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根据烃类催化裂解所得碳三馏分进行催化蒸馏选择加氢的工艺特点,本论文构思了集催化反应和分离于一体、以陶瓷为基体的新型催化剂构件,对其制备方法进行了系统研究,评价了它的催化性能,并与现有工业用催化剂进行了对比,建立了该新型催化剂构件的碳三液相加氢动力学模型,并对装填以陶瓷规整填料为基体的催化蒸馏构件的碳三催化蒸馏加氢塔进行了模拟计算。
确定催化剂构件的材质为堇青石;涂层方法为溶胶法;涂层的前驱物AlOOH溶胶制备以SB粉为原料,硝酸为胶溶剂;催化剂构件的活性组分为金属钯,活性组分的前身为硝酸钯溶液。
分别采用三步法和二步法制备出碳三加氢催化剂构件。三步法包括AlOOH溶胶的制备、陶瓷基体涂层改性、活性组分Pd负载三个过程。二步法包括含有活性组分Pd的Pd/AlOOH溶胶的制备和活性组分Pd的负载二个过程。在三步法中,考察了酸度(用n(H+)/n(AlOOH)表示)、SB粉含量、胶解温度及添加剂等因素对AlOOH溶胶性质的影响;考察了溶胶制备条件、基体浸涂次数、浸涂时间、焙烧温度和添加剂对涂层性质的影响;考察了负载条件对催化剂构件表面Pd负载的影响,确定出三步法制备基体涂层适宜的工艺条件。在二步法中,考察了制备条件对Pd/AlOOH溶胶性质的影响及Pd在载体上的负载情况,确定出稳定Pd/AlOOH溶胶的制备条件。两种方法涂层改性后基体的比表面积均大于5m2/g,满足了作为碳三加氢催化剂载体比表面积的要求。对比两种制备方法可知,二步法简单,三步法灵活。三步法中Pd在催化剂表面的分散效果要好于二步法。
在固定床微型反应装置上对催化剂构件进行了活性评价和筛选。在此基础上进一步考察了各工艺参数的影响。结果表明,在反应压力2.0MPa,反应温度40℃,丙烯体积空速40-50h-1,氢/炔摩尔比1.0-1.5条件下,催化剂构件上MAPD(丙炔和丙二烯)的单程转化率大于90%,丙烯选择性大于70%,与工业液相法催化剂BC-L-83的加氢性能相当。
探讨了以陶瓷规整填料为基体的碳三选择加氢催化蒸馏构件应用的可行性。应用序贯实验设计方法,建立了碳三液相加氢动力学模型,并利用ASPENPLUS过程模拟软件模拟了装填该构件的碳三选择加氢催化蒸馏塔。模拟结果表明,以陶瓷规整填料为基体的碳三选择加氢催化蒸馏构件具有很高的反应和分离性能,总体效果优于目前工业上应用的CDTECH构件,因此有良好的工业化应用前景。