氧化铝上乙醇脱水制乙烯的动力学

为开发多段绝热床生物质乙醇脱水制乙烯反应工艺,在Φ10 mm等温积分反应器中以自研发的氧化铝为催化剂研究了生物乙醇脱水制乙烯反应动力学。实验在排除内外扩散的影响的条件下,考察了反应温度、反应空速和水醇比对反应的影响,建立了生物质乙醇脱水制乙烯的半理论半经验的幂函数本征动力学模型。模型方程具有统计意义上的可靠性,并与实验结果吻合良好。     

绝热固定床反应器的乙醇脱水制乙烯反应工艺

为开发新型生物质乙醇脱水制乙烯反应工艺,采用了上海石油化工研究院开发的氧化铝催化剂,在绝热床反应器中进行了工艺实验优化研究。考察了不同水醇质量比、空速和反应器进口温度等对乙醇转化率和乙烯选择性的影响,应用该实验数据,结合前期建立的该催化剂上的乙醇脱水催化反应本征动力学,对该催化剂上的乙醇脱水催化反应本征动力学方程系数进行校正,计算出关于关键组分的该催化剂的效率因子,建立了更适宜于工业应用的宏观动力学模型,模型计算结果与实验数据吻合较好。相对于等温固定床反应工艺或单段绝热床反应工艺,所研发的氧化铝催化剂上四段绝热床反应工艺的能耗降低,乙醇转化率提高,乙烯选择性得到很大的提高,为工业反应器的优化设计以及放大提供必须的工艺设计数据。     

亚微米ZSM-5催化剂预处理及其在乙醇脱水过程中的积炭行为

在固定床反应器中考察了乙醇脱水反应中亚微米ZSM-5分子筛催化剂的预处理及积炭行为,采用热重(TG)、低温氮吸附、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和核磁共振(NMR)等方法对催化剂进行表征。结果表明,催化剂在使用前活化时的焙烧温度以550℃为宜。催化剂在水蒸气预处理后,初始活性升高。随着质量空速的升高,初始乙醇转化率和乙烯选择性以及积炭量均有所降低;但质量空速过低时,催化剂活性降低很明显。原料乙醇中的水能降低催化剂的积炭量和积炭的不饱和度,可使催化剂脱铝增加约5%。随着催化剂颗粒粒径的减小,催化剂的活性增高,在粒径约为0.4 mm时,积炭量较低。     

乙醇脱水制乙烯的Ti-Si-Al催化剂

制备了Ti-Si-Al催化剂以催化乙醇脱水制乙烯。在小型固定床反应器中考察了钛硅铝摩尔比、焙烧温度、焙烧时间与脱水温度、进料乙醇浓度、进料空速对乙醇脱水制乙烯的影响。结果表明:钛硅铝摩尔比为1∶2∶2,于550℃,焙烧5h制得该催化剂,在脱水温度280℃,进料空速0.6h-1条件下催化乙醇脱水反应,乙烯收率达98.7%。进料可为低浓度乙醇。     

Cu-Ni/γ-Al_2O_3催化剂上二甘醇催化氨化合成吗啉的本征动力学研究

在固定床反应器中研究了Cu-Ni/γ-Al_2O_3催化剂上二甘醇氨化脱水合成吗啉的本征动力学。通过增大进料气体速度和减小催化剂粒径,分别消除内、外扩散的影响;在温度483～513 K,体积空速1.73～4.32 s~(-1),压力1.7 MPa,氨醇摩尔比大于10的条件下,考察了温度与进料空速对二甘醇转化率的影响;使用幂律模型描述反应动力学过程,并拟合实验数据估算模型参数。结果表明:当体积空速大于4.32 s~(-1),催化剂粒径40～80目,内、外扩散影响均已消除;二甘醇氨化合成吗啉的反应活化能为43.97 kJ?mol~(-1),对二甘醇的反应级数为1.45。二甘醇反应速率实验值与模型计算值比较和统计检验结果表明模型是合适的。     

改性HZSM-5分子筛在乙醇脱水制生物乙烯工业小试中的应用研究

主要研究了改性HZSM-5分子筛在固定床反应器上催化乙醇脱水制生物乙烯的应用情况,考察了反应温度、质量空速、乙醇质量浓度以及催化剂粒度等工艺条件对改性HZSM-5分子筛催化性能的影响,同时考察了催化剂的单程寿命。结果显示,反应温度在200~300℃,乙醇质量空速为1.2 h~(-1)的条件下,采用470 g/L的乙醇溶液,催化剂粒度在10~20目之间,乙醇转化率为99%以上,乙烯选择性为98%以上,单程可连续运转1 104 h,表明改性HZSM-5在乙醇脱水工业小试中的催化性能优异。     

HZSM-5型分子筛催化乙醇溶液脱水制备乙烯的工艺

以稀乙醇溶液为原料、自制分子筛HZSM-5为催化剂,催化脱水制备乙烯.考察了硅铝比、反应温度、质量空速及乙醇的质量浓度对该反应的影响,得到了较优化的反应工艺条件为:催化剂为HZSM-5(硅铝比30)分子筛,ρ(乙醇)为100~200 g/L,质量空速为2~6 h-1,反应温度为300℃.乙醇的转化率可达99%,乙烯的选择性达99%以上.     

