钨铈复合氧化物催化剂氧化丙烷脱氢制丙烯的研究

采用周期操作的丙烷氧化脱氢制丙烯固定床反应装置,使丙烷的氧化和催化剂的氧化在不同的时间进行,利用WxCeOy催化剂体相的晶格氧氧化丙烷,减少深度氧化,提高反应的选择性。考察了W与Ce摩尔比及活性组分负载量对催化剂催化性能的影响,以及丙烷氧化脱氢的反应条件。在反应温度390℃、空速180h-1时,丙烷转化率为6.5%,丙烯选择性为86.5%,表明WxCeOy催化剂对丙烷氧化脱氢制丙烯有较好的低温催化性能。     

丙烷脱氢制丙烯催化剂研究的进展

丙烯是化工行业重要的基础原料,受丙烯下游产品的拉动,国内外对丙烯的需求量逐年递增。丙烯主要来源于石油的催化裂解,但石油资源的日益匮乏无法满足全球对丙烯的需求,因此研究丙烷脱氢制丙烯工艺具有重大的实际意义。笔者综述了丙烷通过直接脱氢、氧气或二氧化碳氧化脱氢等方法制丙烯的反应热力学、反应机理及常用催化剂体系,论述了各种催化剂的作用机制、催化剂表面的活性物种和性质,评价了它们的丙烷脱氢反应性能,并展望了丙烷脱氢制丙烯的发展方向。     

丙烷脱氢生产丙烯技术进展

近年来由于丙烯需求量的增加,丙烷脱氢制丙烯技术受到关注。本文综述了丙烷催化脱氢生产丙烯技术的应用现状和技术进展,以及丙烷氧化脱氢制丙烯反应催化剂的研究现状。     

丙烷脱氢制丙烯技术研究

讲解了丙烷脱氢制丙烯的几种工艺:催化脱氢、氧化脱氢和膜反应器脱氢。文章综合讨论了丙烷脱氢制丙烯催化剂的研究现状。虽然丙烷脱氢制丙烯的工业化已经构建,但催化剂的性能需要进一步提高。氧化脱氢制丙烯的研究及膜反应器在丙烷脱氢化学反应之中的优势,研发高稳定性、高透氢性的氢分离膜预计能大大提高丙烯收率。     

丙烷脱氢反应过程的研究Ⅲ.不锈钢空管反应器中氧的影响

采用不锈钢空管反应器,在350~700℃时测定不同氧加入量下丙烷及丙烯的热解转化率和产物分布。实验结果表明,受不锈钢管器壁催化作用的影响,低温时丙烷和丙烯主要发生完全氧化反应,氧转化率可达100%,CO2的生成量取决于氧加入量;温度高于650℃时,丙烷和丙烯的气相自由基反应显现,经部分氧化和无氧热解产生的H2、CO及烃类物质增多;氧加入促进了丙烷和丙烯的热解转化,但对高温时丙烷生成丙烯的选择性不利;含氧气氛中丙烯的自由基反应能力仍弱于丙烷。不锈钢管器壁的污染影响实验表明,器壁材料的碎片化以及焦炭类物质的存在,导致了高温时丙烯完全氧化能力大幅下降,部分氧化以及深度脱氢性能显著增强,氧加入量高时丙烯可全部转化。     

纳米碳纤维负载磷氧化物催化剂催化丙烷氧化脱氢研究

考察了纳米碳纤维(CNF)、活性炭、石墨以及CNF负载磷氧化物催化剂催化丙烷氧化脱氢(ODP)反应性能。采用SEM、HRTEM、XRD、TG和BET表征了催化剂的组成和结构。结果表明炭材料自身对于ODP过程具有较高的活性和选择性,尤其是CNF由于其独特的结构特点更适合用作ODP过程催化剂。负载磷氧化物提高了CNF催化剂的适用温度,并提高了丙烯产得率。以磷酸氢二铵为前驱体,负载于经液相氧化处理的CNF上可以得到高选择性的ODP过程催化剂,在500℃下,丙烷转化率为42.07%时,丙烯选择性达到39.63%。     

