溴乙烷和苯催化合成乙苯新工艺的研究

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1、摘要乙苯是一种重要的有机化工原料，主要用于生产苯乙烯。目前，工业上生产乙苯主要以苯和乙烯为原料，经烷基化反应制得。然而乙烯主要通过石油裂解以及乙烷水蒸气重整脱氢得到，能耗高，CO2排放大，因此若能以天然气中的乙烷为原料经非乙烯途径合成乙苯，对降低能耗，减少CO2的排放具有重要意义。本论文在课题组开发的乙烷溴氧化制溴乙烷技术基础上，进行溴乙烷与苯烷基化制乙苯的新工艺研究，探讨了乙烷与苯经非乙烯途径合成乙苯新方法。论文首先考察了不同硅铝比的HZSM-5对溴乙烷转化率及产物分布的影响，从而筛选出最佳硅铝比（硅铝比

2、为140）的HZSM-5催化剂，并以该硅铝比的HZSM-5为载体进行不同金属氧化物负载以及不同负载量的考察，考察结果表明2wt%ZnO/HZSM-5-140的催化性能最佳。在筛选出最佳催化剂后，系统地考察了反应温度、苯与溴乙烷的摩尔进料比、质量空速等反应条件对溴乙烷转化率以及产物分布的影响，从而确定了最优反应条件：氮气作为载气流量5ml/min、温度-1360℃、苯与溴乙烷的摩尔进料配比6:1、溴乙烷质量空速0.37h。在该反应条件下，可获得99.5%以上的溴乙烷转化率和92.2%的乙苯选择性，且催化剂寿命

3、长达650h以上（溴乙烷转化率>99.5%）。此外，本论文还对不同反应条件下的催化剂寿命进行了考察，考察结果表明在考察温度范围内（<420℃）催化剂的失活主要是由催化剂表面积碳引起的，并且失活后的催化可以在500℃氧气再生。最后，本研究工作对溴乙烷与苯的反应机理进行了初步探讨，认为在反应过程中溴乙烷首先与分子筛上的酸中心作用形成乙基正离子，形成的乙基正离子与苯发生亲电取代反应得到乙苯。关键词：乙苯；溴乙烷；苯；烷基化反应；HZSM-5IAbstractEthylbenzene(EB)isanimportan

4、tsynthesisintermediate,whichisfeedstockforstyreneproduction.Currently,ethylbenzeneissynthesizedfromthealkylattionofbenzeneinthepresenceofethene,whichisobtainedfromthethermalcrakingofnaphthaandthermaldehydrogenationofethane.Inthetraditionalethyleneproductio

5、nprocess,thereisabout1/3ofethyleneproducedfromthermaldehydrogenation,whichisanenergyconsumingandgreenhousegasCO2pollutingprocess.Hence,thereplacementofethenebyethaneasanalkylationagentinthesynthesisofEBwouldbringinbotheconomicalandenvironmentalbenefitsinet

6、hylbenzeneproduction.Basedonourpreviousinvestigationofthesynthesisofbromoethanefromoxidativebrominationofethane,westudiedthenewtechnologyonthealkylationofbenzenewithbromoethanetosynthesizeethylbenzenewhicheliminatetheetheneproductionstep.Asagoodbeginning,z

7、eolitesHZSM-5withdifferentSi/Alratiosweretestedascatalyststoevaluatethecatalyticperformancesintermsofofbromoethaneconversionandethylbenzeneselectivity.HZSM-5withaSi/Alratioof140/(HZSM-5-140)wasfoundtobethebestcatalystandsupport.Therefore,wechoiceHZSM-5-140

8、as“leader”catalystforfollowinginvestigations.AftertestingmetaloxidemodifiedHZSM-5catalystsandoptimizedthecatalystcompositions,2wt%ZnO/HZSM-5-140wasfoundtobethebestcatalystamongallthetestedcatalysts.Then,weopt