改性HZSM-5分子筛催化乙醇脱水制乙烯的研究

• 作 者: 沈德建
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: HZSM-5 乙醇脱水 乙烯 离子交换

乙烯是重要的化工基础原料，工业上乙烯的生产来自于石油路线，由于石油资源的紧缺和原油价格的上涨，乙醇脱水制乙烯越来越具有竞争优势而受到研究者的关注。在众多报道的乙醇脱水催化剂中HZSM-5最具有工业应用价值的潜力。然而它的水热稳定性和抗积碳能力不太理想而限制了其工业化应用。本文通过对HZSM-5分子筛改性来提高其催化性能。采用离子交换法分别引入Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺对HZSM-5分子筛进行改性，通过改变离子交换次数，制备了一系列具有不同金属含量的HZSM-5分子筛催化剂。在连续流动固定床微型反应装置上考察了催化剂的活性，结果表明Ni-Z-0.12%分子筛的活性最好。采用X-射线衍射（XRD）、吡啶程序升温脱附（Py-TPD）、N₂-吸附脱附、吡啶红外（Py-IR）、热重（TG）和程序升温氧化（TPO）等手段对改性前后的催化剂进行了表征。表征结果表明，催化剂的乙醇脱水性能与其微孔结构和表面酸性质有关，其中表面酸性质对催化剂的活性影响较为显著。适当的减少催化剂表面的强酸量，降低酸强度，增加弱酸量，保持一定的总酸量，并控制强酸量和弱酸量的比例为1，有利于乙醇转化率和乙烯选择性的提高。影响离子交换的因素除了离子交换次数外，主要还有交换液的浓度、温度等。本研究采用正交实验考察了镍改性HZSM-5分子筛制备中硝酸镍溶液浓度、交换温度和交换次数对催化剂催化性能的影响，得到催化剂的最佳制备条件为：硝酸镍浓度0.4mol/L，交换温度80℃，交换次数2次。以最佳条件下制备的镍改性HZSM-5分子筛为催化剂，考察了反应温度，质量空速和乙醇浓度对乙醇脱水制乙烯反应的影响，得到最佳工艺条件为：温度260℃，质量空速2h^-1，乙醇浓度50%（V）。稳定性实验表明在最佳工艺条件下15小时以内乙醇转化率和乙烯选择性保持大于95%。