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改性纳米HZSM-5催化剂上生物乙醇脱水制乙烯的研究

作　者: 朱晓茹
导　师: 郭新闻
学　校: 大连理工大学
专　业: 工业催化
关键词: 生物乙醇脱水乙烯纳米HZSM-5分子筛
分类号: TQ221.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 311次
引　用: 5次
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内容摘要

乙烯是石油化学工业中最重要的基础原料之一，乙烯产量大小是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志，我国对乙烯的需求量在日益增加。现在工业上生产乙烯的方法主要有石脑油裂解和乙醇脱水。烃类热裂解法的原料来自石油，而目前石油价格高涨，对该法产生极大限制。乙醇脱水近年来逐渐受到人们的关注，这一工艺路线既符合节能环保要求，又节省了经济投资。以往乙醇脱水制乙烯的原料是经脱水提纯的高浓度生物乙醇，催化剂是γ-Al₂O₃、分子筛等，γ-Al₂O₃催化剂的反应温度高，一般在350～470℃，而且空速低，一般在0.1～0.3h^-1，反应过程中还要加入40％的中压蒸汽，所以生产乙烯能耗较大。本文试图寻找一种高效催化剂来取代γ-Al₂O₃催化剂，直接采用浓度较低的生物乙醇作为原料进行工业生产。经实验发现经过水蒸气处理过的纳米HZSM-5分子筛催化剂比未经水蒸气处理的具有更好的催化效果。因为水蒸气处理可以脱除骨架铝，降低积炭速率改善活性稳定性，同时还可改善酸分布，窄化孔道，使孔道立体限制增强从而提高选择性。在此基础上，还发现采用稀土铈氧化物改性可制得一种高效催化剂。本文系统考查了温度，空速，原料浓度及各种催化剂的改性方法对催化剂性能的影响。结果表明：在反应温度为250-300℃下，空速为1-3 h^-1，常压，稀土Ce改性的纳米HZSM-5分子筛作催化剂（载Ce量为3％wt）时，连续运转2000小时，乙醇转化率仍可达到为98％，乙烯选择性在96％左右。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-25
  1.1 乙烯概述  10-12
    1.1.1 乙烯的物化性质  10
    1.1.2 乙烯的用途  10-11
    1.1.3 乙烯工业的发展前景  11-12
  1.2 生物发酵乙醇  12
  1.3 生物发酵乙醇制乙烯催化剂发展概况  12-15
    1.3.1 氧化物催化剂  12-13
    1.3.2 磷酸体系催化剂  13
    1.3.3 沸石分子筛  13-15
  1.4 沸石分子筛概述  15-20
    1.4.1 ZSM-5沸石结构及应用  15-16
    1.4.2 沸石分子筛的择形催化性能  16-17
    1.4.3 沸石分子筛催化剂的改性方法  17-20
  1.5 纳米分子筛的性能及催化特性  20-22
    1.5.1 外表面特点  20-21
    1.5.2 吸附特性  21
    1.5.3 扩散特性  21
    1.5.4 水热稳定性及热稳定性  21
    1.5.5 纳米分子筛的催化特点  21-22
  1.6 乙醇脱水制乙烯的反应机理  22-23
  1.7 课题的选择及研究内容  23-25
2 实验部分  25-29
  2.1 试剂与主要仪器  25
    2.1.1 主要试剂  25
    2.1.2 主要仪器  25
  2.2 催化剂的制备及改性  25-26
    2.2.1 纳米HZSM-5催化剂的制备  25-26
    2.2.2 水热处理纳米HZSM-5催化剂  26
    2.2.3 硝酸镧改性纳米HZSM-5催化剂  26
    2.2.4 硝酸铈改性纳米HZSM-5催化剂  26
  2.3 催化剂的表征  26-27
    2.3.1 沸石分子筛晶貌特征及晶体颗粒尺寸  26
    2.3.2 晶体结构和结晶度分析  26-27
    2.3.3 吡啶吸附FT-IR表征  27
    2.3.4 NH_3-TPD表征  27
  2.4 催化剂催化性能的评价  27-29
    2.4.1 实验方法  28
    2.4.2 产物分析  28
    2.4.3 评价指标  28-29
3 乙醇脱水制乙烯催化剂的选择及反应条件的考察  29-38
  3.1 引言  29
  3.2 实验部分  29
  3.3 结果与讨论  29-33
    3.3.1 纳米HZSM-5和γ-Al_2O_3的脱水性能比较  30-31
    3.3.2 不同晶粒大小分子筛催化剂的脱水性能比较  31-33
  3.4 反应条件对纳米HZSM-5上脱水反应性能的影响  33-37
    3.4.1 反应温度的影响  33-34
    3.4.2 空速的影响  34-37
    3.4.3 乙醇浓度的影响  37
  3.5 小结  37-38
4 改性纳米HZSM-5上生物乙醇脱水制乙烯的研究  38-47
  4.1 引言  38
  4.2 催化剂的制备  38
  4.3 结果与讨论  38-46
    4.3.1 不同改性方法对纳米HZSM-5沸石的结构和催化性能的影响  39-42
    4.3.2 不同水汽处理温度对催化剂脱水性能的影响  42-44
    4.3.3 不同浸渍量对改性催化剂脱水性能影响  44-46
  4.4 载铈改性后纳米HZSM-5催化剂的工业应用前景  46
  4.5 小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-52
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  52-53
致谢  53-54

改性纳米HZSM-5催化剂上生物乙醇脱水制乙烯的研究

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