乙醇催化脱水制乙烯反应条件及飞温现象研究.doc

乙醇催化脱水制乙烯反应条件及飞温现象研究摘 要：在乙醇催化脱水机制造乙烯的过程中，催化剂起着十分重 要的作用，就现阶段来看，在工业生产中使用最多的就是A1203催化剂， 在反应过程中，活性A1203催化剂的反应温度相对较高，能耗较大、空速 偏低，在反应的初期容易出现析炭和飞温的情况，这不仅影响着催化剂的 寿命，也不利于生产，因此，探究反应过程中的飞温现象有着一定的必要 性本文以常用的HZSM-5催化剂为例，分析在反应初期存在的飞温现象关键词：乙醇催化脱水制乙烯 反应条件 飞温现象乙烯是一种非常重要的有机化工原料，其炼制的方式主要通过石油的 裂解来得到，近年来随着能源问题的日益突出，关于生物乙烯脱水制造乙 醇的相关研究也越来越深入，尤其是随着生物技术的飞速发展，也提高了 生物乙烯的低成本化生产的可能性在乙醇催化脱水机制造乙烯的过程 中，催化剂起着十分重要的作用，就现阶段来看，在工业生产中使用最多 的就是A1203催化剂，在反应过程中，活性A1203催化剂的反应温度相对 较高，能耗较大、空速偏低，在反应的初期容易出现析炭和飞温的情况， 这不仅影响着催化剂的寿命，也不利于生产，因此，探究反应过程中的飞 温现象有着一定的必要性。

本文以常用的HZSM-5催化剂为例，分析在反 应初期存在的飞温现象，以便为乙醇催化脱水制乙烯提供有效的参考一、 实验方法1. 原料和试剂实验材料：HZSM-5催化剂、99. 7%的无水乙醇、40%的乙醛溶液、99% 的正丙醇、99. 7%的无水乙醵实验在常压固定床反应器中进行，在反应器中装填一定数量的催化剂 和石英砂所有原料经过微型注射泵并在汽化后进入反应装置之中，经过 一定时间的反应，得到气、液产物2. 实验产物使用毛细管柱和氢火焰检测器来分析实验产物，并通过面积归一法进 行计算，对实验产物（乙烯、乙烷、甲烷、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、 玩丙烷、正戊烷、顺丁烯-2、丙快、3-丁二烯等）进行定量分析，同时在 飞温情况下对以上产物进行分析二、 结果1. HZSM-5硅铝摩尔与脱水反应性能之间的关系本次试验在4h-l质量空速和相同质量浓度的无水乙醇中进行反应， 试验结果证实，HZSM-5硅铝摩尔对乙烯反应转化率的影响并不明显，在 260到320°C的反应条件下，转化率十分理想，可以达到99%此外，HZSM-5 硅铝摩尔与乙烯选择性具有密切的关系，在硅铝摩尔质量的增加下， HZSM-5对于催化反应的选择性也不断的增加，在300°C时，乙烯反应速率 以及选择性达到了 98.6%和99. 1%,究其根本原因，是由于随着硅率摩尔 的增加，HZSM-5酸强度和酸量会不断的降低，这就直接导致反应产物出现 聚合反应减小、选择性增强的情况，这与相关专家学者的研究报道不谋而 合。

2. 反应温度与催化性能的关系在4hT空速情况下，反应温度与乙醇催化性能之间的关系详见图1 图1反应温度与催化性能的关系从上图可以看出，在反应温度的升高下，乙烯的转化率也不断的上升, 此外，在温度的升高下，乙烯的选择性也出现一种先上后下的表现形式， 在300°C时，转化率最高究其根本原因，是因为该种反应时一种强吸热 反应，因此，温度的升高对于反应也更加的有利，但是，在转化率达到最 大值后，随着温度的继续升高，生成的乙烯很容易在高温条件下发生聚合 反应，生成高碳炷因此，乙醇催化脱水制乙烯的最佳反应温度为300°C 左右3. 空速与催化性能之间的关系在300°C时，空速与催化性能之间的关系详见图2图2空速与催化 性能之间的关系由上图可以得出，在空速情况下，乙烯转化率基本上不会受到影响， 但是随着空速的不断增加下，乙烯的选择性也会不断的增加，在7hT时, 乙烯的转化率可以达到最大值，但是随着空速的增加，乙烯的选择性也会 不断下降，其原因就是由于在空速较低的情况下，催化剂与反应物接触的 时间太长，那么生成的乙烯就会集结在催化剂表明，这就直接导致乙烯选 择性降低，继而出现反应不完全的情况4. 飞温现象的分析在反应的最初阶段，很容易出现非温现象，这都会对乙烯的选择率、 反应的转化率、催化剂寿命造成一些不利影响。

图3是实验过程中飞温现 象反应产物的色相气谱图图3实验过程中飞温现象反应产物的色相气谱图实验中发生的飞温现象的产生与催化剂有着密切的关系，在实验过程 中，催化剂一直都处在强酸中心之中，随着温度的不断升高，反应产物乙 烯很容易出现一种齐聚和芳构反应，加上在反应的过程中也会散发出一些 热量，这就会导致催化床层的温度上高这样，反应生成的产物就会导致 孔道堵塞，也会覆盖至催化剂的表面，这就会使催化剂的活性降低，影响 了乙烯的生成相关专家学者的研究也表明，在250°C以上的反应温度下, 均会出现非温情况，为了防止这种情况的出现，需要严格的将催化床的温 度控制在科学合理的范围内，待反应温度逐渐稳定后，就可以逐渐将温度 升高以便提高反应的温度，本次试验中就采取了这样的方法，飞温现象就 得到了有效抑制三、结语在利用乙醇催化脱水制作乙烯的反应初期很容易出现非温现象，这种 情况会降低催化剂的活性，并导致孔道出现堵塞的情况，为了避免这种情 况的发生，可以使用调节空速和降低进料温度的方式参考文献 [1]Takahara I, S aito M, InabaM, et a. 1 Dehyd ration of ethanol into ethylene over solid acid catalysts[ J ]. Cata Lett, 2005, 105 ( 3 /4) : 249-252. [2]H u Yaoch , i H uang H e, Sh iH aifeng, et a. 1 C atalyt ic dehyd ration of ethan ol to ethylene u sing trans itionm etalm od ifiedHZSM-5 [J] . Ch em B ioeng, 2007, 24 ( 2) : 19-21[3] 刘金香，王清遐，杨立新.用TG-DTG技术研究不同硅铝摩尔比和改质 ZSM-5沸石的酸性及其催化性能[J ].催化学报,2008, 8( 2): 203-207. [4]H ong A izhu, Y an Gu iyang, L iu X inp ing, et a. 1 Developm en t of p reparation of ethylene from b io log ical eth anol catalyt ic d ehydrat ion[ J] . Guangzhou Chem istry, 2007, 32( 4 ) : 60~65. [5] Pan Feng, Wu Yu long, Zh ang Jianpan, et a. 1 Developm ent statu s of ethylene produ ct ion by catalyt ic dehyd ration of ferm ented alcohol [ J] . M odern Chem Ind, 2006, 26 ( S2 ) : 27-29; 31. [6]Gu Zh ihua. Developm en t and perspective of ethylene from ethanol [ J]. C hem Ind Eng Prog, 2006, 25 ( 8) : 847-851. [7]Zak iT. C atalyt ic dehydrat ion of eth anol us ing trans itionm etal oxid e catalysts [J ] . J C olloid Interface Sc, i 2005, 284 ( 2 ) :606-613.。