环己醇脱水制备环己烯的催化剂研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hbzjl001
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环己烯是一种重要的有机化工原料,广泛应用于聚酯、医药、农药、食品、石化和其他精细化学品的生产。环己烯的制备方法主要有:苯催化加氢法、环己烷氧化脱氢法和环己醇脱水法。苯选择加氢法工业应用价值重大,原料价格低廉,但容易深度加氢,环己烯的选择性和收率不够理想,产品分离精制成本大,反应条件苛刻。环己烷氧化脱氢法,原料易得,但容易深度氧化,反应转化率和收率低。环己醇脱水法反应简单易于控制,反应转化率和收率高,是目前环己烯主要生产工艺。但传统的环己醇脱水法采用浓硫酸作为催化剂,存在污染环境、对设备腐蚀严重、催化剂与产品难于分离等缺点。因此开发对环境友好、易于再生的固体酸催化剂十分重要。   本文在现有关于脱水反应的固体酸催化剂的研究和应用的基础上,考察了AlPO4、对甲苯磺酸/AC、HSiW/γ-Al2O3、SO42-/TiO2、MoO3/TiO2、WO3/TiO2和WO3/ZrO2等固体酸催化剂用于环己醇脱水反应的催化活性和选择性,筛选出催化活性较高的MoO3/TiO2、WO3/TiO2、WO3/ZrO2三种双金属氧化物催化剂。对这三种催化剂作活性对比实验,采用N2吸附、XRD、NH3-TPD等手段对催化剂进行表征并与催化活性关联,研究结果表明,催化剂比表面积大,有利于负载物的分散;催化剂酸中心数目多、酸量大,有利于脱水反应的进行。   在上述初步筛选的基础上,着重研究了WO3/MxOy催化剂载体种类、WO3/TiO2催化剂制备方法、WO3前驱体种类、WO3负载量、焙烧温度对催化剂表面性质和环己醇脱水制备环己烯性能影响,研究表明:   (1)对以SiO2,γ-Al2O3和TiO2为载体的WO3/MxOy催化剂研究比较发现,催化剂载体的平均孔径大,有利于负载组分在孔道内的扩散和形成均匀型催化剂,可提高催化剂的活性,上述三种载体中TiO2是环己醇脱水制备环己烯WO3/MxOy催化剂最适宜的载体;WO3/MxOy催化剂的表面酸性强、酸中心量大,平均孔径大,有利于对反应物的吸附和降低反应物、产物的内扩散阻力,可提高环己醇的转化率和环己烯的选择性;WO3/MxOy催化剂表面碱强度大、碱中心数多,有良好的抗积碳性能,因而催化剂的稳定性较好。   (2)制备方法对WO3/TiO2催化剂中WO3分散性有显著影响,浸渍法制备的WO3/TiO2催化剂WO3分散性好,WO3与TiO2的相互作用较强,有利于提高反应转化率。   (3)以钨酸钠为钨前躯体的催化剂由于引入了碱金属Na,降低了WO3/TiO2表面酸强度和酸量,不利于脱水反应的进行。   (4)WO3负载量对WO3/TiO2催化剂性能影响显著。催化剂酸量随WO3负载量增大先增大后减小,WO3负载量为18.0%,催化剂酸量最大,WO3负载量超过到18.0%时,催化剂表面出现WO3晶体。不同WO3负载量的WO3/TiO2催化剂对环己烯都有很高的选择性,均能够达到95%以上。反应转化率随WO3负载量的增加先增大后减小,酸量最大的催化剂,反应转化率最高。适宜的WO3负载量是18.0%。   (5)不同焙烧温度研究结果表明:负载的钨能抑制高温下TiO2晶体的长大,起到稳定锐钛矿晶相的作用,抑制晶体生长速率,减小表面积下降速率;焙烧温度超过600℃,WO3/TiO2催化剂中出现WO3晶体,随着焙烧温度的升高,WO3衍射峰强度增强,表明WO3晶粒长大,分散度下降;在400℃与800℃之间焙烧得到18.0WTi催化剂的环己烯选择性均能够达到95%以上,但是环己醇转化率随焙烧温度的升高先增大后减小。适宜的焙烧温度是500℃。   (6)提高反应温度,有利于提高环己醇转化率,但使反应选择性下降,适宜的反应温度为170℃;环己醇进料液时空速增大,反应物在床内停留时间缩短,环己醇转化率降低,改变液时空速对反应的选择性基本没有影响,综合考虑催化剂的生产能力,适宜的环己醇进料空速为3.0h-1。   (7)采用TiO2为载体、偏钨酸铵为WO3前驱体、浸渍法制备WO3/TiO2催化剂,在WO3负载量为18.0%、焙烧温度为.500℃条件下得到的18.0WTi500催化剂用于环己醇脱水制环已烯,在反应温度为170℃、环己醇进料液时空速为3.0h-1反应条件下,环己醇转化率达99%、环己烯选择性达96%以上。
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