裂化气中可以分离得到正丁烷和异丁烷，但异丁烷需求量与日俱增，分离出的异丁烷远远满足不了需求，而正丁烷价值较小，因此急需开发由正丁烷通过异构反应制得异丁烷的实验工艺，扩大异丁烷来源。本文就如何能够精确分析产物组分建立了一整套的分析方法，具体包括气体检测和数据分析。使用配置了FID检测器的GC-8600气相色谱，并配置色谱柱为HP-Al2O3，能够清晰的分离出C1-C5共八个组分。在数据处理时采用精确度更高的校正归一法，进一步减少实验误差。
　　本文对硅铝比相同的两批次丝光沸石分子筛进行了一系列的表征实验，其中最重要的是Py-IR。并且在相同的催化剂制备工艺和催化剂评价实验的条件下对两组催化剂进行评价。实验结果表明，晶格结构更规整、比表面积更大、酸量更多的2014批次丝光沸石分子筛的催化性能更好。本文又继续优化2014批次丝光沸石分子筛，进行了丝光沸石分子筛的脱铝实验，并采用同样的催化剂制备工艺和催化剂评价实验。实验表明，丝光沸石脱铝导致硅铝比升高，使得丝光沸石分子筛的正丁烷异构化催化性能降低，表现为异丁烷选择性下降，副产物选择性升高。本文继续就丝光沸石催化剂工艺条件优化实验做出探究，结果发现适用于丝光沸石催化剂正丁烷异构化的反应条件为:反应温度340～370℃、反应压力1.5～3.0MP、正丁烷液体质量空速1～3h-1。催化剂制备工艺中包含挤条步骤，即将丝光沸石与粘结剂----拟薄水铝石挤条成型，故本文针对拟薄水铝石这个变量特设置了一章实验。设置丝光沸石与拟薄水铝石的质量比依次为6∶1、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4。这6组实验均采用相同的金属负载量并使用相同的催化剂评价装置和实验条件。实验结果表明:当两者的质量比为2∶1时，催化剂的性能最好。其催化数据为正丁烷转化率达到29.01％、异丁烷选择性达到66.12％、异丁烷和丙烷的总体选择性达到83.67％，甲烷和乙烷的总体选择性降低到9.01％、三种戊烷的总体选择性降低到7.32％。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 丁烷的性质和用途

1．1．1 丁烷的性质

1．1．2 丁烷的用途

1．2 正丁烷异构化制异丁烷的反应机理

1．2．1 单分子机理

1．2．2 双分子机理

1．3 正丁烷异构的工艺

1．4 正丁烷异构化反应用催化剂发展方向

1．4．1 正丁烷异构化催化剂可用载体

1．4．2 沸石分子筛催化剂的贵金属助剂

1．4．3 沸石分子筛催化剂的非贵金属助剂

1．4．4 超强酸催化剂

1．5 本文的研究内容与意义

第二章 实验部分

2．1 实验药品与设备

2．1．1 原料和试剂

2．1．2 仪器和设备

2．2 催化剂制备与改性

2．3 表征催化剂的方法

2．3．1 X射线衍射(XRD)

2．3．2 冷场发射扫描电镜(SEM)

2．3．3 吡啶吸附红外光谱(Py-IR)

2．3．4 热重分析(TGA)

2．3．5 XRF

2．4 催化剂性能评价

2．4．1 催化剂评价的装置

2．4．2 催化剂评价步骤

2．5 分析产物的条件

2．5．1 反应产物

2．5．2 计算公式

第三章 对异构化反应产物的分析

3．1 反应产物的分析方法

3．2 异构化反应气相产物分析方法的评价

第四章 丝光沸石载体的选择

4．1 不同载体的催化剂性能

4．2 不同批次丝光沸石的表征实验

4．3 不同批次丝光沸石催化剂的催化性能比较

4．4 Pt含量对实验的影响

4．5 本章小结

第五章 丝光沸石催化剂工艺条件优化

5．1 反应温度对实验的影响

5．2 正丁烷液体质量空速变化与实验数据的关系

5．3 反应压力对实验的影响

5．4 反应氢比对实验的影响

5．5 丝光沸石催化剂上长周期反应研究

5．6 丝光沸石分子筛脱铝对实验的影响

5．7 丝光沸石分子筛与拟薄水铝石的比例关系对产物分布的影响

5．7．1 比例关系对反应产物异丁烷的影响

5．7．2 比例关系对反应产物丙烷的影响

5．7．3 比例关系对反应产物甲烷、乙烷和戊烷的影响

5．8 丝光沸石系列催化剂最优载体的吡啶吸附红外表征

5．9 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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