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纳米ZSM-5沸石的芳构化和环胺化性能研究

作　者: 赵凌雁
导　师: 郭洪臣
学　校: 大连理工大学
专　业: 工业催化
关键词: 纳米ZSM-5沸石液化气芳构化单乙醇胺三乙烯二胺
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文对纳米ZSM-5沸石在乙醇胺环胺化合成三乙烯二胺和混合碳四芳构化反应合成BTX（苯、甲苯、二甲苯）中的催化性能作了探索研究:（1）将液化石油气催化芳构化,转化为低硫、低烯烃含量的高辛烷值清洁汽油。（2）在常压和不使用任何载气条件下,以相对廉价的一乙醇胺为原料催化合成具有高附加值的三乙烯二胺。主要研究内容:不同晶粒大小的ZSM-5沸石的催化性能;不同改性方法对纳米ZSM-5沸石催化性能的影响;反应条件对催化性能的影响;对催化乙醇胺合成三乙烯二胺的部分积炭的催化剂进行了再生4次的性能考察,对反应产生的母液回用进行了实验。研究结果表明,在以上两项反应过程中,与微米HZSM-5催化剂相比,纳米HZSM-5因其粒度小、孔道短、孔口多等优点,表现出较强的容炭能力和良好的催化性能。水汽钝化改性有利于提高催化剂的稳定性;水汽钝化并经过酸扩孔的纳米ZSM-5催化剂不仅增强了稳定性,同时保持了较高的反应活性。选用合适种类的金属离子适量负载ZSM-5催化剂可有效提高催化剂的活性。对于C₄液化气芳构化反应,反应压力过小时,催化剂失活速度较快,但在反应压力偏高条件下,芳构化活性较低;进料空速过低或过高均使芳构化活性明显降低。对于一乙醇胺催化合成三乙烯二胺的反应,提升反应温度可提高一乙醇胺的转化率(C_TEA,%)和对三乙烯二胺的选择性(S_TEDA,%);过高的进料空速明显降低了C_TEA,%和S_TEDA,%;4次再生催化剂的催化性能保持了良好的重复性;用分离母液替代氨水配料对产物分布无明显影响,对催化剂的活性、选择性和反应稳定性均未有明显影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-32
  1.1 C_4液化气资源及利用现状  10-11
  1.2 低碳烃芳构化的研究概况  11-20
    1.2.1 低碳烃芳构化催化剂研究进展  11-14
      1.2.1.1 不同分子筛的芳构化性能  11-12
      1.2.1.2 金属离子改性对ZSM-5催化剂性能的影响  12-13
      1.2.1.3 改善ZSM-5分子筛稳定性的方法  13-14
    1.2.2 低碳烃芳构化机理  14-16
    1.2.3 低碳烃芳构化的代表工艺  16-20
  1.3 三乙烯二胺的合成研究现状  20-24
    1.3.1 三乙烯二胺合成研究现状  20-21
    1.3.2 乙醇胺合成三乙烯二胺的研究现状  21-22
    1.3.3 一乙醇胺合成三乙烯二胺反应机理  22-24
  1.4 ZSM-5沸石的应用及微米ZSM-5沸石的局限性  24-25
    1.4.1 ZSM-5沸石的晶体结构和组成  24
    1.4.2 ZSM-5沸石的应用  24
    1.4.3 微米ZSM-5沸石的局限性  24-25
  1.5 ZSM-5沸石晶粒尺寸对扩散及催化性能的影响  25-26
  1.6 纳米ZSM-5沸石的特点及其应用  26-29
    1.6.1 纳米沸石的特点  26-27
      1.6.1.1 外表面特点  26
      1.6.1.2 吸附特性  26-27
      1.6.1.3 扩散特性  27
      1.6.1.4 水热稳定性及热稳定性  27
    1.6.2 纳米ZSM-5沸石在催化反应中的应用  27-29
  1.7 选题依据及主要研究内容  29-32
    1.7.1 液化气芳构化的选题依据及主要研究内容  29-30
      1.7.1.1 液化气芳构化反应对催化剂的要求  29-30
      1.7.1.2 主要研究内容  30
    1.7.2 乙醇胺合成三乙烯二胺选题依据及主要研究内容  30-32
2 实验部分  32-37
  2.1 化学试剂及原料  32
  2.2 催化剂的制备  32-33
  2.3 水蒸气处理催化剂  33
  2.4 无机酸扩孔处理催化剂  33
  2.5 有机酸扩孔处理催化剂  33
  2.6 金属离子浸渍改性  33
  2.7 催化剂性质表征  33-34
  2.8 反应装置  34-35
  2.9 产物分析  35-37
    2.9.1 一乙醇胺合成三乙烯二胺的主要评价指标  35
    2.9.2 液化气芳构化的主要评价指标  35-37
3 液化气芳构化反应  37-49
  3.1 引言  37
  3.2 催化剂制备改性方法及性质  37-42
    3.2.1 催化剂制备与改性方法:  37-38
    3.2.2 ZSM-5沸石晶貌  38-39
    3.2.3 ZSM-5沸石与HZSM-5催化剂的物性  39
    3.2.4 催化剂的酸性质  39-41
    3.2.5 不同HZSM-5催化剂的微孔约束指数  41-42
  3.3 不同HZSM-5催化剂的芳构化反应性能  42-46
    3.3.1 水汽钝化纳米HZSM-5催化剂的芳构化性能  42
    3.3.2 反应压力对纳米HZSM-5催化剂芳构化性能的影响  42-43
    3.3.3 进料空速(WHSV)对纳米HZSM-5催化剂芳构化性能的影响  43
    3.3.4 不同改性方法对纳米HZSM-5催化剂芳构化性能的影响  43-44
    3.3.5 不同晶粒HZSM-5催化剂的芳构化性能  44-45
    3.3.6 催化剂的稳定性考察  45-46
  3.4 机理探讨  46-48
  3.5 小结  48-49
4 一乙醇胺合成三乙烯二胺  49-59
  4.1 引言  49
  4.2 所考察催化剂的制备与标示  49-50
  4.3 不同HZSM-5催化剂的催化性能  50-52
    4.3.1 不同晶粒HZSM-5的催化性能  50
    4.3.2 沸石含量不同的小晶粒氢型沸石的催化性能  50-51
    4.3.3 金属离子改性对HZSM-5的催化性能的影响  51-52
      4.3.3.1 金属离子改性对不同晶粒的HZSM-5的催化性能的影响  51
      4.3.3.2 不同KCl载量改性对纳米HZSM-5的催化性能的影响  51-52
      4.3.3.3 负载不同金属离子的纳米ZSM-5的催化性能  52
  4.4 反应条件的影响  52-54
    4.4.1 原料配比的影响  52-53
    4.4.2 反应温度对乙醇胺合成三乙烯二胺的影响  53
    4.4.3 进料质量空速(WHSV)的影响  53-54
  4.5 催化剂稳定性与再生性能考察  54-55
    4.5.1 优化条件下催化剂稳定性考察  54-55
    4.5.2 催化剂再生重复性的考察  55
  4.6 母液回用试验  55-57
  4.7 母液回用下各种主要转化途径的探讨  57
  4.8 小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  64-65
致谢  65-66

纳米ZSM-5沸石的芳构化和环胺化性能研究

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