Pt纳米簇催化剂上丙烷脱氢反应分析

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1、Pt纳米簇催化剂上丙烷脱氢反应研究符号说明-3CAg—气相主体浓度，mol·mVm—标准态下理想气体摩尔体积-32CAs—催化剂外表面浓度，mol·mF—通过反应截面积的质量流量，kg/(m·h)r—反应速率，mol·/(L·h)dp—催化剂颗粒直径，mk—从气相到固体颗粒外表面的传质系数µ—气体粘度，pa·sgξ—反应进程Re—雷诺数R—普适气体常数8.314J/(mol·K)jd—传质j因子K—化学平衡常数，MPaa—催化剂比表面积Pk—反应速率常数，mol/(L·h·MPa)D—扩散系数-13KCH—丙烷吸附平衡常数，MPaρ—密度，kg/m38-1K—丙烯吸附平衡常数，MPaSc

2、—Schmidt数CH36-1KH—氢气脱附平衡常数，MPa2E—活化能，KJ/molQ—吸附热，KJ/molX—丙烷转化率S—丙烯选择性θ∆G—标准反应Gibbs函数，KJ/molrmθ∆G—标准生成Gibbs自由能，KJ/molfmθ∆H—标准反应焓，KJ/molrmθ∆H—标准摩尔反应焓，KJ/molmθ∆H—标准生成焓，KJ/molfmV—气体体积流量，mL/min40河北工业大学硕士学位论文第1章绪论§1-1研究丙烷脱氢制丙烯的目的和意义低碳烷烃催化转化制烯烃一直是石油化工领域的热点课题，它将成为新世纪石油化工技术研究开发的重点之一。其开发的方向主要有：①甲烷转化为烯烃；②乙烷

3、脱氢为乙烯；③丙烷脱氢为丙烯；③丁烷脱氢为丁烯。近10年来，全球对丙烯的需求增长速率远远超过了乙烯，这种发展趋势仍将持续下去，因此未来全球可能面临丙烯资源短缺的问题。扩大丙烯来源的技术已成为石油化工领域的研究重点之一，其中丙烷脱氢制丙烯的研究最受到重视。1-1-1丙烯用途简介丙烯是从石油中获得的无色可燃气态烃，是重要的有机化工原料，丙烯最大的用途是生产聚丙烯，另外丙烯可制丙烯腈、异丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇、丙烯酸及其脂类以及制环氧丙烷。另外丙烯[1]的齐聚物是提高汽油辛烷值的主要成份。因而，将廉价的丙烷转化为丙烯是合理利用丙烷资源的好途径。1-1-2丙烯产需分析自20世纪90年代以来

4、，丙烯的需求量增长速率已超过乙烯。1991～1996年间，全球乙烯需求量6的年均增长率为4.5%，低于5.5%的丙烯需求量增长率。据预测，丙烯的消费量将由1990年300×10t，6661997年480×10t进一步增加到2000年500×10t及2010年750×10t。2004～2010年间，当乙烯产能增长34%时，丙烯产能仅能增长25%。在我国，随着石油化工行业的迅速发展，丙烯供需之间的[2]矛盾表现尤为突出。表1-1给出了2000年到2004年我国丙烯的供需状况。表1-12000-2004年我国丙烯产量和进口量（百万吨）Table1-1Theproductionandimport

5、ationsofpropyleneinourcountry(millionton)年份产量进口量消费量20004.8260.1694.98920014.7790.2715.04820025.4450.2975.74120035.9320.2266.15820046.5190.2136.732目前，我国天然气、油田气及炼厂气中低碳烷烃大多用作燃料，并未能很好地加以充分利用，而国内低碳烯烃尤其是丙烯原料严重不足。由于石脑油价格上涨，人们开始寻求更为廉价的原料来生产低碳1Pt纳米簇催化剂上丙烷脱氢反应研究烯烃，若能有效地将低碳烷烃直接转化成低碳烯烃，不仅解决了低碳烯烃原料的来源不足问题，而且也

6、提高了低碳烷烃的利用价值。因而，开发由低碳烷烃制取低碳烯烃过程对合理利用C3~C4烷烃及开辟低[3]碳烯烃新来源具有重要意义。§1-2丙烷脱氢制丙烯反应的热力学分析丙烷脱氢反应为一可逆、分子数增加、强吸热反应。其热力学反应方程式为：CH(g)YZZZZXCH(g)H(g)124KJ/mol+−38362丙烷转化率取决于热力学平衡，为使反应向脱氢方向进行，需要提高反应温度和降低压力。丙烷脱氢反应平衡常数随温度的升高而增大，但即使在高温下仍很小。如表1-2所示，在反应温-4度为327℃，427℃，527℃，627℃和727℃下丙烷脱氢反应的平衡常数Kp分别为1.01×10，-3-23.97×

7、10，6.34×10，0.55和3.12。故从热力学上看，该反应必须在高温、低压下进行。但当反应温度过高时，由于低碳烷烃裂解反应及烯烃深度脱氢反应加剧，将导致低碳烯烃选择性降低；而且，高温将加剧催化剂表面积炭，导致催化剂迅速失活。高温下，C-C键断裂的裂解反应在热力学上比C-H[3]键断裂的脱氢反应有利。所以，欲使热力学上处于不利地位的脱氢反应在动力学上占绝对优势，必须采用选择性良好的催化剂。表1-2丙烷脱氢的热力学性质Table1