丙烷脱氢与逆水煤气变换耦合制丙烯——碱性助剂对Cr/SiO_2体系催化性能的影响

研究了丙烷脱氢与逆水煤气变换耦合制丙烯反应中碱性助剂对Cr/SiO2体系催化性能影响。运用XRD、TPR和吸附量热等技术考察了金属氧化物助剂对Cr/SiO2催化剂物相、氧化还原性以及表面酸性的影响,结果表明,碱金属和碱土金属助剂的加入,中和了催化剂表面的强酸中心,催化剂还原温度升高,丙烷脱氢转化率下降。但碱性助剂的加入,可提高丙烯的选择性和收率。5%Cr 0 4%K/SiO2催化剂的活性高,在650℃、V(CO2)/V(C3H8)=3 6的条件下,丙烷转化率为31%,丙烯的选择性和收率分别为91%和29%。     

国内简讯

Pd Cu/MoO3 SiO2 催化CO2 氧化丙烷脱氢制丙烯丙烷氧化脱氢是增产丙烯的主要途径之一,而以CO2作氧化剂,不仅可获得比烷烃直接脱氢更高的选择性,而且反应过程中CO2 还可被还原为CO等有用的产品。利用CO2 氧化丙烷的难点在于CO2 的活化以及提高丙烯的选择性,合理设计催化剂是突破这一难点的关键。天津大学化工学院以MoO3 SiO2 复合物作载体,采用等体积浸渍法制得了Pd Cu催化剂,采用BET ,TPR ,IR方法对催化剂结构及CO2 ,C3 H8在催化剂上的吸附位、吸附态进行分析。实验结果证明,CO2 在催化剂上有线式、桥式及卧式3种吸附态,…     

原料气中乙烷含量对Cr/MSU-1催化剂上CO_2氧化丙烷脱氢反应的影响

研究了原料气中乙烷含量对Cr/MSU-1催化剂上CO_2氧化丙烷脱氢反应的影响,并考察了反应温度和空速的影响。保持总烷烃与CO_2的体积比为1:3,当原料气总空速及烷烃总量恒定时,提高乙烷的含量对丙烷转化率影响不大,但烯烃选择性先升高后降低;当原料气总空速及丙烷含量恒定时,加入乙烷降低了丙烷转化率,提高了丙烯的选择性及收率;随反应温度的升高,丙烷及总烷烃的转化率增大,丙烯及总烯烃的选择性减小,其变化规律与单一丙烷的脱氢过程一致;提高空速丙烷的转化率降低,烯烃的选择性增加。在最佳反应条件即反应温度650℃、丙烷与乙烷的体积比3:2、空速8 400 mL/(h·g)下,总烷烃转化率为50.0%,总烯烃选择性为92.2%,丙烯选择性为83.1%。     

稀土氧化物固体碱催化性质的研究Ⅱ.稀土氧化物催化剂上的丙烷脱氢

采用高真空封闭式循环反应系统，研究了丙烷在稀土氧化物及其对照物Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ上的直接脱氢和氧化脱氢反应。主要考察了生成丙烯的活性同催化剂表面的酸碱性、氧活性之间的关系。结果表明，催化剂表面强碱中心数目的多少与生成丙烯的活性有顺变关系，氧活性的强弱在丙烷氧化脱氢反应中也与丙烯的生成活性有顺变关系     

Au/SiO_2催化剂上丙烯空气氧化制丙烯醛

采用等体积浸渍法制备了Au/S iO2催化剂,X射线粉末衍射、透射电子显微镜表征结果显示,其金粒子的平均大小可控制在10nm以内。考察了反应温度、空速、金负载量、催化剂焙烧温度、添加助剂等对Au/S iO2催化剂催化丙烯空气氧化制丙烯醛反应性能的影响。实验结果表明,该催化剂具有很高的丙烯醛选择性。在325℃、原料气空速4 000h-1、V(C3H6)∶V(O2)=1∶2、反应时间120m in的条件下,采用500℃焙烧的Au/S iO2催化剂,当丙烯的转化率为1.0%时,丙烯醛的选择性达70%以上。提高焙烧温度至800℃,丙烯醛选择性可达90%。加入Cu助剂可以提高丙烯的转化率,但使丙烯醛选择性下降。     