生物乙醇制乙烯初探

原油价格的不断攀升以及生物乙醇的飞速发展已对乙烯产业产生影响,也为乙醇脱水制乙烯技术路线的发展创造了机会。本文初步研究了采用改性HZSM-5催化剂、以生物乙醇溶液为原料制备乙烯。考察了反应温度、乙醇质量空速、乙醇浓度对该反应的影响,得到了优化的工艺条件：反应温度230 ℃,乙醇质量空速1.5～1.7 h－1,乙醇浓度80～150 g/L,乙醇转化率达到99%以上,乙烯选择性达到98%以上。     

乙醇脱水反应的动力学研究

在管式固定床反应器中,采用改性的分子筛催化剂,在温度195～220℃、乙醇浓度30～70 wt%、乙醇液时空速0.08～0.17 mol/g-cat./h的范围内,对乙醇脱水反应的本征动力学进行了研究。动力学研究结果表明,在实验条件范围内,乙醇脱水生成乙烯和乙醚的反应属于平行反应,符合Langmuir-Hinshelwood机理模型,表面反应为速率控制步骤。     

La-HZSM-5催化乙醇脱水制乙烯

以HZSM-5分子筛改性得到的3%LA-HZSM-5分子筛为催化剂,在小型的固定床反应器中(φ45 mm×600 mm)考察了乙醇浓度、反应温度和液时空速对乙醇脱水制乙烯反应的影响.采用X射线衍射(XRD)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、N2吸附-脱附和热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)等手段对3%La-HZSM-5分子筛反应前后催化剂的物性变化进行分析,并考察了催化剂的稳定性.结果表明,该催化剂对乙醇脱水反应具有良好的催化性能,较好的再生性能、强度和稳定性.乙醇脱水反应的合适反应条件为催化剂180 g,乙醇质量浓度50%,液时空速1.1 h-1,反应温度260℃.在此条件下,乙醇转化率和乙烯选择性均高于98%,催化剂单程使用寿命达900 h.     

Catalytic Conversion of Bio-ethanol to Ethylene over La-Modified HZSM-5 Catalysts in a Bioreactor

Ethylene production from petroleum or natural gas is an energy intensive process. Bio-ethanol catalytic dehydration to ethylene is an attractive alternative for oil based ethylene. Catalytic dehydration conversion of bio-ethanol to ethylene using HZSM-5 modified by 3 wt% rare earth metal (lanthanum) was carried out in a laboratory bioreactor. The physicochemical properties of the catalyst were characterized. The stability test showed that ethanol conversion and selectivity over this catalyst could be maintained above 98% for more than 950 h. The regenerated catalyst also displayed high reactivity and stability of up to 830 h can be obtained. The effects of temperature, liquid hourly space velocity, particle size of catalyst, and bio-ethanol partial pressure on products formation rate were investigated. The external and internal diffusion resistances were eliminated and the kinetic control range was identified. An apparent kinetics model was used to describe the dehydration reaction of ethanol over 3 wt% La-HZSM-5 catalyst, and the kinetic parameters were determined.     

V-P/HZSM-5催化乙醇流化床脱水制乙烯

分别采用P、V和V-P改性HZSM-5,在自行设计的流化床装置上评价其对乙醇脱水制乙烯的催化性能。采用X射线荧光光谱（XRF）、X射线粉末衍射（XRD）、吡啶吸附红外光谱（Py-IR）、比表面积分析（BET）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对催化剂的物化性能进行表征,同时考察了不同催化剂制备条件和催化反应条件等工艺因素对催化剂性能的影响。结果表明,V-P复合改性HZSM-5比P和V单独改性的催化效果好,在P和V原子比为7.5、焙烧温度300 ℃、反应温度220 ℃、乙醇进样流速0.1 mL·min^-1和催化剂用量3.0 g条件下,乙醇的转化率和乙烯的选择性分别高达96.9%和93.5%,具有稳定的初期活性。同时,该催化剂对低浓度乙醇的脱水反应表现出较佳的催化活性。     

