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

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1、Y1532178天津人学博十学位论文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SynthesisandCharacterizationofNi_APSO．34MolecularSievesandItsCatalyticPerformanceonDehydrationofEthanoltoEthylene一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程研究生：张宪指导教师：王日杰教授张凤宝教授天津大学化工学院二零零八年一月中文摘要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NiA

2、PSO．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、H2一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／AI=I，Si／AI=I，Ni／AI=0．015，R／AI=2，晶化时间60h，晶化温度为2000C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

3、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3850C，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，

4、得出乙醇脱水反应属于平行一连串反应机理，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。关键词：乙烯，乙醇脱水，NiAPSO．34分子筛，反应热力学，反应动力学，中心复合试验设计，禁忌遗传算法ABSTRACTEthyleneisanimportantmaterialfortheorganicchemistryindustry．Catalyticdehydrationofethanoltoethylenewasstu

5、diedinthisthesis．AseriesofNiAPSO-34catalystswerehome．madebyhydrothermalmethodandtestedfordehydrationofethanolusingfixedbedreactor．ThecatalystsampleswerecharacterizedbyXRD、FT-IR，NH3-TPD，H2-TPR，ESR，BET，TG．DTG、SEMandXPSrespectively．Reactionthermodynamicsandkineticswereresearched．Rese

6、archshowedthatamongthecatalystspreparedbyhydrothermalmethod，theNi0．015sampleshowedthebestactivity,whosepreparationconditionwasasfollow：30wt％colloidalsilicaandpseudoboehmitewereusedasthesourcesofsiliconandaluminumrespectively；themolarratioofthestartinggelwasP／A121，Si／A121，Ni／AI=0．0

7、15。R／AI=2；thecrystallizationtemperaturewas2000Candthecrystallizationtimewas60h．Moreover，NiAPSO-34catalystshowedbetterstabilitycomparedwithHZSM-5catalyst．Centralcompositeexperimentaldesignwasappliedincatalyticdehydrationofethanoltooptimizethereactioncondition．Themathematicalrelatio

8、nshipofethanoIconversionandethyle