以NiSO_4/γ-Al_2O_3为催化剂丙烯齐聚制十二烯和十八烯工艺的研究

以NiSO4/γ-Al2O3为催化剂,采取连续串联两段反应器的工艺,对丙烯齐聚合成十二烯和十八烯的工艺条件进行了研究。考察了温度、液态空速对丙烯转化率和目的产物选择性的影响。实验结果表明,最佳工艺条件为:压力2.0MPa、液态空速1.0h-1、第一段反应温度10℃、第二段反应温度80℃。在此反应条件下,丙烯总转化率达到97%以上,十二烯和十八烯的选择性分别达到52.84%和10.41%,且催化剂的稳定性好。     

甲基环己基二甲氧基硅烷的合成

在一定压力下,以甲基二氯硅烷(DCM S)和环己烯为原料,在四甲基二乙烯基硅氧烷铂配合物催化剂(简称催化剂)的作用下,采用硅氢加成法制得中间体甲基环己基二氯硅烷(CMCS),再与甲醇反应,制得终产物甲基环己基二甲氧基硅烷(CHMM S);考察了原料配比、反应温度、反应压力、催化剂用量、促进剂种类、反应时间等条件对中间体CMCS收率的影响,采用傅里叶变换红外光谱和气相色谱-质谱法对CHMM S的结构进行了表征。实验结果表明,合成CMCS的最佳工艺条件为:反应压力0.7~0.8M Pa,n(DCM S)∶n(环己烯)=1.12,反应温度85~90℃,1m ol环己烯的催化剂用量1.0g,促进剂苯甲醛用量2.0g,反应时间5~6h;在此条件下,CMCS的收率可达89.6%,CMCS的质量分数可达99.61%。CHMM S的合成条件为:第一阶段反应在室温下进行,n(甲醇)∶n(CMCS)=1.29;第二阶段反应在低于39℃下进行,n(甲醇)∶n(CMCS)=4.83。通过常压蒸馏及减压精馏,得无色透明液体产品CHMM S的收率为78.3%,CHMM S的质量分数为99.75%。     

3-羟基丙醛加氢催化剂的改性

通过将M oO3引入N i/A l2O3-S iO2催化剂并经高温焙烧制备出N i-M oO3/A l2O3-S iO2催化剂。利用X射线衍射、程序升温还原和孔结构分析表征了改性前后催化剂的物理和化学特性,并且考察了催化剂在3-羟基丙醛(HPA)加氢反应中的催化性能。结果表明,用M oO3改性的催化剂孔道直径增大,起始还原温度降低,终点温度升高,还原区域扩大,耗氢量较未改性的催化剂明显增加。使用该催化剂,在V(H2)∶V(HPA)=2、HPA质量分数10.35%、氢气分压6.0M Pa、空速0.84h-1的条件下,使HPA加氢转化率达到75%所需的物料进口温度由改性前的55℃降至48℃;在将物料进口温度调整为55℃、其余条件不变时,进料空速可以由0.84h-1提高至1.30h-1。催化剂的活性评价结果表明,改性后催化剂的活性较改性前催化剂的活性明显提高。     

MnO_2/NaY催化剂上NH_3低温选择催化还原NO_x

研究了温度、气态空速、氧含量、水蒸气以及进料气组成对M nO2/NaY催化剂上NH3低温选择催化还原(SCR)NOx的影响,探讨了水蒸气存在下该催化剂上NOx的还原机理。实验结果表明,M nO2/NaY催化剂具有良好的低温SCR催化活性,在无水蒸气存在条件下,当原料气中φ(NO)=0.1%、φ(O2)=6%、n(NH3)∶n(NOx)=1.2、温度120℃、气态空速5 000h-1时,NO转化率达到98%;在水蒸气体积分数10%的条件下,150℃时NO转化率接近90%,但当温度低于100℃时,NO转化率迅速下降。原料气组成对NO转化率有较大影响,n(NO)∶n(NO2)=1时,NOx的转化率最高。水蒸气存在条件下,M nO2/NaY催化剂上NH3选择催化还原NOx的反应机理类似于重氮化反应机理。     

