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WO_3/HZSM-5催化剂上乙醇催化脱水制乙烯的研究

作　者: 刘欣
导　师: 郭翠梨
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 乙醇脱水乙烯 WO3/HZSM-5 机械混合法浸渍法
分类号: TQ221.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

与现有的烃类裂解制乙烯路线相比,固体酸催化乙醇脱水制乙烯路线具有环保、可持续、反应条件温和等多方面的优势,正引起越来越多的研究者的关注。本文针对乙醇脱水制乙烯反应,基于机械混合法和浸渍法制备的WO₃/HZSM-5分子筛催化剂,研究了所制催化剂的乙醇转化率和乙烯选择性;考察了氧化钨含量、操作条件和催化剂制备条件对催化剂活性的影响规律;采用NH3-TPD、IR、BET、XRD、Raman和XPS等表征手段考察了催化剂的表面酸性和结构对乙醇脱水反应的影响。对于机械混合法制备的WO₃/HZSM-5催化剂,氧化钨负载量对WO₃/HZSM-5的低温催化活性有较明显的影响。活性测试结果表明,10wt%WO₃/ HZSM-5具有相对较好的低温催化活性。相比于HZSM-5,反应温度为240℃时,10wt%WO₃/HZSM-5上的乙醇转化率从72.3%增加到90.8%,乙烯选择性从66.0%增加到67.7%。NH₃-TPD及Py-IR结果表明,氧化钨的负载使得分子筛催化剂酸强度降低,L酸位消失。结合Raman光谱及XPS结果分析,15wt%WO₃/HZSM-5催化剂钨物种存在表面聚集现象。10wt%WO₃/HZSM-5催化剂中钨只存在五配位的钨元素,15%WO₃/HZSM-5催化剂中存在四配位的钨元素、六配位的钨元素。五配位的钨元素的存在可能是10wt%WO₃/HZSM-5乙醇脱水低温活性高的原因。对于浸渍法制备的WO₃/HZSM-5催化剂,采用正交实验考察了负载氧化钨含量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂活性的影响。实验结果表明,氧化钨含量对催化剂活性影响显著。5wt%WO₃/HZSM-5具有较好的低温脱水活性,乙醇转化率为83.8%,乙烯选择性分别为70.6%。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
前言  7-8
第一章文献综述  8-18
  1.1 乙醇催化脱水制备乙烯的意义  8-9
    1.1.1 生物发酵乙醇  8-9
    1.1.2 生物乙醇脱水制乙烯的技术可行性  9
  1.2 乙醇脱水制乙烯催化剂的研究进展  9-12
    1.2.1 分子筛催化剂  10-11
    1.2.2 其他固体酸催化剂  11-12
  1.3 催化剂的制备方法  12-14
    1.3.1 机械混合法  12-13
    1.3.2 浸渍法  13
    1.3.3 离子交换法  13
    1.3.4 水热合成法  13
    1.3.5 熔融法  13-14
    1.3.6 ZSM-5 分子筛催化剂的改性方法  14
  1.4 工艺条件对乙醇脱水反应活性的影响  14-15
    1.4.1 反应温度、空速对转化率的影响  14
    1.4.2 操作压力对转化率及选择性的影响  14-15
    1.4.3 乙醇原料含水量对转化率及选择性的影响  15
  1.5 乙醇脱水制备乙烯的反应机理和失活规律  15-16
    1.5.1 乙醇脱水制备乙烯的反应机理  15-16
    1.5.2 催化剂的失活规律  16
  1.6 本论文工作  16-18
第二章实验部分  18-24
  2.1 实验原料  18
  2.2 催化剂制备流程  18-19
  2.3 催化剂活性评价  19-20
    2.3.1 催化剂活性评价实验流程  19
    2.3.2 分析方法  19-20
  2.4 数值计算  20-21
    2.4.1 色谱分析法  20
    2.4.2 相关气体校正因子  20-21
    2.4.3 催化剂活性的计算方法  21
  2.5 催化剂表征方法  21-24
    2.5.1 X 射线衍射（XRD）分析  21-22
    2.5.2 比表面（BET）分析  22
    2.5.3 氨的程序升温脱附（NH3-TPD）分析  22
    2.5.4 吡啶吸附的红外光谱（IR）分析  22-23
    2.5.5 X 射线光电子能谱（XPS）分析  23
    2.5.6 拉曼光谱分析  23-24
第三章机械混合法制备WO_3/HZSM-5 上乙醇脱水的研究  24-40
  3.1 不同氧化钨负载量的HZSM-5 脱水活性的比较  24-36
    3.1.1 氧化钨负载量对HZSM-5 脱水活性的影响  25-26
    3.1.2 NH_3-TPD 曲线的比较分析  26-27
    3.1.3 催化剂的吡啶吸附红外谱图  27-29
    3.1.4 催化剂的BET 图  29-31
    3.1.5 催化剂的XRD 谱图比较  31
    3.1.6 催化剂的Raman 光谱分析  31-33
    3.1.7 催化剂的XPS 结果  33-36
  3.2 反应条件对脱水活性的影响  36-38
    3.2.1 反应温度对脱水活性的影响  36-37
    3.2.2 乙醇浓度对脱水活性的影响  37
    3.2.3 空速对脱水活性的影响  37-38
  3.3 本章小结  38-40
第四章浸渍法制备WO_3/HZSM-5 上乙醇脱水的研究  40-48
  4.1 浸渍法制备条件对WO_3/HZSM-5 活性的影响  40-45
  4.2 不同氧化钨含量HZSM-5 催化剂活性比较  45-46
  4.3 不同制备方法WO_3/HZSM-5 催化剂的活性比较  46
  4.4 本章小结  46-48
第五章结论  48-49
参考文献  49-52
发表论文和参加科研情况说明  52-53
致谢  53

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