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丙烷脱氢制丙烯催化剂研究

作　者: 付佳
导　师: 傅吉全
学　校: 北京服装学院
专　业: 化学工程
关键词: β分子筛 γ-Al2O3 铂锡丙烷丙烯催化脱氢
分类号: TQ221.212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

以β分子筛和γ-Al₂O₃为载体，分别制备Pt/β、Pt-Sn/β、Pt/γ-Al₂O₃、Pt-Sn/γ-Al₂O₃催化剂用于丙烷催化脱氢制丙烯反应，利用各种表征对催化剂进行分析，并对其中活性和稳定性最好的催化剂，借助响应面软件对丙烷催化脱氢制丙烯的工艺条件进行了分析优化。1.考查了β分子筛为载体的各催化剂的丙烷脱氢反应性能，发现β分子筛直接作为催化剂时，基本无活性；负载活性组分Pt于载体后，催化剂有活性，但是催化剂失活较快，丙烯选择性较差。同时，对催化剂的制备工艺和反应工艺条件做了初步探索，确定了催化剂的最佳制备方法为分步浸渍法（先负载Sn组分，再负载Pt组分），初步确定的工艺过程为：催化剂在流动氢气（20mL/min）中于500℃下还原2.5h，而后向反应管中通入丙烷和氢气，丙烷流量为40mL/min，氢气流量为10mL/min，反应温度为600℃，反应的质量空速为8.6h-1。考察了Pt含量和Sn含量对催化剂丙烷脱氢反应性能的影响。研究发现，适量的Sn助剂的添加可以明显改变Pt/β催化剂的反应性能，确定了Pt和Sn的最佳含量分别为0.5wt%和0.7wt%，并应用BET分析法、XRD、NH₃-TPD、热重等技术对催化剂的物理结构、催化剂表面酸性以及催化剂的抗积碳性能进行表征。2.考察了γ-Al₂O₃为载体的催化剂的性能。发现Pt//γ-Al₂O₃催化剂的丙烷脱氢反应的初始活性较高，但催化剂活性下降较快，且丙烯选择性不高。Sn组分的添加可以明显提高催化剂的稳定性、反应活性以及丙烯选择性，这是由于Sn可以提高Pt组分的分散度，同时使催化剂的金属功能和酸性功能得到一个较好的匹配，确定了Sn的最佳含量为0.9wt%，此时催化剂转化率较高，稳定性较好，并对该催化剂进行了30h的稳定性试验考察，发现在11h的短时间内，催化剂的活性较高，稳定性较好，超过11h以后，催化剂失活速度加快，说明催化剂仍需要改性。运用NH₃-TPD、Py-IR、BET法以及热重对该系列催化剂的物理结构、表面酸性等进行分析。3.催化剂的活性和稳定性不仅取决于载体种类和负载的各个组分，还与操作条件有关。本文选取制备的催化剂中活性和稳定性较好的Sn（0.9）Pt（0.5）/γ-Al₂O₃进行工艺条件的研究，利用响应面软件得出该催化剂最佳的反应工艺条件为：反应温度600℃，反应空速6.45h-1，氢烃比为0.25。在此条件下对催化剂进行6h的短时活性考察，发现与软件的预测值误差在工程允许范围内，说明响应面分析法对反应工艺条件的预测可信。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 文献综述  10-21
  1.1 丙烷催化脱氢制丙烯催化剂研究的目的和意义  10-11
    1.1.1 丙烯的用途  10
    1.1.2 丙烯的需求分析  10-11
  1.2 丙烷脱氢工艺研究现状  11-16
    1.2.1 Oleflex 工艺  11-12
    1.2.2 Catofio 工艺  12-13
    1.2.3 Star 工艺  13-14
    1.2.4 丙烷催化脱氢各工艺工程分析  14-16
  1.3 丙烷脱氢制丙烯催化剂的研究进展  16-18
    1.3.1 铬系催化剂  16-17
    1.3.2 铂系催化剂  17
    1.3.3 催化剂的改进  17-18
  1.4 课题用载体性能  18-20
    1.4.1 β分子筛  18-19
    1.4.2 γ-Al_2O_3  19-20
  1.5 本论文工作的主要研究内容  20-21
2 实验方法  21-28
  2.1 实验原料与试剂  21
  2.2 试验仪器  21
  2.3 催化剂样品制备  21-22
  2.4 催化剂表征  22-23
    2.4.1 X-射线衍射分析(XRD)  22-23
    2.4.2 吡啶-红外光谱表征(Py-IR)  23
    2.4.3 NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)  23
    2.4.4 BET 分析  23
    2.4.5 热重(TG)  23
  2.5 催化剂催化脱氢反应性能的评价  23-28
    2.5.1 评价装置  23-25
    2.5.2 实验步骤  25-26
    2.5.3 产物分析及计算方法  26-28
3 β分子筛为载体的催化剂的催化脱氢反应性能研究  28-44
  3.1 引言  28
  3.2 β分子筛催化脱氢性能探究  28-29
  3.3 Pt/β催化脱氢性能探究  29-31
  3.4 Sn-Pt /β双组份催化剂丙烷脱氢性能探究  31-38
    3.4.1 浸渍顺序和负载方法对 Sn-Pt /β催化剂催化脱氢性能影响  31-32
    3.4.2 反应温度对催化剂性能的影响  32-33
    3.4.3 还原时间对催化剂性能的影响  33-35
    3.4.4 Pt 含量对 Sn-Pt/β催化剂性能的影响  35-36
    3.4.5 Sn 含量对 Sn-Pt/β催化剂性能的影响  36-38
  3.5 催化剂的表征与分析  38-43
    3.5.1 NH_3-TPD  38-39
    3.5.2 XRD  39-40
    3.5.3 BET  40-41
    3.5.4 热重  41-43
  3.6 小结  43-44
4 γ-Al_2O_3为载体的催化剂的丙烷脱氢反应性能研究  44-56
  4.1 引言  44
  4.2 催化剂丙烷脱氢反应性能测定  44-49
    4.2.1 不同载体对 Sn-Pt 催化剂性能的影响  44-45
    4.2.2 Pt/γ-Al_2O_3催化剂性能探究  45-46
    4.2.3 Sn 含量对 Sn-Pt/γ-Al_2O_3催化剂丙烷脱氢性能的探究  46-48
    4.2.4 催化剂稳定性探究  48-49
  4.3 催化剂的表征与分析  49-54
    4.3.1 NH_3-TPD  49-51
    4.3.2 Py-IR  51-52
    4.3.3 BET  52-53
    4.3.4 热重  53-54
  4.4 小结  54-56
5 Sn-Pt/γ-Al_2O_3催化剂上丙烷催化脱氢工艺条件的研究  56-69
  5.1 单因素实验  56-61
    5.1.1 反应温度对催化剂催化脱氢反应性能的影响  57-58
    5.1.2 空速对催化剂催化脱氢反应性能的影响  58-59
    5.1.3 氢烃比对催化剂催化脱氢反应性能的影响  59-61
  5.2 响应面实验  61-68
    5.2.1 响应面分析方案及实验结果  61-62
    5.2.2 模型的建立及方差分析  62-64
    5.2.3 响应面曲面分析与优化  64-67
    5.2.4 丙烷催化脱氢反应的反应条件优化及实验验证  67-68
  5.3 小结  68-69
6 结论  69-71
参考文献  71-77
附录  77-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-81
致谢  81

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