Au-NiO/TiO_2催化剂催化甲醇自热重整制氢

采用沉积-沉淀法制备了甲醇自热重整制氢Au-N iO/T iO2催化剂,并用X射线衍射、透射电子显微镜、能量色散X射线能谱对Au-N iO/T iO2催化剂进行了表征。表征结果显示,N iO可以改善载体T iO2粒子的分散度,使Au颗粒的粒径减小,Au颗粒的粒径主要分布在2~3nm;Au的负载量(质量分数)为1.63%左右。同时考察了反应温度和n(O2)∶n(CH3OH)对Au-N iO/T iO2催化剂催化甲醇自热重整制氢反应活性的影响。实验结果表明,当汽化温度为90℃、反应温度为200℃、n(O2)∶n(CH3OH)为0.30时,Au-N iO/T iO2催化剂的活性最佳,甲醇转化率和CO2选择性较高,CO含量较低。     

SO_4~(2-)/ZrO_2固体超强酸催化剂催化甲苯与氯化苄的苄基化反应

利用甲苯与氯化苄的苄基化反应,研究了反应温度、反应时间、甲苯与氯化苄的摩尔比、催化剂用量、搅拌转速及催化剂的焙烧温度对SO42-/ZrO2固体超强酸催化剂催化性能的影响,并通过色谱-质谱联用仪对苄基化产物的结构与组成进行分析。实验结果表明,SO42-/ZrO2固体超强酸催化剂对苯与氯化苄的苄基化反应具有良好的催化活性,适宜的反应条件为:反应温度120℃、反应时间4h、甲苯与氯化苄的摩尔比8、催化剂用量0.3g/mL、搅拌转速1 000r/m in、催化剂的焙烧温度650℃。在优化条件下,氯化苄的转化率可达到81.6%,产物的质量组成为57.7%的4-甲基二苯甲烷和42.3%的2-甲基二苯甲烷。     

负载型金属复合氧化物催化剂催化对叔丁基甲苯液相氨氧化反应

采用负载型金属复合氧化物催化剂,对气相氨氧化反应条件下不稳定的对叔丁基甲苯进行了液相氨氧化反应研究。结果表明,以S iO2为载体,用浸渍法制备的金属复合氧化物催化剂对对叔丁基甲苯液相氨氧化反应具有较高的催化活性,在反应温度220℃、空气与氨的摩尔比为7、催化剂用量5g的条件下,吸氧速率可达3.38m ol/(m in.m ol),对叔丁基甲苯的转化率为35.92%,对叔丁基苯腈的选择性为97.14%,并且催化剂可以多次重复使用。差热分析结果表明,催化剂失活的主要原因是积碳,经高温焙烧后,催化剂的活性可以恢复。     

KOAc/NaY催化合成邻甲基苯甲醚

以KOA c/NaY为催化剂,在连续流动固定床反应器内,邻甲基苯酚(OC)与碳酸二甲酯(DMC)经过气固相催化反应合成了邻甲基苯甲醚(OM)。考察了内、外扩散对KOA c/NaY催化剂活性的影响。实验结果表明,当气流线速度大于30cm/m in时可消除外扩散对合成反应的影响;当KOA c/NaY催化剂的平均粒径在0.30~0.75mm(20~80目的颗粒)时能消除内扩散对合成反应的影响。在消除内、外扩散效应后,还考察了反应温度、原料配比、空速对合成反应的影响,得到较佳的反应条件:催化剂5mL,反应温度548K,反应压力0.6M Pa,空速0.6h-1,n(DMC)∶n(OC)=1,在线评价时间7h。在此条件下,OC的转化率高达85.7%,OM的选择性大于99%。