异丁烷脱氢铬系催化剂研究

2022-09-12

一、脱氢方式

1.膜催化反应

近些年来, 运用膜催化的反应技术, 主要把分离与反应进行有效结合, 在一定程度上促进了化学工业的发展。而在异丁烷的脱氢反应过程中, 其主要依靠反应产物中的氢气有选择性的在膜反应体系中有效除去, 防止热力学平衡的制约, 同时限制了氢解与异构等相关副反应, 在很大程度上提升了转化效率与选择性, 改进了反应工艺条件。除此之外, 在相对较高的空速过程中, 催化剂的积炭问题得到一定缓解[4]。但是, 现阶段的催化反应运用依然处在探索和开发的时期, 大部分基本问题并未有效解决。比如说怎样制造高通量和高选择性现代化无机膜, 还有吸热和放热反应过程中的传热与传质等问题。

2.直接脱氢法

此反应是吸热反应, 由于受到热力学的平衡限制, 其中高温低压可以促进脱氢, 可是高温还会促进烯烃聚合, 导致催化剂的表面发生结焦现象从而失去活性。除此之外, 此反应还会出现裂解反应, 比较容易造成积炭失去活性, 同时催化剂还要实现定期的再生和循环运用, 所以此种方式消耗相对较大。

3.氧化脱氢

该反应不会受到热力学平衡制约, 其是放热反应, 而且反应的温度相对比较低, 不会出现催化剂积炭现象, 有效的解决了直接脱氢反应过程中能量消耗与催化剂的积炭现象。可是异丁烷的氧化脱氢反应在深度氧化方面比较严重, 其形成的产物分布无法进行有效控制, 同时在催化剂选择性方面提出严格的要求。

二、异丁烷脱氢催化剂工艺研究

1.空速对催化剂性能造成的影响

空速的不同常常会导致催化剂的转化效率和选择性方面的变化, 通常情况下空速的不同会造成气体在反应容器中停留的时间出现差异, 如果停留的时间相对较短, 一些气体就难以和催化剂活性核心进行有效解除[1]。而停留的时间过长, 就比较容易出现烯烃的聚合, 导致催化剂发生积炭现象, 都难以充分发挥出催化效果。选择孔氧化铝为载体, Cr2Ox的负载量为15%为基础, 金属K作为助活性组分, 制备了助剂K2O的催化剂, 其中反应容器中的温度是600摄氏度, 而液体的空速分别是和以及三个条件之下完成研究, 充分考虑空速对于异丁烷的脱氢活性和异丁烯的选择性造成的影响, 选择数据收集之前两小时平均值, 得出的结果如图1所示。

根据上图可知, 当液体的空速是3.33hl1时, 其中异丁烷转化效率是42.28%, 而异丁烯选择性是90.36%, 当液体的空速是5.0hl1时, 其中异丁烷转化效率是38.76%, 而异丁烯选择性是93.6%。因此, 在同样的温度环境下, 在空速不断增加下, 其中异丁烷转化效率会不断降低, 究其原因就是由于液体的空速相对较大, 导致反应容器中气体停留时间相对比较短, 一些烷烃并未有效完成脱氢, 但是异丁烯选择性有一定加强。对此, 一定要选择合理的空速完成异丁烷的脱氢反应。

2.温度对催化剂性能的影响

将液体的空速调节至1.67/h时, 在多种温度下检测异丁烷的转化效率和时间的关系。根据获取的结果可知, 在温度相对较高的环境下, 催化剂自身的初始活性就比较高, 其中温度是600摄氏度时, 异丁烷的初始转化效率是58%, 然而在560摄氏度时异丁烷的转化效率是49%, 可是温度越高异丁烷催化剂的活性散失就越快[2]。在高温环境下, 可以提升催化剂活性, 可是在高温环境下原料比较容易出现裂解反应, 而且催化剂选择性也有一定程度上的减小。另外, 在高温环境下, 比较容易出现烯烃聚合反应, 同时催化剂的表面发生积炭问题进而造成催化剂的活性消失。选择合理的温度, 不但可以有效运用能源, 还可以探索到一个比较适宜的循环时间[3]。在循环时间方面而言, 催化剂在560摄氏度比较合适, 其可以使异丁烷转化效率维持40%达到20个小时之上。