改性纳米HZSM-5催化剂上生物乙醇脱水制乙烯的研究

乙烯是石油化学工业中最重要的基础原料之一，乙烯产量大小是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志，我国对乙烯的需求量在日益增加。现在工业上生产乙烯的方法主要有石脑油裂解和乙醇脱水。烃类热裂解法的原料来自石油，而目前石油价格高涨，对该法产生极大限制。乙醇脱水近年来逐渐受到人们的关注，这一工艺路线既符合节能环保要求，又节省了经济投资。以往乙醇脱水制乙烯的原料是经脱水提纯的高浓度生物乙醇，催化剂是γ-Al2O3、分子筛等，γ-Al2O3催化剂的反应温度高，一般在350～470℃，而且空速低，一般在0.1～0.3h-1，反应过程中还要加入40％的中压蒸汽，所以生产乙烯能耗较大。本文试图寻找一种高效催化剂来取代γ-Al2O3催化剂，直接采用浓度较低的生物乙醇作为原料进行工业生产。 经实验发现经过水蒸气处理过的纳米HZSM-5分子筛催化剂比未经水蒸气处理的具有更好的催化效果。因为水蒸气处理可以脱除骨架铝，降低积炭速率改善活性稳定性，同时还可改善酸分布，窄化孔道，使孔道立体限制增强从而提高选择性。在此基础上，还发现采用稀土铈氧化物改性可制得一种高效催化剂。本文系统考查了温度，空速，原料浓度及各种催化剂的改性方法对催化剂性能的影响。结果表明：在反应温度为250-300℃下，空速为1-3 h-1，常压，稀土Ce改性的纳米HZSM-5分子筛作催化剂（载Ce量为3％wt）时，连续运转2000小时，乙醇转化率仍可达到为98％，乙烯选择性在96％左右。