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在本课题组前期开发的采用TH-06催化剂合成直链烷基苯新工艺的基础上,对五种具有不同酸性质的沸石催化剂原粉进行比较,并初步探讨了催化剂成型方案。研究表明,随酸性的增强,催化剂寿命存在最佳值;酸量过高或过低均不利于烷基化反应,最佳酸量约为4.3×1020/gcat。在成型过程中,成型温度过高会严重破坏催化剂的结构,使其寿命大大降低,500℃为较适宜的成型温度;粘合剂的含量应在13%~20%之间,过高会降低催化剂活性和寿命,过低无法满足强度要求。
通过分析不同催化剂产物的组成,可以认为对于Bronsted酸催化的烷基化反应,碳正离子生成和迁移的速度大于其与芳烃的反应速度,而烷基化产物不发生链转移反应。产物中2-位烷基苯含量多是由于空间位阻造成的。
对催化剂的失活和再生实验研究结果表明,用于苯与长链烯烃烷基化反应的催化剂失活的主要原因为:产物及杂质的逐渐积累,使得催化剂孔道阻塞,导致催化剂活性逐渐下降。经过280℃苯洗涤再生后催化活性均基本没有变化,可以反复进行再生,催化剂的总寿命大于1000小时,具有很好的工业应用前景。
工艺条件的研究结果表明,催化剂单程寿命受反应原料水含量影响很大,反应原料中的最佳含水量值在15~35mg/kg附近,提高苯烯比可延长了催化剂的单程寿命;降低进料空速可使催化剂的寿命明显增长;提高反应温度对延缓催化剂的失活有明显的促进作用,但过高的反应温度会使反应副产物增加,导致产品质量下降,反应温度应控制在150℃~170℃范围内;进行反应产物循环催化剂单程寿命明显加大。
通过对采用TH催化剂和三氯化铝两种工艺生产的磺酸盐进行生物降解性的评价,证实了使用固体酸催化剂生产的烷基苯磺酸盐的生物降解性明显好于使用三氯化铝催化剂生产的烷基苯磺酸盐。
基于上述研究结果,本文还提出了200吨/年规模的烷基苯中试方案。