HZSM-5后处理对苯和甲醇烷基化产物分布的影响

作     者：余姮 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：连奕新;张庆红;刘亭亭

授予年度：2022年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：苯 甲醇 烷基化 分子筛 后处理 

摘      要：随着我国煤化工和石化一体化的发展,甲醇及苯产能增加,利用相对廉价的苯和甲醇烷基化合成高附加值的甲苯、二甲苯、乙苯及乙基甲苯等下游产品,可推动煤化工与石油化工相融合,具有良好的工业开发价值。HZSM-5分子筛最常用于研究苯与甲醇烷基化反应,如何利用表面改性及孔道修饰等后处理,设计高活性、高稳定性、高选择性的HZSM-5分子筛是目前的研究热点。本论文通过对分子筛改性及后处理,研究分子筛物化性质、构效关系和烷基化产物分布规律,为开发工业要求催化剂提供依据。研究内容分为两部分:一是采用氧化物改性等对HZSM-5分子筛进行后处理,考察催化性能及产物分布规律,结合谱学表征手段研究构效关系;二是研究不同反应温度及轻芳烃(苯、甲苯、二甲苯、乙苯)对烷基化反应的影响。研究结果如下:(1)酸性、碱性氧化物或金属氧化物的改性,都对分子筛的表面酸碱性有较大的影响,不同程度影响到苯和甲醇烷基化反应活性和产物分布,分子筛的酸性增强有利于苯环烷基化产物甲苯及二甲苯生成,碱性增强有利于苯环侧链烷基化产物乙苯及乙基甲苯生成并抑制深度烷基化缩聚产物生成。其中,1%ZrO2改性的分子筛在反应温度为425℃,反应压力为0.1MPa,苯与甲醇体积比为2:1的条件下,苯的转化率达到57.9%,甲苯和二甲苯的总选择性可达86.3%。(2)NH4Cl和NaOH溶液后处理都不利于苯的转化,苯环烷基化生成甲苯和二甲苯与强酸位强度和弱酸位数量有关,乙苯和乙基甲苯的生成与中强碱位有关,低浓度溶液处理后有一定扩孔作用但不会破坏分子筛的基本晶型结构。(3)在400～475℃温度范围内,温度升高芳烃转化率升高。苯和甲醇烷基化体系中,升温有利于二甲苯生成,甲苯和二甲苯总选择性最高达到84.6%。甲苯甲醇烷基化体系中,升温有利于苯和二甲苯生成,歧化反应明显。乙苯甲醇烷基化体系中,升温有利于乙苯脱甲基反应,不利乙基甲苯生成。进一步发现在不同反应体系中,K2O或P2O5改性后的分子筛都使轻芳烃转化率降低,产物分布存在较大差别。