氧化铝负载氧化钾催化丁烯双键异构化反应研究

作     者：付贵川 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王际东;宋金富

授予年度：2024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：烯烃 双键异构 镁铝混合氧化物 氧化铝载体 氧化钾 

摘      要：1-丁烯在化工行业应用广泛,而工业中所需的1-丁烯一般由乙烯二聚和混合C4馏分的分离得到,然而C4分离得到的1-丁烯中含有大量的2-丁烯混合物,因此研究出高效的丁烯双键异构化催化剂非常重要。本文以镁铝混合氧化物,氧化铝负载的碱金属和碱土金属氧化物为催化剂,利用固定床连续流动反应器研究了上述催化剂催化烯烃双键异构的性能。所得研究结果如下: （1）以氧化铝为载体,分别以碱金属氧化物,碱土金属氧化物和碱金属及碱土金属混合氧化物为活性组分制备了一系列催化剂并利用丁烯双键异构反应考察了此类催化剂的性能。结果表明,负载的氧化钾催化剂的催化性能最佳。 （2）考察了氧化钾负载量和催化剂制备条件对丁烯双键异构反应催化能的影响。结果表明:负载5%K并在500℃焙烧5 h的催化剂性能最佳,在丁烯空速为14000 h-1时,温度为400℃时,1-丁烯双键异构化反应转化率为60.09%,接近该温度下丁烯双键异构的平衡转化率。氧化铝负载的氧化钾催化剂在失活后通过烧焦再生,可以恢复95%的催化活性。 （3）利用丁烯双键异构反应考察了温度、总空速和原料中丁烯摩尔分数对负载氧化钾催化剂性能的影响,获得了该催化剂适用的最佳反应条件如下:温度为410℃、总体积空速为37000 h-1、原料中丁烯摩尔分数为0.2。在该条件下,1-丁烯转化率为73.13%,反-2-丁烯的产率为40.55%,顺-2-丁烯的产率为32.58%,反应产物中丁烯组成达到该温度下的平衡组成。 （4）研究了氧化铝负载的氧化钾催化剂对1-己烯双键异构化反应的催化性能。实验结果表明,1-己烯双键异构化反应在该催化剂表面容易产生结碳,导致催化剂快速失活。为了减少结碳,使用水蒸汽代替部分氮气作为稀释剂。结果表明,当反应烯烃内存在水蒸气时,催化剂表面结碳明显减少,但催化剂的烯烃双键异构化活性显著降低,表明水蒸气能够导致负载的氧化钾催化剂在催化烯烃双键异构化反应时失活。 （5）以1-戊醇脱水得到的混合戊烯为原料,考察氧化铝负载的氧化钾为催化剂对戊烯双键异构化反应的催化性能。结果表明,氧化铝负载的氧化钾催化剂对于戊烯双键异构具有良好的性能。在反应温度400℃,戊烯空速5000 h-1时,反应产物中戊烯组成接近该温度下的平衡组成。在 反应温度400℃,戊烯空速为1500 h-1的条件下,对催化剂的稳定进行考察,结果表明,在320 h内反应产物1-戊烯的浓度接近该温度下的平衡值。