NiAPSO-34分子筛合成、表征及其催化乙醇脱水制乙烯反应性能的研究

乙烯是一种重要的基本有机化工原料。本文对乙醇催化脱水制乙烯反应进行了研究。采用水热晶化合成法制备了系列NiAPSO-34分子筛催化剂,采用常压连续固定床反应器对催化剂的活性和稳定性进行了评价,对催化剂进行了XRD、FT-IR、NH3-TPD、H2-TPR、ESR、BET、TG-DTG、SEM和XPS表征,并对反应热力学和动力学进行了研究。 研究表明,以30wt%的硅溶胶为硅源,拟薄水铝石为铝源,原料配比为P/Al=1,Si/Al=1,Ni/Al=0.015,R/Al=2,晶化时间60h,晶化温度为200℃条件下制备的NiAPSO-34（Ni0.015）催化剂具有较好的活性。其与HZSM-5分子筛相比,具有较高的稳定性。 通过中心复合试验设计对反应条件进行筛选,得到了乙醇转化率、乙烯选择性和反应温度、乙醇与催化剂的接触时间、乙醇分压之间的数学模型关系。试验值和预测值高度一致（对于乙醇转化率,相关系数和调整相关系数分别为99.8%和99.7%;对于乙烯选择性,相关系数和调整相关系数分别为100%和99.9%）。根据得到的数学模型对反应条件进行求优计算,得出在反应温度为385°C,乙醇与催化剂的接触时间为3.3s,乙醇分压为0.57atm条件下,当乙醇的转化率为98.4%时,乙烯选择性最大,可以达到99.3%。 对乙醇脱水的热力学分析表明,高温有利于目的产物乙烯的生成,低温有利于副产物乙醚的生成。通过对乙醇脱水动力学研究,得出乙醇脱水反应属于平行-连串反应机理,推导出了乙醇脱水生成乙烯和乙醚的动力学方程,采用禁忌遗传算法计算出乙醇脱水动力学模型参数,并得到了乙醇生成乙烯、乙醇生成乙醚和乙醚生成乙烯反应的活化能和乙醇、水和乙醚吸附在催化剂表面的吸附热。