乙醇催化脱水制乙烯催化剂的制备与性能评价

采用混捏法制备乙醇脱水制乙烯EDE-104催化剂,并引入活性金属氧化物E对催化剂进行改性,通过正交实验得到较优的工艺条件:反应温度360℃,液体空速0.5 h-1,原料乙醇质量分数60%,并在此条件下进行了1 000 h的寿命实验。结果表明,乙醇催化脱水制乙烯催化剂中引入活性金属氧化物E,提高了乙烯选择性,增强了催化剂的稳定性,乙烯选择性97.5%,乙醇单程转化率97.5%,乙烯收率96%。     

High effective dehydration of bio-ethanol into ethylene over nanoscale HZSM-5 zeolite catalysts

Nanoscale and microscale HZSM-5 zeolite catalysts were prepared and characterized by using SEM, XRD, IR, TPD and modified Hammett indicator method. Their performances in the dehydration of bio-ethanol into ethylene were compared in a fixed-bed reactor at 240 °C under atmospheric pressure. The results show that nanoscale HZSM-5 zeolite catalyst exhibits better stability than microscale HZSM-5 zeolite catalyst. When the 95(v) % bio-ethanol is used as the reactant, over nanoscale HZSM-5 catalyst, the conversion of bio-ethanol and the selectivity for ethylene almost keep constant during 630 h reaction, while over microscale HZSM-5 zeolite catalyst, the conversion of bio-ethanol decreases after 60 h reaction; in the case of the 45(v) % bio-ethanol employed as the feedstock, over nanoscale HZSM-5 catalyst, the conversion of bio-ethanol and the selectivity for ethylene almost keep constant during 320 h reaction, while over microscale HZSM-5 zeolite catalyst, both the conversion of bio-ethanol and the selectivity for ethylene decrease almost at the beginning of the reaction.     

A Crystalline Catalyst Based on a Porous Metal‐Organic Framework and 12‐Tungstosilicic Acid: Particle Size Control by Hydrothermal Synthesis for the Formation of Dimethyl Ether

The strategy for obtaining a crystalline catalyst based on a porous copper‐based metal‐organic framework and 12‐tungstosilicic acid with different particle sizes is reported. Through the control of hydrothermal synthesis and some simple treatments, catalyst samples with average particle diameters of 23, 105, and 450 μm, respectively, were prepared. This crystal catalyst has both the Brønsted acidity of 12‐tungstosilicic acid and the Lewis acidity of the copper‐based metal‐organic framework, and has high density of accessible acid sites. Its catalytic activity was fully assessed in the dehydration of methanol to dimethyl ether. The effect of particle size on the catalytic activity of catalyst was studied, in order to select the particle size appropriate for avoiding the diffusion limitation in heterogeneous gas‐phase catalysis. In the selective dehydration of methanol to dimethyl ether, this catalyst exhibited higher catalytic activity than the copper‐based metal‐organic framework, γ‐alumina, and γ‐alumina‐supported 12‐tungstosilicic acid catalysts. It showed high catalytic performances, even at higher space velocity or in the presence of excess water. In addition, the catalyst was also preliminarily assessed in the formation of ethyl acetate from acetic acid and ethylene. It also exhibited a high activity which was comparable with that of silica‐supported 12‐tungstosilicic acid catalyst.     

HZSM-5分子筛催化剂上乙醇脱水制乙烯的工艺分析

对商品化的HZSM-5分子筛催化剂的乙醇脱水性能进行了考察,结果表明：使用HZSM-5分子筛催化剂时,随着反应温度的升高,气态产物中正丁烯的含量增加,乙烯的含量下降,说明分子筛的表面酸性过强,不能有效的抑制乙烯的二聚反应,脱水反应条件是：反应温度240~260℃,空速范围0.7~1.0h-1,乙烯的收率在98%以上,适用于低浓度乙醇的脱水反应。     

ZSM-5/MCM-41复合分子筛的制备及对乙醇脱水的催化活性

以微孔ZSM-5分子筛为母体,采用NaOH溶液对其进行预处理,再在水热条件下以十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）为模板剂制备了ZSM-5/MCM-41介微孔复合分子筛,考察了预处理温度、晶化温度等因素对复合分子筛结构和形貌的影响。进一步考察了该复合分子筛催化剂在乙醇脱水反应中的催化活性。结果表明,ZSM-5分子筛在2.0 mol/L NaOH溶液中于110℃预处理20 h,再于110℃水热晶化20 h制备的分子筛具有良好的介微孔复合结构;该复合分子筛经NH4NO3溶液离子交换制备的氢型催化剂在乙醇脱水催化反应中表现出良好的性能。当乙醇WHSV=0.5 h-1时,最佳反应温度为240～255℃,乙醇转化率〉99%,乙烯选择性〉96%。